无线传感器网络技术原理及应用/21世纪高等学校规划教材·物联网 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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许毅，陈立家，甘浪雄，伍新华 著

图书标签:

• 无线传感器网络
• 传感器网络
• 物联网
• 无线通信
• 嵌入式系统
• 网络协议
• 数据采集
• 智能感知
• 21世纪高等学校规划教材
• 计算机科学

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302391616

版次：1

商品编码：11772105

品牌：清华大学

包装：平装

丛书名： 21世纪高等学校规划教材·物联网

开本：16开

出版时间：2015-09-01

用纸：胶版纸

内容简介

　　《无线传感器网络技术原理及应用/21世纪高等学校规划教材·物联网》根据物联网工程本科专业的发展方向和教学需要，结合无线网络传感器网络技术的最新发展技术及其应用现状编写而成，主要介绍无线传感器网络的基本概念、无线传感器网络开发环境、无线传感器网络拓扑控制与覆盖技术、无线传感器网络通信与组网技术、无线传感器网络支撑技术、无线传感器网络协议的技术标准、无线传感器网络安全技术，无线传感器网络接入技术、无线传感器网络的应用、无线传感器网络与物联网等。
　　本书内容丰富、覆盖面广、浅显易懂，不仅注重基本概念和基础技术，还强调了技术应用和实践教学内容，力求概念准确、图文并茂。
　　本书可作为普通高等院校物联网工程专业的本科教材，主要针对以下阅读群体：
　　①开设无线传感器网络课程的本科生，涉及的专业包括物联网工程、计算机和自动化等信息技术类专业；
　　②普通高校的硕士生、博士生(作为无线传感器网络的入门辅导书)；
　　③工程技术开发人员。

前言/序言

沉浸式交互：构建感知世界的全新维度 在信息爆炸的时代，我们对世界的感知能力正经历着前所未有的变革。过去，信息传递主要依赖于人类的感官、文字以及有限的通信技术。然而，随着科技的飞速发展，一种能够延伸我们感知边界，甚至赋予机器“生命”的全新交互模式正在悄然兴起，它打破了物理世界的限制，将数字世界与真实环境无缝融合，为我们开启了前所未有的探索与创造空间。 本书并非探讨如何构建微小的、自组织的通信网络，也不是聚焦于如何将大量低功耗设备集成到统一的通信协议中。相反，它将引领您深入探索一个更具颠覆性的领域：沉浸式交互。这个概念的精髓在于，它不再是简单地“获取”信息，而是“置身于”信息之中，与数字世界建立起一种前所未有的、多感官的、动态的联系。 想象一下，您不再是隔着屏幕观看一段视频，而是能够“走入”其中，感受画面中的风吹草动，甚至触碰到虚拟物体。您不再是通过文字理解一个复杂的概念，而是可以通过亲身体验，以一种直观、深刻的方式将其内化。这种能力，正是沉浸式交互所追求的目标。 1. 触碰虚幻：感官的延伸与重塑 沉浸式交互的核心在于对人类感官的深度挖掘与巧妙拓展。传统意义上，我们的视觉和听觉是信息获取的主要渠道。然而，随着技术的发展，触觉、嗅觉甚至味觉，也逐渐被纳入到沉浸式体验的设计范畴。 1.1 视觉的深度：从二维到多维的飞跃 我们最直观的沉浸式体验莫过于视觉的革新。这不再是简单的三维建模，而是通过精密的渲染技术和光学原理，欺骗我们的大脑，使其相信我们正处于一个真实存在的空间。 虚拟现实 (VR) 的颠覆： VR头显的出现，将我们完全“剥离”出现实世界的干扰，将我们“传送”到一个全新的数字环境中。通过追踪用户的头部和身体运动，VR能够实现高度的交互性，让用户在虚拟世界中自由探索、操作，甚至与其他虚拟角色互动。这种“临场感”是传统显示技术难以比拟的。 增强现实 (AR) 的融合： AR则更加巧妙地将数字信息叠加到现实世界中，为我们提供了“所见即所得”的全新视角。AR眼镜或移动设备能够识别和追踪现实环境中的物体，并在其上方呈现相关的虚拟信息，例如，在参观历史遗迹时，AR可以重现当年的场景；在维修机器时，AR可以显示详细的图纸和操作步骤。AR并非取代现实，而是对现实的“增强”，使得我们在与真实世界交互时，能够获得更丰富、更智能的信息支持。 混合现实 (MR) 的整合： MR则更进一步，它将VR和AR的优势融合，创造出一种既能感知虚拟物体，又能与现实环境互动的体验。在MR环境中，虚拟物体不仅可以叠加在现实世界中，还可以与现实物体进行物理上的交互，例如，一个虚拟球体可以被真实的双手“接住”，甚至可以“滚落”在真实的桌面。MR技术正在为我们构建一个物理世界与数字世界高度融合的“赛博空间”。 1.2 听觉的律动：空间感与细节的还原 声音在营造沉浸感方面扮演着至关重要的角色。沉浸式交互不仅仅是视觉的盛宴，更是听觉的交响。 空间音频的魔力： 传统的立体声只能提供左右方向的声音信息，而空间音频技术则能够模拟声音在三维空间中的传播，让用户感受到声音的远近、方向以及位置。这意味着，当虚拟角色在您身后说话时，您能够清晰地听到来自背后的声音，从而极大地增强了虚拟世界的真实感和临场感。 细节的刻画： 除了空间感，沉浸式音频还注重对声音细节的还原。从微风拂过的沙沙声，到雨滴落在不同材质上的细微差异，每一个声音元素都被精心设计，以求达到逼真的听觉效果，让用户仿佛置身于真实的环境之中。 1.3 触觉的反馈：模拟真实世界的“触摸” “触碰”是人类最直接的交互方式之一。在沉浸式体验中，触觉反馈技术的进步，让我们可以“触摸”到虚拟世界的物体，从而获得更深层次的感官体验。 触觉手套与控制器： 通过特殊的触觉手套或手持控制器，我们可以感受到虚拟物体的形状、纹理、硬度甚至温度。例如，在模拟游戏中，玩家可以感受到射击时枪械的后坐力；在进行虚拟手术训练时，医生可以感受到手术刀切割虚拟组织的阻力。 全身触觉反馈： 更高级的触觉反馈系统甚至可以覆盖全身，通过震动、压力等方式，模拟身体在虚拟环境中感受到的各种力学反馈，例如，在虚拟的过山车体验中，可以感受到加速和失重带来的身体晃动。 2. 交互的革新：从指令到自然 沉浸式交互的另一个核心在于，它将人机交互的方式从传统的键盘、鼠标、触摸屏，大幅度地推向了更自然、更直观的方向。 2.1 自然语言理解：与机器“对话” 我们一直以来都在学习如何与机器沟通，但机器也开始学习如何理解我们。自然语言处理 (NLP) 的进步，使得机器能够理解人类的语言，并作出相应的回应。 语音助手与对话系统： 如今，我们可以通过简单的语音指令来控制智能家居设备、搜索信息、播放音乐。这些语音助手不再是机械的问答，而是越来越能够理解上下文，进行更自然的对话，仿佛我们是在与一个懂我们的“伙伴”交流。 文本生成与理解： 随着大语言模型的崛起，机器在文本生成和理解方面取得了突破性进展，能够撰写文章、创作诗歌、甚至进行复杂的逻辑推理。这为更深层次的智能交互奠定了基础。 2.2 手势与姿态识别：肢体的语言 我们的肢体语言蕴含着丰富的信息。沉浸式交互技术能够识别并解读我们的手势、身体姿态，从而实现更直观的操作。 手势控制： 无论是VR中的握手、指向，还是AR中的拖拽、缩放，手势控制已经成为许多沉浸式应用的核心交互方式。它摆脱了传统控制器的束缚，让操作更加自由和流畅。 姿态追踪： 通过对身体姿态的追踪，机器能够了解我们的动作意图，例如，一个简单的蹲下或跳跃，就可以在虚拟环境中触发相应的动作。这对于游戏、运动训练等领域具有重要意义。 2.3 生物信号的洞察：解读身体的“心声” 更前沿的沉浸式交互技术，开始尝试解读我们身体内部的信号，从而实现更个性化、更智能的交互。 眼球追踪： 通过追踪眼球的运动，我们可以了解用户的注意力焦点，从而优化信息呈现，甚至实现“视线控制”。例如，在虚拟现实中，我们看向某个虚拟物体，该物体就会被选中或激活。 脑机接口 (BCI) 的潜力： BCI技术则更进一步，它能够直接读取大脑的神经信号，并将其转化为机器可理解的指令。虽然目前仍处于早期阶段，但BCI有望实现意念控制，为残障人士提供全新的生活方式，并为人类与机器的交互开辟无限可能。 3. 应用的疆域：重塑生活与工作 沉浸式交互的潜力远不止于娱乐，它正在深刻地重塑我们的生活、工作与学习方式。 3.1 颠覆性的教育模式：学以致“践” 沉浸式技术为教育带来了革命性的变革，让学习不再是枯燥的理论灌输，而是生动有趣的实践体验。 虚拟实验室： 学生可以在虚拟实验室中进行危险或昂贵的实验，而无需担心安全问题或成本限制。例如，学习化学的学生可以安全地混合各种化学试剂，学习物理的学生可以模拟各种力学现象。 历史场景重现： 通过AR/VR技术，学生可以“穿越”到历史事件发生的现场，亲身感受历史的厚重，加深对历史的理解。 技能培训： 飞行员可以在模拟驾驶舱中进行高强度的训练，外科医生可以在虚拟手术台上反复练习复杂的手术，工人可以远程学习操作复杂设备的流程。 3.2 创新的设计与工程：从概念到现实的加速 在设计与工程领域，沉浸式技术极大地提高了效率和创造力。 虚拟原型： 工程师可以在虚拟环境中构建和测试产品原型，无需耗费大量时间和成本来制造实体模型。他们可以从不同角度审视设计，进行模拟测试，并及时发现和解决潜在问题。 远程协作： 不同地点的设计师、工程师可以实时在同一个虚拟空间中进行协作，共同审阅设计方案，进行修改和讨论，极大地提高了团队的协作效率。 建筑可视化： 建筑师可以在项目建成之前，通过AR/VR技术向客户展示逼真的建筑模型，让他们能够身临其境地感受未来的空间，从而更准确地做出决策。 3.3 智能化的医疗保健：精准与关怀的结合 医疗领域正在积极拥抱沉浸式技术，以提升诊断、治疗和康复的水平。 手术规划与导航： 医生可以通过AR/VR技术，将患者的医学影像（如CT、MRI）叠加到手术区域，从而实现更精准的手术导航，降低手术风险。 康复训练： 针对中风、瘫痪等患者，沉浸式技术可以提供趣味性的康复训练方案，通过游戏化的方式激励患者积极参与，提高康复效果。 远程医疗： AR技术可以帮助医生远程指导基层医生进行诊断和治疗，甚至实现远程会诊，将优质医疗资源延伸到更广泛的地区。 3.4 沉浸式娱乐的升级：超越感官的体验 当然，沉浸式交互在娱乐领域的应用也是最广泛和最直观的。 游戏体验的飞跃： VR/AR游戏已经不再是简单的操控，而是让玩家真正“进入”游戏世界，与虚拟角色互动，体验惊险刺激的冒险。 虚拟旅游与社交： 用户可以足不出户，通过VR技术“游览”世界各地的名胜古迹，与远方的朋友进行虚拟聚会，分享彼此的体验。 沉浸式电影与表演： 传统的观影模式正在被打破，观众可以成为电影故事的一部分，甚至与演员进行互动，体验前所未有的观影感受。 结语 沉浸式交互，正以其强大的生命力，不断拓展我们感知世界的边界，重塑我们与数字世界、与现实世界互动的方式。它不再是一个遥不可及的概念，而是正在逐步渗透到我们生活的方方面面，带来前所未有的机遇和挑战。 本书并非为了梳理和罗列某个特定领域的通信技术，而是为了激发您对这一宏大而令人兴奋的领域的深入思考。它希望能够为您开启一扇通往未来的大门，让您认识到，通过对感官的巧妙运用和对交互方式的革新，我们正在构建一个更加智能、更加人性化、更加丰富多彩的“感知世界”。 理解并掌握沉浸式交互的原理与应用，不仅是跟上时代发展的步伐，更是赋予我们创造更美好未来的强大能力。这趟探索之旅，才刚刚开始。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受是，它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师在循循善诱。在一些章节的末尾，作者会提出一些开放性的问题，引导读者思考WSN未来发展可能遇到的挑战和机遇，比如如何应对海量设备的接入、如何实现更强大的自主学习能力、以及如何构建更安全、更可靠的WSN生态系统。这激发了我进一步探索的兴趣。同时，书中穿插的很多小贴士和注意事项，都来自于实际项目开发中的经验总结，这些宝贵的“坑”可以帮助我们少走很多弯路。在我看来，这本书对于正在进行WSN毕业设计或相关项目开发的同学来说，具有极高的参考价值。它不仅提供了扎实的技术理论基础，更包含了丰富的实践指导，能够帮助我们更好地理解和掌握WSN技术，并将其有效地应用于实际问题解决中。

评分☆☆☆☆☆

从技术细节的角度看，这本书的严谨性是显而易见的。它不仅涵盖了WSN的硬件层面，比如各种传感器芯片、微控制器、无线通信模块的选择与设计，还深入到了软件层面，包括嵌入式操作系统的选择、实时任务调度、以及高效的数据处理算法。我尤其欣赏作者在讲解功耗管理策略时所采取的详尽方式，从硬件的低功耗设计，到软件的动态电压频率调整（DVFS），再到网络层的休眠唤醒机制，每一个方面都进行了细致的分析，并给出了量化的评估。对于那些需要设计高度节能的WSN系统的开发者来说，这部分内容无疑是宝贵的财富。此外，书中还涉及了数据采集、数据融合以及数据存储等关键环节，并提出了多种优化方案，旨在最大限度地提高数据的准确性和可用性，同时减少传输和存储的开销。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就透着一股严谨劲儿，厚实的纸张，清晰的字体，让人一看就觉得内容扎实。翻开目录，里面涵盖了从基础理论到实际应用的方方面面，感觉像是给一个完全不懂无线传感器网络（WSN）的小白量身定做的指南。一开始的部分，讲到传感器节点的设计，从硬件选型到功耗优化，都剖析得非常透彻。我尤其喜欢它对不同传感器类型的对比分析，比如温度、湿度、光照，以及它们在实际应用场景中的优劣势，这让我能根据具体需求快速做出判断。接着，关于网络协议的部分，Zigbee、LoRa、NB-IoT这些主流协议的原理、特点和适用范围都讲得清清楚楚，而且还给出了很多实际案例，比如智能家居、环境监测、农业物联网等，让我能直观地理解这些技术是如何落地的。书中的图示和表格也非常丰富，把复杂的概念变得容易理解，这一点对于初学者来说简直是福音。读完前面几章，我对WSN的整体架构和关键技术都有了一个比较全面的认识，为后续深入学习打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排非常合理，循序渐进，让我这个对WSN只有初步了解的人也能轻松跟上。在介绍完基础理论和核心技术之后，它很自然地过渡到了WSN在各个行业的具体应用。我特别感兴趣的是在智慧城市和智能交通领域的应用案例。书中详细介绍了如何利用WSN来构建智能交通管理系统，比如通过部署大量的传感器来实时监测交通流量、车辆位置和路况信息，进而实现交通信号灯的智能调度、交通拥堵的预测和疏导等。这让我看到了WSN在提升城市运行效率、缓解交通压力方面的巨大潜力。同时，对于智慧医疗的应用，例如通过可穿戴传感器来监测病人的生理体征，并将数据实时传输到医疗中心，也让我对WSN在改善健康管理和远程医疗方面的作用有了更深的认识。这些贴近实际的应用场景，让书本上的理论知识变得更加鲜活和有意义。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在深入探讨WSN的性能优化方面做得相当出色。在数据传输和路由策略这部分，作者没有停留在理论层面，而是花了很多篇幅来分析不同路由算法的能耗、延迟和吞吐量之间的权衡。像LEACH、PEGASIS这类经典的算法，不仅讲清楚了它们的原理，还给出了很多伪代码和仿真结果，让我能深刻理解它们是如何工作的。更重要的是，书中还讨论了如何根据不同的应用场景选择最优的路由策略，比如在覆盖范围要求高的情况下，应该选择哪种算法；在数据量大的情况下，又该如何进行数据聚合以减少通信开销。此外，对于网络安全问题，这本书也给出了详细的阐述，从加密、认证到访问控制，每一个环节都考虑得很周全。它分析了WSN面临的独特安全挑战，比如资源受限的节点、开放的网络环境等，并提供了相应的解决方案。读到这部分，我才真正意识到WSN的安全防护有多么重要，以及背后需要多严谨的设计。