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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:瞿雷，刘盛德，胡

出品人:

页数:594

译者:

出版时间:2007-9

价格:62.00元

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isbn号码:9787811242188

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电子信息技术前沿：无线传感器网络与物联网架构解析 图书名称： 电子信息技术前沿：无线传感器网络与物联网架构解析 内容简介： 本书旨在为电子工程、计算机科学、自动化控制以及相关应用领域的专业人士和高年级学生提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，探讨当前信息技术领域最为核心且发展迅猛的两大支柱：无线传感器网络（WSN）和物联网（IoT）架构。本书内容涵盖了从底层硬件实现到顶层应用部署的完整技术栈，着重分析了实现大规模、高效率、低功耗智能系统的关键技术、设计原则、挑战与未来趋势。 第一部分：无线传感器网络（WSN）基础与核心理论 本部分系统地梳理了无线传感器网络的理论基础、关键技术指标以及设计范式。我们将超越传统的单一技术介绍，深入探讨影响整个网络性能的核心约束——资源受限性（能源、计算、存储）。 1.1 传感器网络概述与系统架构： 详细阐述了WSN的定义、应用场景（环境监测、工业控制、医疗健康等）及其与传统Ad-hoc网络的核心区别。深入分析了微机电系统（MEMS）传感器、微控制器（MCU）和无线通信模块的集成挑战。我们将从系统级的角度剖析传感器节点的标准架构，包括感知层、网络层和应用层的功能划分。 1.2 低功耗设计与能效管理： 能源是WSN的生命线。本章将重点剖析能量消耗的来源（感知、处理、通信）及量化模型。详尽介绍MAC层能效策略，如基于事件驱动的侦听-休眠调度机制、竞争窗口优化、以及接收信号强度指示（RSSI）用于链路质量管理和功耗预测的技术。对于供电模式，我们将对比电池供电、能量收集（Energy Harvesting，包括太阳能、热电、振动能）的适用性及其与网络寿命的关联。 1.3 介质访问控制（MAC）协议： 深入探讨针对低功耗和高并发场景设计的专用MAC协议。内容涵盖基于TDMA的同步机制、CSMA/CA在传感器网络中的改进版本，以及事件驱动型协议（如S-MAC、T-MAC的优化与局限性）。特别关注跨层设计（Cross-Layer Design）如何通过打破传统协议栈的界限来提升整体网络吞吐量和能效。 1.4 路由与拓扑控制： 本章是网络层核心。详细比较了基于数据汇聚（Data-Centric）的路由策略（如Directed Diffusion, Query Control）与基于地址的传统路由方法的适用性。重点分析分层路由（Hierarchical Routing），特别是簇头（Cluster Head, CH）的选择算法（如LEACH及其变种的优化），以及如何通过地理位置信息辅助路由（GPS-free Routing）来降低路由开销。拓扑控制（Topology Control）部分将讨论如何通过调整发射功率或节点的休眠/唤醒状态，来维持网络连通性同时最大限度地节省能源。 第二部分：面向物联网（IoT）的架构、协议与互操作性 本部分将视角提升至物联网层面，探讨如何将海量的异构传感器数据有效地集成、管理和应用。重点聚焦于设备连接、数据传输协议栈以及安全挑战。 2.1 物联网的体系结构与分层模型： 全面解析当前主流的IoT三层（感知/网络/应用）和五层（感知/传输/中间件/应用/商业）架构模型。深入探讨边缘计算（Edge Computing）在降低延迟、减轻云端负担方面的关键作用，及其与雾计算（Fog Computing）的定位差异和协同机制。 2.2 轻量级传输协议栈： 鉴于IoT设备资源的限制，本书对轻量级通信协议进行了详尽的分析与对比。 MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）： 详细剖析其发布/订阅模型、QoS等级（0, 1, 2）对带宽和可靠性的影响，以及Broker的部署与管理。 CoAP（Constrained Application Protocol）： 阐述其如何作为HTTP的替代品，利用RESTful架构在资源受限设备上实现应用层通信，及其与UDP结合的机制。 其他协议探讨： 简要介绍如AMQP、DDS等协议在特定工业或高实时性场景中的应用优势。 2.3 异构设备接入与互操作性： 物联网的复杂性源于其设备的极度多样性。本章解决“如何让不同的设备互相理解”的问题。详细分析了数据模型标准化的必要性，探讨了如OneM2M、AllJoyn等平台在提供通用服务层抽象方面的努力。特别关注网络层面的接入技术，如IPv6在IoT中的扩展（6LoWPAN）及其在资源受限环境下的封装和传输机制。 2.4 物联网安全、隐私与信任机制： 安全是IoT大规模部署的瓶颈。本书系统地梳理了针对嵌入式系统的安全威胁，包括物理篡改、侧信道攻击和固件漏洞。详细讨论了轻量级加密算法（如Chacha20, Speck）在资源受限环境下的性能评估。在网络层面，分析了针对DDoS攻击（如Mirai僵尸网络）的防御策略，并探讨了基于区块链（Blockchain）的去中心化身份验证和数据完整性在未来IoT安全框架中的潜力。 第三部分：高级应用、数据处理与未来趋势 本部分关注WSN和IoT数据在实际场景中的价值转化，以及新兴技术对该领域的驱动作用。 3.1 大规模数据处理与分析： 传感器网络产生海量、时序性、有噪声的数据。本章介绍如何利用流式处理框架（如Storm, Flink）对感知数据进行实时清洗、聚合和异常检测。强调数据压缩和冗余消除技术（如小波变换、差分编码）在减少传输负载中的应用。 3.2 空间与时间序列数据管理： 针对传感器数据的空间和时间特性，介绍高效的时空数据库模型和索引结构，以支持复杂的地理查询和时间序列预测。探讨如何利用移动信息中心（如移动传感器节点或无人机）优化数据的收集路径和时延。 3.3 人工智能与自适应系统： 探讨机器学习（ML）在自适应网络管理中的应用，例如利用强化学习优化路由决策、基于ML的故障诊断和预测性维护。重点分析联邦学习（Federated Learning）如何在保护数据隐私的前提下，利用分布式的传感器数据进行模型训练。 3.4 总结与展望： 总结当前无线传感器网络和物联网领域面临的主要挑战（如标准化碎片化、能源可持续性、安全信任链构建），并展望未来技术融合的方向，特别是与5G/6G、数字孪生（Digital Twin）技术的深度融合路径。 本书结构严谨，理论与实践紧密结合，包含大量工程案例分析和性能对比图表，是理解和构建下一代智能感知与连接系统的必备参考资料。

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这本书，我得说，真的有点超出我的预期了。原本以为会是一本纯粹的学术探讨，或者是一些零散的技术手册的堆砌，但拿到手后，翻开第一页，我就被它那种深入浅出的讲解方式吸引住了。作者没有直接抛出晦涩难懂的协议细节，而是从一个非常宏观的视角开始，一点点地剥开 ZigBee 的面纱。它不是那种只关注“是什么”的书，更侧重于“为什么”以及“怎么用”。比如，在介绍 ZigBee 的网络拓扑时，它不仅仅是列出星型、网状、树状，还详细分析了每种拓扑结构适用的场景，以及在实际应用中可能遇到的问题和解决方案。我特别喜欢它在讲解 ZigBee 的安全机制时，没有泛泛而谈，而是通过一个具体的案例，比如智能家居的安防系统，来演示 ZigBee 如何利用加密、认证等手段来保护用户数据，这一点对于理解抽象的安全概念非常有帮助。而且，书中大量的插图和图表，更是锦上添花，让那些复杂的协议栈和通信流程变得清晰明了。我之前在阅读其他资料时，总感觉对 ZigBee 的理解停留在表面，但通过这本书，我终于能够更深入地掌握其核心原理，并且能够将理论知识与实际项目相结合，这对我来说是莫大的进步。尤其是关于 ZigBee 协议的演进历程，也做了相当详细的阐述，让我能够更好地理解不同版本的 ZigBee 在性能和功能上的差异，从而在选择和设计 ZigBee 网络时做出更明智的决策。

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对于我这种对物联网技术充满好奇，但又缺乏系统性知识背景的读者来说，这本书简直是打开了一扇新世界的大门。我一直在关注智能家居的发展，也知道 ZigBee 在其中扮演着重要角色，但具体是如何工作的，我一直是一头雾水。这本书恰好填补了我的知识空白。它从最基础的概念讲起，比如什么是无线传感器网络，ZigBee 的定位和优势是什么，然后循序渐进地深入到 ZigBee 的协议栈，包括物理层、MAC 层、网络层和应用层。书中对每个层次的功能都进行了详细的介绍，并配以大量的图示，让我这个“小白”也能理解。我特别欣赏作者在解释 ZigBee 设备类型时，用生动的比喻来区分协调器、路由器和终端设备，这样一来，即使是初学者也能轻松区分它们各自的角色和功能。而且，书中对于 ZigBee 的应用案例分析也非常到位，从智能照明、智能安防到工业自动化，涵盖了各个领域，让我看到了 ZigBee 技术的广泛应用前景，也激发了我进一步学习和实践的动力。我觉得这本书最成功的地方在于，它能够将枯燥的技术术语转化为易于理解的语言，并且让读者在阅读的过程中，能够不断地产生“原来如此”的顿悟感。

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我之前负责过一些与无线通信相关的项目，也接触过不同的无线技术，包括 Wi-Fi、蓝牙等。在对比了这些技术之后，我发现 ZigBee 在低功耗、低成本、高可靠性方面有着独特的优势，尤其是在大规模传感器网络的部署方面。这本书为我提供了关于 ZigBee 技术非常系统和深入的解读。书中对 ZigBee 的各个技术细节都进行了详尽的阐述，比如它的功耗管理机制、信道分配策略、以及在不同网络场景下的性能表现。我特别欣赏作者在分析 ZigBee 的路由协议时，对 AODV 和 ZNP 等不同协议的优缺点进行了详细的对比，并给出了在实际应用中如何选择最适合的路由协议的建议。此外，书中关于 ZigBee 设备的固件升级和设备维护的章节，也为我提供了很多实用的指导。我个人认为，这本书对于那些希望深入了解 ZigBee 技术，并在实际项目中进行应用和开发的工程师来说，是一本不可多得的参考资料。

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这本书的阅读体验，可以说是“润物细无声”的。作者并没有用华丽的辞藻来吸引眼球，而是用一种非常扎实和严谨的态度，将 ZigBee 的方方面面展现在读者面前。我最欣赏的是它在讲解 ZigBee 的安全机制时，没有仅仅停留在理论层面，而是结合了一些实际的安全威胁，比如数据窃听、非法接入等，并详细介绍了 ZigBee 如何通过加密、认证、访问控制等手段来防范这些威胁。这让我对 ZigBee 的安全性有了更深刻的理解，也更加信任这项技术。此外，书中对 ZigBee 的设备间通信协议，比如 ZCL（ZigBee Cluster Library）的介绍，也让我受益匪浅。它详细讲解了 ZCL 的层次结构、各个簇的定义以及如何通过 ZCL 来实现设备的互联互通。这对于我理解和开发基于 ZigBee 的智能设备至关重要。总的来说，这本书为我提供了一个非常全面和深入的 ZigBee 技术指南，让我能够更自信地进行相关项目的开发和应用。

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这本书的内容，我只能用“厚重”来形容，但这种厚重并非堆砌，而是知识的深度和广度都达到了一个很高的水准。在我看来，它不仅仅是一本关于 ZigBee 技术本身的著作，更是一部关于低功耗无线通信发展趋势的百科全书。作者在开篇就对 ZigBee 技术的发展历程和在物联网领域的重要地位进行了深入的分析，让我对这项技术有了更宏观的认识。随后，书中对 ZigBee 的物理层和 MAC 层进行了详尽的阐述，这部分内容可能对于非技术背景的读者来说会有些挑战，但对于有一定技术基础的人来说，却是理解 ZigBee 工作原理的关键。我尤其赞赏作者在讲解 MAC 层时，对各种信道访问机制、冲突避免策略的详细解释，这让我能够更深刻地理解 ZigBee 在复杂的无线环境中如何保证通信的效率和可靠性。此外，书中关于 ZigBee 的路由选择和网络层协议的分析，也让我对 ZigBee 网络的构建和维护有了更清晰的认识。总的来说，这本书是一本值得反复研读的宝典，每一次阅读都能从中发现新的亮点和收获。

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坦白说，在拿到这本书之前，我对 ZigBee 的理解仅限于“一种无线通信技术”，并且知道它在智能家居领域很常见。但读完这本书，我才真正领略到 ZigBee 的博大精深。它不仅仅是技术的介绍，更是一种理念的传达。作者从物联网的发展历程入手，引出了 ZigBee 的诞生和发展，让我看到了这项技术是如何顺应时代发展的需求而诞生的。随后，书中对 ZigBee 的各种协议栈和关键技术进行了详细的讲解，比如它的网络发现机制、节点加入过程、以及数据传输的可靠性保证。我特别喜欢书中关于 ZigBee 网络的规模化部署和管理的部分，它详细介绍了在实际应用中如何构建一个稳定、高效的 ZigBee 网络，以及如何进行网络的故障排除和性能优化。这让我看到了 ZigBee 在工业物联网、智慧城市等领域的巨大潜力。这本书，绝对是一本能够帮助读者从“知道”到“理解”再到“掌握”的优质读物。

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我之前接触过一些关于无线通信的书籍，但总感觉它们要么过于理论化，要么缺乏实际应用指导。这本书在这方面做得非常均衡。它没有回避 ZigBee 的底层原理，但也没有让读者沉浸在复杂的数学公式中。取而代之的是，它将理论知识与实际应用紧密结合，通过大量的实例，比如智能家居中的灯光控制、环境监测等，来展示 ZigBee 的强大功能和灵活性。我非常喜欢书中关于 ZigBee 网络的构建和管理的部分，它详细介绍了如何根据实际需求选择合适的网络拓扑，如何进行节点的配置和分组，以及如何实现数据的可靠传输。而且，书中还提供了一些关于 ZigBee 模块选型和开发板使用的建议，这对于初学者来说非常实用。我特别欣赏作者在讲解 ZigBee 的互联互通性时，强调了标准化的重要性，并介绍了一些常见的 ZigBee 协议栈和开发工具，这为我后续的学习和项目开发提供了清晰的方向。阅读这本书，让我对 ZigBee 有了一个全新的认识，不再仅仅是一个模糊的概念，而是能够实实在在去理解和应用的技术。

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这本书给我的感觉，就像是循序渐进的登山之旅，每一步都踏实稳健，每一步都能看到更广阔的风景。作者并没有一开始就抛出复杂的概念，而是从物联网的整体生态系统开始，然后逐渐将我们引入 ZigBee 的世界。我非常欣赏书中对 ZigBee 协议栈的讲解方式，它不是生硬的罗列，而是通过生动的比喻和图示，将每个层次的功能都描述得清晰明了。例如，在讲解网络层时，作者用“交通调度员”的比喻来形容路由器的作用，让我这个非技术人员也能轻松理解。而对于一些关键的技术细节，比如 ZigBee 的安全机制，作者更是进行了深入的剖析，让我认识到这项技术在保护用户隐私和数据安全方面所做的努力。此外，书中还包含了大量关于 ZigBee 在实际应用中的案例分析，从智能照明到环境监测，从工业自动化到医疗健康，这些鲜活的例子让我看到了 ZigBee 的强大生命力和广阔的应用前景。我真心推荐这本书给所有对物联网技术感兴趣的朋友，它绝对是一本能够让你受益匪浅的读物。

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不得不说，这本书的内容密度相当大，但质量却非常高。作为一名在嵌入式开发领域摸爬滚打多年的工程师，我对于技术书籍的要求很高，既要理论扎实，又要实践指导性强。这本书在这一点上做得相当出色。作者在讲解 ZigBee 的通信协议时，不仅给出了标准的定义，还深入分析了各个协议帧的结构和含义，并给出了一些实际的抓包分析案例，这对于我们这些需要调试和优化 ZigBee 网络的开发者来说，是极其宝贵的资源。书中对 ZigBee 的设备管理、节点加入与离开、数据传输机制等关键环节，都有详尽的阐述，并且提供了很多实用的代码片段和配置示例，这大大节省了我摸索的时间。我尤其对书中关于 ZigBee 设备的功耗优化策略的讨论印象深刻，这对于开发低功耗物联网设备至关重要。作者不仅列举了多种优化方法，还从硬件和软件两个层面进行了详细的分析，并给出了具体的实现建议。总的来说，这本书为我提供了一个非常全面和深入的 ZigBee 技术框架，让我在实际工作中能够更自信地处理各种问题。

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我是一个对智能硬件和物联网应用非常感兴趣的普通爱好者，之前也尝试过阅读一些技术资料，但总是半途而废。这本书的出现，彻底改变了我的学习体验。它以一种非常亲切和易懂的方式，为我打开了 ZigBee 技术的大门。从最基础的 ZigBee 概念，到它在智能家居、智能农业等领域的广泛应用，书中都有非常生动的描述。我特别喜欢书中对 ZigBee 协议栈的讲解，作者用了大量的图示和类比，将复杂的网络层、应用层协议变得通俗易懂。比如，在解释 ZigBee 的数据包格式时，作者会将它比作一封信，详细说明了信封、收件人、发件人等各个部分的含义，让我这个非专业人士也能轻松理解。而且，书中对 ZigBee 设备的配网和组网过程的描述，也让我印象深刻，它详细讲解了如何将各种智能设备连接到 ZigBee 网络中，以及如何进行设备的管理和控制。读完这本书，我感觉自己仿佛成为了一个“半个专家”，对于 ZigBee 技术有了全面的认识，并且跃跃欲试地想要动手实践。

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仅仅几个流程图有用

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实在是一般。。