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無線傳感器網(wǎng)絡基礎

作者：孫利民
出版社：清華大學出版社出版時間：2018-03-01
開本： 16開 頁數(shù)： 306
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無線傳感器網(wǎng)絡基礎 版權(quán)信息

無線傳感器網(wǎng)絡基礎 內(nèi)容簡介

傳感器設計、信息技術(shù)以及無線網(wǎng)絡等領域的快速進步，為無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）的發(fā)展鋪平了道路。WSN可以把虛擬（計算）世界與現(xiàn)實世界以的規(guī)模相接合，并開發(fā)大量實用型的應用，包括保護民用基礎設施、監(jiān)測居住地、精準農(nóng)業(yè)、有毒氣體檢測、供應鏈管理和醫(yī)療保健等方面。然而，WSN的設計面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，因為所需要的知識包括了電子、計算機工程和計算機科學領域的幾乎所有研究方向。 目前，世界各地許多大學都給高年級本科生或研究生開設WSN課程。另外，WSN也是很多學生項目和研究生論文的關注點。所以，本書作為一本教科書，主要是針對工程類和計算機科學專業(yè)的學生。它介紹了WSN的若干基本概念和設計時的框架模型，并且盡量把理論與實踐相結(jié)合，同時介紹了已經(jīng)構(gòu)建的系統(tǒng)原型和*的進展。在每章結(jié)尾，給出了大量的實際問題和練習，幫助學生們評估對所學主要概念和理論的理解。此外，本書的部分章節(jié)和內(nèi)容已經(jīng)充分模塊化，為課程內(nèi)容的設計提供了靈活性。 《無線傳感器網(wǎng)絡基礎：理論和實踐》同樣有助于對WSN感興趣的學者，適合自學，并且可以作為重要的參考。對于該類讀者，本書可以當作基礎概念的教程和近期研究成果、技術(shù)進展的綜述。 本書的組織結(jié)構(gòu) 本書介紹了WSN的基本概念和原理，綜述了傳感器系統(tǒng)不同層上的協(xié)議、算法和技術(shù)，包括網(wǎng)絡協(xié)議棧、中間件和應用層等。 《無線傳感器網(wǎng)絡基礎：理論和實踐》分為三個部分。部分：序言。章給出了WSN應用、傳感器節(jié)點和基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概述。第2章概述了代表性的傳感器網(wǎng)絡應用。第3章分析了不同的節(jié)點架構(gòu)，詳細地講解了感知子系統(tǒng)、處理子系統(tǒng)和通信接口，另外，給出了幾個典型的原型實現(xiàn)的例子。第4章對操作系統(tǒng)的功能性和非功能性方面進行了敘述，并綜述了近的操作系統(tǒng)實例。 第二部分，基本架構(gòu)，詳細講解了協(xié)議和在傳感器系統(tǒng)不同的網(wǎng)絡協(xié)議層上使用的算法。在這些層的設計和選擇對傳感器節(jié)點和網(wǎng)絡的操作與資源利用率有顯著影響。第5章開始引入物理層架構(gòu)和概念進行講解。由于許多傳感器節(jié)點共享無線介質(zhì)，MAC層協(xié)議需要訪問無線信道進行仲裁。第6章介紹了MAC層的解決方案。第7章討論了無線傳感器網(wǎng)絡中的多跳通信以及相關挑戰(zhàn)，同時對現(xiàn)有的和提出的路由協(xié)議進行研究。 第三部分，節(jié)點和網(wǎng)絡管理，探討了另外一些技術(shù)并提出了針對各種挑戰(zhàn)的解決方案。第8章綜述了WSN的能耗管理技術(shù)。當多個傳感器節(jié)點觀測現(xiàn)實世界中的同一個事件時，正確地分析來自不同傳感器的數(shù)據(jù)就非常重要，這需要傳感器節(jié)點的時鐘互相同步。不少其他的協(xié)議和算法同樣需要時鐘同步，例如，很多MAC協(xié)議依賴于的時序以確保沒有兩個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)包。因此，第9章介紹了時間同步的概念，并給出了幾種同步策略的概述。對于許多WSN應用，無論是使用*坐標表示（例如，使用GPS），還是使用在同一環(huán)境中相對于其他節(jié)點或地標來表示，很重要的一點是需要傳感器節(jié)點能夠估算出自己的位置。第10章論述了多種定位機制，并比較了它們的優(yōu)缺點。鑒于許多傳感器應用的性質(zhì)（軍事、應急響應）和WSN的特點（例如，規(guī)模和無人值守操作），WSN面臨著不少安全挑戰(zhàn)，因此，在第11章中討論了WSN的安全隱患和防御措施。后，2章對本書做出總結(jié)，描述了開發(fā)環(huán)境和WSN的編程技術(shù)，也概述了經(jīng)常使用的WSN仿真器。

無線傳感器網(wǎng)絡基礎 目錄

**部分 序言 章 無線傳感器網(wǎng)絡研究動機 1.1 定義與背景 1.1.1 傳感和傳感器 1.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡 1.2 挑戰(zhàn)和約束 1.2.1 能量 1.2.2 自我管理 1.2.3 無線組網(wǎng) 1.2.4 分布式管理 1.2.5 設計限制 1.2.6安全 1.2.7其他挑戰(zhàn) 練習 參考文獻 第2章 應用 2.1 結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測 2.1.1 感知地殼活動 2.1.2 使用固有頻率的單損傷檢測 2.1.3 使用固有頻率的多損傷檢測 2.1.4 使用模態(tài)振型的多損傷檢測 2.1.5 相關性 2.1.6 壓電效應 2.1.7 原型 2.2 交通控制 2.2.1 感知任務 2.2.2 原型 2.3 醫(yī)療保健 2.3.1 可用的傳感器 2.3.2 原型 2.4 管道監(jiān)測 2.4.1 原型 2.5 精細農(nóng)業(yè) 2.5.1 原型 2.6 活火山 2.6.1 原型 2.7 地下采礦 2.7.1 事故起因 2.7.2 感知任務 練習 參考文獻 第3章 節(jié)點架構(gòu) 3.1 傳感子系統(tǒng) 3.1.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 3.2 處理器子系統(tǒng) 3.2.1 體系結(jié)構(gòu)概述 3.2.2 微控制器 3.2.3 數(shù)字信號處理器 3.2.4 專用集成電路 3.2.5 現(xiàn)場可編程門陣列 3.2.6 比較 3.3 通信接口 3.3.1 串行外圍接口 3.3.2 內(nèi)部集成電路 3.3.3 總結(jié) 3.4 原型機 3.4.1 IMote節(jié)點的架構(gòu) 3.4.2 XYZ節(jié)點的架構(gòu) 3.4.3 Hogthrob節(jié)點的架構(gòu) 習題 參考文獻 第4章 操作系統(tǒng) 4.1 功能方面 4.1.1 數(shù)據(jù)類型 4.1.2 調(diào)度 4.1.3 堆棧 4.1.4 系統(tǒng)調(diào)用 4.1.5 處理中斷 4.1.6 多線程 4.1.7 基于線程的和基于事件的編程 4.1.8 內(nèi)存分配 4.2 非功能方面 4.2.1 分離關注點 4.2.2 系統(tǒng)開銷 4.2.3 可移植性 4.2.4 動態(tài)重編程 4.3 操作系統(tǒng)原型 4.3.1 TinyOS 4.3.2 SOS 4.3.3 Contiki 4.3.4 LiteOS 4.4 評估
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