无线传感器网络节能、优化与可生存性 9787121210556 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈志德 著

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• 无线传感器网络
• 节能
• 优化
• 可生存性
• 路由协议
• MAC协议
• 数据聚合
• 网络安全
• 低功耗设计
• 覆盖率

店铺： 博学精华图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121210556

商品编码：29691324698

包装：平装

出版时间：2013-09-01

基本信息

书名:无线传感器网络节能、优化与可生存性

：38.00元

售价：25.8元,便宜12.2元,折扣67

作者:陈志德

出版社：电子工业出版社

出版日期：2013-09-01

ISBN：9787121210556

字数：198000

页码：196

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

本文围绕无线传感器网络在节能、优化与可生存性等方面的研究热点，利用博弈论、马尔可夫链等理论为分析工具，重点介绍和分析了无线传感器在功率控制、数据传输控制、路由选择优化、性能优化、节点策略优化、节点安全性等问题。全书分为4篇，其中基础篇，对无线传感器网络的技术、特点和应用进行综述；节能篇，提出基于Supermodular博弈的无线传感器网络功率控制、基于Gibbs采样的随机的无线传感器网络功率控制和基于非合作博弈考虑剩余能量的无线传感器网络功率控制；优化篇，提出基于演化博弈分簇无线传感器网络数据传输控制、基于演化博弈的路由选择机制和传感器网络的性能优化；生存篇，对基于演化博弈论的无线传感器网络节点进行策略分析和基于马尔可夫链的无线传感器网络进行安全性分析。

目录

作者介绍

文摘

序言

《智联万物：感知世界的绿色动脉》 在信息爆炸的时代，我们生活的环境正以前所未有的速度被无数的“神经末梢”所连接。从监测空气质量的微小节点，到追踪农作物生长的传感器阵列，再到守护城市安全的智能监控网，这一切的背后，是被称为“无线传感器网络”（Wireless Sensor Networks, WSNs）的强大技术支撑。它们如同无形的触角，延伸至我们难以触及或不便常驻的区域，默默收集着海量数据，为科学研究、环境监测、工业生产、军事应用乃至日常生活带来革命性的变化。 然而，当这些微小的节点如繁星般密布，形成一个庞大的感知网络时，一个严峻的挑战也随之浮现：如何让这个由电池供能的网络持续、高效地运作，尤其是在资源受限的环境中？“能量”——这是每一个独立传感器节点的生命线，也是整个网络的命脉。传统意义上的网络设备，往往依赖稳定的电力供应，但对于部署在野外、深海、甚至人体内部的传感器节点而言，频繁地更换电池或进行充电，不仅成本高昂，操作艰难，有时甚至是不可能的。因此，节能，成为了无线传感器网络设计与应用中最核心、最紧迫的需求之一。 节能：让感知世界的“心跳”永不停止 《智联万物：感知世界的绿色动脉》深入探讨了无线传感器网络在节能方面的关键技术与前沿策略。本书并非泛泛而谈，而是聚焦于那些能够真正延长网络生命周期、降低运维成本的实用方法。 首先，节点自身的能耗管理是节能的基石。每一个传感器节点，从其最微小的组件——传感器单元，到负责数据采集、处理的微处理器，再到进行无线通信的射频模块，都在消耗着宝贵的能量。本书将详细剖析不同硬件模块的能耗特性，并在此基础上，系统性地介绍如何通过低功耗设计来最小化节点的静态和动态功耗。这包括采用高效能的微控制器，选择低功耗的传感器，以及优化电路设计。更重要的是，本书将详细阐述休眠与唤醒机制的重要性。传感器节点并非需要时刻处于工作状态，在没有数据采集需求或通信任务时，让节点进入低功耗的休眠模式，能够极大地节省能源。如何设计智能的唤醒策略，在必要时快速而准确地唤醒节点，是保证网络响应速度和数据完整性的关键。 其次，通信协议的优化是实现网络级节能的另一重要途径。无线通信是传感器节点主要的能耗来源之一。本书将深入研究各类低功耗通信协议，如Zigbee、LoRa等，分析其在能耗、传输距离、数据速率等方面的权衡，并指导读者如何根据具体的应用场景选择最合适的通信协议。此外，本书还将重点介绍路由策略对能耗的影响。在无线传感器网络中，数据需要通过多跳的方式传输到汇聚节点。传统的路由算法往往优先考虑路径长度或延迟，而忽略了节点的能量消耗。本书将系统性地介绍能量感知的路由算法，例如LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）及其各种改进算法，这些算法通过将节点分组为簇，并选举簇头进行数据汇聚，有效均衡了各节点的能量消耗，显著延长了网络的整体寿命。书中还将探讨数据压缩与聚合技术，在数据传输前对采集到的信息进行有效的压缩和整合，减少传输的数据量，从而降低通信功耗。 再者，能量收集技术为解决能源瓶颈提供了革命性的思路。当节点的能量消耗难以避免时，如何从环境中获取可持续的能量，成为研究的热点。《智联万物：感知世界的绿色动脉》将全面梳理当前主流的能量收集技术，包括太阳能收集、射频能量收集、振动能量收集以及热电能量收集等。本书将详细阐述不同能量收集技术的原理、效率、适用场景以及集成方法，并深入探讨如何设计混合能源管理系统，将能量收集与电池存储有机结合，实现能量的动态分配和高效利用。例如，如何根据环境能量的可用性动态调整节点的运行模式，如何设计智能的电源管理单元以最大化能量收集效率，以及如何应对能量收集的间歇性和不确定性等挑战。 优化：让感知网络“聪明”地运行 除了节能，无线传感器网络的优化是实现其高效、可靠运行的另一个核心要素。一个设计精良的网络，不仅要能长时间工作，还要能够以最优的方式完成感知、传输和处理任务。 本书将聚焦于网络拓扑的优化。网络拓扑是指传感器节点在空间中的分布方式以及它们之间的通信连接关系。不同的拓扑结构对网络的覆盖范围、连通性、鲁棒性以及能量效率都有着显著的影响。本书将介绍静态拓扑和动态拓扑的设计策略，以及如何通过自组织网络（Ad Hoc Network）的特性，让节点在部署后能够自主地发现邻居、建立连接，并形成最优的通信结构。例如，针对不同区域（如城市、农田、森林）的特点，设计不同的节点部署密度和通信连接策略，以实现最佳的覆盖和感知效果。 资源分配优化是保证网络性能的关键。在有限的网络资源（如带宽、计算能力、存储空间）下，如何将这些资源分配给不同的节点和任务，以满足整体的网络性能目标（如延迟、吞吐量、可靠性），是需要解决的难题。本书将探讨分布式资源分配算法，以及如何通过协同感知和协同处理来提升网络的整体性能。例如，当多个传感器节点监测同一区域时，如何通过数据融合和冗余消除，减少无效的数据传输，提高数据质量，并降低整体能耗。 此外，数据管理与处理的优化也至关重要。无线传感器网络会产生海量的数据，如何有效地对这些数据进行存储、检索、分析和挖掘，以提取有价值的信息，是实现网络应用价值的关键。本书将介绍分布式数据存储技术，以及如何设计高效的数据查询与分析方法，例如基于边缘计算的数据预处理和初步分析，将原始数据转化为有意义的信息，从而减少传输到云端的数据量，降低网络负载，并缩短响应时间。 可生存性：让感知网络“坚韧”地适应变化 在复杂的实际环境中，无线传感器网络常常面临各种挑战，如节点故障、通信中断、环境干扰、甚至恶意攻击。可生存性（Survivability）正是指网络在面对这些不利因素时，保持其核心功能和性能的能力。 本书将深入探讨网络鲁棒性设计。鲁棒性体现在网络的冗余机制上。当一个节点失效时，网络能否通过其他路径或节点继续完成任务？本书将介绍节点冗余、链路冗余以及信息冗余等策略，以及如何设计故障检测与恢复机制，及时发现失效节点，并动态地调整路由和网络拓扑，以最小化故障对网络性能的影响。 安全性是可生存性的重要组成部分。无线传感器网络尤其容易受到窃听、篡窃改、拒绝服务等攻击。本书将介绍无线传感器网络的常见安全威胁，以及轻量级的安全机制，如身份认证、数据加密、访问控制等，以在保证低功耗的前提下，为网络提供必要的安全保障。 动态适应性是另一个关键的可生存性体现。环境条件（如温湿度、光照强度）和网络状态（如节点能量水平、连接质量）都会不断变化。本书将探讨自适应网络协议和智能控制算法，使网络能够实时监测环境和自身状态，并主动调整运行参数，以应对环境变化和优化网络性能。例如，当环境能量收集不足时，网络可以自动降低数据采集频率或传输速率；当某个区域节点能量不足时，可以调整路由，将数据传输任务分配给能量充足的节点。 结论：勾勒未来感知世界的蓝图 《智联万物：感知世界的绿色动脉》并非仅仅是一本技术手册，它更是一幅描绘未来智能感知世界蓝图的画卷。通过对无线传感器网络在节能、优化与可生存性三个核心维度的深入探讨，本书旨在为研究人员、工程师以及政策制定者提供前瞻性的视野和实用的技术指导。 本书的价值在于其系统性和前瞻性。它不仅梳理了当前无线传感器网络领域最前沿的研究成果和技术方法，更强调了这些技术在实际应用中的集成与协同。无论是构建智慧城市、发展精准农业、实现环境监测，还是推动智能医疗和工业自动化，无线传感器网络都将扮演越来越重要的角色。而本书所倡导的节能、优化与可生存性，正是确保这些感知网络能够真正落地、广泛应用、持续发挥作用的关键。 阅读本书，您将能够深入理解无线传感器网络的内在挑战，掌握应对这些挑战的创新策略，并最终能够设计、部署和管理出更加高效、可靠、可持续的智能感知系统，共同迎接一个更加智能、互联、可持续的美好未来。本书不仅仅是技术的探讨，更是对如何利用科技力量，让我们的世界变得更加智慧、更加绿色、更加充满活力的深刻思考。

评分☆☆☆☆☆

我最近把时间都投入到这本书的阅读中，坦白说，它对我的触动很大，尤其是在“可生存性”这一章的论述，简直是拨开了我心中长久以来的一个迷雾。过去我总觉得节能和性能往往是鱼与熊掌不可兼得，但这本书巧妙地构建了一个多目标优化的框架，让我看到了如何在保证网络核心功能不被牺牲的前提下，实现能耗的最小化。书中对异构网络结构下的路由选择机制探讨得尤为深刻，它没有采用那种一刀切的通用方案，而是根据节点的剩余能量分布和环境的动态变化，提出了几种自适应的切换策略。我尤其喜欢作者在阐述这些策略时，使用的那种娓娓道来的叙事风格，仿佛在进行一场深入的学术对话，而不是冷冰冰的理论灌输。读到后来，我甚至能想象出传感器节点在实际部署环境中，如何根据指令精确地调整自己的工作周期和数据发送功率。唯一的遗憾是，如果能在附录中提供一些核心算法的伪代码实现，对于动手能力强的读者来说，将会是一个极大的福音。但瑕不掩瑜，这本书成功地将复杂的技术问题拆解成了可管理、可优化的模块，极大地提升了我对整个网络生命周期管理的认知高度。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，我立刻感受到了一种扑面而来的专业气息，但这种专业并非拒人于千里之外的艰涩，而是经过精心提炼后的精炼和准确。作者在处理网络拓扑结构优化时，引入了几何学和图论的复杂概念，但通过大量的图形化解释和直观的比喻，使得那些抽象的数学关系变得可视化。我印象最深的是关于“能量热点”问题的处理，书中提出了一个基于多层级的调度机制，旨在均衡节点的能量消耗，从而最大化网络的整体寿命。这种系统性的解决方案，远比零散的节能技巧要高明得多。语言风格上，它保持了一种克制而严谨的学术态度，没有过多渲染夸张的未来愿景，而是脚踏实地地分析当前技术栈能达到的最优解。这本书的价值在于，它提供了一个可操作的蓝图，清晰地描绘了从物理层到应用层的各个优化环节如何协同工作，共同服务于“持久运行”这一核心目标。对于那些需要撰写详细技术报告或进行系统设计评审的专业人士来说，这本书无疑是案头必备的参考手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计非常精美，封面采用了沉稳的深蓝色调，搭配着简洁而富有科技感的线条图案，一下子就抓住了我的眼球。当我翻开扉页时，首先映入眼帘的是清晰的字体和合理的版式布局，这让初次接触这个领域的读者也能感到友好。内容上，作者似乎非常注重理论与实践的结合，我特别欣赏它在介绍核心算法时，不仅深入剖析了数学模型，还紧接着提供了具体的应用场景案例分析。比如，在讲解数据融合策略时，书中详细对比了几种主流方法的能耗曲线和准确率表现，这对我正在进行的一个关于环境监测节点的项目非常有启发性。书中引用的参考文献也十分权威和前沿，显示出作者在学术上的深厚积累。虽然有些章节的数学推导过程略显密集，但正是这种严谨性，保证了结论的可靠性。总体来说，这本书不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的导师，在你迷茫时提供清晰的指引，无论你是初入科研门槛的学生，还是希望系统梳理知识的工程师，都能从中获益良多。它对于构建一个稳健、高效的无线传感系统提供了全方位的视角，值得反复研读。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，更像是一次对前沿技术领域的深度探险。它的文字功底非常扎实，逻辑链条环环相扣，几乎没有出现任何可以让人感到困惑的跳跃点。我在阅读过程中，特别关注了关于数据压缩和传输效率提升的部分，这块内容是当前无线通信领域的热点和难点。作者在这里没有满足于现有的成熟技术介绍，而是大胆地引入了一些基于深度学习的预测模型来辅助数据预处理，这无疑是为传统的WNS领域注入了一剂强心针。我花了将近两天的时间才彻底消化了关于“时间同步误差对定位精度影响”的章节，书中对误差模型的建立和补偿算法的分析细致入微，甚至考虑到了环境噪声的随机性对同步精度的影响，这种层层递进的分析方法，让我对理论建模有了更深层次的理解。对于那些热衷于算法创新和性能极限探索的读者而言，这本书无疑是一座宝库。它提供的不仅仅是知识，更是一种批判性思考问题的工具和框架，促使读者去质疑现有方案的局限性，并尝试去突破它们。

评分☆☆☆☆☆

我购买过很多关于传感器网络的书籍，但这本书在“优化”和“可生存性”这两个维度上的融合度是最高的。它没有将节能仅仅视为降低发射功率那么简单，而是将其提升到了一个系统级的架构决策层面。例如，书中对事件驱动型和基于查询型网络的能耗差异进行了细致入微的对比分析，并针对不同应用场景给出了明确的推荐方向。我尤其欣赏作者在讨论容错机制时展现出的务实态度，面对节点失效这一不可避免的现实，书中提出的冗余设计和快速重构算法，其复杂度控制得非常出色，保证了在提升生存期的同时，不对实时性造成致命影响。阅读过程中，我多次停下来，对照自己的实验数据进行反思，这本书迫使我跳出固有的思维定势，用更宏观的视角去看待每一个模块的设计选择。它就像一把手术刀，精准地剖开了网络架构的各个层面，告诉你哪里可以更精进、哪里可以更耐用。对于渴望将理论知识转化为实际高可靠、长寿命系统的工程师来说，这本书的指导意义是无可替代的。