无线传感器网络原理与应用/普通高等教育物联网工程专业“十二五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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彭力 著

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• 无线传感器网络
• 传感器网络
• 物联网
• 物联网工程
• 无线通信
• 数据通信
• 网络协议
• 嵌入式系统
• 智能感知
• 应用开发

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560632438

版次：1

商品编码：11453398

包装：平装

丛书名： 普通高等教育物联网工程专业“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2014-01-01

用纸：胶版纸

页数：270

字数：411000

正文语种：中文

内容简介

　　《无线传感器网络原理与应用/普通高等教育物联网工程专业“十二五”规划教材》结合作者长期以来在该领域的教学、研究工作，比较全面、系统地阐述了在当前无线传感器网络研究领域中的关键技术问题、研究成果和应用技术。全书共分为9章，内容涉及无线传感器网络概述、拓扑控制、无线传感器网络关键技术、定位技术、目标跟踪技术、时间同步技术、安全技术、硬件平台设计以及无线传感器网络工程实验指导等。
　　《无线传感器网络原理与应用/普通高等教育物联网工程专业“十二五”规划教材》既可作为物联网工程、传感器网络技术、通信工程等专业本科生和研究生的教材，也可供无线传感器网络研究领域的相关科研工作者及工程技术人员参考。

内页插图

目录

第1章 无线传感器网络概述
1.1 无线传感器网络的体系结构
1.2 无线传感器网络的特征
1.2.1 与现有无线网络的区别
1.2.2 传感器节点的限制
1.2.3 无线传感器网络的特点
1.3 无线传感器网络的应用及关键技术
1.3.1 无线传感器网络的应用
1.3.2 无线传感器网络的发展现状
1.3.3 无线传感器网络的关键技术
1.3.4 面临的挑战
1.4 主流无线传感器网络仿真平台
1.4.1 基于通用网络的仿真平台
1.4.2 基于TinyOS的仿真平台
1.4.3 仿真平台比较
习题

第2章 拓扑控制
2.1 概述
2.2 功率控制
2.2.1 基于节点度的功率控制
2.2.2 基于方向的功率控制
2.2.3 基于邻近图的功率控制
2.2.4 XTC算法
2.3 层次型拓扑结构控制
2.3.1 LEACH算法
2.3.2 TopDisc算法
2.3.3 GAT算法
2.4 启发机制
2.4.1 STEM算法
2.4.2 ASCENT算法
2.5 传感器网络的覆盖控制
2.5.1 基于虚拟势场力的传惑器网络区域覆盖控制
2.5.2 基于市场竞争行为的无线传感器网络连接与覆盖算法
2.6 小结
习题

第3章 无线传感器网络关键技术
3.1 无线传感器网络的路由技术
3.1.1 路由协议的分类
3.1.2 能量感知路由协议
3.1.3 基于查询路由
3.1.4 地理位置路由
3.1.5 基于QoS的路由
3.1.6 路由协议自主切换
3.1.7 小结
3.2 无线传感器网络的链路层技术
3.2.1 无线传感器网络MAC协议
3.2.2 基于竞争的MAC协议
3.2.3 基于时分复用的MAC协议
3.2.4 其他类型的MAC协议
3.2.5 小结
3.3 ZigBee
3.3.1 ZigBee与IEEE802.1 5.4 的分工
3.3.2 ZigBee与IEEE802.1 5.4 的区别
3.3.3 ZigBee协议框架
3.3.4 ZigBee技术的特点
3.3.5 网络层规范
3.3.6 应用层规范
3.4 小结
习题

第4章 定位技术
4.1 定位技术简介
4.1.1 定位技术的概念、常见算法和分类
4.1.2 定位算法分类
4.2 基于距离的定位
4.2.1 基于TOA的定位
4.2.2 基于TDOA的定位
4.2.3 基于AOA的定位
4.2.4 基于RSSI的定位
4.3 与距离无关的定位算法
4.3.1 质心定位算法
4.3.2 DV-Hop算法
4.3.3 APIT算法
4.3.4 凸规划定位算法
习题

第5章 目标跟踪技术
5.1 目标跟踪的基本原理及跟踪策略设计要考虑的问题
5.1.1 无线传感器网络中目标跟踪的基本原理
5.1.2 无线传感器网络跟踪策略设计要考虑的问题
5.2 点目标跟踪
5.2.1 双元检测协作跟踪
5.2.2 信息驱动协作跟踪
5.2.3 传送树跟踪算法
5.3 面目标跟踪
5.3.1 对偶空间转换
5.3.2 对偶空间跟踪算法
5.4 小结
习题

第6章 时间同步技术
6.1 无线传感器网络的时间同步机制
6.1.1 影响无线传感器网络时间同步的关键因素
6.1.2 无线传感器网络时间同步机制的基本原理
6.2 现有时间同步技术分析
6.2.1 基于接收者和接收者的时间同步机制
6.2.2 基于发送者和接收者的双向时间同步机制
6.2.3 基于发送者和接收者的单向时间同步机制
6.3 对间同步算法设计
6.4 小结
习题

第7章 安全技术
7.1 概述
7.2 无线传感器网络中的安全问题
7.3 无线传感器网络的安全性分析
7.3.1 无线传感器网络的安全挑战
7.3.2 无线传感器网络的安全策略
7.4 无线传感器网络的安全管理体系
7.4 ,1预共享密钥分配模型
7.4.2 随机密钥预分配模型
7.4.3 基于位置的密钥预分配模型
7.4.4 其他的密钥管理方案
7.5 无线传感器网络的入侵检测技术
7.5.1 入侵检测技术概述
7.5.2 三种入侵检测方案的工作原理
7.6 小结
习题

第8章 硬件平台设计
8.1 无线传感器网络的硬件开发概述
8.1.1 硬件系统的设计特点与要求
8.1.2 硬件系统的设计内容
8.2 节点的硬件设计
8.2.1 处理器模块
8.2.2 传感器模块
8.2.3 通信模块
8.2.4 电源模块
8.2.5 外围模块
8.3 传感器节点设计实例
8.3.1 传感器节点系列简介
8.3.2 Mica系列传感器设计分析
8.4 小结
习题

第9章 无线传感器网络工程实验指导
9.1 CC2530芯片简介
9.1.1 芯片内部框架结构
9.1.2 芯片引脚和I/O端口配置
9.1.3 特殊功能寄存器
9.1.4 中断简介
9.2 建立一个简单的实验工程
……

前言/序言

　　无线传感器网络是随着无线通信、嵌入式计算技术、传感器技术、微机电技术以及分布式信息处理技术的进步而发展起来的一种新兴的信息获取技术，是当前在国际上备受关注、涉及多学科、高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。无线传感器网络采用自组织方式配置大量的传感器节点，通过节点的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信息，是一个集数据采集、数据处理、数据传输于一体的复杂系统，它能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式发送，并以自组多跳的无线传播方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。
　　无线传感器网络具有监测精度高、容错性能好、覆盖区域大、可远程监控等优点，已成为国内外研究的热点。随着传感器技术和通信技术的进一步发展，因其应用的广泛性和多样性越来越受到人们的高度重视，在军事和民用方面均有非常广阔的应用前景，可应用于军事侦察、环境监测、医疗监护、地震监测、气候预测及空间探索等诸多领域。
　　无线传感器网络潜在的实用价值，已引起许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。早在2003年，美国商业周刊在其“未来技术专版”中指出，效用计算、传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官是全球未来的四大高技术产业，它们将掀起新的产业浪潮。与此同时，MIT技术评论Technology Review在预测未来技术发展的报告中指出，无线传感器网络将是未来改变世界的十大新兴技术之首。

《物联网关键技术与工程实践》 书籍简介 在信息爆炸的时代，万物互联的愿景正以前所未有的速度成为现实。作为这一宏大图景的核心驱动力之一，物联网（Internet of Things, IoT）正深刻地改变着我们的生产、生活乃至整个社会的运行模式。从智能家居的便捷舒适，到智慧农业的高效精准，再到工业制造的智能化升级，物联网的应用场景日益广泛，其发展潜力更是不可估量。然而，要真正构建和部署一个稳定、高效、可扩展的物联网系统，离不开对底层关键技术原理的深入理解，以及在实际工程中解决复杂问题的能力。 本书《物联网关键技术与工程实践》旨在系统地介绍物联网的核心技术和工程实现方法，为读者提供一个全面而深入的视角，帮助他们掌握构建和应用物联网系统的必备知识和技能。本书内容严谨，体系完整，既有扎实的理论基础，又不乏生动的工程实践案例，力求在概念的阐述与实际操作之间建立坚实的桥梁。 第一部分：物联网基础与体系架构 在本书的第一部分，我们将从物联网的宏观概念入手，逐步深入其核心构成与整体框架。 物联网概述与发展趋势： 我们将首先阐述物联网的基本定义、发展历程及其在当今社会所扮演的关键角色。在此基础上，深入探讨物联网在不同领域的应用前景，例如智慧城市、智能交通、环境保护、公共安全等，并分析当前物联网技术发展面临的主要挑战和未来的演进方向。我们将重点关注如低功耗通信、边缘计算、大数据分析、人工智能集成等前沿热点。 物联网体系架构： 一个完善的物联网系统通常可以划分为感知层、网络层和应用层。本部分将对每一层的功能、组成要素及其相互关系进行详细解析。 感知层： 作为物联网的“触角”，感知层负责采集和识别物理世界的信息。我们将深入探讨各类传感器（如温度、湿度、光照、运动、位置传感器等）的工作原理、选型原则及其在不同场景下的应用。此外，还将介绍执行器（Actuator）的作用，以及它们如何实现对物理世界的反馈控制。 网络层： 负责将感知层采集到的数据传输到应用层，并进行相应的路由和通信。我们将详细介绍支撑物联网通信的各类网络技术，包括有线通信（如以太网）和无线通信技术。特别地，我们将重点讲解适用于物联网的各类无线通信协议，例如低功耗广域网（LPWAN）技术，如LoRa、NB-IoT、Sigfox等，分析它们的优势、劣势以及适用场景。同时，也会涉及中短距离的无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙（BLE）、Zigbee等，并阐述它们在物联网通信中的作用。此外，还将讨论物联网网关（Gateway）的设计与功能，以及它们在连接不同网络协议和设备方面的关键作用。 应用层： 负责对采集到的数据进行处理、分析、存储、展示和应用。我们将探讨物联网平台（IoT Platform）的构建与功能，包括数据接入、设备管理、数据存储、数据分析、应用开发等。同时，还将介绍物联网安全、隐私保护以及数据可视化等重要议题，并展示不同行业物联网应用的典型案例。 第二部分：核心通信技术与协议 物联网的实现离不开各种高效、可靠的通信技术和协议。本部分将对支撑物联网的通信技术进行深度剖析。 低功耗广域网（LPWAN）技术详解： 鉴于物联网设备往往需要长时间、低功耗地运行，LPWAN技术在物联网领域扮演着至关重要的角色。我们将对LoRa、NB-IoT、Sigfox等主流LPWAN技术进行详细的原理介绍，包括其工作频段、通信机制、功耗特点、覆盖范围、速率限制以及部署成本等。通过对比分析，帮助读者理解不同LPWAN技术适用的应用场景，例如智能抄表、资产追踪、环境监测等。 其他关键通信协议： 除了LPWAN，我们还将介绍其他在物联网中广泛应用的通信协议。 Wi-Fi与蓝牙（BLE）： 分析它们在短距离、高带宽或低功耗场景下的应用，例如智能家居设备间的互联互通、可穿戴设备的通信等。 Zigbee： 讲解其低功耗、低速率、网状网络（Mesh Network）等特点，以及在智能照明、智能家居自动化等场景下的应用。 MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）： 作为一种轻量级的发布/订阅模式的消息协议，MQTT是物联网通信中的事实标准。我们将详细阐述MQTT的发布-订阅模型、QoS（Quality of Service）等级、保留消息、遗嘱消息等概念，并通过实例演示其在设备之间以及设备与服务器之间的通信机制。 CoAP（Constrained Application Protocol）： 针对资源受限的设备和网络而设计的协议，CoAP与HTTP类似，但具有更低的功耗和更小的开销。我们将介绍CoAP的请求/响应模型、观察模式等，并说明其在嵌入式设备通信中的优势。 第三部分：物联网设备开发与嵌入式系统 物联网的“物”离不开能够感知、处理和通信的终端设备。本部分将聚焦物联网设备的开发和嵌入式系统。 嵌入式系统基础： 讲解嵌入式系统的基本构成，包括微控制器（MCU）、内存、外设接口等，以及嵌入式操作系统的作用。我们将介绍主流的嵌入式开发平台，如Arduino、Raspberry Pi等，并分析它们的特点和应用。 传感器与执行器接口技术： 详细介绍传感器和执行器如何与微控制器进行连接和通信。我们将讲解常见的接口技术，如I2C、SPI、UART等，并提供实际的接口连接和数据读取示例。 嵌入式软件开发： 介绍嵌入式软件的开发流程，包括代码编写、编译、调试等。我们将探讨实时操作系统（RTOS）在嵌入式物联网设备中的应用，以及如何利用RTOS实现任务调度、资源管理和并发控制。 低功耗设计与优化： 强调在物联网设备开发中低功耗设计的重要性，介绍各种功耗优化技术，例如睡眠模式、动态电压频率调整（DVFS）、以及选择低功耗元器件等。 第四部分：物联网平台与数据处理 海量数据的汇聚和处理是物联网成功的关键。本部分将深入探讨物联网平台和数据处理技术。 物联网平台架构与功能： 介绍当前主流物联网平台的构成，包括设备接入管理、设备影子（Device Shadow）、数据存储、数据分析、规则引擎、应用开发接口（API）等。我们将对比分析不同商业化物联网平台（如AWS IoT, Azure IoT Hub, Google Cloud IoT等）的特点和优势。 数据采集与预处理： 讲解物联网设备如何将采集到的数据上传到平台，以及在数据上传前的预处理技术，如数据过滤、格式转换、压缩等，以减轻网络负担和服务器压力。 数据存储与管理： 介绍适用于物联网场景的数据存储方案，包括时序数据库、NoSQL数据库等，并讨论数据生命周期管理、数据备份和恢复等问题。 数据分析与挖掘： 讲解如何利用大数据分析技术从海量物联网数据中提取有价值的信息。我们将介绍常用的数据分析方法，如统计分析、机器学习、深度学习等，并探讨如何利用这些技术实现异常检测、模式识别、预测分析等高级功能。 规则引擎与事件驱动： 介绍规则引擎的作用，以及如何通过定义规则来响应特定的传感器事件，实现自动化控制和预警。 第五部分：物联网安全与隐私保护 随着物联网设备的广泛部署，安全和隐私问题日益突出。本部分将对此进行重点关注。 物联网安全威胁与挑战： 分析物联网设备面临的主要安全风险，如设备被盗用、数据泄露、拒绝服务攻击、物理篡骗等，并讨论造成这些威胁的根本原因。 安全防护机制： 介绍构建安全物联网系统所需的各项安全措施，包括： 设备安全： 加密通信（TLS/SSL）、身份认证、访问控制、固件安全更新等。 网络安全： 防火墙、入侵检测系统（IDS）、网络隔离等。 数据安全： 数据加密（传输中加密、静态加密）、访问控制策略、数据脱敏等。 应用安全： 安全的代码开发实践、API安全等。 隐私保护技术： 探讨如何在物联网应用中保护用户隐私，包括数据匿名化、差分隐私、用户授权管理等。 安全标准与合规性： 简要介绍与物联网安全相关的国际标准和行业规范，以及企业在部署物联网系统时需要考虑的合规性问题。 第六部分：物联网工程实践与案例分析 理论联系实际，才能更好地掌握物联网技术。本部分将通过工程实践和案例分析，巩固读者对本书所学知识的理解。 典型物联网应用场景设计： 以实际的物联网应用场景为例，如智能家居系统、智慧工厂监控系统、智能农业监测系统等，指导读者如何根据具体需求进行系统设计，包括传感器选型、通信协议选择、平台搭建、应用开发等。 实际项目开发流程： 演示一个完整的物联网项目开发流程，从需求分析、方案设计、原型开发、测试部署到后期的维护升级。 案例研究： 深入分析一些成功的物联网应用案例，剖析其技术实现、商业模式和成功经验，帮助读者学习借鉴。 未来展望与挑战： 对物联网技术的未来发展趋势进行展望，并探讨在技术、标准、商业模式、伦理等方面可能面临的新挑战，鼓励读者积极思考和探索。 本书内容涵盖了物联网的从基础理论到工程实践的各个环节，力求为读者构建一个全面、系统的知识体系。通过对本书的学习，读者将能够： 深刻理解物联网的核心概念、体系架构和发展趋势。 掌握各类物联网通信技术和协议的原理与应用。 具备物联网设备开发和嵌入式系统设计的基本能力。 了解物联网平台的功能与数据处理方法。 认识物联网安全与隐私保护的重要性，并掌握相应的防护策略。 能够结合实际案例，独立或参与物联网系统的设计与实现。 本书适合于高等院校物联网工程、计算机科学、电子工程等相关专业的学生，以及从事物联网技术研发、产品设计、系统集成和应用开发的工程师和技术人员。我们相信，通过对本书的学习，读者将能够在这个充满机遇的物联网时代，成为一名优秀的实践者和创新者。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受是它的“干货”十足，没有丝毫的废话，字字珠玑。作者们似乎完全站在读者的角度，预想到了我们在学习过程中可能遇到的困惑，并提前在书中给出了详尽的解答。例如，在讨论WSN的拓扑结构时，书中不仅列举了星型、总线型、树型和网状型等常见拓扑，还深入分析了不同拓扑在能量消耗、网络覆盖范围、可靠性等方面的权衡，并给出了具体的计算公式和仿真结果，这让我对不同拓扑的选择有了更加深刻的认识。书中对传感器节点的设计和优化也进行了细致的探讨，包括硬件选型、功耗管理、数据采集等，这些内容对于想要动手实践的同学来说具有极高的参考价值。尤其是在介绍传感器网络的能量效率时，书中提出的多种节能策略，如休眠机制、数据压缩、路由优化等，都非常实用，并且提供了相应的算法和伪代码，这让我能够更好地理解如何延长WSN的生命周期。这本书真的是一本不可多得的宝藏，为我在WSN的学习道路上指明了方向。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对物联网技术充满好奇的学生，我一直渴望深入了解构成这个庞大智能网络的基石——无线传感器网络（WSN）。当我翻开这本《无线传感器网络原理与应用》时，我被书中严谨的学术体系和清晰的逻辑结构深深吸引。作者们从最基础的传感器节点概念出发，循序渐进地阐述了WSN的架构、关键技术以及实际应用。最让我印象深刻的是，书中并没有止步于理论的堆砌，而是花了大量篇幅来介绍WSN在实际场景中的落地，例如智能家居、环境监测、工业自动化等，这些生动的案例让我能够更直观地理解WSN的价值和潜力。书中对各种通信协议的介绍也十分到位，从MAC层到网络层，再到应用层，都做了详尽的分析，并且对比了不同协议的优缺点，这对于我选择和设计WSN系统非常有帮助。此外，书中还涉及了一些关于WSN安全和节能的讨论，这对于构建稳定可靠的物联网系统至关重要。总的来说，这本书是一本内容丰富、讲解透彻的WSN入门和进阶读物，非常适合物联网工程专业的学生阅读。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本书的价值在于它能否激发读者的思考，并为他们提供解决问题的思路。这本《无线传感器网络原理与应用》在这方面做得非常出色。书中在介绍WSN的基本原理时，并没有仅仅停留在概念的层面，而是通过大量的图示和实例，将抽象的概念具象化，使我能够轻松理解。例如，在讲解数据融合技术时，书中不仅介绍了集中式、分布式和层次式数据融合的原理，还结合实际应用场景，分析了不同融合策略的适用性，并对数据融合的准确性和效率进行了量化评估，这让我能够更好地把握数据融合在WSN中的作用。书中对WSN的部署和管理也进行了深入的探讨，包括网络初始化、节点定位、路由发现与维护、故障检测与恢复等，这些都是WSN系统运行的关键环节，书中都给出了详细的解决方案。更令我惊喜的是，书中还对WSN的未来发展趋势进行了展望，例如与人工智能、大数据等技术的结合，这让我对WSN的未来充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对学术研究有浓厚兴趣的学生，我一直希望找到一本能够帮助我深入理解WSN底层机制的书籍。这本书恰好满足了我的需求。它在对WSN核心技术进行介绍时，展现出了极高的学术深度和严谨性。例如，在阐述WSN中的路由协议时，书中详细分析了LEACH、PEGASIS、CODA等经典路由协议的设计思想、运行机制和性能特点，并提供了详细的数学模型和仿真分析，让我能够深入理解这些协议的优劣之处，并为我后续的自主创新研究打下了坚实的基础。书中在介绍WSN的MAC层协议时，同样展现了出色的学术功底，对TDMA、CSMA/CA等协议进行了深入的剖析，并结合WSN的特点，提出了多种改进方案。此外，书中对WSN的安全问题也进行了深刻的探讨，例如加密、认证、入侵检测等，并给出了一些有效的应对策略。这本书不仅是一本教科书，更是一本可以作为科研参考的书籍，为我提供了宝贵的学术资源。

评分☆☆☆☆☆

最近我开始接触无线传感器网络这个领域，尝试阅读一些相关的书籍来建立起自己的知识体系。我选择的这本书，从内容上来讲，确实为我打开了新世界的大门。书中并没有一开始就灌输复杂的理论，而是从非常贴近生活的应用场景入手，比如智能农业、智慧交通等等，让我能够迅速感受到WSN的实际价值。然后，它才逐步深入到技术细节，比如节点的设计，我看到了传感器如何被集成，如何通过低功耗芯片实现长续航，这些都让我觉得非常神奇。关于数据传输的部分，书中也用了大量的图示来解释各种通信协议，虽然有些概念我还需要反复琢磨，但整体脉络是清晰的，我能理解为什么需要设计不同的协议来适应不同的应用场景。让我觉得特别贴心的是，书中还给出了一些实际操作的建议，虽然我还没有机会去实践，但这些信息对于我未来动手做项目肯定会非常有帮助。总的来说，这本书给了我一个非常扎实的起点，让我对WSN不再感到陌生，而是充满了探索的动力。