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孙利民 等 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
• 数据采集
• 网络协议
• 低功耗设计
• 智能感知
• 无线网络

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302106937

版次：1

商品编码：10078610

品牌：清华大学

包装：平装

开本：16开

出版时间：2005-05-01

用纸：胶版纸

页数：424

字数：568000

编辑推荐

　　《无线传感器网络》内容丰富，覆盖面广，叙述深入浅出，既可以作为网络通信、传感器技术等专业的研究生教材，也可以供广大对传感器网络技术感兴趣的工程技术人员参考。

内容简介

　　本书介绍了无线传感器网络研究领域中的研究成果和应用技术。全书共分为三篇。第1篇是无线传感器网络的通信协议，包括网络拓扑控制、路由协议、介质访问协议和短距离低功耗无线通信标准；第2篇是无线传感器网络的支撑技术，包括定位机制、时间同步、网络安全、数据管理和数据融合；第3篇是无线传感器网络的应用技术，包括传感器节点的硬件平台、编程语言nesC、操作系统TinyOS、跟踪系统和环境监测系统。全书基本上反映了近几年来无线传感器网络相关方面的最新研究成果，并提供了详尽的参考文献。
　　本书内容丰富，覆盖面广，叙述深入浅出，既可以作为网络通信、传感器技术等专业的研究生教材，也可以供广大对传感器网络技术感兴趣的工程技术人员参考。

目录

第1篇 传感器网络通信协议
第1章 无线传感器网络概述
1.1传感器网络体系结构
1.1.1传感器网络结构
1.1.2传感器节点结构
1.1.3传感器网络协议栈
1.2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传感器网络的特点
1.3传感器网络的应用
1.4传感器网络的研究进展
1.5传感器网络的关键技术
1.6本书章 节安排
参考文献
第2章 路由协议
2.1概述
2.2路由协议分类
2.3能量感知路由
2.3.1能量路由
2.3.2能量多路径路由
2.4基于查询的路由
2.4.1定向扩散路由
2.4.2谣传路由
2.5地理位置路由
2.5.1GEAR路由
2.5.2GEM路由
2.5.3边界定位的地理路由
2.6可靠路由协议
2.6.1基于不相交路径的多路径路由机制
2.6.2ReInForM路由
2.6.3SPEED协议
2.7路由协议自主切换
2.8小结
参考文献
第3章 MAC协议
3.1概述
3.2基于竞争的MAC协议
3.2.1IEEE 802.11 MAC层协议
3.2.2S�睲AC协议
3.2.3T�睲AC协议
3.2.4Sift协议
3.3基于时分复用的MAC协议
3.3.1基于分簇网络的MAC协议
3.3.2DEANA协议
3.3.3基于周期性调度的MAC协议
3.3.4TRAMA协议
3.3.5DMAC
3.4其他类型的MAC协议
3.4.1SMACS/EAR协议
3.4.2基于CDMA方式的信道分配协议
3.5小结
参考文献
……
第2篇 传感器网络支撑技术
第3篇 传感器网络应用技术
常用术语英汉对照

前言/序言

《无线传感器网络》 内容概要 本书深入探讨了无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSNs）的理论基础、关键技术、应用场景以及未来发展趋势。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解WSNs的独特设计考量、面临的挑战以及如何构建高效、可靠且节能的传感器网络系统。 第一章 绪论 1.1 无线传感器网络的定义与发展 定义：WSNs是由大量微型、低功耗、低成本的传感器节点组成的分布式网络，它们能够感知、采集、处理环境信息，并通过无线通信方式将数据汇聚到基站或Sink节点，最终实现对物理世界的远程监测和控制。 发展历程：从早期的专用传感器监测系统，到如今多学科交叉融合的智能化网络。追溯其在军事、环境监测、工业自动化等领域的早期应用，以及随着物联网（IoT）概念的兴起而迎来的爆发式增长。 与传统网络的区别：强调其自组织性、节点异构性、资源受限性、大规模部署以及环境适应性等特点。 1.2 WSNs的关键特性 分布式性与自组织性 (Distributed and Self-Organizing): 节点在没有中心控制的情况下自主地发现邻居、建立通信链路、形成网络拓扑。 大规模部署 (Large-Scale Deployment): 网络节点数量可达成百上千甚至数十万，对网络管理和路由提出了严峻挑战。 资源受限性 (Resource-Constrained): 传感器节点通常体积小、功耗低、计算能力和存储容量有限，且能源补给困难。 异构性 (Heterogeneity): 网络中可能存在不同类型、不同功能的传感器节点，以及具备不同能力的数据汇聚节点（Sink）。 数据密集性与不确定性 (Data-Intensive and Uncertain): 传感器采集的数据量巨大，且可能包含噪声和误差，需要高效的数据处理和融合技术。 鲁棒性与容错性 (Robustness and Fault Tolerance): 面对节点故障、通信链路中断等情况，网络应能保持部分或全部功能。 1.3 WSNs的应用领域 环境监测 (Environmental Monitoring): 森林火灾预警、空气质量监测、水体污染检测、地震监测、气候变化研究等。 军事与国防 (Military and Defense): 战场态势感知、目标跟踪、边境监控、反恐侦察等。 工业自动化 (Industrial Automation): 生产过程监控、设备故障预测、仓储管理、智能制造等。 健康与医疗 (Health and Medical): 远程病人监护、可穿戴健康设备、慢性病管理、辅助医疗诊断等。 智能家居与城市 (Smart Home and City): 室内环境调节、能源管理、交通流量监测、公共安全监控、智能停车等。 农业 (Agriculture): 精准农业、土壤湿度监测、病虫害预警、作物生长环境控制等。 1.4 WSNs面临的挑战 能量效率 (Energy Efficiency): 节点续航能力是核心问题，通信、感知、计算等所有操作都需考虑能耗。 通信可靠性 (Communication Reliability): 无线传输易受干扰，节点丢失、延迟等问题影响数据传输。 安全性与隐私 (Security and Privacy): 传感器数据可能敏感，网络易受攻击，需要端到端的安全机制。 可扩展性 (Scalability): 网络规模巨大，如何有效地管理和协调海量节点。 数据管理与融合 (Data Management and Fusion): 如何高效地收集、存储、处理、分析海量异构数据。 节点部署与维护 (Node Deployment and Maintenance): 如何优化节点布局，以及如何在部署后进行故障排除和更新。 网络时钟同步 (Network Clock Synchronization): 确保各节点时间一致性对于协同感知和事件检测至关重要。 第二章 WSNs的网络架构与协议栈 2.1 WSNs的典型网络架构 分层架构 (Layered Architecture): 类似于TCP/IP或OSI模型，将WSN的功能划分为不同的层次，每个层次负责特定的任务，便于设计和管理。 感知层 (Perception Layer): 负责传感器节点的硬件接口、传感器单元，执行物理量的采集、模数转换等。 网络层 (Network Layer): 负责节点间的通信和数据路由，实现数据从源节点到Sink节点的传输。 数据处理层 (Data Processing Layer): 负责数据的预处理、过滤、压缩、融合等，减少传输负担，提高数据质量。 应用层 (Application Layer): 负责将采集到的数据用于具体的应用场景，如数据可视化、告警生成、控制指令下发等。 管理层 (Management Layer): 负责网络的配置、监控、维护、安全管理等。 分簇架构 (Clustering Architecture): 将传感器节点组织成簇，每个簇选举一个簇头（Cluster Head, CH），负责本簇内节点的数据汇聚和与外界的通信。这有助于减少直接通信开销，延长普通节点的寿命。 2.2 WSNs的协议栈 物理层 (Physical Layer): 负责比特流的传输，包括信号调制解调、射频特性、能量检测等。强调低功耗设计，如跳频、扩频等技术。 数据链路层 (Data Link Layer): 负责节点间可靠的数据传输，包括介质访问控制（MAC）、帧同步、差错控制等。针对WSNs的特点，设计了许多节能型MAC协议，如S-MAC, T-MAC, B-MAC等，通过休眠/唤醒机制减少空闲侦听能耗。 网络层 (Network Layer): 负责数据路由，将数据从源节点高效、可靠地传输到Sink节点。这是WSNs协议栈的核心，面临资源受限和动态拓扑的挑战。 按需路由 (On-Demand Routing): 如AODV。 数据驱动路由 (Data-Driven Routing): 如 Directed Diffusion, COUGAR。 分簇路由 (Clustering-based Routing): 如LEACH, TEEN。 地理位置路由 (Geographic Routing): 如GEAR, GPSR。 传输层 (Transport Layer): 负责端到端的可靠数据传输（或不可靠，取决于应用需求）。WSNs的传输层协议需考虑端到端通信的复杂性和资源限制，如 Congestion Control, Reliability Control。 应用层 (Application Layer): 负责提供网络服务给用户或应用程序，如数据采集、事件检测、任务分配等。 第三章 WSNs的关键技术 3.1 能量管理技术 节能硬件设计 (Low-Power Hardware Design): 使用低功耗微控制器（MCU）、低功耗无线射频收发器、高效的电源管理单元。 节能协议设计 (Energy-Efficient Protocol Design): MAC协议: 如S-MAC、T-MAC的周期性休眠/唤醒机制。 路由协议: 避免不必要的节点唤醒和数据转发，选择能量消耗最少的路径。 能量收集 (Energy Harvesting): 利用环境中的能量源（如太阳能、振动能、射频能）为节点供电，延长网络寿命。 休眠与唤醒调度 (Sleep/Wake-up Scheduling): 精确控制节点的休眠和唤醒时间，最大化节点处于休眠状态的时间。 自适应传感 (Adaptive Sensing): 根据环境变化或事件发生情况，动态调整传感器节点的采样频率和工作模式。 3.2 数据收集与融合技术 数据采样与预处理 (Data Sampling and Preprocessing): 传感器节点在本地进行数据过滤、降噪、量化等操作，减少传输数据量。 数据压缩 (Data Compression): 使用压缩算法（如小波压缩、差分编码）减小数据体积。 数据融合 (Data Fusion): 整合来自多个传感器节点的数据，以获得更准确、更全面的信息。 分布式融合 (Distributed Fusion): 数据在传感器节点之间进行部分融合。 集中式融合 (Centralized Fusion): 数据汇聚到Sink节点后进行集中融合。 多层次融合 (Hierarchical Fusion): 在簇头或汇聚节点进行多级融合。 数据冗余消除 (Data Redundancy Elimination): 识别并去除重复或相似的数据，避免不必要的传输。 3.3 定位技术 基于测距的定位 (Range-based Localization): 通过测量节点间的距离（如RSSI, TOA, TDOA）来确定节点位置。 三边测量法 (Trilateration) 多边测量法 (Multilateration) 基于测角的定位 (Range-free Localization): 不测量距离，而是利用节点之间的连通性或广播信息进行定位（如质心定位，距离向量定位）。 基于地标的定位 (Landmark-based Localization): 利用已知位置的锚点节点来辅助定位。 自适应定位 (Self-localization): 传感器节点在网络中自行确定自身位置，无需预先部署锚点。 3.4 安全与隐私技术 认证与密钥管理 (Authentication and Key Management): 确保节点身份的合法性，并建立安全的通信通道。 加密技术 (Encryption Techniques): 对传输的数据进行加密，防止窃听。考虑到资源受限，常使用轻量级加密算法。 入侵检测与防御 (Intrusion Detection and Prevention): 检测网络中的恶意活动，如节点伪造、数据篡改、拒绝服务攻击等。 隐私保护 (Privacy Preservation): 匿名化数据，避免敏感信息泄露。 3.5 时间同步技术 集中式同步 (Centralized Synchronization): 由Sink节点统一分发时间信号。 分布式同步 (Distributed Synchronization): 节点之间互相校准时间，如TP-Sync, FTSP。 基于消息传递的同步 (Message-based Synchronization): 利用节点间通信消息的往返时间来估计和补偿时钟偏差。 第四章 WSNs的仿真与评估 4.1 仿真工具介绍 NS-2/NS-3: 强大的网络仿真平台，支持多种网络协议和无线通信模型。 OMNeT++: 模块化的离散事件仿真器，具有丰富的库和插件，适用于复杂网络模拟。 TOSSIM: TinyOS操作系统的离线仿真器，可以运行TinyOS应用程序。 CupCarbon: 专为物联网和WSNs设计的图形化仿真平台。 4.2 评估指标 能量消耗 (Energy Consumption): 总能量消耗、平均节点能量消耗、网络寿命。 数据包投递率 (Packet Delivery Ratio, PDR): Sink节点成功接收的数据包比例。 端到端延迟 (End-to-End Delay): 数据包从源节点到Sink节点传输所需的时间。 吞吐量 (Throughput): 单位时间内成功传输的数据量。 网络覆盖率 (Network Coverage): 被监测区域的覆盖程度。 网络可扩展性 (Scalability): 网络规模增大时性能的下降程度。 负载均衡 (Load Balancing): 各节点的能量消耗和通信负载是否均衡。 4.3 典型仿真场景与实验设计 分析不同协议在不同网络拓扑、节点密度、传输距离下的性能表现。 评估能量收集策略对网络寿命的影响。 研究安全机制对网络性能的影响。 第五章 WSNs的实际部署与实验 5.1 硬件平台介绍 传感器节点硬件: 介绍常见的传感器节点微控制器（如Atmel AVR, ARM Cortex-M）、无线通信模块（如CC2420, nRF24L01）、传感器类型（如温湿度、光照、加速度计）。 开发平台: 如Arduino, Raspberry Pi, 以及专门的WSN开发套件。 操作系统: 如TinyOS, Contiki, FreeRTOS。 5.2 节点部署策略 随机部署 (Random Deployment): 简单易行，但可能存在覆盖盲点或节点重叠。 网格部署 (Grid Deployment): 规则性强，易于管理，但灵活性较低。 簇状部署 (Clustered Deployment): 适用于需要数据汇聚和分层管理的场景。 最优部署 (Optimal Deployment): 基于覆盖率、连通性、能耗等指标进行优化设计。 5.3 实际实验案例分析 环境监测实验: 在特定区域部署传感器节点，监测温度、湿度等环境参数，并进行数据分析。 目标跟踪实验: 利用传感器节点组成网络，跟踪移动目标，验证跟踪算法的有效性。 能耗测试实验: 测量不同操作模式下节点的能耗，验证节能算法的效果。 5.4 挑战与经验总结 实际部署中遇到的问题：硬件故障、环境干扰、供电问题、数据采集误差等。 总结成功部署的经验和改进建议。 第六章 WSNs的未来发展与展望 6.1 WSNs与物联网 (IoT) 的融合 WSNs作为IoT的重要组成部分，承担着物理世界的数据感知和采集任务。 探讨WSNs如何与云计算、边缘计算、大数据分析等技术协同工作。 6.2 WSNs与其他新兴技术 人工智能 (AI) 与机器学习 (ML): 在WSNs中实现智能化的数据分析、异常检测、预测性维护等。 区块链 (Blockchain): 提升WSNs的安全性、可信度和数据管理能力。 5G/6G通信: 为WSNs提供更高带宽、更低延迟的连接，支持更复杂的应用。 6.3 WSNs在垂直行业的深化应用 智能工业 (Industrial Internet): 更加精细化的生产过程监控和优化。 智慧医疗 (Smart Healthcare): 远程医疗、个性化健康管理。 智能农业 (Smart Agriculture): 全球粮食安全保障。 智慧城市 (Smart Cities): 提升城市管理效率和居民生活质量。 6.4 面临的新挑战与研究方向 大规模网络的管理与协同 (Management and Coordination of Large-Scale Networks): 异构网络的互联互通 (Interoperability of Heterogeneous Networks): 端到端安全与隐私的持续保障 (End-to-End Security and Privacy Assurance): 面向特定应用的节能与高效设计 (Energy and Efficiency Design for Specific Applications): 实时性与可靠性的协同优化 (Co-optimization of Real-time and Reliability): 本书内容丰富，结构清晰，理论与实践相结合，适合从事相关领域研究、开发、应用的科研人员、工程师以及相关专业的高年级本科生和研究生阅读。通过本书的学习，读者能够系统地掌握无线传感器网络的核心概念、关键技术及其发展趋势，为理解和构建更智能、更互联的未来世界奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

《通信协议与数据传输》这本书，我完全是抱着了解“信息是如何在网络中穿梭”的好奇心去阅读的。一开始，我以为它会很枯燥，都是些晦涩的技术术语，但实际阅读下来，却发现它非常引人入胜。书的开篇从最基础的信号传输说起，将电磁波、光纤等媒介的特性娓娓道来，为后续的内容打下了坚实的基础。接着，它深入讲解了各种通信协议的演进和设计理念。TCP/IP协议族自然是重头戏，从IP地址的分配和路由选择，到TCP的可靠传输机制，再到UDP的快速传输，每一个环节都剖析得淋漓尽致。我尤其喜欢书中关于拥塞控制算法的讲解，它用生动的比喻解释了网络在拥堵时是如何自我调节的。除了TCP/IP，书中还涉及了许多其他重要的通信协议，比如HTTP在Web应用中的作用，FTP在文件传输中的应用，SMTP、POP3、IMAP在电子邮件通信中的角色。令我惊喜的是，书中还花了不少篇幅介绍了一些较少为人知的协议，比如VoIP中的RTP/RTCP，以及一些物联网领域常用的低功耗协议。更让我觉得有价值的是，它还探讨了数据编码、差错检测与纠正、数据压缩等技术，这些都是保证数据在传输过程中不丢失、不失真的关键。整本书就像一部关于信息如何在地球上旅行的史诗，让我对现代通信的复杂性和精妙性有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

《互联网安全技术与实践》这本书，实在是一次意外的收获。我原本是想找一本关于网络攻防的书籍，结果被这本涵盖范围如此之广的内容所吸引。它并没有一味地去讲攻击技巧，而是从更宏观的角度，探讨了互联网安全所面临的挑战以及相应的防御策略。书的第一部分深入剖析了常见的网络安全威胁，比如SQL注入、XSS攻击、CSRF攻击，以及各种病毒、木马的传播方式和危害。看得我心惊肉跳，也让我对互联网的脆弱性有了更深刻的认识。接着，它详细介绍了防火墙、入侵检测/防御系统（IDS/IPS）的工作原理和部署方式，以及VPN在保障数据传输安全方面的作用。数据加密技术也是一大亮点，公钥加密、对称加密、数字签名等概念被解释得明明白白，并且结合了实际应用场景，比如SSL/TLS证书的原理和验证过程。此外，它还涉及了身份认证、访问控制、安全审计等内容，这让我意识到，保障互联网安全并非单一的技术问题，而是需要多层次、多方位的综合治理。最让我惊喜的是，书中还提到了近年来兴起的云计算安全、移动互联网安全等前沿话题，虽然篇幅不长，但足以让人窥见未来的安全发展趋势。总的来说，这本书的内容非常充实，既有理论深度，又不乏实践指导，对于想要全面了解互联网安全体系的人来说，绝对是不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

我近期对《分布式系统架构原理》这本书进行了深入的学习，它提供了一个非常全面的视角来理解现代复杂系统的构建方式。这本书并没有局限于某个具体的应用领域，而是从更抽象、更底层的角度，阐述了构建大型、高可用、可伸缩系统的核心思想和关键技术。首先，它清晰地定义了分布式系统的基本概念，例如一致性、可用性、分区容忍性（CAP理论）以及它们之间的权衡，这让我对分布式系统面临的根本性挑战有了深刻的认识。接着，书中详细介绍了各种分布式架构模式，如主从复制、多主复制、无主节点等，并分析了它们各自的优缺点以及适用场景。我特别关注了书中关于一致性协议的讲解， Paxos和Raft协议的原理被梳理得非常透彻，尽管理解起来需要一些时间和精力，但对于掌握如何在分布式环境中实现数据一致性至关重要。此外，书中还探讨了分布式事务、分布式缓存、负载均衡、消息队列等关键技术，这些都是构建高性能、高可用的分布式系统的基石。对于数据存储，书中也介绍了分布式数据库的原理，包括分片、复制、读写分离等策略。让我印象深刻的是，书中还穿插了大量实际案例的分析，例如Google、Amazon等公司是如何设计和实现它们的分布式系统的，这让理论知识变得更加鲜活和易于理解。总的来说，这本书的内容非常扎实，逻辑性强，非常适合想要深入理解分布式系统设计和开发原理的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本《计算机网络通信原理》的书，我当初是抱着学习基础知识的心态买的。拿到手后，就被它厚实的体积和密密麻麻的文字给镇住了。内容上，它从最底层的物理层讲起，细致地阐述了信号的传输、编码、调制等概念，让我这个初学者受益匪浅。接着是数据链路层，ARP协议、MAC地址、差错控制、流量控制等等，每一个环节都讲解得非常到位。我印象最深的是关于CSMA/CD和CSMA/CA的对比分析，虽然有点枯燥，但对于理解早期以太网的冲突检测机制至关重要。然后是网络层，IP地址规划、路由选择算法（RIP、OSPF、BGP）的讲解，虽然现实中我们更多接触的是更高级的路由协议，但理解这些基础的路由原理，对于深入理解网络架构非常有帮助。传输层则重点介绍了TCP和UDP的差异，TCP的可靠性是如何实现的（三次握handshake、四次挥手、拥塞控制、流量控制），UDP的简单高效又为何适用某些场景。最后到应用层，HTTP、FTP、DNS等协议的原理，虽然涉及不多，但足以勾勒出互联网通信的基本框架。整本书的逻辑性很强，循序渐进，配合图示，即便遇到一些抽象的概念，也能比较容易理解。虽然有些章节的内容略显陈旧，但作为一本打牢计算机网络基础的书，我觉得它做得非常成功。

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我最近读了一本叫做《嵌入式系统设计与开发》的书，虽然名字听起来很技术，但实际内容给我带来了不少启发。这本书的内容并不局限于某个特定的硬件平台，而是从更通用的角度，阐述了嵌入式系统的基本概念、架构和开发流程。它首先讲解了什么是嵌入式系统，以及它与通用计算机系统的区别，比如实时性、资源受限、功耗要求等。然后，它详细介绍了嵌入式系统的硬件组成，包括微处理器、存储器、I/O接口、传感器等，以及它们是如何协同工作的。我对其中关于各种总线协议（如I2C、SPI、UART）的讲解印象尤为深刻，这些都是连接不同硬件模块的关键。软件方面，它深入探讨了嵌入式操作系统的选择与移植，RTOS（实时操作系统）的原理，任务调度、中断处理、进程间通信等核心概念，这部分内容对我理解嵌入式设备的“大脑”如何运转至关重要。书中还详细介绍了嵌入式软件的开发环境、交叉编译、调试方法，以及常用的开发工具链。我还学到了关于驱动程序开发、固件设计以及系统优化的技术，这些都是让嵌入式设备高效、稳定运行的关键。这本书的优点在于，它将复杂的嵌入式技术拆解成易于理解的部分，并且在每个部分都提供了清晰的解释和实例，这让我觉得即便是初学者，也能逐步掌握嵌入式系统开发的要领。

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