無綫傳感器網絡原理與應用/普通高等教育物聯網工程專業“十二五”規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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彭力 著

圖書標籤:

• 無綫傳感器網絡
• 傳感器網絡
• 物聯網
• 物聯網工程
• 無綫通信
• 數據通信
• 網絡協議
• 嵌入式係統
• 智能感知
• 應用開發

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560632438

版次：1

商品編碼：11453398

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育物聯網工程專業“十二五”規劃教材

開本：16開

齣版時間：2014-01-01

用紙：膠版紙

頁數：270

字數：411000

正文語種：中文

內容簡介

　　《無綫傳感器網絡原理與應用/普通高等教育物聯網工程專業“十二五”規劃教材》結閤作者長期以來在該領域的教學、研究工作，比較全麵、係統地闡述瞭在當前無綫傳感器網絡研究領域中的關鍵技術問題、研究成果和應用技術。全書共分為9章，內容涉及無綫傳感器網絡概述、拓撲控製、無綫傳感器網絡關鍵技術、定位技術、目標跟蹤技術、時間同步技術、安全技術、硬件平颱設計以及無綫傳感器網絡工程實驗指導等。
　　《無綫傳感器網絡原理與應用/普通高等教育物聯網工程專業“十二五”規劃教材》既可作為物聯網工程、傳感器網絡技術、通信工程等專業本科生和研究生的教材，也可供無綫傳感器網絡研究領域的相關科研工作者及工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第1章 無綫傳感器網絡概述
1.1 無綫傳感器網絡的體係結構
1.2 無綫傳感器網絡的特徵
1.2.1 與現有無綫網絡的區彆
1.2.2 傳感器節點的限製
1.2.3 無綫傳感器網絡的特點
1.3 無綫傳感器網絡的應用及關鍵技術
1.3.1 無綫傳感器網絡的應用
1.3.2 無綫傳感器網絡的發展現狀
1.3.3 無綫傳感器網絡的關鍵技術
1.3.4 麵臨的挑戰
1.4 主流無綫傳感器網絡仿真平颱
1.4.1 基於通用網絡的仿真平颱
1.4.2 基於TinyOS的仿真平颱
1.4.3 仿真平颱比較
習題

第2章 拓撲控製
2.1 概述
2.2 功率控製
2.2.1 基於節點度的功率控製
2.2.2 基於方嚮的功率控製
2.2.3 基於鄰近圖的功率控製
2.2.4 XTC算法
2.3 層次型拓撲結構控製
2.3.1 LEACH算法
2.3.2 TopDisc算法
2.3.3 GAT算法
2.4 啓發機製
2.4.1 STEM算法
2.4.2 ASCENT算法
2.5 傳感器網絡的覆蓋控製
2.5.1 基於虛擬勢場力的傳惑器網絡區域覆蓋控製
2.5.2 基於市場競爭行為的無綫傳感器網絡連接與覆蓋算法
2.6 小結
習題

第3章 無綫傳感器網絡關鍵技術
3.1 無綫傳感器網絡的路由技術
3.1.1 路由協議的分類
3.1.2 能量感知路由協議
3.1.3 基於查詢路由
3.1.4 地理位置路由
3.1.5 基於QoS的路由
3.1.6 路由協議自主切換
3.1.7 小結
3.2 無綫傳感器網絡的鏈路層技術
3.2.1 無綫傳感器網絡MAC協議
3.2.2 基於競爭的MAC協議
3.2.3 基於時分復用的MAC協議
3.2.4 其他類型的MAC協議
3.2.5 小結
3.3 ZigBee
3.3.1 ZigBee與IEEE802.1 5.4 的分工
3.3.2 ZigBee與IEEE802.1 5.4 的區彆
3.3.3 ZigBee協議框架
3.3.4 ZigBee技術的特點
3.3.5 網絡層規範
3.3.6 應用層規範
3.4 小結
習題

第4章 定位技術
4.1 定位技術簡介
4.1.1 定位技術的概念、常見算法和分類
4.1.2 定位算法分類
4.2 基於距離的定位
4.2.1 基於TOA的定位
4.2.2 基於TDOA的定位
4.2.3 基於AOA的定位
4.2.4 基於RSSI的定位
4.3 與距離無關的定位算法
4.3.1 質心定位算法
4.3.2 DV-Hop算法
4.3.3 APIT算法
4.3.4 凸規劃定位算法
習題

第5章 目標跟蹤技術
5.1 目標跟蹤的基本原理及跟蹤策略設計要考慮的問題
5.1.1 無綫傳感器網絡中目標跟蹤的基本原理
5.1.2 無綫傳感器網絡跟蹤策略設計要考慮的問題
5.2 點目標跟蹤
5.2.1 雙元檢測協作跟蹤
5.2.2 信息驅動協作跟蹤
5.2.3 傳送樹跟蹤算法
5.3 麵目標跟蹤
5.3.1 對偶空間轉換
5.3.2 對偶空間跟蹤算法
5.4 小結
習題

第6章 時間同步技術
6.1 無綫傳感器網絡的時間同步機製
6.1.1 影響無綫傳感器網絡時間同步的關鍵因素
6.1.2 無綫傳感器網絡時間同步機製的基本原理
6.2 現有時間同步技術分析
6.2.1 基於接收者和接收者的時間同步機製
6.2.2 基於發送者和接收者的雙嚮時間同步機製
6.2.3 基於發送者和接收者的單嚮時間同步機製
6.3 對間同步算法設計
6.4 小結
習題

第7章 安全技術
7.1 概述
7.2 無綫傳感器網絡中的安全問題
7.3 無綫傳感器網絡的安全性分析
7.3.1 無綫傳感器網絡的安全挑戰
7.3.2 無綫傳感器網絡的安全策略
7.4 無綫傳感器網絡的安全管理體係
7.4 ,1預共享密鑰分配模型
7.4.2 隨機密鑰預分配模型
7.4.3 基於位置的密鑰預分配模型
7.4.4 其他的密鑰管理方案
7.5 無綫傳感器網絡的入侵檢測技術
7.5.1 入侵檢測技術概述
7.5.2 三種入侵檢測方案的工作原理
7.6 小結
習題

第8章 硬件平颱設計
8.1 無綫傳感器網絡的硬件開發概述
8.1.1 硬件係統的設計特點與要求
8.1.2 硬件係統的設計內容
8.2 節點的硬件設計
8.2.1 處理器模塊
8.2.2 傳感器模塊
8.2.3 通信模塊
8.2.4 電源模塊
8.2.5 外圍模塊
8.3 傳感器節點設計實例
8.3.1 傳感器節點係列簡介
8.3.2 Mica係列傳感器設計分析
8.4 小結
習題

第9章 無綫傳感器網絡工程實驗指導
9.1 CC2530芯片簡介
9.1.1 芯片內部框架結構
9.1.2 芯片引腳和I/O端口配置
9.1.3 特殊功能寄存器
9.1.4 中斷簡介
9.2 建立一個簡單的實驗工程
……

前言/序言

　　無綫傳感器網絡是隨著無綫通信、嵌入式計算技術、傳感器技術、微機電技術以及分布式信息處理技術的進步而發展起來的一種新興的信息獲取技術，是當前在國際上備受關注、涉及多學科、高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。無綫傳感器網絡采用自組織方式配置大量的傳感器節點，通過節點的協同工作來采集和處理網絡覆蓋區域中的目標信息，是一個集數據采集、數據處理、數據傳輸於一體的復雜係統，它能夠通過各類集成化的微型傳感器協作地實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，這些信息通過無綫方式發送，並以自組多跳的無綫傳播方式傳送到用戶終端，從而實現物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通。
　　無綫傳感器網絡具有監測精度高、容錯性能好、覆蓋區域大、可遠程監控等優點，已成為國內外研究的熱點。隨著傳感器技術和通信技術的進一步發展，因其應用的廣泛性和多樣性越來越受到人們的高度重視，在軍事和民用方麵均有非常廣闊的應用前景，可應用於軍事偵察、環境監測、醫療監護、地震監測、氣候預測及空間探索等諸多領域。
　　無綫傳感器網絡潛在的實用價值，已引起許多國傢學術界和工業界的高度重視，被認為是對21世紀産生巨大影響力的技術之一。早在2003年，美國商業周刊在其“未來技術專版”中指齣，效用計算、傳感器網絡、塑料電子學和仿生人體器官是全球未來的四大高技術産業，它們將掀起新的産業浪潮。與此同時，MIT技術評論Technology Review在預測未來技術發展的報告中指齣，無綫傳感器網絡將是未來改變世界的十大新興技術之首。

《物聯網關鍵技術與工程實踐》 書籍簡介 在信息爆炸的時代，萬物互聯的願景正以前所未有的速度成為現實。作為這一宏大圖景的核心驅動力之一，物聯網（Internet of Things, IoT）正深刻地改變著我們的生産、生活乃至整個社會的運行模式。從智能傢居的便捷舒適，到智慧農業的高效精準，再到工業製造的智能化升級，物聯網的應用場景日益廣泛，其發展潛力更是不可估量。然而，要真正構建和部署一個穩定、高效、可擴展的物聯網係統，離不開對底層關鍵技術原理的深入理解，以及在實際工程中解決復雜問題的能力。 本書《物聯網關鍵技術與工程實踐》旨在係統地介紹物聯網的核心技術和工程實現方法，為讀者提供一個全麵而深入的視角，幫助他們掌握構建和應用物聯網係統的必備知識和技能。本書內容嚴謹，體係完整，既有紮實的理論基礎，又不乏生動的工程實踐案例，力求在概念的闡述與實際操作之間建立堅實的橋梁。 第一部分：物聯網基礎與體係架構 在本書的第一部分，我們將從物聯網的宏觀概念入手，逐步深入其核心構成與整體框架。 物聯網概述與發展趨勢： 我們將首先闡述物聯網的基本定義、發展曆程及其在當今社會所扮演的關鍵角色。在此基礎上，深入探討物聯網在不同領域的應用前景，例如智慧城市、智能交通、環境保護、公共安全等，並分析當前物聯網技術發展麵臨的主要挑戰和未來的演進方嚮。我們將重點關注如低功耗通信、邊緣計算、大數據分析、人工智能集成等前沿熱點。 物聯網體係架構： 一個完善的物聯網係統通常可以劃分為感知層、網絡層和應用層。本部分將對每一層的功能、組成要素及其相互關係進行詳細解析。 感知層： 作為物聯網的“觸角”，感知層負責采集和識彆物理世界的信息。我們將深入探討各類傳感器（如溫度、濕度、光照、運動、位置傳感器等）的工作原理、選型原則及其在不同場景下的應用。此外，還將介紹執行器（Actuator）的作用，以及它們如何實現對物理世界的反饋控製。 網絡層： 負責將感知層采集到的數據傳輸到應用層，並進行相應的路由和通信。我們將詳細介紹支撐物聯網通信的各類網絡技術，包括有綫通信（如以太網）和無綫通信技術。特彆地，我們將重點講解適用於物聯網的各類無綫通信協議，例如低功耗廣域網（LPWAN）技術，如LoRa、NB-IoT、Sigfox等，分析它們的優勢、劣勢以及適用場景。同時，也會涉及中短距離的無綫通信技術，如Wi-Fi、藍牙（BLE）、Zigbee等，並闡述它們在物聯網通信中的作用。此外，還將討論物聯網網關（Gateway）的設計與功能，以及它們在連接不同網絡協議和設備方麵的關鍵作用。 應用層： 負責對采集到的數據進行處理、分析、存儲、展示和應用。我們將探討物聯網平颱（IoT Platform）的構建與功能，包括數據接入、設備管理、數據存儲、數據分析、應用開發等。同時，還將介紹物聯網安全、隱私保護以及數據可視化等重要議題，並展示不同行業物聯網應用的典型案例。 第二部分：核心通信技術與協議 物聯網的實現離不開各種高效、可靠的通信技術和協議。本部分將對支撐物聯網的通信技術進行深度剖析。 低功耗廣域網（LPWAN）技術詳解： 鑒於物聯網設備往往需要長時間、低功耗地運行，LPWAN技術在物聯網領域扮演著至關重要的角色。我們將對LoRa、NB-IoT、Sigfox等主流LPWAN技術進行詳細的原理介紹，包括其工作頻段、通信機製、功耗特點、覆蓋範圍、速率限製以及部署成本等。通過對比分析，幫助讀者理解不同LPWAN技術適用的應用場景，例如智能抄錶、資産追蹤、環境監測等。 其他關鍵通信協議： 除瞭LPWAN，我們還將介紹其他在物聯網中廣泛應用的通信協議。 Wi-Fi與藍牙（BLE）： 分析它們在短距離、高帶寬或低功耗場景下的應用，例如智能傢居設備間的互聯互通、可穿戴設備的通信等。 Zigbee： 講解其低功耗、低速率、網狀網絡（Mesh Network）等特點，以及在智能照明、智能傢居自動化等場景下的應用。 MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）： 作為一種輕量級的發布/訂閱模式的消息協議，MQTT是物聯網通信中的事實標準。我們將詳細闡述MQTT的發布-訂閱模型、QoS（Quality of Service）等級、保留消息、遺囑消息等概念，並通過實例演示其在設備之間以及設備與服務器之間的通信機製。 CoAP（Constrained Application Protocol）： 針對資源受限的設備和網絡而設計的協議，CoAP與HTTP類似，但具有更低的功耗和更小的開銷。我們將介紹CoAP的請求/響應模型、觀察模式等，並說明其在嵌入式設備通信中的優勢。 第三部分：物聯網設備開發與嵌入式係統 物聯網的“物”離不開能夠感知、處理和通信的終端設備。本部分將聚焦物聯網設備的開發和嵌入式係統。 嵌入式係統基礎： 講解嵌入式係統的基本構成，包括微控製器（MCU）、內存、外設接口等，以及嵌入式操作係統的作用。我們將介紹主流的嵌入式開發平颱，如Arduino、Raspberry Pi等，並分析它們的特點和應用。 傳感器與執行器接口技術： 詳細介紹傳感器和執行器如何與微控製器進行連接和通信。我們將講解常見的接口技術，如I2C、SPI、UART等，並提供實際的接口連接和數據讀取示例。 嵌入式軟件開發： 介紹嵌入式軟件的開發流程，包括代碼編寫、編譯、調試等。我們將探討實時操作係統（RTOS）在嵌入式物聯網設備中的應用，以及如何利用RTOS實現任務調度、資源管理和並發控製。 低功耗設計與優化： 強調在物聯網設備開發中低功耗設計的重要性，介紹各種功耗優化技術，例如睡眠模式、動態電壓頻率調整（DVFS）、以及選擇低功耗元器件等。 第四部分：物聯網平颱與數據處理 海量數據的匯聚和處理是物聯網成功的關鍵。本部分將深入探討物聯網平颱和數據處理技術。 物聯網平颱架構與功能： 介紹當前主流物聯網平颱的構成，包括設備接入管理、設備影子（Device Shadow）、數據存儲、數據分析、規則引擎、應用開發接口（API）等。我們將對比分析不同商業化物聯網平颱（如AWS IoT, Azure IoT Hub, Google Cloud IoT等）的特點和優勢。 數據采集與預處理： 講解物聯網設備如何將采集到的數據上傳到平颱，以及在數據上傳前的預處理技術，如數據過濾、格式轉換、壓縮等，以減輕網絡負擔和服務器壓力。 數據存儲與管理： 介紹適用於物聯網場景的數據存儲方案，包括時序數據庫、NoSQL數據庫等，並討論數據生命周期管理、數據備份和恢復等問題。 數據分析與挖掘： 講解如何利用大數據分析技術從海量物聯網數據中提取有價值的信息。我們將介紹常用的數據分析方法，如統計分析、機器學習、深度學習等，並探討如何利用這些技術實現異常檢測、模式識彆、預測分析等高級功能。 規則引擎與事件驅動： 介紹規則引擎的作用，以及如何通過定義規則來響應特定的傳感器事件，實現自動化控製和預警。 第五部分：物聯網安全與隱私保護 隨著物聯網設備的廣泛部署，安全和隱私問題日益突齣。本部分將對此進行重點關注。 物聯網安全威脅與挑戰： 分析物聯網設備麵臨的主要安全風險，如設備被盜用、數據泄露、拒絕服務攻擊、物理篡騙等，並討論造成這些威脅的根本原因。 安全防護機製： 介紹構建安全物聯網係統所需的各項安全措施，包括： 設備安全： 加密通信（TLS/SSL）、身份認證、訪問控製、固件安全更新等。 網絡安全： 防火牆、入侵檢測係統（IDS）、網絡隔離等。 數據安全： 數據加密（傳輸中加密、靜態加密）、訪問控製策略、數據脫敏等。 應用安全： 安全的代碼開發實踐、API安全等。 隱私保護技術： 探討如何在物聯網應用中保護用戶隱私，包括數據匿名化、差分隱私、用戶授權管理等。 安全標準與閤規性： 簡要介紹與物聯網安全相關的國際標準和行業規範，以及企業在部署物聯網係統時需要考慮的閤規性問題。 第六部分：物聯網工程實踐與案例分析 理論聯係實際，纔能更好地掌握物聯網技術。本部分將通過工程實踐和案例分析，鞏固讀者對本書所學知識的理解。 典型物聯網應用場景設計： 以實際的物聯網應用場景為例，如智能傢居係統、智慧工廠監控係統、智能農業監測係統等，指導讀者如何根據具體需求進行係統設計，包括傳感器選型、通信協議選擇、平颱搭建、應用開發等。 實際項目開發流程： 演示一個完整的物聯網項目開發流程，從需求分析、方案設計、原型開發、測試部署到後期的維護升級。 案例研究： 深入分析一些成功的物聯網應用案例，剖析其技術實現、商業模式和成功經驗，幫助讀者學習藉鑒。 未來展望與挑戰： 對物聯網技術的未來發展趨勢進行展望，並探討在技術、標準、商業模式、倫理等方麵可能麵臨的新挑戰，鼓勵讀者積極思考和探索。 本書內容涵蓋瞭物聯網的從基礎理論到工程實踐的各個環節，力求為讀者構建一個全麵、係統的知識體係。通過對本書的學習，讀者將能夠： 深刻理解物聯網的核心概念、體係架構和發展趨勢。 掌握各類物聯網通信技術和協議的原理與應用。 具備物聯網設備開發和嵌入式係統設計的基本能力。 瞭解物聯網平颱的功能與數據處理方法。 認識物聯網安全與隱私保護的重要性，並掌握相應的防護策略。 能夠結閤實際案例，獨立或參與物聯網係統的設計與實現。 本書適閤於高等院校物聯網工程、計算機科學、電子工程等相關專業的學生，以及從事物聯網技術研發、産品設計、係統集成和應用開發的工程師和技術人員。我們相信，通過對本書的學習，讀者將能夠在這個充滿機遇的物聯網時代，成為一名優秀的實踐者和創新者。

評分☆☆☆☆☆

最近我開始接觸無綫傳感器網絡這個領域，嘗試閱讀一些相關的書籍來建立起自己的知識體係。我選擇的這本書，從內容上來講，確實為我打開瞭新世界的大門。書中並沒有一開始就灌輸復雜的理論，而是從非常貼近生活的應用場景入手，比如智能農業、智慧交通等等，讓我能夠迅速感受到WSN的實際價值。然後，它纔逐步深入到技術細節，比如節點的設計，我看到瞭傳感器如何被集成，如何通過低功耗芯片實現長續航，這些都讓我覺得非常神奇。關於數據傳輸的部分，書中也用瞭大量的圖示來解釋各種通信協議，雖然有些概念我還需要反復琢磨，但整體脈絡是清晰的，我能理解為什麼需要設計不同的協議來適應不同的應用場景。讓我覺得特彆貼心的是，書中還給齣瞭一些實際操作的建議，雖然我還沒有機會去實踐，但這些信息對於我未來動手做項目肯定會非常有幫助。總的來說，這本書給瞭我一個非常紮實的起點，讓我對WSN不再感到陌生，而是充滿瞭探索的動力。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，一本書的價值在於它能否激發讀者的思考，並為他們提供解決問題的思路。這本《無綫傳感器網絡原理與應用》在這方麵做得非常齣色。書中在介紹WSN的基本原理時，並沒有僅僅停留在概念的層麵，而是通過大量的圖示和實例，將抽象的概念具象化，使我能夠輕鬆理解。例如，在講解數據融閤技術時，書中不僅介紹瞭集中式、分布式和層次式數據融閤的原理，還結閤實際應用場景，分析瞭不同融閤策略的適用性，並對數據融閤的準確性和效率進行瞭量化評估，這讓我能夠更好地把握數據融閤在WSN中的作用。書中對WSN的部署和管理也進行瞭深入的探討，包括網絡初始化、節點定位、路由發現與維護、故障檢測與恢復等，這些都是WSN係統運行的關鍵環節，書中都給齣瞭詳細的解決方案。更令我驚喜的是，書中還對WSN的未來發展趨勢進行瞭展望，例如與人工智能、大數據等技術的結閤，這讓我對WSN的未來充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對物聯網技術充滿好奇的學生，我一直渴望深入瞭解構成這個龐大智能網絡的基石——無綫傳感器網絡（WSN）。當我翻開這本《無綫傳感器網絡原理與應用》時，我被書中嚴謹的學術體係和清晰的邏輯結構深深吸引。作者們從最基礎的傳感器節點概念齣發，循序漸進地闡述瞭WSN的架構、關鍵技術以及實際應用。最讓我印象深刻的是，書中並沒有止步於理論的堆砌，而是花瞭大量篇幅來介紹WSN在實際場景中的落地，例如智能傢居、環境監測、工業自動化等，這些生動的案例讓我能夠更直觀地理解WSN的價值和潛力。書中對各種通信協議的介紹也十分到位，從MAC層到網絡層，再到應用層，都做瞭詳盡的分析，並且對比瞭不同協議的優缺點，這對於我選擇和設計WSN係統非常有幫助。此外，書中還涉及瞭一些關於WSN安全和節能的討論，這對於構建穩定可靠的物聯網係統至關重要。總的來說，這本書是一本內容豐富、講解透徹的WSN入門和進階讀物，非常適閤物聯網工程專業的學生閱讀。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對學術研究有濃厚興趣的學生，我一直希望找到一本能夠幫助我深入理解WSN底層機製的書籍。這本書恰好滿足瞭我的需求。它在對WSN核心技術進行介紹時，展現齣瞭極高的學術深度和嚴謹性。例如，在闡述WSN中的路由協議時，書中詳細分析瞭LEACH、PEGASIS、CODA等經典路由協議的設計思想、運行機製和性能特點，並提供瞭詳細的數學模型和仿真分析，讓我能夠深入理解這些協議的優劣之處，並為我後續的自主創新研究打下瞭堅實的基礎。書中在介紹WSN的MAC層協議時，同樣展現瞭齣色的學術功底，對TDMA、CSMA/CA等協議進行瞭深入的剖析，並結閤WSN的特點，提齣瞭多種改進方案。此外，書中對WSN的安全問題也進行瞭深刻的探討，例如加密、認證、入侵檢測等，並給齣瞭一些有效的應對策略。這本書不僅是一本教科書，更是一本可以作為科研參考的書籍，為我提供瞭寶貴的學術資源。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的感受是它的“乾貨”十足，沒有絲毫的廢話，字字珠璣。作者們似乎完全站在讀者的角度，預想到瞭我們在學習過程中可能遇到的睏惑，並提前在書中給齣瞭詳盡的解答。例如，在討論WSN的拓撲結構時，書中不僅列舉瞭星型、總綫型、樹型和網狀型等常見拓撲，還深入分析瞭不同拓撲在能量消耗、網絡覆蓋範圍、可靠性等方麵的權衡，並給齣瞭具體的計算公式和仿真結果，這讓我對不同拓撲的選擇有瞭更加深刻的認識。書中對傳感器節點的設計和優化也進行瞭細緻的探討，包括硬件選型、功耗管理、數據采集等，這些內容對於想要動手實踐的同學來說具有極高的參考價值。尤其是在介紹傳感器網絡的能量效率時，書中提齣的多種節能策略，如休眠機製、數據壓縮、路由優化等，都非常實用，並且提供瞭相應的算法和僞代碼，這讓我能夠更好地理解如何延長WSN的生命周期。這本書真的是一本不可多得的寶藏，為我在WSN的學習道路上指明瞭方嚮。