无线传感器网络概论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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马飒飒，张磊，夏明飞，张勇 著

图书标签:

• 无线传感器网络
• 传感器网络
• 物联网
• 无线通信
• 嵌入式系统
• 网络协议
• 数据采集
• 低功耗设计
• WSN
• 智能感知

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115407627

版次：1

商品编码：11859949

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-12-01

用纸：胶版纸

编辑推荐

　　1.介绍无线传感器网络的应用场景以及军民两个领域的典型应用范例。
　　2.着重介绍新近的应用成果。

内容简介

　　本书旨在介绍无线传感网的基本原理和方法，充分介绍其广泛的应用场景以及军民两个领域的典型应用范例，侧重于基本概念和基础知识，力求通俗易懂、图文并茂。本书适宜作为普通高等院校本科生学习无线传感器网络的教材，或者作为初学者的入门辅导书籍。

作者简介

　　张磊，河北工业大学校学术委员会委员，校教学督导，智能科学与技术系主任，研究方向为智能系统理论及其应用。兼任河北省人工智能学会常务理事、河北省电工技术学会副秘书长、全国智能科学与技术专业统编教材编委；担任RFID2。45G空中接口国家标准、国际标准工作组成员；担任天津瞬清科技发展有限公司科技特派员，太极计算机股份有限公司智慧城市领域外聘专家、中节能六合天融环保科技有限公司智慧环保领域外聘专家。曾主持获得河北省科技进步二等奖一次，主持省部项目4项、厅局项目2项；参与获得省部级科技进步二等奖两次，参与包括973在内的国家项目5项；发表SCI论文4篇，申请发明专利6项。

目录

第1章　绪论 1
1.1　物联网与无线传感器网络　1
1.1.1　物联网　2
1.1.2　无线传感器网络　4
1.2　无线传感器网络的结构与
特征　5
1.2.1　无线传感器网络的结构　5
1.2.2　无线传感器网络的特征　12
1.3　无线传感器网络关键技术
分析　14
1.3.1　基础服务　14
1.3.2　网络与通信　17
1.3.3　故障诊断　18
1.4　无线传感器网络的应用　19
1.4.1　无线传感器网络在军事领域
的应用　19
1.4.2　无线传感器网络在民用领域
的应用　21
习题　23
第2章　无线传感器网络的物理层　25
2.1　无线传感器网络物理层概述　25
2.1.1　物理层的基本概念　25
2.1.2　物理层协议　28
2.2　无线传感器网络物理层关键
技术　30
2.2.1　频段的选择　30
2.2.2　信道编码　32
2.2.3　调制和解调技术　37
2.2.4　扩频技术　41
2.3　物理层调制解调方式与编码
方式　44
2.3.1　差分脉冲位置调制机制　45
2.3.2　自适应编码调制技术　46
习题　51
第3章　无线传感器网络的数据
链路层　53
3.1　无线传感器网络数据链路层
概述　53
3.1.1　数据链路层的功能　53
3.1.2　数据链路层的主要研究
内容　55
3.1.3　无线传感器网络数据链路层
关键问题　55
3.2　MAC协议概述　57
3.2.1　MAC协议基础　58
3.2.2　基于竞争的MAC协议　67
3.2.3　基于分配的MAC协议　73
3.2.4　混合型MAC协议　76
3.2.5　跨层MAC协议　77
习题　79
第4章　无线传感器网络的网络层　81
4.1　无线传感器网络的网络层
概述　81
4.1.1　路由过程及功能简介　82
4.1.2　无线传感器网络的特点及
路由协议分类　82
4.2　无线传感器网络路由协议　85
4.2.1　基于数据的路由协议　85
4.2.2　基于集群结构的路由
协议　90
4.2.3　基于地理位置信息的路由
协议　94
习题　100
第5章　无线传感器网络的传输层　103
5.1　无线传感器网络传输层概述　103
5.1.1　无线传感器网络传输层
简介　103
5.1.2　无线传感器网络传输层的
关键技术　106
5.1.3　无线传感器网络传输层
协议分类　108
5.1.4　无线传感器网络传输层
跨层设计　118
5.2　无线传感器网格体系　119
5.2.1　无线传感器网络和网格
结合框架　119
5.2.2　无线传感器网格体系
结构　120
5.2.3　无线传感器网络的注意
要点　123
5.3　MPAS设计　124
习题　128
第6章　无线传感器网络的通信
标准　129
6.1　IEEE 802.15.4标准　129
6.1.1　IEEE 802.15.4协议简介　130
6.1.2　IEEE 802.15.4协议栈　132
6.2　ZigBee标准　135
6.2.1　网络层规范　136
6.2.2　应用层规范　137
6.3　RFID标准　140
6.3.1　RFID标准的具体内容　140
6.3.2　RFID主要技术标准
简介　141
6.3.3　RFID空中接口协议　144
6.4　Bluetooth技术　147
6.4.1　Bluetooth核心协议　147
6.4.2　Bluetooth优势　151
6.5　UWB技术　152
6.5.1　UWB协议模型　153
6.5.2　UWB优势　154
习题　155
第7章　节点定位技术概述　157
7.1　节点定位技术概述　157
7.1.1　节点定位相关的基本
术语　158
7.1.2　节点定位技术的定义及基本
原理　158
7.1.3　定位算法的分类　159
7.1.4　节点定位的意义及
必要性　160
7.2　基于测距的定位技术　161
7.2.1　测距技术　161
7.2.2　三边定位技术　164
7.2.3　三角测量定位技术　165
7.2.4　最大似然估计定位
技术　166
7.2.5　测距定位算法性能比较
分析　168
7.3　基于非测距定位技术　170
7.3.1　基本原理　170
7.3.2　典型算法　171
7.3.3　几种非测距的定位技术
性能分析　177
7.4　协作定位技术　178
7.4.1　刚性体理论概述　181
7.4.2　协作体的定义　182
7.4.3　协作定位原理　184
习题　185
第8章　时间同步技术　187
8.1　时间同步技术概述　187
8.1.1　应用场合　187
8.1.2　时间同步的设计　188
8.1.3　同步协议分类　189
8.1.4　无线传感器网络时间
同步机制　190
8.2　时钟模型及时间传输延迟的
组成　192
8.2.1　时钟模型　192
8.2.2　时间传输延迟的组成　194
8.3　时间同步的基本原理　195
8.3.1　影响时间同步的关键
因素　195
8.3.2　传感器节点时钟的基本
原理　196
8.4　几种经典的时间同步算法　198
8.4.1　RBS同步算法　198
8.4.2　TPSN同步算法　200
8.4.3　DMTS同步机制　201
8.4.4　FTSP　202
8.4.5　LTS同步机制　204
8.4.6　协作同步　205
8.5　时间同步的挑战　207
习题　207
第9章　无线传感器网络应用　209
9.1　概述　209
9.2　无线传感器网络的应用场景　210
9.2.1　无线传感器网络覆盖感知
模型　210
9.2.2　无线传感器网络覆盖算法
分类　212
9.2.3　无线传感器网络覆盖算法与
协议　213
9.3　无线传感器网络应用技术　216
9.3.1　节点部署主要内容　216
9.3.2　节点部署评价标准　217
9.3.3　节点部署分类　219
9.4　无线传感器网络应用实例
分析　222
9.4.1　军事无线传感器网络
应用　223
9.4.2　工业无线传感器网络
应用　224
9.4.3　其他领域无线传感器网络
典型应用　227
习题　231
参考文献　233

前言/序言

《物联网安全：挑战与应对》 简介 在万物互联的时代，传感器、智能设备、云平台以及各种通信网络交织成一张庞大的数字生命网，深刻地改变着我们的生活、工作乃至整个社会的面貌。然而，在这股席卷全球的智能化浪潮背后，一股潜在的危机正悄然滋长——物联网安全。当越来越多原本孤立的实体被赋予“智能”并接入网络，它们便成为攻击者潜在的入侵点，一旦被攻陷，其后果可能远超我们对传统网络安全的认知。本书《物联网安全：挑战与应对》旨在深入剖析物联网安全所面临的严峻挑战，并系统性地探讨行之有效的防御与应对策略，为构建安全可靠的物联网生态系统提供理论支撑与实践指导。 第一章：物联网的机遇与风险 我们正处于一个由物联网驱动的变革时代。从智能家居的便捷舒适，到智慧城市的高效运转，从工业自动化生产线的精准协同，到精准农业的资源优化配置，物联网的应用场景几乎无处不在，其带来的价值和机遇是前所未有的。然而，伴随这些机遇而来的，是前所未有的安全风险。 攻击面的扩大： 传统的网络安全主要聚焦于个人电脑、服务器和企业网络。而物联网则将无数终端设备，如摄像头、门锁、温控器、工业控制器、医疗设备等，都暴露在网络空间中。这些设备往往计算能力有限，安全防护机制薄弱，成为了攻击者易于突破的“后门”。 数据泄露与隐私侵犯： 物联网设备会收集海量的用户数据，包括个人习惯、健康状况、地理位置、生产数据等。一旦这些数据被非法获取，可能导致严重的隐私泄露，甚至被用于身份盗窃、勒索或定向攻击。 物理世界的影响： 与传统网络安全主要影响数字世界不同，物联网安全事件可以直接作用于物理世界。例如，攻击者可能控制智能电网导致大面积停电，操控自动驾驶汽车引发交通事故，或干扰工业控制系统导致生产事故，这些都可能造成生命财产的巨大损失。 设备本身的脆弱性： 许多物联网设备在设计之初并未充分考虑安全性，存在固件漏洞、弱密码、缺乏安全更新机制等问题。制造商对安全投入不足，以及用户安全意识的淡薄，进一步加剧了这些脆弱性。 分布式拒绝服务（DDoS）攻击的新温床： 被感染的物联网设备常常被组织成僵尸网络，成为发动大规模DDoS攻击的工具，给互联网基础设施带来巨大压力。 供应链安全风险： 物联网设备的生产涉及复杂的供应链，任何一个环节的安全漏洞都可能被恶意利用，导致最终产品的安全隐患。 生命周期的安全管理挑战： 物联网设备的生命周期远超传统IT设备，从设备部署、运行、维护到退役，其间可能涉及多年的安全考量，管理难度巨大。 第二章：物联网安全威胁的分类与演变 物联网安全威胁呈现出多样化、复杂化和不断演变的特点。理解这些威胁的本质，是构建有效防御体系的基础。 恶意软件与病毒： 针对物联网设备的恶意软件，如Mirai僵尸网络，能够利用设备漏洞进行传播和控制，对网络和用户造成严重破坏。 身份认证与访问控制绕过： 攻击者可能通过暴力破解、窃取凭证或利用设备自身的默认密码来获得非法访问权限。 数据篡改与窃听： 在通信过程中，攻击者可能截获、篡改或窃听敏感数据，例如医疗数据或支付信息。 物理攻击与篡改： 针对物联网设备物理层面的攻击，如破坏传感器、干扰信号等，也可能导致设备失效或功能异常。 拒绝服务（DoS/DDoS）攻击： 旨在使物联网设备或整个系统无法正常运行，影响服务可用性。 命令与控制（C2）基础设施被利用： 攻击者通过控制物联网设备，将它们作为发动更大规模攻击的平台，或用于进行加密货币挖矿等非法活动。 零日漏洞利用： 针对物联网设备尚未公开或未被修复的漏洞进行攻击，往往难以防御。 供应链攻击： 通过污染生产过程、植入后门或利用软件更新机制，在设备出厂前或分发过程中植入恶意代码。 隐蔽通信与信息渗漏： 利用物联网设备进行隐蔽通信，或通过设备将敏感信息泄露出去。 隐私泄露与非法监控： 利用智能摄像头、麦克风等设备进行非法监控，收集用户的个人隐私信息。 第三章：物联网安全的关键技术与防御策略 面对日益严峻的物联网安全挑战，我们需要采取多层次、全方位的防御策略，并结合先进的安全技术来构建健壮的物联网安全体系。 3.1 设备层面的安全加固 安全硬件设计： 采用硬件信任根（Hardware Root of Trust）、安全启动（Secure Boot）、安全元素（Secure Element）等技术，确保设备固件和启动过程的安全。 强密码策略与多因素认证： 强制用户设置复杂密码，并推广使用多因素认证，提高账户的安全性。 固件更新与漏洞管理： 建立安全可靠的固件更新机制，及时修补已发现的漏洞。对设备进行定期的安全审计和漏洞扫描。 最小权限原则： 设备和应用程序应仅授予其执行任务所需的最低权限，限制潜在的攻击范围。 安全编码实践： 在设备软件开发过程中，遵循安全编码指南，避免常见的安全漏洞。 物理安全防护： 对关键物联网设备进行物理加固，防止未经授权的物理访问和篡改。 3.2 通信层面的安全保障 传输层安全协议： 广泛应用TLS/SSL等加密协议，确保数据在传输过程中的机密性、完整性和真实性。 网络隔离与分段： 将不同的物联网设备或应用部署在隔离的网络区域，限制攻击的横向传播。 访问控制与防火墙： 实施严格的网络访问控制策略，配置防火墙，只允许合法的流量进入和流出。 身份验证与授权： 对连接到网络的设备进行严格的身份验证，并根据其角色和需求授予相应的访问权限。 入侵检测与防御系统（IDPS）： 部署专门针对物联网流量的IDPS，实时监测网络异常行为，并采取响应措施。 VPN与隧道技术： 利用VPN技术为远程设备建立安全的通信隧道，保护数据免受窃听和篡改。 3.3 平台与应用层面的安全防护 安全的数据存储与管理： 对收集到的敏感数据进行加密存储，并实施严格的数据访问控制策略。 API安全： 确保物联网平台提供的API接口安全可靠，防止被恶意利用。 安全开发生命周期（SDLC）： 将安全融入物联网应用的整个开发生命周期，从需求分析到部署和维护。 用户权限管理： 精细化管理用户权限，确保用户只能访问其授权的资源。 数据匿名化与隐私保护： 在不影响功能的前提下，对用户数据进行匿名化处理，保护用户隐私。 安全审计与日志记录： 详细记录系统的操作日志，以便进行安全审计和事后追溯。 安全漏洞扫描与渗透测试： 定期对物联网平台和应用程序进行安全漏洞扫描和渗透测试，发现并修复潜在的安全风险。 3.4 整体安全管理与治理 风险评估与管理： 定期对物联网系统进行风险评估，识别关键资产和潜在威胁，并制定相应的风险应对计划。 安全策略与标准： 制定明确的物联网安全策略和技术标准，并确保所有相关方遵守。 安全意识培训： 对物联网系统的使用者、管理者和开发者进行安全意识培训，提高整体安全防护能力。 事件响应与恢复计划： 制定详细的安全事件响应计划，包括事件检测、分析、遏制、根除和恢复等步骤。 法律法规遵从： 关注并遵守与物联网安全相关的数据保护和隐私法律法规。 供应链安全管理： 与供应商合作，确保其产品和服务的安全性，建立可信的供应链。 安全态势感知： 构建物联网安全态势感知平台，整合各类安全信息，实现对整体安全状况的实时监测与预警。 第四章：特定领域的物联网安全挑战与对策 物联网的应用场景极其广泛，不同领域的安全需求和挑战也各具特色。 智能家居安全： 关注用户隐私泄露、设备被劫持进行非法活动、以及对家庭成员造成人身安全的风险。对策包括设备固件更新、访问控制、数据加密、以及加强用户安全意识。 智慧城市安全： 涉及城市基础设施（如交通、能源、供水）的稳定性，公民个人信息安全，以及防止大规模网络攻击对城市运行造成瘫痪。需要政府主导，建立统一的安全标准和协同响应机制。 工业物联网（IIoT）安全： 重点在于生产线的稳定运行、关键生产数据不被窃取或篡改、以及防止对工业控制系统（ICS）的攻击造成的物理损害。需要更加严格的访问控制、网络隔离、入侵检测以及对SCADA/DCS等工业控制协议的深度理解。 医疗物联网（IoMT）安全： 核心是保护患者的隐私和健康数据，防止医疗设备被篡改导致误诊或治疗事故，以及保障医疗服务的连续性。对数据加密、访问控制、设备安全更新以及合规性要求极高。 车联网安全： 关注车辆的行驶安全、驾驶员的隐私、以及防止车辆被远程劫持或用于非法目的。需要端到端的安全通信、车辆身份认证、以及对通信协议的安全加固。 第五章：未来展望与结论 物联网安全是一个持续演进的领域，随着技术的不断发展和攻击手段的升级，未来的挑战将更加复杂。机器学习和人工智能在物联网安全中的应用，如异常检测、威胁预测和自动化响应，将发挥越来越重要的作用。然而，技术本身并非万能，构建一个安全的物联网生态系统，离不开技术创新、政策法规的完善、行业标准的建立、以及所有参与者的共同努力。 本书旨在提供一个全面的物联网安全视角，帮助读者理解其核心挑战，掌握关键技术和策略，并为构建一个更安全、更值得信赖的万物互联世界贡献力量。安全是物联网发展不可或缺的基石，只有将安全深度融入物联网的每一个环节，才能真正释放其潜能，为人类社会带来更美好的未来。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，这本书的实践指导意义远超我的预期。我一直认为学术类的书籍往往偏重理论，离实际应用比较遥远，但《无线传感器网络概论》完全打破了我的这种刻板印象。书中不仅理论讲解透彻，而且还穿插了大量的案例分析和技术细节，让人感觉就像是在跟着一个经验丰富的工程师学习。我最感兴趣的部分是关于“能源管理”的章节，作者详细介绍了各种低功耗设计策略，以及如何通过算法来延长传感器节点的寿命。这对于实际部署WSN至关重要，毕竟在很多环境下，更换电池是一件非常困难和昂贵的事情。书中还提到了一些常见的WSN开发平台和仿真工具，这让我萌生了自己动手实践的想法。虽然我还没有完全深入到代码层面，但通过阅读，我对如何构建一个简单的WSN系统有了初步的概念。这本书就像一个宝箱，里面不仅有珍贵的理论知识，还有很多实用的“工具”和“技巧”，对于那些希望将WSN技术应用到实际项目中的读者来说，这本书绝对是不可多得的良师益友。

评分☆☆☆☆☆

从一个完全小白的角度来看，这本书提供了一个非常友好的入门视角。我之前对WSN的理解几乎为零，看到这本书的标题，也只是抱着试试看的心态。但出乎意料的是，书中的内容并没有让我感到 overwhelming。作者从最基础的概念讲起，比如“什么是传感器节点”，它们是如何工作的，以及它们为什么需要组成网络。然后，他很自然地过渡到更复杂的议题，比如“网络协议栈”，它就像是人体的神经系统，负责信息的传递和协调。我特别喜欢书中关于“部署与维护”部分的讲解，它让我意识到，一个WSN的成功与否，不仅仅取决于技术本身，还与实际的部署策略、环境适应性以及长期的维护息息相关。书中列举了一些在不同场景下部署WSN的注意事项，比如在恶劣环境下如何选择合适的传感器和材料，以及如何进行故障诊断和修复。这些贴近实际的讨论，让我对WSN有了更全面、更接地气的认识。这本书让我觉得，WSN并非高不可攀的学问，而是可以通过系统学习来掌握的实用技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的让我大开眼界！我本来以为无线传感器网络（WSN）听起来会是很枯燥的技术理论，没想到作者用一种非常引人入胜的方式把它展现了出来。一开始，我被书中那些生动的应用场景吸引了，比如在环境监测中，无数微小的传感器如何在野外默默地收集数据，汇报着生态的变化；在智慧农业中，它们如何帮助农民精细地管理每一寸土地，甚至能预警病虫害的发生。这些并非遥不可及的科幻场景，而是正在发生，或者即将发生在我们身边的真实改变。书中没有堆砌一堆晦涩的术语，而是通过对这些应用场景的深入剖析，让读者自然而然地理解WSN的核心原理和技术挑战。我尤其喜欢作者在介绍节点设计时，那种“化繁为简”的思路，如何让小小的传感器节点兼顾续航、通信、感知和处理能力，这背后的智慧和权衡，让我对物联网技术有了全新的认识。它不仅仅是关于硬件，更是关于如何让这些看似不起眼的设备，协同工作，形成一个庞大的、智能的网络，为人类社会带来福祉。这本书让我从一个门外汉，变成了一个对WSN充满好奇和探索欲的“伪专家”，真心推荐给所有对未来科技感兴趣的朋友们。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事方式非常独特，它并没有采用那种枯燥乏味的教科书式的语言，而是更像是一位经验丰富的学者，在与读者进行一场深入的学术交流。作者在开篇就抛出了一个引人深思的问题，然后循循善诱地引导读者去探索WSN的本质。我特别欣赏作者对“数据融合”这一概念的阐述，他没有停留在简单的技术介绍，而是深入探讨了数据融合对于提升WSN的整体性能和可靠性的重要性。书中还详细介绍了不同类型的数据融合算法，以及它们在实际应用中的优缺点，这让我对如何从海量传感器数据中提取有价值的信息有了更深刻的理解。此外，作者对WSN面临的“安全挑战”的分析也让我印象深刻。他不仅指出了存在的安全隐患，还探讨了各种加密和认证机制，以及如何构建一个安全的WSN系统。这本书的深度和广度都让我惊叹，它让我看到了WSN技术背后蕴含的巨大潜力和发展前景。

评分☆☆☆☆☆

这本《无线传感器网络概论》给我的感觉就像是在一座信息丰富的大型图书馆里，作者是那个非常有经验的馆长，他没有直接把所有的书都塞给你，而是 carefully curated 了一个“必读”的书单，并且还贴心地告诉你每一本书的精髓和它在整个知识体系中的位置。我之前对WSN的概念停留在非常模糊的层面，知道它与物联网、大数据有关，但具体是怎么运作的，有哪些关键技术，就一窍不通了。这本书就像一个清晰的地图，它首先勾勒出了WSN的整体框架，然后逐一深入讲解各个组成部分。我印象最深刻的是关于“网络拓扑”那一章，作者用非常直观的比喻解释了不同的网络结构，比如星型、树型、网状，以及它们各自的优缺点，这让我瞬间明白了为什么不同的WSN会采用不同的部署方式。而且，书中对“路由协议”的阐述也让我受益匪浅，原来传感器节点之间的通信并不是简单的点对点，而是需要复杂的算法来决定数据传输的最佳路径，以最大程度地节省能源。这本书的逻辑性非常强，每一部分都像是为下一部分打下基础，循序渐进，让你在不知不觉中掌握了WSN的核心知识。