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樊宽刚，么晓康，陈宇航 著

图书标签:

• 无线传感器网络
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• 物联网
• 无线通信
• 数据采集
• 低功耗设计
• 路由协议
• 安全技术
• 应用研究
• 嵌入式系统

店铺： 诗书雅韵图书专营店

出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502471743

商品编码：29673125764

包装：平装

出版时间：2016-01-01

基本信息

书名：无线传感器网络关键技术研究及应用

定价：45.00元

作者：樊宽刚,么晓康,陈宇航

出版社：冶金工业出版社

出版日期：2016-01-01

ISBN：9787502471743

字数：

页码：216

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《无线传感器网络关键技术研究及应用》通过对无线传感器网络电磁信号在井下传输研究，仿真了矿井不同形状对电磁信号传输的影响，提出应对矿井下电磁辐射干扰的措施；通过研究节点路径优化算法、定位算法及节点在有障环境中的部署，降低无线传感器网络节点能耗，延长节点寿命和网络生存周期，并将研究成果应用于实际，通过压缩感知技术压缩了数据量，验证了研究方法的有效性和可行性。
　　《无线传感器网络关键技术研究及应用》可为基于无线传感器网络技术的矿井下生产和监测系统的设计提供技术支持和设计参考，也可以作为相关领域本科生、研究生和工程技术人员的教材和参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《低功耗嵌入式系统设计与优化》 内容简介 本书聚焦于当前电子设备和物联网发展中至关重要的低功耗嵌入式系统设计与优化，深入剖析了影响系统功耗的各个环节，并提供了系统性的解决方案。在日新月异的科技浪潮中，嵌入式系统以其独特的灵活性和广泛的应用前景，渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、可穿戴设备到工业自动化、智能家居，无不闪耀着嵌入式系统的智慧光芒。然而，随着功能的日益强大和部署范围的不断扩大，对嵌入式系统的功耗需求也提出了越来越高的挑战。如何在地容量电池的限制下，实现更长的续航时间、更低的运行成本、更小的设备体积，以及在能源受限环境中实现可靠运行，已成为摆在设计者面前的一道道难题。 本书正是为了应对这些挑战而生，它并非停留在理论的表层，而是紧密结合实际工程应用，旨在为嵌入式系统工程师、硬件开发者、软件工程师以及相关领域的科研人员提供一套全面、深入且实用的低功耗设计指南。我们将从最基础的理论概念入手，逐步深入到复杂的系统优化策略，力求做到内容详实，逻辑清晰，条理分明。 第一部分：嵌入式系统功耗分析与模型 在进行任何优化之前，透彻理解功耗的来源是至关重要的。本部分将首先带领读者认识嵌入式系统的基本架构，如微控制器（MCU）、内存、外围设备、电源管理单元（PMU）等，并详细阐述它们各自的功耗特性。我们将深入探讨静态功耗（漏电流）和动态功耗（电路开关、数据传输）的物理机制，以及它们在不同工作模式下的影响。 为了量化功耗，我们将介绍各种功耗建模方法，包括基于晶体管级别的模型、行为级模型和系统级模型。读者将学会如何利用这些模型来预测和分析系统的整体功耗，识别功耗瓶颈所在。此外，我们还将讨论不同半导体工艺对功耗的影响，以及设计选择（如选择哪种类型的晶体管、总线宽度等）如何在早期阶段就预设功耗的基调。 第二部分：硬件层面的低功耗设计策略 硬件是嵌入式系统功耗的直接源头，因此，硬件层面的优化是低功耗设计的基石。本部分将涵盖一系列关键的硬件设计策略。 微控制器（MCU）的选择与优化： 我们将深入分析不同架构（如ARM Cortex-M系列、RISC-V等）的功耗特性，以及指令集、时钟频率、流水线深度等因素如何影响功耗。读者将学会如何根据应用需求选择最适合的MCU，以及如何利用MCU内置的低功耗模式（如睡眠模式、深度睡眠模式、待机模式）来最大限度地减少不工作时的功耗。 电源管理单元（PMU）的设计与应用： PMU在低功耗系统中扮演着核心角色。我们将详细介绍线性稳压器（LDO）、开关稳压器（DC-DC转换器）等电源管理芯片的原理、效率和功耗损耗。读者将学习如何设计高效的电源管理架构，如何利用多级电压轨、动态电压调整（DVS）和动态频率调整（DFS）等技术来适应不同负载下的功耗需求。 内存与外设的功耗优化： 内存（SRAM、DRAM、Flash）是嵌入式系统中另一大功耗“吞噬者”。本书将介绍如何通过选择低功耗内存器件、优化内存访问模式、使用缓存以及利用内存自刷新和休眠等特性来降低功耗。对于各类外围设备（如ADC、DAC、通信接口、显示屏），我们将探讨其功耗特性，并提供相应的优化技巧，例如关闭不使用的外设、选择低功耗版本的器件、优化数据传输速率等。 时钟与复位电路设计： 时钟信号的驱动和复位信号的产生都会消耗一定的能量。我们将讨论如何选择低功耗振荡器、如何优化时钟分频策略，以及如何设计高效的复位电路，以减少不必要的功耗。 PCB布局与走线优化： 良好的PCB布局和走线不仅影响信号完整性，也对功耗产生微妙影响。我们将探讨电源和地线的阻抗匹配、信号线的长度控制、高频信号的屏蔽等，这些细节对于减少电磁辐射和串扰，从而间接降低功耗具有积极作用。 第三部分：软件层面的低功耗设计策略 软件是发挥硬件性能、实现系统功能的关键，其设计也直接影响着系统的整体功耗。本部分将聚焦于软件层面的低功耗优化技术。 操作系统（RTOS）的功耗管理： 对于采用实时操作系统（RTOS）的嵌入式系统，RTOS的调度策略、任务优先级管理、中断处理机制等都会对功耗产生显著影响。我们将探讨如何选择功耗优化的RTOS，如何配置任务休眠、事件等待等机制，以及如何利用RTOS提供的功耗管理API来控制系统的工作状态。 任务调度与电源模式协同： 优化任务调度是降低功耗的核心。我们将介绍多种任务调度算法（如优先度调度、时间片轮转调度）在功耗方面的权衡，并重点讲解如何将任务调度与系统的电源模式相结合。例如，当没有任务需要执行时，系统可以自动进入低功耗睡眠模式，从而实现能耗的最优化。 数据传输与通信协议的功耗考量： 在物联网应用中，数据传输是主要的功耗来源之一。本书将分析不同通信协议（如Wi-Fi、蓝牙、LoRa、NB-IoT）的功耗特性，并提供优化策略，如减少数据包大小、采用更高效的编码方式、合理设置传输间隔、利用休眠和唤醒机制等。 算法优化与软件效率提升： 低效的算法会增加CPU的运行时间，从而消耗更多能量。我们将介绍如何优化算法的复杂度，如何利用查找表、查找树等数据结构来加速计算，以及如何对关键的代码段进行性能分析和优化，以减少CPU的执行时间。 事件驱动与中断管理： 采用事件驱动和精细化的中断管理可以避免不必要的CPU唤醒和轮询，从而有效降低功耗。我们将讲解如何设计高效的中断处理程序，如何合理使用中断优先级，以及如何利用事件标志和信号量来协调任务之间的通信，减少CPU空闲时间。 功耗感知型软件架构设计： 贯穿整个软件生命周期，将功耗考量融入软件架构设计是实现深层低功耗的关键。我们将讨论如何设计模块化的、易于电源管理的软件结构，如何实现各个功能模块的按需加载和卸载，以及如何建立一套完善的功耗监控和管理框架。 第四部分：系统集成与测试验证 将硬件和软件的低功耗设计思路集成到完整的系统中，并进行准确的测试验证，是确保设计成功的最后也是最关键的环节。 系统级功耗分析与仿真： 在将软硬件集成在一起之前，我们将介绍如何利用系统级仿真工具对整体系统的功耗进行预测和分析。读者将学会如何建立一个逼真的仿真模型，并通过修改设计参数来评估不同优化方案的功耗表现。 功耗测量技术与工具： 精确的功耗测量是验证低功耗设计效果的基础。本书将详细介绍各种功耗测量方法，包括使用数字万用表、示波器、专用功率分析仪以及嵌入式功耗分析平台。我们将讲解如何正确连接测量设备，如何采集和分析测量数据，并识别潜在的功耗异常。 低功耗测试用例设计： 设计一套全面的测试用例对于覆盖系统在各种工作场景下的功耗表现至关重要。我们将提供设计低功耗测试用例的指导，包括正常工作模式、各种休眠模式、高负载和低负载场景下的测试。 能量收集与能源管理： 对于一些特殊应用场景，如完全离网的设备，能量收集技术（如太阳能、热电、振动能量收集）成为解决方案。本书将简要介绍能量收集的基本原理，以及如何与低功耗嵌入式系统相结合，实现能源的可持续供给。 第五部分：典型应用案例分析 理论与实践相结合，本书最后将通过分析一系列典型的低功耗嵌入式系统应用案例，来展示本书所介绍的各项设计与优化技术。我们将深入剖析智能穿戴设备、低功耗传感器节点、智能家居设备、医疗监测设备等典型应用的功耗需求、设计挑战以及解决方案，让读者能够更直观地理解和掌握所学知识。 总结 《低功耗嵌入式系统设计与优化》是一本集理论深度、技术广度与实践指导性于一体的著作。本书内容翔实，覆盖了从微观元器件到宏观系统架构的各个层面，旨在帮助读者全面掌握低功耗嵌入式系统的设计理念和实现方法。通过阅读本书，读者将能够： 深入理解 嵌入式系统的功耗产生机制和影响因素。 掌握 硬件层面的多种低功耗设计技术，包括MCU选择、电源管理、内存与外设优化等。 精通 软件层面的低功耗优化策略，如RTOS管理、任务调度、通信协议优化、算法效率提升等。 熟练运用 功耗分析、测量和验证方法，确保设计效果。 借鉴 丰富的典型应用案例，将理论知识应用于实际项目。 本书的出版，希望能为广大嵌入式系统开发者在追求更高性能、更长续航、更绿色环保的电子产品设计之路上，提供一份宝贵的参考和有力的支持。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得非常朴实，那种略带磨砂质感的纸张拿在手里，感觉很专业，一下子就让人联想到了严谨的学术氛围。我本来是带着一点点技术入门的期望去翻阅的，毕竟“关键技术研究”这几个字听起来就涵盖了许多基础和前沿的知识点。然而，当我深入阅读了前几章，特别是关于网络拓扑结构和数据融合算法的探讨时，我发现作者的笔触非常深入，仿佛在进行一场细致入微的解剖。他并没有停留在概念的罗列上，而是将每一个技术点都置于一个具体的应用场景中去考察其效率和局限性。比如在谈到能源管理时，引用的案例是某个偏远地区的长期环境监测项目，这种结合实际需求的论述方式，极大地增强了理论的可信度和指导意义。虽然我个人在某些高级的优化模型推导部分需要反复阅读才能完全理解，但这正说明了作者在知识深度上的追求，没有为了迎合初学者而牺牲掉内容的专业性。这本书更像是一份高级工程师的工具箱，而不是给新手的入门指南，它要求读者具备一定的背景知识作为铺垫，否则很容易在那些密集的公式和参数面前迷失方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书的整体论述风格，与其说是探讨“新技术”，不如说是在构建一套“工程哲学”。它不追求追逐每一个稍纵即逝的热点概念，而是专注于那些构成网络稳定、高效运行的基石。例如，在安全机制的讨论中，作者并未过多渲染那些花哨的加密算法，而是将重点放在了物理层和链路层的低功耗认证方法上，这显然更符合资源受限的传感器网络的实际需求。这种务实的态度贯穿全书，使得全书的价值链非常长，即便是几年后，其关于网络生命周期管理和能耗平衡的理论框架依然具有强大的生命力。这本书成功地将前沿研究与工程实践的需求紧密地锚定在一起，形成了一种既有深度又有温度的知识体系。它引导我思考的不是“我能用什么新工具”，而是“我该如何以最经济、最可靠的方式构建一个可持续的系统”。

评分☆☆☆☆☆

从排版和插图来看，这本书的编校质量达到了一个很高的水准，这对于阅读技术密集型读物来说至关重要。图表的清晰度极高，无论是时域分析图还是频谱效率图，其坐标轴的标注和曲线的区分度都非常明确，这大大减少了阅读理解的摩擦成本。特别是在介绍几种复杂的路由算法的收敛速度对比时，作者采用的对比图表设计得非常巧妙，一眼就能看出不同算法在初期、中期和稳定期的性能差异，比单纯的文字描述有效得多。另外，书中对特定术语的定义和引文的规范性也体现了作者的学术素养，让读者可以很方便地追溯到更原始的文献出处进行延伸学习。这种对细节的极致追求，使得这本书在阅读过程中，几乎没有因为图表模糊或排版混乱而导致思路中断的情况发生。它更像是一份精心准备的教学资料，而非匆忙赶工的出版物。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文逻辑如同精密仪器般严丝合缝，章节之间的过渡自然流畅，几乎没有那种生硬的、为了凑页数而强行连接的段落。我尤其欣赏作者在讨论不同通信协议栈时的那种对比分析方法。他没有简单地罗列出IEEE 802.15.4和LoRaWAN的优缺点，而是通过一系列假设的干扰环境和数据负载情景，展示了每种协议在特定约束下的性能表现。这种“在矛盾中求取平衡”的叙事风格，非常贴合现实世界中系统设计所面临的权衡取舍。读完与MAC层调度相关的章节后，我甚至产生了一种冲动，想立即着手优化我目前项目中正在使用的定时唤醒机制。书中对于异构网络兼容性的探讨也十分到位，特别是如何利用轻量级的网关实现不同技术标准节点间的协同工作，这部分内容对于当前物联网碎片化趋势下的集成项目而言，具有极高的参考价值。这本书的价值不在于教你“是什么”，而在于教你“如何在高压下做出最佳选择”。

评分☆☆☆☆☆

我是一个偏向应用层面思考的读者，所以阅读技术书籍时，往往最关注的是“落地”的可能性。这本书在这方面给我的惊喜是多层次的。它不仅仅停留在理论模型的构建上，而是花了大量篇幅来讨论实际部署中的“灰度问题”——那些在实验室里完美运行但在野外环境立马失效的因素。作者对传感器部署密度与数据冗余度之间的关系进行了详尽的数学建模和仿真验证，这部分内容极为扎实。更难得的是，他没有回避在实际项目中遇到的那些难以量化的挑战，比如野外温湿度波动对电池寿命的非线性影响，以及电磁环境对信号传输的影响。虽然书中没有提供现成的“万能代码”，但它提供了一套严谨的分析框架，让人明白在面对具体问题时，应该从哪些维度去审视和迭代解决方案。这本书的深度和广度，让人感觉作者是在一线摸爬滚打了多年后，才将这些经验提炼成文字，充满了实战的烟火气。