无线传感器网络技术及应用

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出版者:中国电力
作者:张少军
出品人:
页数:187
译者:
出版时间:2010-1
价格:32.00元
装帧:
isbn号码:9787508395616
丛书系列:
图书标签:
  • 无线传感器
  • 无线传感器网络
  • 传感器网络
  • 物联网
  • 无线通信
  • 嵌入式系统
  • 数据采集
  • 智能感知
  • 网络协议
  • 低功耗设计
  • 应用开发
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具体描述

《无线传感器网络技术及应用》的内容包括无线传感器网络基础知识、IEEE802.15.4标准和ZigBee协议规范、无线传感器网络的路由协议、短距无线数据网络基础、无线传感器网络的覆盖控制、无线传感器网络的拓扑控制技术、无线传感器网络的节点定位技术、无线传感器网络的安全、传输网络、无线传感器网络系统的硬件开发与设计、应用于建筑环境小规模的无线传感器网络以及在部分行业中的应用。

《无线传感器网络技术及应用》可以作为建筑类高等院校的建筑电气与智能化、电气工程与自动化、自动化、电气工程、机械电子工程的专业教师、研究生和本科生、专业研究和工程技术人员的参考用书,也可以作为以上专业的高年级本科生和研究生的教学参考用书。

《现代光学成像与信息处理技术》图书简介 内容提要 本书系统、深入地介绍了现代光学成像领域的前沿技术及其在信息处理中的关键应用。全书围绕“光波的获取、调控与信息解码”这一核心主线展开,涵盖了从基础的光学理论到尖端的计算成像方法,旨在为光学工程、信息科学、生物医学工程等领域的科研人员、工程师和高年级学生提供一本兼具理论深度与实践指导意义的参考书。 第一部分:光学成像基础与成像系统设计 本部分首先回顾了电磁波理论在光频范围内的适用性,重点阐述了光的衍射、干涉和偏振等基本光学现象,这些是理解所有现代成像系统的基石。随后,我们详细分析了成像系统的核心组件:透镜系统(几何光学与波动光学并重)、光瞳函数与调制传递函数(MTF)。通过对像差理论(如塞德尔五大像差和高阶像差)的深入剖析,读者将掌握如何设计满足特定分辨率和视场要求的成像物镜。 特别地,本章引入了现代光学设计软件的使用流程和优化策略,指导读者如何将理论知识转化为可制造的光学系统。此外,还专题讨论了非球面光学元件的设计原理及其在消除像差中的关键作用,并比较了衍射光学元件(DOE)与传统折射元件的优劣。 第二部分:先进传感与探测技术 本部分聚焦于如何高效、高保真地捕获光信号。我们从光电探测器的基本原理入手,详细介绍了电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的结构、噪声模型(如暗电流、读出噪声、散粒噪声)及其对成像质量的影响。针对高速和高动态范围应用,本书对背照式CMOS和SPAD(单光子雪崩二极管)阵列进行了详细的介绍。 在光源方面,本书详述了高相干光源(如激光器的工作原理、线宽与稳定性)以及宽光谱光源(如超连续谱光源)的特性。更重要的是,本部分深入探讨了计算光场采集技术。这包括光场相机(Light Field Camera)的阵列设计和后向重构算法,以及全息成像技术中记录和再现光场信息的方法。对于高分辨率应用,我们探讨了合成孔径光学(SAO)和空间光调制器(SLM)在扩展系统有效孔径和实现可编程光场控制中的关键作用。 第三部分:计算成像与图像重建理论 这是本书的重点与核心。现代成像已不再仅仅依赖于物理光学系统的完美设计,而是越来越多地依赖于信息科学和算法来补偿物理限制。本部分首先建立了“成像过程的数学模型”,将其视为一种欠定的线性反问题,即$mathbf{y} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{n}$,其中$mathbf{y}$是采集到的数据,$mathbf{x}$是待恢复的场景信息,$mathbf{A}$是复杂的退化核(PSF、噪声等)。 我们系统梳理了传统的图像重建算法,如维纳滤波、迭代反卷积(Lucy-Richardson算法)等,分析了它们的收敛性和对噪声的敏感性。随后,本书转向基于深度学习的计算成像方法。详细阐述了如何利用卷积神经网络(CNN)进行盲反卷积去模糊、降噪、超分辨率重建(Super-Resolution)。对于压缩感知成像(Compressed Sensing),我们剖析了其稀疏表示理论、等距限制(RIP)条件,以及基于$ell_1$范数最小化的重构算法(如OMP、ISTA/FISTA)。 特别地,本书专门为层析成像和三维重建设立章节。内容涵盖了X射线CT的滤波反投影(FBP)算法,以及基于深度学习的稀疏采样CT重建方法,强调了在数据受限情况下的模型驱动重建策略。 第四部分:前沿应用与交叉领域 本部分展示了上述技术在实际工程中的高端应用。 1. 生物医学光学成像: 重点介绍多模态显微镜技术,包括双光子显微镜、共聚焦显微镜的原理,以及傅里叶域光场显微镜(Fourier Ptychographic Microscopy, FPM)如何通过计算方法实现高分辨率、宽视场的三维组织成像。 2. 机器视觉与目标识别: 探讨了如何将偏振信息和深度信息(如基于结构光或ToF的深度图)融合到传统的RGB图像中,以提高机器在复杂光照和纹理环境下的鲁棒性。介绍了基于3D点云处理的物体姿态估计方法。 3. 光学信息安全与加密: 阐述了如何利用相位恢复和随机加密技术,将信息隐藏在相位掩膜或全息图中,实现光学加密和隐写术,以及如何利用深度学习进行安全解码。 4. 高光谱成像与遥感: 介绍了获取和处理高光谱数据立方体的技术,包括Hadamard变换光谱仪的设计,以及如何利用降维技术(如PCA、非线性流形学习)从高维数据中提取物质的光谱特征。 本书特点 理论与实践紧密结合: 每章节都配有清晰的数学推导,并辅以实际案例或MATLAB/Python示例(概念性描述,非代码实现),展示如何将复杂的成像模型付诸实践。 覆盖面广而深入: 不仅涵盖了传统的成像理论,更将计算成像、深度学习等最新的信息处理范式纳入分析框架,体现了现代光学技术的发展趋势。 结构逻辑清晰: 从光的基本属性出发,到系统的物理构建,再到后端的信号处理与信息提取,层层递进,适合作为进阶教材或研究人员的工具书。 本书的读者群主要面向光学工程、电子信息、计算机视觉、生物医学工程等领域的研究生、博士生以及相关行业的研发工程师。通过阅读本书,读者将能够构建起一个全面的、跨越物理学、信息科学和人工智能的现代光学成像技术知识体系。

作者简介

目录信息

前言第1章 无线传感器网络基础知识 1.1 无线传感器网络的概念与特点 1.1.1 无线传感器网络的概念 1.1.2 无线传感器网络的特点 1.2 无线传感器网络的发展和现状 1.2.1 无线传感器网络的发展 1.2.2 无线传感器网络的研究现状 1.3 无线传感器网络体系结构 1.3.1 无线传感器网络体系结构 1.3.2 传感器节点的体系结构 1.4 无线传感器网络的关键技术和一些要解决的问题 1.4.1 低耗自组机制 1.4.2 异构系统的互联互通 1.4.3 大结构关联协同地处理数据 1.4.4 无线传感器网络关键技术研究 1.4.5 无线传感器网络技术主要研究的一些问题第2章 IEEE802.15.4标准和ZigBee协议规范 2.1 1EEE802.15.4标准 2.1.1 LEEE802.15.4标准的概述 2.1.2 LEEE802.15.4的物理层 2.1.3 LEEE802.15.4的MAC层 2.2 ZigBee技术以及和IEEE802.15.4的关系 2.2.1 ZigBee由来 2.2.2 LEEE802.15.4和ZigBee的关系 2.3 ZigBee协议规范 2.4 ZigBee技术的应用第3章 无线传感器网络的路由协议 3.1 无线传感器网络的工作特点和路由设计中的性能指标 3.1.1 无线传感器网络的工作特点 3.1.2 无线传感器网络路由协议的性能指标 3.2 网络路由设计中的几个问题 3.2.1 优化能量消耗和均衡能量消耗 3.2.2 传输路径的优化选择 3.3 以数据为中心的平面路由 3.4 网络分层路由 3.4.1 LEACH协议 3.4.2 TEEN协议 3.4.3 PEGASIS协议 3.5 基于位置信息的路由协议 3.5.1 GPSR协议 3.5.2 GEAR协议 3.5.3 GEM路由 3.5.4 其他基于位置的路由技术 3.6 基于查询的路由 3.6.1 定向扩散路由 3.6.2 谣传路由 3.7 能量感知路由 3.7.1 能量路由 3.7.2 能量多路径路由 3.8 基于Qos的路由 3.8.1 SPEED协议 3.8.2 部分其他可靠路由协议第4章 短距无线数据网络基础 4.1 什么是短距无线数据网络 4.2 蓝牙技术 4.2.1 蓝牙标准协议栈 4.2.2 蓝牙设备的功能和与跳频方案 4.2.3 蓝牙的关键技术 4.2.4 蓝牙在通信系统中的应用 4.2.5 应用中的一些问题 4.3 Wi—Fi技术 4.3.1 无线局域网概述 4.3.2 无线局域网的标准 4.3.3 Wi—Fi 4.3.4 无线局域网的结构 4.4 超宽频技术 4.4.1 超宽频技术及应用领域 4.4.2 超宽频技术体系 4.4.3 UWB与标准化的进展 4.4.4 高速UWB技术的应用和发展情况 4.5 近短距无线传输 4.5.1 NFC技术 4.5.2 技术优势和发展前景 4.6 ZigBee技术 4.6.1 近距无线通信技术家族中的ZigBee 4.6.2 ZigBee的特点 4.7 几种不同的短距离无线通信技术的特点比较 4.8 无线自组织网络技术 4.8.1 Ad hoc网络的基本概念 4.8.2 Ad hoc网络的特点和分类 4.8.3 Ad hoc网络的体系结构 4.8.4 Ad hoc网络的应用第5章 无线传感器网络的覆盖控制 5.1 无线传感器网络的覆盖控制问题 5.1.1 进行覆盖控制的原因 5.1.2 传感器节点感知模型 5.1.3 几种典型的覆盖控制问题 5.2 区域覆盖控制算法 5.2.1 区域覆盖控制算法的提出 5.2.2 SET K-COVER问题及最大覆盖集数 5.2.3 区域覆盖控制中PEAS算法 5.2.4 无需位置信息的节点调度算法 5.2.5 覆盖结构协议 5.2.6 其他一些区域覆盖控制算法简介 5.3 点覆盖控制算法 5.4 无线传感器网络覆盖控制算法的一些共同性问题第6章 无线传感器网络的拓扑控制技术 6.1 无线传感器网络的拓扑控制技术概述 6.1.1 无线传感器网络的拓扑结构 6.1.2 拓扑控制技术的概念和内容 6.1.3 传感器节点的能量消耗模型 6.1.4 拓扑结构控制和优化的意义 6.1.5 无线传感器网络的拓扑控制研究现状 6.2 功率控制算法 6.2.1 基于节点度数的控制算法 6.2.2 基于邻近图的算法 6.3 层次拓扑结构控制算法 6.3.1 LEACH算法 6.3.2 TopDisc算法 6.3.3 GAF算法第7章 无线传感器网络的节点定位技术 7.1 节点定位技术简介 7.1.1 节点定位的几个基本概念 7.1.2 节点位置计算方法 7.1.3 节点定位算法的分类 7.2 基于距离的定位算法 7.2.1 基于AOA的APS算法 7.2.2 基于TOA的定位 7.2.3 基于TDOA的定位算法之一的AHLos算法 7.2.4 基于RSSI的定位算法 7.3 与距离无关的定位算法 7.3.1 质心算法 7.3.2 DV-Hop算法 7.3.3 DV-Distance算法 7.3.4 改进的DV-H叩算法第8章 无线传感器网络的安全 8.1 概述 8.2 传感器网络的安全目标与安全问题分析 8.2.1 传感器网络的安全目标 8.2.2 传感器网络的安全问题分析 8.3 无线传感器网络协议栈各层的安全威胁及对策 8.3.1 物理层的攻击与安全策略 8.3.2 链路层的攻击与安全策略 8.3.3 网络层的攻击与安全策略 8.3.4 传输层和应用层的安全策略 8.4 攻击者加入网络与不加入网络的攻击行为 8.4.1 攻击者在网络外部实施的攻击 8.4.2 攻击者加入网络后的攻击 8.5 Dos攻击与能源攻击 8.5.1 Dos攻击 8.5.2 能源攻击 8.6 无线传感器网络的安全路由 8.6.1 SPKl/SDSI安全路由 8.6.2 安全路由第9章 传输网络 9.1 IEE:E802.15.4标准和zigBee网络使用的工作频段 9.2 传输网络的多种组成方式 9.2.1 点对点直接通信方式构成的传输网络 9.2.2 用GPRS、CDMA 1x、GSM和3G网络做传输网络 9.2.3 用工业以太网做传输网络 9.2.4 以互联网络做传输网络 9.3 部分模块和功能单元 9.4 传输网络中异构网络的互联互通 9.4.1 异构网络的互联互通 9.4.2 无线传感器网络与Internet互联 9.5 可作为传输网络的无线广域网 9.5.1 GSM网络 9.5.2 GPRS网络 9.5.3 CDMA网络 9.5.4 第3代移动通信网络 9.5.5 WLAN在传输网络中所起作用第10章 无线传感器网络系统的硬件开发与设计 10.1 传感器节点的设计要求与内容 10.1.1 传感器节点设计的几个基本要求 10.1.2 传感器节点的设计内容 10.2 传感器节点的开发 10.2.1 处理器模块的开发 10.2.2 无线通信模块开发 10.2.3 传感器模块开发 10.2.4 电源模块开发 10.3 一个实验教学系统 10.3.1 C51RF_WSN—CC2520概述 10.3.2 ZigBee2007/PRO无线传感器网络特点 10.3.3 系统工作流程概述 10.3.4 系统硬件及功能 10.3.5 网络监控软件第11章 应用于建筑环境小规模的无线传感器网络 11.1 应用于建筑环境小规模的无线传感器网络 11.1.1 建筑环境中小规模无线传感器网络 11.1.2 建筑环境小规模无线传感器网络的应用 11.1.3 建筑环境中小规模传感器网络注重解决的问题 11.2 广义无线传感器网络及结构 11.2.1 广义无线传感器网络节点 11.2.2 对建筑环境中特定物理量进行实时监测的简约型网络 11.2.3 灵活实现无线传感器网络各部分的功能 11.3 建筑环境中小规模传感器网络的路由协议设计 11.3.1 建筑环境小规模传感器网络路由协议应用环境的部分特点 11.3.2 传感器节点在电源能量充裕的情况下路由协议设计 11.4 建筑环境中小规模传感器网络的覆盖控制 11.4.1 建筑物内覆盖控制的目的和传感器节点的感知模型 11.4.2 建筑物内覆盖控制的几种主要方式 11.4.3 建筑物内的区域覆盖控制算法 11.5 在建筑环境中应用的异构无线传感器网络 11.5.1 异构无线传感器网络 11.5.2 异构无线传感器网络工作的一些特点 11.5.3 异构无线传感器网络的部署第12章在部分行业中的应用 12.1 无线传感器网络在建筑节能中的应用 12.2 建筑环境供热制冷实时监测及节能评价系统_ 12.2.1 建筑环境供热制冷实时监测及节能评价系统 12.3 在城市热力站供热计量数据实时监测中的应用 12.3.1 几种不同的实现方案 12.3.2 对供热站点热计量数据实时监测无线传感器网络 12.3.3 M—Bus仪表总线和数据通信方式 12.3.4 在小区及工业建筑抄表远传系统中的应用 12.4 无线传感器网络在工业测控中的应用 12.4.1 工控领域控制系统的发展 12.4.2 工业无线测控系统的网络结构 12.4.3 工业无线测控系统中应用的通信协议 12.4.4 无线传感器网络在工业无线测控网络技术中的应用 12.5 在矿山环境下的监测应用 12.5.1 无线传感器网络用于煤矿瓦斯监测的应用背景 12.5.2 网络拓扑的设计 12.5.3 传感器节点与客户端 12.5.4 矿井中的无线定位 12.5.5 在矿井环境监测中的应用 12.6 在环境监测中的应用 12.6.1 对地震及部分自然灾害的监测参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的标题让我对无线传感器网络(WSN)的技术细节和实际应用充满了好奇。我一直认为WSN是一项充满潜力的技术,能够在环境保护、智能制造、智慧医疗等多个领域发挥重要作用。在阅读这本书的过程中,我对WSN的底层技术,如节点设计、通信协议、数据融合等方面有了更清晰的认识。书中对于不同通信标准的对比分析,以及对功耗优化策略的探讨,都给我留下了深刻的印象。然而,作为一名对实际应用场景更感兴趣的读者,我期待在这本书中看到更多关于WSN如何解决现实世界中具体问题的案例。例如,书中虽然提到了WSN在农业领域的应用,但我希望能更深入地了解,一个具体的智慧农业项目是如何通过WSN来监测土壤湿度、光照强度,并据此进行智能灌溉和施肥的。我希望看到详细的项目设计流程、技术选型依据,以及实际部署过程中可能遇到的挑战和解决方案。此外,书中对于WSN在智能家居、工业物联网等领域的论述,如果能辅以更具象化的应用场景描述和成功案例分析,相信会大大增强本书的实践指导意义,让我能更直观地感受到WSN技术的价值所在。

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我对无线传感器网络(WSN)一直抱有浓厚的兴趣,觉得它在物联网时代扮演着至关重要的角色。这本书的标题——《无线传感器网络技术及应用》——恰恰点出了我最想了解的两个方面:技术原理和实际落地。在阅读过程中,书中对WSN的整体架构、节点设计、通信方式、以及数据传输的理论性阐述,都相当详实。我从中学习到了很多关于网络协议、能源管理以及分布式计算等方面的知识,这对于理解WSN的“技术”层面非常有帮助。然而,我更倾向于看到“应用”部分的丰富内容。比如,书中虽然列举了一些WSN的应用领域,如环境监测、智能交通等,但我更希望看到的是针对这些领域,有哪些具体的、成功的应用案例。我期待书中能详细介绍一个完整的WSN项目,从需求分析、系统设计、传感器选择,到网络部署、数据处理和结果分析,都能够有深入的剖析。例如,一个用于城市环境监测的WSN系统,它是如何具体实施的?传感器分布在哪里?数据是如何汇聚和分析的?最终又是如何为决策提供支持的?如果能有更多这样的实操性内容,对于我这样的读者来说,将能更好地理解WSN的实际价值,也更能激发我进一步探索和实践的动力。

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坦白说,这本书在无线传感器网络技术这一块的专业深度确实是毋庸置疑的,作者在介绍各种网络拓扑结构、节点功耗管理策略、以及分布式算法等方面,都展现出了扎实的功底。我特别喜欢其中关于MAC层协议和路由选择算法的章节,讲解得细致入微,对于我这种想深入理解WSN底层机制的读者来说,收获颇丰。不过,我的期待值里,“应用”占据了相当大的比重。我希望通过这本书,能够了解到WSN是如何解决现实世界中的具体问题的。例如,书中虽然提到了WSN在智能家居、医疗健康领域的应用前景,但我更想看到的是,针对这些领域,有哪些成熟的解决方案,有哪些成功的商业案例,以及在实际部署过程中会遇到哪些挑战,又有哪些应对策略。我试图在书中寻找一些指导性的内容,比如如何根据具体的应用需求来选择合适的传感器类型、通信技术和网络协议,或者如何评估WSN系统的性能指标,例如覆盖范围、数据延迟、可靠性等等。可惜的是,这方面的内容相对比较零散,缺乏系统性的梳理和深入的案例剖析。如果书中能够增加更多实际项目的设计思路、实施过程中的技术难点以及相应的解决方案,相信对于我这样的读者来说,会更加有价值。

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在拿到这本书之前,我对无线传感器网络的了解还停留在“能感知环境,又能联网”的浅层概念上。我一直很好奇,究竟是什么样的技术让这些小小的传感器能够协同工作,形成一个庞大的网络,并且还能在如此广阔的领域发挥作用。翻开这本书,关于WSN的架构、通信方式、以及数据采集的原理,都有比较详细的介绍。尤其是在传感器节点的设计和低功耗技术方面,给了我不少启发。然而,我真正想深入了解的,是这些技术是如何转化为实际的应用,是如何为我们生活带来便利的。比如,书中虽然泛泛地提到了WSN在智慧城市、环境保护等方面的潜力,但我希望看到更具体、更落地的应用实例。比如,一个城市是如何通过WSN监测交通流量,优化信号灯控制的?某个农场又是如何利用WSN来实现精准灌溉,提高作物产量的?我期待书中能够提供一些真实世界的项目案例,详细介绍项目的背景、WSN的设计方案、实施过程中的关键技术以及取得的成效。这样,我才能更直观地感受到WSN的价值,也才能更好地理解这些复杂的技术背后所蕴含的巨大能量。

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这本书的名字听起来就很有技术含量,我之前对无线传感器网络(WSN)的概念有一些模糊的了解,但具体是怎么工作的,又能在哪些领域派上用场,我一直不太清楚。拿到这本书后,我满怀期待地翻阅,希望能从中找到答案。然而,在我仔细阅读了几个章节后,我发现这本书似乎更侧重于理论概念的介绍,比如各种传感器节点的架构、通信协议的原理,以及数据传输的数学模型等等。虽然这些内容对于理解WSN的基础很有帮助,但我真正感兴趣的是那些能够立刻看到实际效果的“应用”方面。比如,书中提到了一些WSN在环境监测、工业自动化等领域的潜在应用,但我希望看到更多具体的案例分析,例如某个城市是如何利用WSN来监测空气质量的,或者某个工厂是如何通过WSN来提高生产效率的。越详细的案例,我越能理解WSN的价值所在,也越能激发我进一步学习的兴趣。这本书在理论深度上做得不错,但感觉在“应用”这个板块的实践性和指导性方面,还有提升的空间。我期待未来能看到更多关于如何设计、部署和管理实际WSN系统的详细步骤和方法,以及对不同应用场景下WSN技术选型和优化的深入探讨。

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