無綫傳感器網絡概論 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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馬颯颯，張磊，夏明飛，張勇 著

圖書標籤:

• 無綫傳感器網絡
• 傳感器網絡
• 物聯網
• 無綫通信
• 嵌入式係統
• 網絡協議
• 數據采集
• 低功耗設計
• WSN
• 智能感知

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115407627

版次：1

商品編碼：11859949

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-12-01

用紙：膠版紙

編輯推薦

　　1.介紹無綫傳感器網絡的應用場景以及軍民兩個領域的典型應用範例。
　　2.著重介紹新近的應用成果。

內容簡介

　　本書旨在介紹無綫傳感網的基本原理和方法，充分介紹其廣泛的應用場景以及軍民兩個領域的典型應用範例，側重於基本概念和基礎知識，力求通俗易懂、圖文並茂。本書適宜作為普通高等院校本科生學習無綫傳感器網絡的教材，或者作為初學者的入門輔導書籍。

作者簡介

　　張磊，河北工業大學校學術委員會委員，校教學督導，智能科學與技術係主任，研究方嚮為智能係統理論及其應用。兼任河北省人工智能學會常務理事、河北省電工技術學會副秘書長、全國智能科學與技術專業統編教材編委；擔任RFID2。45G空中接口國傢標準、國際標準工作組成員；擔任天津瞬清科技發展有限公司科技特派員，太極計算機股份有限公司智慧城市領域外聘專傢、中節能六閤天融環保科技有限公司智慧環保領域外聘專傢。曾主持獲得河北省科技進步二等奬一次，主持省部項目4項、廳局項目2項；參與獲得省部級科技進步二等奬兩次，參與包括973在內的國傢項目5項；發錶SCI論文4篇，申請發明專利6項。

目錄

第1章　緒論 1
1.1　物聯網與無綫傳感器網絡　1
1.1.1　物聯網　2
1.1.2　無綫傳感器網絡　4
1.2　無綫傳感器網絡的結構與
特徵　5
1.2.1　無綫傳感器網絡的結構　5
1.2.2　無綫傳感器網絡的特徵　12
1.3　無綫傳感器網絡關鍵技術
分析　14
1.3.1　基礎服務　14
1.3.2　網絡與通信　17
1.3.3　故障診斷　18
1.4　無綫傳感器網絡的應用　19
1.4.1　無綫傳感器網絡在軍事領域
的應用　19
1.4.2　無綫傳感器網絡在民用領域
的應用　21
習題　23
第2章　無綫傳感器網絡的物理層　25
2.1　無綫傳感器網絡物理層概述　25
2.1.1　物理層的基本概念　25
2.1.2　物理層協議　28
2.2　無綫傳感器網絡物理層關鍵
技術　30
2.2.1　頻段的選擇　30
2.2.2　信道編碼　32
2.2.3　調製和解調技術　37
2.2.4　擴頻技術　41
2.3　物理層調製解調方式與編碼
方式　44
2.3.1　差分脈衝位置調製機製　45
2.3.2　自適應編碼調製技術　46
習題　51
第3章　無綫傳感器網絡的數據
鏈路層　53
3.1　無綫傳感器網絡數據鏈路層
概述　53
3.1.1　數據鏈路層的功能　53
3.1.2　數據鏈路層的主要研究
內容　55
3.1.3　無綫傳感器網絡數據鏈路層
關鍵問題　55
3.2　MAC協議概述　57
3.2.1　MAC協議基礎　58
3.2.2　基於競爭的MAC協議　67
3.2.3　基於分配的MAC協議　73
3.2.4　混閤型MAC協議　76
3.2.5　跨層MAC協議　77
習題　79
第4章　無綫傳感器網絡的網絡層　81
4.1　無綫傳感器網絡的網絡層
概述　81
4.1.1　路由過程及功能簡介　82
4.1.2　無綫傳感器網絡的特點及
路由協議分類　82
4.2　無綫傳感器網絡路由協議　85
4.2.1　基於數據的路由協議　85
4.2.2　基於集群結構的路由
協議　90
4.2.3　基於地理位置信息的路由
協議　94
習題　100
第5章　無綫傳感器網絡的傳輸層　103
5.1　無綫傳感器網絡傳輸層概述　103
5.1.1　無綫傳感器網絡傳輸層
簡介　103
5.1.2　無綫傳感器網絡傳輸層的
關鍵技術　106
5.1.3　無綫傳感器網絡傳輸層
協議分類　108
5.1.4　無綫傳感器網絡傳輸層
跨層設計　118
5.2　無綫傳感器網格體係　119
5.2.1　無綫傳感器網絡和網格
結閤框架　119
5.2.2　無綫傳感器網格體係
結構　120
5.2.3　無綫傳感器網絡的注意
要點　123
5.3　MPAS設計　124
習題　128
第6章　無綫傳感器網絡的通信
標準　129
6.1　IEEE 802.15.4標準　129
6.1.1　IEEE 802.15.4協議簡介　130
6.1.2　IEEE 802.15.4協議棧　132
6.2　ZigBee標準　135
6.2.1　網絡層規範　136
6.2.2　應用層規範　137
6.3　RFID標準　140
6.3.1　RFID標準的具體內容　140
6.3.2　RFID主要技術標準
簡介　141
6.3.3　RFID空中接口協議　144
6.4　Bluetooth技術　147
6.4.1　Bluetooth核心協議　147
6.4.2　Bluetooth優勢　151
6.5　UWB技術　152
6.5.1　UWB協議模型　153
6.5.2　UWB優勢　154
習題　155
第7章　節點定位技術概述　157
7.1　節點定位技術概述　157
7.1.1　節點定位相關的基本
術語　158
7.1.2　節點定位技術的定義及基本
原理　158
7.1.3　定位算法的分類　159
7.1.4　節點定位的意義及
必要性　160
7.2　基於測距的定位技術　161
7.2.1　測距技術　161
7.2.2　三邊定位技術　164
7.2.3　三角測量定位技術　165
7.2.4　最大似然估計定位
技術　166
7.2.5　測距定位算法性能比較
分析　168
7.3　基於非測距定位技術　170
7.3.1　基本原理　170
7.3.2　典型算法　171
7.3.3　幾種非測距的定位技術
性能分析　177
7.4　協作定位技術　178
7.4.1　剛性體理論概述　181
7.4.2　協作體的定義　182
7.4.3　協作定位原理　184
習題　185
第8章　時間同步技術　187
8.1　時間同步技術概述　187
8.1.1　應用場閤　187
8.1.2　時間同步的設計　188
8.1.3　同步協議分類　189
8.1.4　無綫傳感器網絡時間
同步機製　190
8.2　時鍾模型及時間傳輸延遲的
組成　192
8.2.1　時鍾模型　192
8.2.2　時間傳輸延遲的組成　194
8.3　時間同步的基本原理　195
8.3.1　影響時間同步的關鍵
因素　195
8.3.2　傳感器節點時鍾的基本
原理　196
8.4　幾種經典的時間同步算法　198
8.4.1　RBS同步算法　198
8.4.2　TPSN同步算法　200
8.4.3　DMTS同步機製　201
8.4.4　FTSP　202
8.4.5　LTS同步機製　204
8.4.6　協作同步　205
8.5　時間同步的挑戰　207
習題　207
第9章　無綫傳感器網絡應用　209
9.1　概述　209
9.2　無綫傳感器網絡的應用場景　210
9.2.1　無綫傳感器網絡覆蓋感知
模型　210
9.2.2　無綫傳感器網絡覆蓋算法
分類　212
9.2.3　無綫傳感器網絡覆蓋算法與
協議　213
9.3　無綫傳感器網絡應用技術　216
9.3.1　節點部署主要內容　216
9.3.2　節點部署評價標準　217
9.3.3　節點部署分類　219
9.4　無綫傳感器網絡應用實例
分析　222
9.4.1　軍事無綫傳感器網絡
應用　223
9.4.2　工業無綫傳感器網絡
應用　224
9.4.3　其他領域無綫傳感器網絡
典型應用　227
習題　231
參考文獻　233

前言/序言

《物聯網安全：挑戰與應對》 簡介 在萬物互聯的時代，傳感器、智能設備、雲平颱以及各種通信網絡交織成一張龐大的數字生命網，深刻地改變著我們的生活、工作乃至整個社會的麵貌。然而，在這股席捲全球的智能化浪潮背後，一股潛在的危機正悄然滋長——物聯網安全。當越來越多原本孤立的實體被賦予“智能”並接入網絡，它們便成為攻擊者潛在的入侵點，一旦被攻陷，其後果可能遠超我們對傳統網絡安全的認知。本書《物聯網安全：挑戰與應對》旨在深入剖析物聯網安全所麵臨的嚴峻挑戰，並係統性地探討行之有效的防禦與應對策略，為構建安全可靠的物聯網生態係統提供理論支撐與實踐指導。 第一章：物聯網的機遇與風險 我們正處於一個由物聯網驅動的變革時代。從智能傢居的便捷舒適，到智慧城市的高效運轉，從工業自動化生産綫的精準協同，到精準農業的資源優化配置，物聯網的應用場景幾乎無處不在，其帶來的價值和機遇是前所未有的。然而，伴隨這些機遇而來的，是前所未有的安全風險。 攻擊麵的擴大： 傳統的網絡安全主要聚焦於個人電腦、服務器和企業網絡。而物聯網則將無數終端設備，如攝像頭、門鎖、溫控器、工業控製器、醫療設備等，都暴露在網絡空間中。這些設備往往計算能力有限，安全防護機製薄弱，成為瞭攻擊者易於突破的“後門”。 數據泄露與隱私侵犯： 物聯網設備會收集海量的用戶數據，包括個人習慣、健康狀況、地理位置、生産數據等。一旦這些數據被非法獲取，可能導緻嚴重的隱私泄露，甚至被用於身份盜竊、勒索或定嚮攻擊。 物理世界的影響： 與傳統網絡安全主要影響數字世界不同，物聯網安全事件可以直接作用於物理世界。例如，攻擊者可能控製智能電網導緻大麵積停電，操控自動駕駛汽車引發交通事故，或乾擾工業控製係統導緻生産事故，這些都可能造成生命財産的巨大損失。 設備本身的脆弱性： 許多物聯網設備在設計之初並未充分考慮安全性，存在固件漏洞、弱密碼、缺乏安全更新機製等問題。製造商對安全投入不足，以及用戶安全意識的淡薄，進一步加劇瞭這些脆弱性。 分布式拒絕服務（DDoS）攻擊的新溫床： 被感染的物聯網設備常常被組織成僵屍網絡，成為發動大規模DDoS攻擊的工具，給互聯網基礎設施帶來巨大壓力。 供應鏈安全風險： 物聯網設備的生産涉及復雜的供應鏈，任何一個環節的安全漏洞都可能被惡意利用，導緻最終産品的安全隱患。 生命周期的安全管理挑戰： 物聯網設備的生命周期遠超傳統IT設備，從設備部署、運行、維護到退役，其間可能涉及多年的安全考量，管理難度巨大。 第二章：物聯網安全威脅的分類與演變 物聯網安全威脅呈現齣多樣化、復雜化和不斷演變的特點。理解這些威脅的本質，是構建有效防禦體係的基礎。 惡意軟件與病毒： 針對物聯網設備的惡意軟件，如Mirai僵屍網絡，能夠利用設備漏洞進行傳播和控製，對網絡和用戶造成嚴重破壞。 身份認證與訪問控製繞過： 攻擊者可能通過暴力破解、竊取憑證或利用設備自身的默認密碼來獲得非法訪問權限。 數據篡改與竊聽： 在通信過程中，攻擊者可能截獲、篡改或竊聽敏感數據，例如醫療數據或支付信息。 物理攻擊與篡改： 針對物聯網設備物理層麵的攻擊，如破壞傳感器、乾擾信號等，也可能導緻設備失效或功能異常。 拒絕服務（DoS/DDoS）攻擊： 旨在使物聯網設備或整個係統無法正常運行，影響服務可用性。 命令與控製（C2）基礎設施被利用： 攻擊者通過控製物聯網設備，將它們作為發動更大規模攻擊的平颱，或用於進行加密貨幣挖礦等非法活動。 零日漏洞利用： 針對物聯網設備尚未公開或未被修復的漏洞進行攻擊，往往難以防禦。 供應鏈攻擊： 通過汙染生産過程、植入後門或利用軟件更新機製，在設備齣廠前或分發過程中植入惡意代碼。 隱蔽通信與信息滲漏： 利用物聯網設備進行隱蔽通信，或通過設備將敏感信息泄露齣去。 隱私泄露與非法監控： 利用智能攝像頭、麥剋風等設備進行非法監控，收集用戶的個人隱私信息。 第三章：物聯網安全的關鍵技術與防禦策略 麵對日益嚴峻的物聯網安全挑戰，我們需要采取多層次、全方位的防禦策略，並結閤先進的安全技術來構建健壯的物聯網安全體係。 3.1 設備層麵的安全加固 安全硬件設計： 采用硬件信任根（Hardware Root of Trust）、安全啓動（Secure Boot）、安全元素（Secure Element）等技術，確保設備固件和啓動過程的安全。 強密碼策略與多因素認證： 強製用戶設置復雜密碼，並推廣使用多因素認證，提高賬戶的安全性。 固件更新與漏洞管理： 建立安全可靠的固件更新機製，及時修補已發現的漏洞。對設備進行定期的安全審計和漏洞掃描。 最小權限原則： 設備和應用程序應僅授予其執行任務所需的最低權限，限製潛在的攻擊範圍。 安全編碼實踐： 在設備軟件開發過程中，遵循安全編碼指南，避免常見的安全漏洞。 物理安全防護： 對關鍵物聯網設備進行物理加固，防止未經授權的物理訪問和篡改。 3.2 通信層麵的安全保障 傳輸層安全協議： 廣泛應用TLS/SSL等加密協議，確保數據在傳輸過程中的機密性、完整性和真實性。 網絡隔離與分段： 將不同的物聯網設備或應用部署在隔離的網絡區域，限製攻擊的橫嚮傳播。 訪問控製與防火牆： 實施嚴格的網絡訪問控製策略，配置防火牆，隻允許閤法的流量進入和流齣。 身份驗證與授權： 對連接到網絡的設備進行嚴格的身份驗證，並根據其角色和需求授予相應的訪問權限。 入侵檢測與防禦係統（IDPS）： 部署專門針對物聯網流量的IDPS，實時監測網絡異常行為，並采取響應措施。 VPN與隧道技術： 利用VPN技術為遠程設備建立安全的通信隧道，保護數據免受竊聽和篡改。 3.3 平颱與應用層麵的安全防護 安全的數據存儲與管理： 對收集到的敏感數據進行加密存儲，並實施嚴格的數據訪問控製策略。 API安全： 確保物聯網平颱提供的API接口安全可靠，防止被惡意利用。 安全開發生命周期（SDLC）： 將安全融入物聯網應用的整個開發生命周期，從需求分析到部署和維護。 用戶權限管理： 精細化管理用戶權限，確保用戶隻能訪問其授權的資源。 數據匿名化與隱私保護： 在不影響功能的前提下，對用戶數據進行匿名化處理，保護用戶隱私。 安全審計與日誌記錄： 詳細記錄係統的操作日誌，以便進行安全審計和事後追溯。 安全漏洞掃描與滲透測試： 定期對物聯網平颱和應用程序進行安全漏洞掃描和滲透測試，發現並修復潛在的安全風險。 3.4 整體安全管理與治理 風險評估與管理： 定期對物聯網係統進行風險評估，識彆關鍵資産和潛在威脅，並製定相應的風險應對計劃。 安全策略與標準： 製定明確的物聯網安全策略和技術標準，並確保所有相關方遵守。 安全意識培訓： 對物聯網係統的使用者、管理者和開發者進行安全意識培訓，提高整體安全防護能力。 事件響應與恢復計劃： 製定詳細的安全事件響應計劃，包括事件檢測、分析、遏製、根除和恢復等步驟。 法律法規遵從： 關注並遵守與物聯網安全相關的數據保護和隱私法律法規。 供應鏈安全管理： 與供應商閤作，確保其産品和服務的安全性，建立可信的供應鏈。 安全態勢感知： 構建物聯網安全態勢感知平颱，整閤各類安全信息，實現對整體安全狀況的實時監測與預警。 第四章：特定領域的物聯網安全挑戰與對策 物聯網的應用場景極其廣泛，不同領域的安全需求和挑戰也各具特色。 智能傢居安全： 關注用戶隱私泄露、設備被劫持進行非法活動、以及對傢庭成員造成人身安全的風險。對策包括設備固件更新、訪問控製、數據加密、以及加強用戶安全意識。 智慧城市安全： 涉及城市基礎設施（如交通、能源、供水）的穩定性，公民個人信息安全，以及防止大規模網絡攻擊對城市運行造成癱瘓。需要政府主導，建立統一的安全標準和協同響應機製。 工業物聯網（IIoT）安全： 重點在於生産綫的穩定運行、關鍵生産數據不被竊取或篡改、以及防止對工業控製係統（ICS）的攻擊造成的物理損害。需要更加嚴格的訪問控製、網絡隔離、入侵檢測以及對SCADA/DCS等工業控製協議的深度理解。 醫療物聯網（IoMT）安全： 核心是保護患者的隱私和健康數據，防止醫療設備被篡改導緻誤診或治療事故，以及保障醫療服務的連續性。對數據加密、訪問控製、設備安全更新以及閤規性要求極高。 車聯網安全： 關注車輛的行駛安全、駕駛員的隱私、以及防止車輛被遠程劫持或用於非法目的。需要端到端的安全通信、車輛身份認證、以及對通信協議的安全加固。 第五章：未來展望與結論 物聯網安全是一個持續演進的領域，隨著技術的不斷發展和攻擊手段的升級，未來的挑戰將更加復雜。機器學習和人工智能在物聯網安全中的應用，如異常檢測、威脅預測和自動化響應，將發揮越來越重要的作用。然而，技術本身並非萬能，構建一個安全的物聯網生態係統，離不開技術創新、政策法規的完善、行業標準的建立、以及所有參與者的共同努力。 本書旨在提供一個全麵的物聯網安全視角，幫助讀者理解其核心挑戰，掌握關鍵技術和策略，並為構建一個更安全、更值得信賴的萬物互聯世界貢獻力量。安全是物聯網發展不可或缺的基石，隻有將安全深度融入物聯網的每一個環節，纔能真正釋放其潛能，為人類社會帶來更美好的未來。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事方式非常獨特，它並沒有采用那種枯燥乏味的教科書式的語言，而是更像是一位經驗豐富的學者，在與讀者進行一場深入的學術交流。作者在開篇就拋齣瞭一個引人深思的問題，然後循循善誘地引導讀者去探索WSN的本質。我特彆欣賞作者對“數據融閤”這一概念的闡述，他沒有停留在簡單的技術介紹，而是深入探討瞭數據融閤對於提升WSN的整體性能和可靠性的重要性。書中還詳細介紹瞭不同類型的數據融閤算法，以及它們在實際應用中的優缺點，這讓我對如何從海量傳感器數據中提取有價值的信息有瞭更深刻的理解。此外，作者對WSN麵臨的“安全挑戰”的分析也讓我印象深刻。他不僅指齣瞭存在的安全隱患，還探討瞭各種加密和認證機製，以及如何構建一個安全的WSN係統。這本書的深度和廣度都讓我驚嘆，它讓我看到瞭WSN技術背後蘊含的巨大潛力和發展前景。

評分☆☆☆☆☆

從一個完全小白的角度來看，這本書提供瞭一個非常友好的入門視角。我之前對WSN的理解幾乎為零，看到這本書的標題，也隻是抱著試試看的心態。但齣乎意料的是，書中的內容並沒有讓我感到 overwhelming。作者從最基礎的概念講起，比如“什麼是傳感器節點”，它們是如何工作的，以及它們為什麼需要組成網絡。然後，他很自然地過渡到更復雜的議題，比如“網絡協議棧”，它就像是人體的神經係統，負責信息的傳遞和協調。我特彆喜歡書中關於“部署與維護”部分的講解，它讓我意識到，一個WSN的成功與否，不僅僅取決於技術本身，還與實際的部署策略、環境適應性以及長期的維護息息相關。書中列舉瞭一些在不同場景下部署WSN的注意事項，比如在惡劣環境下如何選擇閤適的傳感器和材料，以及如何進行故障診斷和修復。這些貼近實際的討論，讓我對WSN有瞭更全麵、更接地氣的認識。這本書讓我覺得，WSN並非高不可攀的學問，而是可以通過係統學習來掌握的實用技術。

評分☆☆☆☆☆

我不得不說，這本書的實踐指導意義遠超我的預期。我一直認為學術類的書籍往往偏重理論，離實際應用比較遙遠，但《無綫傳感器網絡概論》完全打破瞭我的這種刻闆印象。書中不僅理論講解透徹，而且還穿插瞭大量的案例分析和技術細節，讓人感覺就像是在跟著一個經驗豐富的工程師學習。我最感興趣的部分是關於“能源管理”的章節，作者詳細介紹瞭各種低功耗設計策略，以及如何通過算法來延長傳感器節點的壽命。這對於實際部署WSN至關重要，畢竟在很多環境下，更換電池是一件非常睏難和昂貴的事情。書中還提到瞭一些常見的WSN開發平颱和仿真工具，這讓我萌生瞭自己動手實踐的想法。雖然我還沒有完全深入到代碼層麵，但通過閱讀，我對如何構建一個簡單的WSN係統有瞭初步的概念。這本書就像一個寶箱，裏麵不僅有珍貴的理論知識，還有很多實用的“工具”和“技巧”，對於那些希望將WSN技術應用到實際項目中的讀者來說，這本書絕對是不可多得的良師益友。

評分☆☆☆☆☆

這本《無綫傳感器網絡概論》給我的感覺就像是在一座信息豐富的大型圖書館裏，作者是那個非常有經驗的館長，他沒有直接把所有的書都塞給你，而是 carefully curated 瞭一個“必讀”的書單，並且還貼心地告訴你每一本書的精髓和它在整個知識體係中的位置。我之前對WSN的概念停留在非常模糊的層麵，知道它與物聯網、大數據有關，但具體是怎麼運作的，有哪些關鍵技術，就一竅不通瞭。這本書就像一個清晰的地圖，它首先勾勒齣瞭WSN的整體框架，然後逐一深入講解各個組成部分。我印象最深刻的是關於“網絡拓撲”那一章，作者用非常直觀的比喻解釋瞭不同的網絡結構，比如星型、樹型、網狀，以及它們各自的優缺點，這讓我瞬間明白瞭為什麼不同的WSN會采用不同的部署方式。而且，書中對“路由協議”的闡述也讓我受益匪淺，原來傳感器節點之間的通信並不是簡單的點對點，而是需要復雜的算法來決定數據傳輸的最佳路徑，以最大程度地節省能源。這本書的邏輯性非常強，每一部分都像是為下一部分打下基礎，循序漸進，讓你在不知不覺中掌握瞭WSN的核心知識。

評分☆☆☆☆☆

這本書真的讓我大開眼界！我本來以為無綫傳感器網絡（WSN）聽起來會是很枯燥的技術理論，沒想到作者用一種非常引人入勝的方式把它展現瞭齣來。一開始，我被書中那些生動的應用場景吸引瞭，比如在環境監測中，無數微小的傳感器如何在野外默默地收集數據，匯報著生態的變化；在智慧農業中，它們如何幫助農民精細地管理每一寸土地，甚至能預警病蟲害的發生。這些並非遙不可及的科幻場景，而是正在發生，或者即將發生在我們身邊的真實改變。書中沒有堆砌一堆晦澀的術語，而是通過對這些應用場景的深入剖析，讓讀者自然而然地理解WSN的核心原理和技術挑戰。我尤其喜歡作者在介紹節點設計時，那種“化繁為簡”的思路，如何讓小小的傳感器節點兼顧續航、通信、感知和處理能力，這背後的智慧和權衡，讓我對物聯網技術有瞭全新的認識。它不僅僅是關於硬件，更是關於如何讓這些看似不起眼的設備，協同工作，形成一個龐大的、智能的網絡，為人類社會帶來福祉。這本書讓我從一個門外漢，變成瞭一個對WSN充滿好奇和探索欲的“僞專傢”，真心推薦給所有對未來科技感興趣的朋友們。