无线传感器网络节能、优化与可生存性 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈志德 著

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• 无线传感器网络
• 节能
• 优化
• 可生存性
• 路由协议
• MAC协议
• 数据聚合
• 网络安全
• 低功耗设计
• 覆盖率

店铺： 炫丽之舞图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121210556

商品编码：29666872736

包装：平装

出版时间：2013-09-01

基本信息

书名：无线传感器网络节能、优化与可生存性

定价：38.00元

作者：陈志德

出版社：电子工业出版社

出版日期：2013-09-01

ISBN：9787121210556

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本文围绕无线传感器网络在节能、优化与可生存性等方面的研究热点，利用博弈论、马尔可夫链等理论为分析工具，重点介绍和分析了无线传感器在功率控制、数据传输控制、路由选择优化、性能优化、节点策略优化、节点安全性等问题。全书分为4篇，其中基础篇，对无线传感器网络的技术、特点和应用进行综述；节能篇，提出基于Supermodular博弈的无线传感器网络功率控制、基于Gibbs采样的*的无线传感器网络功率控制和基于非合作博弈考虑剩余能量的无线传感器网络功率控制；优化篇，提出基于演化博弈分簇无线传感器网络数据传输控制、基于演化博弈的路由选择机制和传感器网络的性能优化；生存篇，对基于演化博弈论的无线传感器网络节点进行策略分析和基于马尔可夫链的无线传感器网络进行安全性分析。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《物联网低功耗通信技术原理与实践》 书籍简介 随着信息技术的飞速发展，物联网（IoT）正以前所未有的速度渗透到我们生活的方方面面，从智能家居、智慧城市到工业自动化、精准农业，物联网的应用场景不断拓展。而支撑这些庞大网络的基础，正是各种形式的传感器节点。然而，物联网设备的部署往往是海量的，且在许多场景下，为节点供电、更换电池是一项成本高昂且不切实际的任务。因此，如何实现物联网设备的低功耗运行，延长其续航能力，已成为物联网技术发展中最核心、最紧迫的挑战之一。 《物联网低功耗通信技术原理与实践》一书，正是聚焦于解决这一关键问题。本书深入剖析了物联网设备在通信过程中所产生的能耗根源，并在此基础上，系统性地阐述了当前最前沿、最有效的低功耗通信技术原理。本书并非仅停留在理论层面，更强调将这些原理与实际应用相结合，为读者提供一套切实可行的技术解决方案和实践指导。 内容梗概 本书共分为四个部分，循序渐进地带领读者从基础理论走向深入实践。 第一部分：物联网通信能耗分析与关键技术概述 本部分旨在为读者构建一个清晰的物联网通信能耗图景。我们将首先深入探讨物联网设备在通信环节中主要的能量消耗点，包括但不限于： 无线传输过程中的能量消耗： 从数据编码、调制解调到射频功放，各个环节的能耗特性。 协议栈的处理开销： 各层协议（MAC层、网络层、应用层）在处理数据时对CPU和内存的占用，以及由此产生的额外通信和计算能耗。 传感器数据采集与处理的能耗： 传感器工作本身的功耗，以及对采集到的数据进行预处理、压缩时所需的计算资源。 节点状态管理与唤醒机制： 休眠、唤醒、周期性检测等状态切换过程中的能量损耗。 网络拓扑与通信模式的影响： 单跳、多跳、星型、网状等不同网络拓扑结构对节点能耗的差异化影响，以及连续通信、间歇通信模式的能耗对比。 在此基础上，我们将全面概述当前物联网领域主流的低功耗通信技术方向，包括： 低功耗无线通信技术： 如蓝牙低功耗（BLE）、Zigbee、LoRa、NB-IoT、Sigfox等，分析它们在功耗、速率、传输距离、网络容量等方面的优劣势。 MAC层优化技术： 介绍时分多址（TDMA）、载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）的低功耗变种，以及基于调度和按需访问的MAC协议。 网络层与路由优化： 探讨低功耗路由协议（如LEACH、EAR）、数据聚合、拥塞控制等如何降低网络整体能耗。 应用层数据优化： 研究数据压缩、数据采样策略、事件驱动通信等方法，减少传输数据量。 能量收集与管理技术： 简要介绍太阳能、振动能等能量收集技术，以及如何与通信节点结合，实现能量自主。 第二部分：低功耗无线通信技术原理深度解析 本部分将聚焦于几种最典型和广泛应用的低功耗无线通信技术，进行原理层面的深度剖析，并结合其在实际应用中的设计考量。 蓝牙低功耗（BLE）： 详细讲解BLE的GAP（Generic Access Profile）和GATT（Generic Attribute Profile）层协议栈，分析其连接模式（主设备、从设备、广播）、数据传输机制（Advertising/Scanning, Connection）、功耗优化策略（如短连接、低占空比、快速握手）。我们将探讨BLE在智能穿戴、室内定位、智能家居等场景下的低功耗设计技巧。 Zigbee： 深入分析Zigbee协议栈的架构，包括IEEE 802.15.4物理层和MAC层的低功耗特性，以及Zigbee网络层（NWK）和应用层（APL）的通信模式（路由、终端设备、协调器）。重点讲解Zigbee的省电模式（Coordinator Sleep, Router Sleep, End Device Sleep）及其实现机制，并分析其在智能照明、工业监控等领域的应用。 LoRa/LoRaWAN： 阐述LoRa的扩频调制技术如何实现长距离、低功耗通信，并深入解析LoRaWAN网络架构（终端节点、网关、网络服务器、应用服务器）。我们将重点分析LoRaWAN的通信类别（Class A, B, C）对设备功耗的影响，以及数据速率自适应（ADR）等功耗优化机制。本书将指导读者如何在不同环境下选择和部署LoRa网络，以达到最佳的能耗表现。 窄带物联网（NB-IoT）： 聚焦NB-IoT的特性，如低功耗、广覆盖、大规模连接，分析其在LTE网络下的通信机制，以及其特有的低功耗模式（PSM, eDRX）。我们将探讨NB-IoT在智慧抄表、环境监测、智能停车等场景下的应用优势和功耗管理策略。 第三部分：网络层与协议栈的低功耗优化策略 本部分将超越单一的无线技术，从更宏观的网络视角，探讨如何在整个物联网通信系统中实现功耗的最小化。 低功耗 MAC 协议设计： 时分多址（TDMA）与调度： 分析基于调度的MAC协议如何精确控制节点的发送时机，避免冲突和不必要的侦听，从而大幅降低能耗。 按需访问协议： 探讨如何设计允许节点在需要时才唤醒并发送数据的协议，例如具备低功耗觉醒队列（LDAQ）的协议。 混合型 MAC 协议： 介绍结合不同协议优点的混合型MAC协议，以适应更广泛的应用场景。 低功耗路由协议与数据聚合： 面向能耗的路由选择： 深入研究LEACH、PEGASIS等经典低功耗路由协议的原理，以及如何设计新的路由策略，以平衡节点负载和延长网络寿命。 数据聚合技术： 讲解数据聚合如何在汇聚节点对来自多个节点的数据进行合并和处理，减少冗余传输，从而降低网络能耗。 分簇与轮换： 分析分簇算法如何将网络划分为若干个簇，并通过簇头进行数据汇聚，减少簇内节点的通信开销。 网络拥塞控制与 QoS： 拥塞对能耗的影响： 分析网络拥塞如何导致数据包重传、延迟增加，进而消耗更多能量。 低功耗拥塞控制算法： 介绍适用于低功耗网络的拥塞控制策略，例如基于延迟和丢包率的反馈机制。 服务质量（QoS）与能耗的权衡： 探讨如何在满足特定应用对延迟和可靠性的要求的同时，尽量降低通信能耗。 异构网络环境下的低功耗通信： 讨论在包含多种通信技术（如Wi-Fi、BLE、LoRa）的异构物联网网络中，如何进行有效的协议选择和切换，以优化整体能耗。 第四部分：低功耗通信技术的实践与案例分析 本部分将理论与实践相结合，通过实际案例，帮助读者理解如何将前面章节的理论知识应用于实际的物联网系统设计与部署。 传感器节点功耗优化设计： 硬件选型： 如何选择低功耗的微控制器（MCU）、传感器、射频芯片。 固件与驱动优化： 编写高效的固件，利用MCU的低功耗模式，优化驱动程序的响应速度。 电源管理策略： 详细介绍包括电压调节、时钟门控、任务调度等在内的多种硬件级电源管理技术。 低功耗物联网系统设计案例： 智能家居系统： 以智能门锁、温湿度传感器为例，设计其低功耗通信方案，实现长周期电池供电。 智慧农业系统： 讲解如何利用LoRa或NB-IoT技术，构建低功耗的土壤监测网络，实现大范围、长距离的数据采集。 工业物联网（IIoT）应用： 分析在需要频繁、可靠通信但又有严格功耗限制的工业场景，如何选择合适的通信技术和协议。 性能评估与功耗测试方法： 功耗测试工具与方法： 介绍常用的功耗测量仪器和软件工具，以及如何进行准确的功耗测试。 性能评估指标： 除了吞吐量、延迟，如何纳入能量效率、续航时间等关键指标进行系统评估。 仿真工具与平台： 介绍如Contiki-NG、Cooja、NS-3等物联网网络仿真工具，用于在部署前进行功耗和性能评估。 未来趋势与挑战： 展望物联网低功耗通信技术的未来发展方向，如人工智能在能耗优化中的应用、自适应网络协议、新的低功耗通信标准等。 本书特色 理论与实践并重： 既深入讲解低功耗通信技术的底层原理，又提供实际的应用场景和案例分析。 技术全面性： 覆盖了从硬件到软件、从协议到网络的各个层面，为读者提供一个系统的解决方案。 前沿性： 紧跟物联网技术发展趋势，介绍最新的低功耗通信标准和技术。 可读性强： 语言通俗易懂，结构清晰，适合物联网领域的工程师、研究人员、学生及相关技术爱好者阅读。 《物联网低功耗通信技术原理与实践》将是您在构建高效、节能、可持续的物联网系统过程中不可或缺的指南。通过掌握本书中的知识与方法，读者将能够有效地设计和优化物联网设备的通信策略，解决实际应用中的续航难题，为物联网的广泛普及和深入发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书整体上给人的感觉是“高能但冰冷”。它提供的知识密度是惊人的，每一个章节都像是一次密集的知识轰炸，能让你对无线传感器网络的研究前沿有一个全景式的了解。然而，它似乎牺牲了对“人”的关注。我们都知道，传感器网络的应用场景最终是为人服务的，无论是环境监测还是工业控制，背后都有实际的决策需求。这本书在模型推导上花费了九成的笔墨，却只用了不到一成的篇幅去探讨这些优化结果在实际部署中可能遇到的非技术性障碍——比如成本效益分析、用户对系统反馈的信任度、以及在不同文化背景下的接受程度。我特别想看到一些关于“社会感知网络”的讨论，即网络如何适应人类操作者的习惯和偏好，而不是强迫人类去适应网络的最优解。这本书更像是一个完美的数学机器的内部结构剖析，它向你展示了齿轮如何精确咬合，但却很少提及这个机器最终被放置在哪里，以及它将如何与周围的世界互动。这种纯粹的工程视角，虽然无可指摘，但总让我觉得缺少了一丝温暖的、面向现实应用的人文关怀。

评分☆☆☆☆☆

我被这本书里涉及的跨学科视野所吸引，虽然阅读过程充满挑战，但确实让人看到了研究的前沿方向。特别是在讨论网络生命周期管理时，它不再仅仅局限于能量的消耗和数据的传输效率，而是开始深入到网络节点的“可生存性”这一更宏大的哲学命题。书中提到了一个很有趣的观点，即在极端环境下，牺牲局部节点的连接性来保证整个网络的关键任务完成，这在伦理和工程实践中都是一个需要反复权衡的灰色地带。我花了不少时间去琢磨那些关于“韧性指标”的量化方法，它试图把一个非常模糊的概念——网络的生命力——转化成可以计算和优化的数学表达式。这种尝试本身就非常大胆。不过，书中对“生存性”的定义似乎更偏向于系统层面的自我修复和冗余设计，对于传感器节点个体在遭受物理损坏或恶意攻击后的微观反应着墨不多。如果能增加一些针对恶意对抗和信息战场景下的防御机制的探讨，这本书的厚度与深度可能会更上一层楼。目前来看，它的侧重点还是偏向于自然环境下的衰减和疲劳管理。

评分☆☆☆☆☆

这本书的论述风格可以说是极其严谨，甚至到了有些枯燥的地步。作者似乎坚信读者已经掌握了所有必要的背景知识，因此几乎没有提供任何“拐杖”——没有大量的背景铺垫，没有对一些基本概念的复述，直接就切入了核心的数学证明和算法的复杂度分析。我记得最清楚的是关于时间同步误差对数据融合精度的影响那一部分，作者用了足足二十页的篇幅来论证一个看似微小的参数变化如何导致整个网络性能的雪崩式下降。阅读过程中，我不得不频繁地暂停，查阅其他关于博弈论和博弈均衡的参考资料，才能勉强跟上作者的逻辑链条。这种学习体验是双刃剑：一方面，它极大地拓宽了我对网络鲁棒性极限的认知；另一方面，那种“被抛弃在学术高速公路中间”的感觉也挺让人沮丧的。我更倾向于那种循序渐进、用类比和图示来辅助理解的教学方法，这本书显然是反其道而行之的。它要求读者主动去构建知识的框架，而不是被动地接受信息灌输。对于那些希望快速掌握应用技巧的人来说，这本书的门槛实在太高了，它更像是一份关于“为什么不行”的理论注释，而不是“该怎么做”的操作手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计倒是挺抓人眼球的，封面那种深沉的蓝灰色调，配上那些抽象的、像是电路板纹理的图案，给人一种既专业又略带神秘感的初印象。我本来是抱着学习基础知识的目的来的，结果翻开目录才发现，它似乎更侧重于探讨那些前沿的、需要一定数学和计算机背景才能消化的深度课题。比如，关于异构网络下的资源调度策略，书里给出的模型推导过程极其繁复，涉及大量的优化理论和凸分析，看得我直冒冷汗。我尝试着去理解其中的一些核心假设，比如“节点能量消耗与传输距离的四次方成正比”这样的设定，虽然在理论上很严谨，但在实际部署中，环境的复杂性远超这些模型所能覆盖的范围。说实话，如果不是我对底层算法有足够的兴趣，可能早就束之高阁了。它更像是一本为研究生或资深工程师准备的工具书，而不是一本面向入门者的科普读物。我花了好几天时间啃那些关于马尔可夫决策过程（MDP）应用于网络生命周期管理的章节，感觉自己像是重新上了一遍高等数学的课程，那种感觉，就像是努力想把一块巨大的拼图强行塞进一个小盒子里，虽然知道最终会完美契合，但过程的挣扎和细节的打磨是旁人难以体会的。我期待它能有更多的实例分析，来佐证这些复杂算法的实用价值，而不是纯粹停留在理论的殿堂里。

评分☆☆☆☆☆

从排版和印刷质量上来说，这本书无疑是业界顶尖水准。纸张的厚度和光泽度都非常适合长时间阅读，这对于一本动辄需要反复查阅公式和图表的专业书籍来说至关重要。然而，美中不足的是，书中对一些关键的流程图和网络拓扑结构图的解释略显单薄。图表本身绘制得很精细，线条清晰，但是图注往往过于简洁，需要读者自己对照正文去挖掘背后的含义。例如，在描述一个多层级的簇头选举算法时，给出的流程图步骤冗长复杂，但缺少一个高层次的、一目了然的流程概述，导致初次阅读时，很容易在细节的迷宫中迷失方向。我不得不自己动手，用白板和不同颜色的笔，重新画出这个算法的执行路径，才真正理解了那个复杂的“跳跃式”收敛过程。我认为，一本严谨的学术专著，在提供深奥理论的同时，也应该更加注重阅读体验的友好性，尤其是在涉及到复杂算法可视化方面，现在的处理方式略显傲慢，似乎默认读者已经能自行“翻译”这些图表。