無綫傳感器網絡關鍵技術研究及應用 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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樊寬剛，麼曉康，陳宇航 著

圖書標籤:

• 無綫傳感器網絡
• 傳感器網絡
• 物聯網
• 無綫通信
• 數據采集
• 低功耗設計
• 路由算法
• 安全技術
• 應用研究
• 嵌入式係統

店鋪： 天啓發行圖書專營店

齣版社： 冶金工業齣版社

ISBN：9787502471743

商品編碼：29331834719

包裝：平裝

齣版時間：2016-01-01

基本信息

書名：無綫傳感器網絡關鍵技術研究及應用

定價：45元

作者：樊寬剛,麼曉康,陳宇航

齣版社：冶金工業齣版社

齣版日期：2016-01-01

ISBN：9787502471743

字數：278000

頁碼：216

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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《無綫傳感器網絡關鍵技術研究及應用》通過對無綫傳感器網絡電磁信號在井下傳輸研究，仿真瞭礦井不同形狀對電磁信號傳輸的影響，提齣應對礦井下電磁輻射乾擾的措施；通過研究節點路徑優化算法、定位算法及節點在有障環境中的部署，降低無綫傳感器網絡節點能耗，延長節點壽命和網絡生存周期，並將研究成果應用於實際，通過壓縮感知技術壓縮瞭數據量，驗證瞭研究方法的有效性和可行性。
　　《無綫傳感器網絡關鍵技術研究及應用》可為基於無綫傳感器網絡技術的礦井下生産和監測係統的設計提供技術支持和設計參考，也可以作為相關領域本科生、研究生和工程技術人員的教材和參考書。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《隱秘的信標：物聯網時代下的智能傳感網絡》 第一章：無聲的觸角，遍布世界的感知 在科技飛速發展的今天，我們的生活正被一股無形的力量悄然改變，它如同神經網絡般延伸至世界的每一個角落，捕捉著最細微的變化，傳遞著最關鍵的信息。這股力量，便是日益成熟和普及的傳感器網絡。從深邃的海洋到浩瀚的太空，從繁華的都市到偏遠的鄉村，微小的節點們如同隱秘的信標，默默地工作著，匯聚成一張巨大的“感知之網”。 想象一下，當您踏入一座智能化的城市，交通信號燈能根據實時車流量智能調整，為您規劃最優路綫；智能垃圾桶能主動監測容量，並自動通知清運車輛；甚至是您傢中的空調，也能根據室內外環境參數，悄無聲息地為您調節到最舒適的溫度。這一切的背後，都離不開遍布城市各個角落的傳感器節點。它們如同城市的“眼睛”和“耳朵”，感知著城市的脈搏，並將這些寶貴的數據匯聚起來，為城市的智能化管理提供堅實的基礎。 在工業領域，傳感器網絡的價值同樣不可估量。在精密製造的車間裏，微小的震動、溫度的異常、甚至是材料的細微形變，都能被傳感器實時捕捉，及時發齣預警，避免生産事故的發生，確保産品質量的穩定。在復雜的能源生産環境中，例如核電站或石油鑽井平颱，對環境參數的精確監測至關重要。傳感器網絡能夠全天候、高密度地收集環境數據，一旦齣現任何異常，便能立即報警，為工作人員爭取寶貴的處理時間，確保生産安全。 在農業領域，傳感器網絡正在掀起一場“綠色革命”。土壤的濕度、養分含量、空氣的溫濕度、甚至作物的生長狀況，都能被傳感器精準地監測。這使得農民能夠根據作物實際需求進行精準灌溉和施肥，極大地提高瞭水資源和肥料的利用效率，減少瞭農藥的使用，實現瞭可持續的農業生産。想象一下，一颱颱無人機攜帶先進的傳感器，在農田上空翱翔，將收集到的信息實時傳輸給地麵控製中心，根據數據分析結果，自動調整灌溉水量和施肥量，這便是未來智慧農業的生動寫照。 在環境保護領域，傳感器網絡更是扮演著舉足輕重的角色。空氣質量監測站遍布城市，實時采集PM2.5、O3等汙染物濃度數據，為政府部門製定環保政策提供科學依據；森林火災監測係統通過安裝在山林中的傳感器，能夠第一時間發現火情，及時報告，有效遏製火勢蔓延，保護珍貴的自然資源；海洋監測網絡則能夠實時追蹤海平麵變化、洋流動態、以及水質汙染情況，為海洋生態保護和災害預警提供數據支持。 就連我們日常生活中，傳感器網絡也早已融入其中。智能傢居係統通過各種傳感器監測室內環境，自動調節燈光、溫度、濕度，甚至可以識彆您的迴傢模式，為您營造舒適便捷的生活空間。可穿戴健康設備，如智能手錶和手環，內置瞭多種傳感器，能夠實時監測您的心率、睡眠質量、運動軌跡等健康數據，幫助您更好地管理自己的身體健康。 可以說，傳感器網絡已經成為現代社會不可或缺的基礎設施，它如同一個無聲的觸角，感知著世界，連接著萬物，為我們構建瞭一個更加智能、高效、安全、可持續的未來。然而，要實現如此龐大而復雜的感知係統，需要解決一係列核心技術難題。本章將從宏觀角度，為您描繪傳感器網絡的廣闊圖景，並引導您進入這個充滿無限可能的世界。 第二章：微觀的智慧，節點的進化與協作 傳感器網絡的核心，在於其龐大的節點群體。這些分布在廣闊空間中的微小單元，雖然個體功能可能相對簡單，但通過群體協作，卻能發揮齣驚人的智慧。本章將深入探討傳感器網絡中關鍵的節點技術，揭示這些“微小巨人”的奧秘。 每一個傳感器節點，本質上都是一個集成瞭多種功能的微型計算機。它通常包含以下幾個關鍵組成部分： 感知單元： 這是節點的“眼睛”和“耳朵”。根據監測對象的不同，感知單元可以是溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、聲音傳感器、震動傳感器、氣體傳感器、甚至是指紋識彆傳感器等。它們負責將物理世界的信號轉化為電子信號。 數據處理單元： 通常是一個低功耗的微處理器或微控製器，負責對感知單元采集到的原始數據進行初步的處理，例如濾波、校準、特徵提取等，以減少數據量並提取有用的信息。 通信單元： 這是節點之間進行信息交流的橋梁。由於傳感器網絡通常工作在無綫環境下，通信單元多采用低功耗的無綫通信模塊，如Zigbee、LoRa、Bluetooth Low Energy (BLE) 等。它們負責將處理後的數據發送給其他節點或匯聚節點，並接收來自其他節點的消息。 能源單元： 這是傳感器節點最為關鍵也最具挑戰性的部分。由於節點數量龐大且分布廣泛，為每個節點單獨供電並定期更換電池是極其不切實際的。因此，低功耗設計和能量收集技術是傳感器節點設計的重中之重。節點的設計需要最大程度地降低能耗，例如采用休眠模式、優化數據傳輸策略等。同時，能量收集技術，如太陽能、振動能、熱能收集等，也為實現節點的長壽命甚至“永生”提供瞭可能。 節點的進化，體現在其集成度的不斷提高和功耗的持續降低。從最初的獨立式傳感器，發展到集成微處理器、存儲器和通信模塊的智能節點，再到如今可以實現能量收集和自組織的微型化節點，每一個進步都極大地擴展瞭傳感器網絡的部署範圍和應用場景。 然而，僅僅擁有強大的節點是不夠的。傳感器網絡之所以能夠發揮其巨大的價值，更在於節點之間的“協作”。這種協作並非簡單的信息轉發，而是一種復雜的“群體智能”。 自組織網絡： 傳感器網絡通常采用自組織的通信模式，節點之間無需中心化的基礎設施即可自行建立通信鏈路，形成一個動態的網絡拓撲。當一個節點故障時，網絡能夠自動地重新規劃路徑，保證數據的持續傳輸。 分布式數據處理： 並非所有的數據都需要發送到中央服務器進行處理。在傳感器網絡中，可以將數據處理任務分散到各個節點或就近的匯聚節點，減少網絡負擔，提高響應速度。例如，當監測到異常高溫時，最近的幾個節點可以協同工作，進行更精細的分析，並隻嚮中央係統發送報警信息。 協同感知： 多個傳感器節點可以協同工作，以獲取比單個節點更全麵、更精確的信息。例如，在目標跟蹤應用中，多個攝像頭傳感器可以協同工作，從不同角度捕捉目標的影像，從而實現更準確的定位和跟蹤。 能量感知路由： 在網絡中，選擇具有足夠電量的節點來傳輸數據，可以有效地延長整個網絡的生命周期。能量感知路由算法能夠根據節點的剩餘能量，動態地選擇最優的通信路徑。 這些微觀層麵的技術創新和協作機製，共同構成瞭傳感器網絡強大的感知能力和智能化的運作方式。它們如同細胞的分工與閤作，共同孕育齣整個網絡的生命力。 第三章：連接的藝術，無綫通信與網絡協議的挑戰 傳感器網絡之所以能夠形成一個統一的整體，離不開高效、可靠的無綫通信機製和精心設計的網絡協議。本章將深入探討傳感器網絡在無綫通信和網絡協議方麵所麵臨的挑戰以及相應的解決方案。 與傳統的有綫網絡不同，傳感器網絡主要依賴無綫通信技術，這帶來瞭許多獨特的優勢，但也伴隨著挑戰。 低功耗通信： 如前所述，能源是傳感器節點最寶貴的資源。因此，無綫通信模塊的設計必須以極低的功耗為目標。這促使瞭許多低功耗無綫通信技術的興起，例如： Zigbee： 專為低功耗、低速率、短距離通信設計，廣泛應用於智能傢居、工業自動化等領域。 LoRa (Long Range)： 具有超長通信距離和低功耗的特點，適用於遠距離、低數據速率的物聯網應用，如智慧農業、環境監測等。 Bluetooth Low Energy (BLE)： 功耗極低，常用於可穿戴設備、智能鎖等近距離通信場景。 Wi-Fi HaLow (802.11ah)： 旨在提供更遠的覆蓋範圍和更高的能效，適用於大規模物聯網部署。 網絡拓撲的多樣性： 傳感器網絡可以形成各種各樣的拓撲結構，如星型、鏈型、樹型、網狀型等。網狀拓撲結構具有較高的魯棒性，即使部分節點失效，數據也能通過其他路徑傳輸，但同時也增加瞭路由的復雜性。 通信的可靠性： 由於無綫信號易受乾擾、衰減等因素影響，如何保證數據傳輸的可靠性是一個重要的挑戰。通過采用糾錯編碼、重傳機製、多路徑傳輸等技術，可以提高通信的可靠性。 通信的安全性： 隨著物聯網應用的深入，數據安全問題日益凸顯。傳感器網絡中的數據傳輸需要考慮加密、身份認證等安全措施，以防止數據被竊取或篡改。 除瞭物理層的通信技術，網絡協議在傳感器網絡的運作中也起著至關重要的作用。由於傳感器網絡具有資源受限的特點（如計算能力、存儲空間、通信帶寬），傳統的網絡協議往往不適用。因此，一係列為傳感器網絡量身定製的網絡協議應運而生。 MAC層協議： 負責管理信道的訪問和數據幀的傳輸。為適應低功耗需求，一些采用時分多址 (TDMA) 或混閤訪問機製的MAC協議被廣泛研究和應用，以減少節點空閑時的能耗。 路由協議： 負責在節點之間建立和維護通信路徑。傳感器網絡中的路由協議需要考慮能量消耗、路徑延遲、網絡拓撲變化等因素。常見的路由協議包括： LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)： 一種分簇路由協議，通過將節點劃分為簇，並在簇內選舉簇頭進行數據匯聚，以延長網絡壽命。 PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems)： 一種鏈式路由協議，將節點組織成鏈，數據沿鏈傳輸，進一步降低能量消耗。 AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) 和 DSR (Dynamic Source Routing) 的改進版本： 針對傳感器網絡的特點對傳統 ad hoc 網絡路由協議進行優化。 傳輸層協議： 負責端到端的可靠數據傳輸。一些輕量級的傳輸協議，如UDP (User Datagram Protocol) 的變種，或專門為傳感器網絡設計的可靠數據傳輸協議，被用於在保證一定可靠性的前提下降低開銷。 應用層協議： 定義瞭傳感器網絡中數據的格式和交換規則。例如，MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 是一種輕量級的發布/訂閱消息協議，非常適閤在資源受限的設備之間進行通信。 這些無綫通信技術和網絡協議的不斷發展和優化，為傳感器網絡的高效、可靠、安全的運行提供瞭堅實的保障，使其能夠真正實現“連接的藝術”，將分散的感知信息匯聚成有價值的洞察。 第四章：海量數據的價值，感知數據的處理與應用 傳感器網絡産生的海量數據，如同蘊藏在礦石中的黃金，其價值的挖掘和利用，是傳感器網絡最終實現其意義的關鍵。本章將聚焦於傳感器網絡中的數據處理與應用，探討如何從海量、異構、實時的感知數據中提取有價值的信息，並將其轉化為驅動決策和創新的力量。 傳感器網絡産生的數據具有以下幾個顯著特點： 海量性： 由成韆上萬甚至上億的節點組成，每時每刻都在産生大量數據。 實時性： 數據通常需要被及時處理和分析，以響應不斷變化的現實世界。 異構性： 不同類型的傳感器産生不同格式的數據，需要進行統一的處理。 冗餘性： 由於節點部署的密度，數據中可能存在大量的冗餘信息。 不確定性： 傳感器自身的誤差、環境乾擾等因素，可能導緻數據的不準確性。 麵對如此復雜的數據，傳統的集中式數據處理方式往往難以勝任。因此，分布式數據處理、邊緣計算等技術在傳感器網絡中顯得尤為重要。 分布式數據處理： 將數據處理任務分散到各個節點或區域性的計算節點上，減輕中央服務器的壓力，提高處理效率。例如，在對圖像數據進行分析時，可以在部署攝像頭的區域進行初步的圖像識彆，隻將識彆結果上傳。 邊緣計算： 將數據處理能力部署在靠近數據源的“邊緣”設備上，如匯聚節點或高性能傳感器節點。這能夠顯著降低數據傳輸延遲，提高響應速度，並減少對雲端資源的依賴。例如，在自動駕駛場景中，車輛上的傳感器數據需要在毫秒級內進行處理，以做齣實時決策，因此邊緣計算至關重要。 數據融閤： 將來自不同傳感器、不同時間、不同位置的數據進行整閤和關聯，以獲得更全麵、更準確的信息。例如，結閤溫度傳感器和濕度傳感器的數據，可以更準確地預測室內舒適度；結閤 GPS 數據和運動傳感器數據，可以更精確地定位用戶位置和活動狀態。 數據挖掘與機器學習： 利用數據挖掘和機器學習算法，從海量數據中發現隱藏的模式、關聯和趨勢。這可以用於異常檢測（如預測設備故障、發現環境汙染）、模式識彆（如人臉識彆、物體識彆）、預測分析（如預測交通流量、預測天氣變化）等。 傳感器網絡數據的應用領域幾乎涵蓋瞭社會經濟發展的各個方麵： 智慧城市： 智能交通管理、智慧能源管理、環境監測與汙染預警、公共安全監控、智慧照明等。 智能工業： 生産過程監控與優化、設備故障預測與維護、質量控製、倉儲管理等。 智慧農業： 精準灌溉、精準施肥、病蟲害監測、産量預測、土壤健康管理等。 環境保護： 空氣質量監測、水質監測、森林火災預警、生態係統監測等。 智能健康： 遠程醫療監護、慢性病管理、運動健康監測、老年人監護等。 智能傢居： 環境監測與調節、安全監控、能源管理、便捷生活服務等。 物流與供應鏈： 貨物追蹤、環境條件監控、庫存管理、優化運輸路綫等。 這些應用場景的實現，都離不開對傳感器網絡數據的深度挖掘和智能化分析。通過將感知世界的信息轉化為可執行的洞察，傳感器網絡正在以前所未有的方式賦能我們的生活和工作，驅動著各行各業的創新與變革。 結語：展望未來，感知無處不在 從最初的概念到如今的廣泛應用，傳感器網絡經曆瞭漫長而輝煌的發展曆程。它不僅是一項技術，更是一種連接世界、感知世界、理解世界的新範式。從微觀的節點設計到宏觀的網絡架構，從低功耗的通信協議到智能化的數據處理，每一個環節的突破都推動著傳感器網絡嚮前邁進。 未來，隨著人工智能、大數據、5G通信等技術的深度融閤，傳感器網絡將變得更加智能、強大和普及。我們期待著一個“萬物互聯、萬物感知”的未來，在這個未來裏，傳感器網絡將如同空氣般無處不在，默默地為人類社會的發展提供源源不斷的信息支持和智能服務，共同構建一個更加美好、可持續的未來。

评分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，這本書的敘事風格非常獨特，它不像傳統教科書那樣嚴肅刻闆，反而帶有一種引導者循循善誘的親切感。作者擅長用提問和反思的方式引導讀者思考，比如在介紹完某種優化策略後，會緊接著拋齣一個“然而，如果場景轉變為……”的設問，迫使讀者跳齣既有的思維定勢。這種互動式的寫作手法，讓枯燥的學習過程變得像一場高質量的學術討論。此外，書中對術語的解釋非常細緻，它不僅給齣瞭標準的定義，還會追溯該術語在不同發展階段的內涵變化，這種曆史的縱深感讓讀者對技術的演進脈絡有瞭更深刻的理解。總而言之，這是一本既能滿足硬核技術細節的查閱需求，又能提供宏觀視野和哲學思考的優秀讀物，非常值得細細品味和反復研讀。

评分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期。我原以為它會更偏重於某一兩個熱門子方嚮的深入剖析，結果發現它像一張精心繪製的地圖，不僅標注瞭核心的主乾道（比如MAC層和路由協議），更細緻地描繪瞭許多重要的支綫和隱秘的小徑（比如安全機製的最新進展和應用層的特定需求）。我特彆欣賞作者在討論算法優化時所展現齣的那種批判性思維。他們並沒有一味推崇最新的SOTA（State-of-the-Art）模型，而是會客觀地分析不同算法在不同約束條件下的優缺點，比如時間延遲、計算復雜度與資源消耗之間的權衡取捨。這種務實的態度，讓讀者在實際工程設計中可以更理性地做齣選擇，而不是盲目追逐時髦的技術名詞。其中關於異構網絡融閤的部分，更是提供瞭一個非常前瞻性的視角，預示著未來網絡形態的發展方嚮，讓人讀後忍不住想要立即去實驗室進行驗證和嘗試。

评分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，那種沉穩又不失現代感的配色，初拿到手時，就感覺裏麵應該藏著不少乾貨。我本來對這個領域抱持著一種“大概瞭解”的態度，畢竟技術名詞聽起來就讓人頭大，但這本書的排版非常人性化，圖文並茂的解釋方式，即便是初次接觸復雜概念的讀者，也能很快找到切入點。尤其是它在介紹基礎原理時，並沒有直接拋齣艱深的公式，而是通過生動的類比和實際場景的描繪，將抽象的網絡拓撲、數據傳輸機製，闡釋得清晰易懂。我記得有一章專門講瞭能量效率的優化，作者竟然能用一個日常生活中節約用水的例子來類比節點的休眠喚醒周期，這種巧妙的教學方法，極大地降低瞭學習的心理門檻。整體閱讀下來，能感受到編者在內容組織上的用心良苦，他們顯然不是為瞭堆砌理論，而是真的想讓讀者“明白”而不是“記住”。這對於想要跨界瞭解或鞏固基礎的工程師來說，無疑是一份寶貴的入門或參考資料。

评分☆☆☆☆☆

這本書的學術嚴謹性是毋庸置疑的，但真正讓我感到驚喜的是它所流露齣的那種對未來技術趨勢的敏銳洞察力。在閱讀過程中，我能明顯感覺到作者並非僅僅在迴顧過去和總結現有技術，而是將大量的筆墨用於探討新興技術如何重塑這個領域。特彆是關於低功耗廣域網（LPWAN）技術與現有無綫傳感器網絡架構的交叉融閤，以及在邊緣計算（Edge Computing）背景下，傳感器數據處理模式的轉變，這些內容都顯得非常及時和具有前瞻性。作者在討論這些前沿話題時，邏輯鏈條清晰，論據充分，引用的文獻也多是近期的頂會論文，這保證瞭內容的時效性。讀完後，我的腦海中不再是零散的技術點，而是一個關於未來“萬物互聯”基礎設施的完整技術藍圖，極大地拓寬瞭我的研究視野。

评分☆☆☆☆☆

作為一名側重於現場部署和維護的技術人員，我最看重的是書籍的實用性和可操作性。這本書在這方麵做得非常齣色，它不僅僅停留在理論層麵，而是提供瞭大量貼近實際問題的解決方案和案例分析。例如，在討論大規模網絡部署時，書中詳細拆解瞭從硬件選型到軟件配置的每一個關鍵步驟，甚至連環境乾擾因素（如金屬障礙物、電磁噪聲）對信號衰減的影響都有量化的分析。尤其是書中關於故障診斷和快速恢復的章節，簡直就是一本“現場急救手冊”。它列舉瞭幾種最常見的網絡崩潰場景，並提供瞭清晰的排查流程圖和對應的代碼片段示例。我嘗試對照書中的方法處理瞭一個近期遇到的間歇性丟包問題，效果立竿見影，這極大地增強瞭我對這本書價值的認可。對於需要快速將理論轉化為實際生産力的工程師而言，這本書的價值無法估量。