面向复杂环境监测的无线传感网络技术研究 詹杰 刘宏立 张杰 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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詹杰 刘宏立 张杰 著

图书标签:

• 无线传感器网络
• 环境监测
• 复杂环境
• 数据传输
• 网络协议
• 低功耗设计
• 节点部署
• 数据融合
• 智能传感
• 物联网

店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115367044

商品编码：29350831338

包装：平装

出版时间：2014-09-01

基本信息

书名：面向复杂环境监测的无线传感网络技术研究

定价：69.00元

作者：詹杰 刘宏立 张杰

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2014-09-01

ISBN：9787115367044

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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无线传感网络外已经有了二三十年的研究积累，出现了大量的研究成果，但真正将无线传感网络投入应用还很少。

内容提要

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《面向复杂环境监测的无线传感网络技术研究》关注复杂环境下面向环境应用的无线传感器网络设计问题，包括物理层的调制解调方式、商业协议的应用性能分析、监测应用中的节点定位、动态跟踪、定位安全、复杂环境下的节点部署和动态拓扑控制、路由和数据传播等在监测应用中必须要解决的问题，对每项问题都讨论了研究的思路并提出了有效的解决方案。
　　《面向复杂环境监测的无线传感网络技术研究》可以作为从事无线传感器网络、物联网领域的科学研究、产业应用等方面专业人士的参考书，也适用于高等院校电子、通信类专业的教师、研究生和高年级学生将其作为技术指导书。

目录

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章　无线传感器网络简介　
1.1　无线传感器网络概述　
1.2　无线传感器网络应用范围　
1.3　无线传感器网络设计目标　
1.4　无线传感器网络设计挑战　
1.5　无线传感器网络的技术背景　
1.5.1　微机电系统技术　
1.5.2　无线通信技术　
1.5.3　硬件和软件平台　
1.5.4　无线传感器网络标准　
1.6　本书特色　
1.7　本书的组织安排　
参考文献　
第2章　无线传感器网络体系结构与协议栈　
2.1　概述　
2.2　无线传感器网络的体系结构　
2.2.1　传感节点结构　
2.2.2　网络结构　
2.3　无线传感器网络的分类　
2.3.1　静止和移动网络　
2.3.2　确定络和非确定络　
2.3.3　静止汇聚节点网络和移动汇聚节点网络　
2.3.4　单汇聚节点网络和多汇聚节点网络　
2.3.5　单跳网络和多跳网络　
2.3.6　自配置网络和非自配置网络　
2.3.7　同构网络和异构网络　
2.4　无线传感器网络协议栈　
2.4.1　应用层　
2.4.2　传输层　
2.4.3　网络层　
2.4.4　数据链路层　
2.4.5　物理层　
2.5　媒体访问控制协议　
2.5.1　MAC层协议的特征　
2.5.2　MAC层协议设计的限制　
2.5.3　协议设计需考虑因素　
2.5.4　MAC层的设计目标　
2.6　无线传感器网络的典型MAC层协议　
2.6.1　基于竞争的协议　
2.6.2　无需竞争协议　
2.6.3　混合协议　
2.6.4　跨层MAC协议　
2.7　无线传感器网络各类MAC协议比较　
2.8　本章小结　
参考文献　
第3章　无线传感器网络的标准化　
3.1　概述　
3.2　IEEE 802.15.4标准　
3.2.1　MAC层的概述　
3.2.2　信道接入　
3.2.3　数据传输模型　
3.2.4　MAC层服务　
3.2.5　安全性　
3.3　ZigBee标准　
3.3.1　网络层　
3.3.2　应用层　
3.3.3　ZigBee的安全性　
3.4　本章小结　
参考文献　
第4章　微功耗射频调制解调方法设计　
4.1　微功耗射频物理层设计　
4.2　全数字调制方法设计　
4.2.1　数字调制的基本流程　
4.2.2　数字调制算法分析　
4.2.3　数字调制方法的简化　
4.2.4　实现结果分析　
4.3　全数字解调方法设计　
4.3.1　数字解调的基本流程　
4.3.2　基于截断误差和截断数据的可变步长自适应均衡算法　
4.3.3　自适应均衡算法原理　
4.4　CCVSLMS算法　
4.4.1　CCVSLMS算法性能分析　
4.4.2　基于LS准则的频偏估计算法改进及补偿方法　
4.4.3　LS频偏估计算法改进原理　
4.4.4　改进频偏估计算法性能分析　
4.4.5　频偏补偿方法　
4.4.6　具有纠错功能的差分解调方法　
4.4.7　基于瞬时标定功率的自适应帧检测方法　
4.4.8　瞬时标定功率的自适应门限原理　
4.4.9　低复杂度的帧检测方法设计　
4.5　全数字调制解调处理方法的性能仿真与分析　
4.6　全调制解调信号处理方法的FPGA验证　
4.7　本章小结　
参考文献　
第5章　ZigBee协议性能分析　
5.1　公用频段短距离无线通信技术比较　
5.1.1　ZigBee的抗干扰特性分析　
5.1.2　共存性分析　
5.1.3　ZigBee协议的安全性　
5.2　ZigBee星型拓扑网络接入概率分析　
5.2.1　IEEE 802.11 MAC协议　
5.2.2　CSMA/CA算法　
5.2.3　马尔可夫链模型　
5.2.4　ZigBee星型网络的MAC层接入模型　
5.3　ZigBee星型拓扑网络延时性分析　
5.4　基于信道空闲评估的CSMA/CA算法改进　
5.4.1　改进算法　
5.4.2　改进的数学模型　
5.4.3　改进算法仿真结果与性能分析　
5.5　本章小结　
参考文献　
第6章　无线传感器网络定位追踪研究　
6.1　节点定位的必要性　
6.2　定位算法分类　
6.2.1　测距和非测距定位算法　
6.2.2　静止和移动节点定位算法　
6.2.3　和相对定位算法　
6.2.4　紧密耦合和松散耦合定位算法　
6.3　定位算法与追踪技术的研究现状　
6.3.1　静止节点定位系统现状　
6.3.2　移动节点定位系统现状　
6.3.3　目标追踪算法现状　
6.4　RSSI测距技术　
6.4.1　RSSI测量原理　
6.4.2　RSSI测量值获取　
6.4.3　RSSI测距实验方案设计　
6.4.4　RSSI实验数据处理　
6.4.5　测距数据处理结果对比分析　
6.5　基于动态权重的固定节点定位算法　
6.5.1　基于RSSI的质心定位算法　
6.5.2　基于RSSI的加权质心定位算法　
6.5.3　静态权重质心定位算法实验　
6.5.4　GFDWCL定位算法　
6.6　无线传感网络中目标追踪研究　
6.6.1　目标节点移动情况分类　
6.6.2　无线传感器网络应用于目标追踪的优势　
6.6.3　目标追踪主要研究内容　
6.6.4　目标追踪技术所面临的主要问题　
6.6.5　目标追踪研究的基本内容　
6.6.6　移动目标追踪QoS评估体系指标　
6.7　基于大簇的速度自适应追踪算法　
6.7.1　算法基本思想和方法策略　
6.7.2　CCCP移动节点快速定位算法　
6.7.3　CCCP算法的结构　
6.7.4　CCCP算法定位处理过程　
6.7.5　算法的定位精度与锚节点数量的关系　
6.7.6　CCCP算法优化　
6.7.7　基于CCCP的移动目标追踪　
6.8　本章小结　
参考文献　
第7章　无线传感器网络安全定位策略　
7.1　定位系统安全分析　
7.1.1　无线传感器网络攻击分类　
7.1.2　针对定位系统的攻击分析　
7.1.3　定位算法面临的攻击　
7.2　WSN定位系统中常见恶意攻击　
7.3　定位系统安全策略　
7.3.1　安全定位系统设计思路　
7.3.2　基于加密实现安全定位的算法　
7.3.3　距离界限协议实现安全定位　
7.3.4　VM安全定位机制　
7.3.5　SLA安全定位机制　
7.3.6　Serloc安全定位算法　
7.3.7　基于标签的Dv-Hop定位算法　
7.3.8　入侵及异常检测与隔离技术　
7.3.9　顽健性的节点定位算法　
7.4　DPC安全定位算法　
7.4.1　预备知识　
7.4.2　恶意节点定位攻击分析　
7.4.3　安全定位算法需解决的问题　
7.4.4　安全定位算法结构　
7.4.5　安全测距算法　
7.4.6　虚节点滤除算法　
7.5　DPC算法性能　
7.5.1　算法可行性证明　
7.5.2　算法特例说明　
7.5.3　算法能耗分析　
7.5.4　滤除算法重复次数讨论　
7.5.5　算法对节点密度要求　
7.5.6　平面合并算法　
7.6　DPC算法对各种攻击的工作过程　
7.7　DPC算法实验分析　
7.7.1　算法门限值讨论　
7.7.2　DPC算法小结　
7.8　本章小结　
参考文献　
第8章　无线传感器网络覆盖控制技术　
8.1　节点部署算法概述　
8.1.1　采用确定放置的部署技术　
8.1.2　采用抛洒且节点不具移动能力的部署技术　
8.1.3　采用抛洒且节点具移动能力的部署技术　
8.1.4　节点部署的评价指标　
8.2　无线传感器网络在矿井的部署　
8.2.1　小型区域的部署算法　
8.2.2　大型区域的部署算法　
8.2.3　井下巷道特殊区域的节点部署算法　
8.2.4　优化部署算法仿真及性能分析　
8.3　井下无线传感器网络的拓扑控制　
8.3.1　节点自移动控制算法　
8.3.2　邻居节点发现协议　
8.3.3　边界移动节点调度控制　
8.4　基于“虚拟力”的拓扑控制技术　
8.4.1　虚拟力算法改进　
8.4.2　VFA算法优化　
8.5　“自愈”拓扑控制算法仿真与性能分析　
8.6　本章小结　
参考文献　
第9章　面向小区无线抄表系统的数据路由设计　
9.1　无线抄表系统特点　
9.2　典型WSN分簇路由协议　
9.2.1　LEACH协议　
9.2.2　PEGASIS和Hierachical-PEGASIS协议　
9.2.3　TEEN和APTEEN协议　
9.2.4　DCHS协议　
9.3　适合无线抄表网络的能量均衡多层分簇路由算法　
9.3.1　无线抄表系统模型　
9.3.2　网络簇头选举策略　
9.3.3　网络优簇数分析　
9.3.4　簇内单/多跳混合通信算法　
9.3.5　EEMLC算法仿真与性能分析　
9.4　EEMLC路由算法的实现　
9.4.1　簇区域确定与节点成簇　
9.4.2　抄表网络路由树的建立　
9.4.3　表计数据的传输　
9.4.4　数据路由的维护　
9.5　本章小结　
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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面向复杂环境监测的无线传感网络技术研究 摘要 本书深入探讨了面向复杂环境监测的无线传感网络（WSN）关键技术。鉴于当前社会对于环境监测日益增长的需求，尤其是在地质灾害预警、森林火灾监控、水质安全保障、大气污染追踪以及工业生产过程中的实时数据采集等复杂应用场景下，传统的监测方式已显现出诸多不足。无线传感网络凭借其分布式部署、低功耗、自组织、高精度和灵活性等独特优势，为解决这些难题提供了强有力的技术支撑。 本书首先系统梳理了无线传感网络在复杂环境监测领域的应用现状与挑战，分析了不同类型复杂环境（如高海拔、深海、沙漠、地下、危险品存储区域等）对WSN部署、通信、能源、安全等方面提出的特殊要求。接着，本书将重点聚焦于WSN核心技术的理论研究与前沿进展。在网络体系结构方面，将详细阐述分层、簇异构、网格等多种适合复杂环境的WSN拓扑结构，并对各类结构的优劣势进行比较分析。 在节点设计与部署方面，本书将深入研究低功耗传感器节点的硬件设计、嵌入式软件开发以及能量收集技术。特别是针对复杂环境下的节点部署策略，将探讨基于仿生学、人工智能的自适应部署算法，以及如何在难以到达的区域实现大规模、高效的节点部署。 在通信协议方面，本书将重点关注面向低功耗、低速率、高可靠性通信的MAC层和网络层协议。我们将详细介绍现有的WSN通信协议（如IEEE 802.15.4、Zigbee、LoRa等）在复杂环境下的适用性，并提出针对特定复杂环境（如多径衰落严重、信号遮挡多、通信距离远等）的优化与改进方案，包括基于认知无线电的动态频谱接入、多跳路由优化、能量感知路由等。 在数据融合与处理方面，本书将探讨如何有效地从海量、异构的传感器数据中提取有价值的信息。我们将介绍分布式数据融合、边缘计算在WSN中的应用，以及如何利用机器学习、深度学习等技术实现对环境异常事件的智能识别与预警。 在网络安全方面，本书将分析WSN面临的独特安全威胁（如窃听、篡 এলে、拒绝服务攻击等），并研究适用于低功耗设备的轻量级加密、认证和入侵检测机制。特别是在复杂环境监测场景下，数据保密性和完整性的重要性不言而喻。 最后，本书将结合具体的复杂环境监测应用案例，如地下矿井瓦斯监测、高原地区气候变化监测、海上石油平台安全监测等，详细阐述WSN技术在这些场景下的部署实践、性能评估与优化经验，为相关研究者和工程技术人员提供理论指导和实践参考。 目录 第一章 引言 1.1 背景与意义 1.1.1 复杂环境监测的需求增长 1.1.2 传统监测方式的局限性 1.1.3 无线传感网络（WSN）的兴起与优势 1.2 WSN在复杂环境监测中的应用场景 1.2.1 地质灾害预警 1.2.2 森林火灾监控 1.2.3 水质与水量监测 1.2.4 大气污染与环境质量监测 1.2.5 工业生产与设施安全监测 1.2.6 军事与国防应用 1.2.7 城市基础设施监测 1.3 本书研究内容与章节安排 1.4 研究方法与技术路线 第二章 WSN基础理论与体系结构 2.1 WSN的基本概念与组成 2.1.1 传感器节点 2.1.2 网关节点 2.1.3 基站 2.2 WSN的体系结构模型 2.2.1 分层模型 2.2.2 协议栈模型 2.3 WSN拓扑结构 2.3.1 星型拓扑 2.3.2 树型拓扑 2.3.3 网状拓扑 2.3.4 混合型拓扑 2.4 复杂环境对WSN体系结构的影响 2.4.1 节点密度与分布 2.4.2 通信拓扑的动态性 2.4.3 异构网络的融合 2.5 本章小结 第三章 传感器节点设计与能量管理 3.1 传感器节点的硬件组成 3.1.1 感知单元（传感器） 3.1.2 处理单元（微控制器） 3.1.3 通信单元（无线收发器） 3.1.4 能源单元（电池、能量收集器） 3.2 低功耗节点设计技术 3.2.1 硬件功耗优化 3.2.2 软件功耗优化（休眠与唤醒策略） 3.2.3 动态电压与频率调整（DVFS） 3.3 能量收集技术 3.3.1 光能收集 3.3.2 动能收集 3.3.3 热能收集 3.3.4 无线能量传输 3.4 能量收集型WSN的能量管理策略 3.4.1 能量感知调度 3.4.2 预测性能量管理 3.5 复杂环境下的节点设计挑战与对策 3.5.1 恶劣环境下的可靠性设计 3.5.2 空间受限区域的微型化设计 3.6 本章小结 第四章 WSN通信协议研究 4.1 WSN通信协议的层次划分 4.1.1 MAC层协议 4.1.2 网络层协议 4.1.3 传输层协议 4.1.4 应用层协议 4.2 MAC层协议 4.2.1 竞争型MAC协议（如CSMA/CA） 4.2.2 轮询型MAC协议（如TDMA） 4.2.3 混合型MAC协议 4.2.4 面向复杂环境的MAC协议优化（如低功耗、高吞吐量） 4.3 网络层协议 4.3.1 路由发现与维护 4.3.2 能量感知路由算法（如LEACH, TEEN, PEGASIS） 4.3.3 面向复杂环境的路由挑战（如多路径衰落、节点丢失） 4.3.4 改进的路由策略（如自适应多跳、轨迹路由） 4.4 无线通信技术的选择与评估 4.4.1 IEEE 802.15.4标准 4.4.2 Zigbee协议 4.4.3 LoRa技术 4.4.4 其他相关技术（如NB-IoT, Sigfox） 4.5 复杂环境下的通信信号传播特性 4.5.1 多径衰落与阴影效应 4.5.2 信号衰减与干扰 4.5.3 传播模型研究 4.6 本章小结 第五章 WSN数据融合与处理 5.1 WSN数据采集与预处理 5.1.1 数据采样与量化 5.1.2 数据过滤与去噪 5.2 分布式数据融合技术 5.2.1 数据融合的层次 5.2.2 不同层次的数据融合方法 5.2.3 基于不确定性的数据融合 5.3 边缘计算在WSN中的应用 5.3.1 边缘计算的优势 5.3.2 边缘计算节点的设计与部署 5.3.3 边缘智能算法 5.4 机器学习与深度学习在数据处理中的应用 5.4.1 数据分类与聚类 5.4.2 异常检测与故障诊断 5.4.3 预测性分析与预警 5.5 复杂环境下的数据融合挑战 5.5.1 数据异构性与稀疏性 5.5.2 数据时空相关性 5.5.3 实时性与可靠性要求 5.6 本章小结 第六章 WSN网络安全技术 6.1 WSN面临的安全威胁 6.1.1 窃听与暴露 6.1.2 篡改与伪造 6.1.3 拒绝服务攻击 6.1.4 节点丢失与移动攻击 6.2 WSN安全机制 6.2.1 认证与授权 6.2.2 加密技术（对称加密、非对称加密） 6.2.3 密钥管理 6.3 轻量级安全协议设计 6.3.1 资源受限环境下的加密算法 6.3.2 隐私保护技术 6.4 入侵检测与防御 6.4.1 基于模型检测 6.4.2 基于异常检测 6.5 复杂环境下的安全考量 6.5.1 物理安全 6.5.2 数据安全与隐私 6.5.3 部署环境的特殊性 6.6 本章小结 第七章 WSN在复杂环境监测中的应用实例分析 7.1 地下矿井安全监测系统 7.1.1 需求分析与挑战 7.1.2 WSN部署方案与技术选型 7.1.3 监测数据与预警机制 7.2 高原地区气候变化监测网络 7.2.1 应用背景与技术难点 7.2.2 传感器节点与通信网络设计 7.2.3 数据采集与融合分析 7.3 海上石油平台安全监测 7.3.1 监测目标与环境特点 7.3.2 WSN的鲁棒性设计 7.3.3 实时数据传输与风险评估 7.4 森林火灾早期预警系统 7.4.1 监测范围与信息需求 7.4.2 节点部署与能量供给 7.4.3 火灾探测算法与预警流程 7.5 其他应用案例简介 7.6 本章小结 第八章 未来发展趋势与展望 8.1 智能化与自主化WSN 8.2 物联网（IoT）与WSN的融合 8.3 5G/6G通信技术在WSN中的应用 8.4 新型传感器技术的发展 8.5 面向极端环境的WSN技术 8.6 标准化与互操作性 8.7 本章小结 参考文献 致谢 附录 --- 第一章 引言 1.1 背景与意义 1.1.1 复杂环境监测的需求增长 随着全球经济的快速发展和人类活动的不断扩张，我们对生存环境的认识和管理需求日益迫切。特别是对于那些地质条件复杂、地理环境恶劣、人类难以长期直接干预的区域，例如地质活动频繁的山区、气候多变的海洋、广袤无垠的沙漠、地下深处的矿藏、极度危险的工业生产场所，以及可能存在放射性或有毒有害物质的区域，进行有效的环境监测变得至关重要。这些复杂环境往往蕴含着巨大的自然资源，但也潜藏着难以预测的风险。例如，地质灾害（如地震、滑坡、泥石流）的发生可能造成巨大的人员伤亡和财产损失；森林火灾的蔓延不仅破坏生态环境，还会威胁人类生命安全；水体和大气污染的扩散对人类健康和可持续发展构成严重威胁；工业生产过程中的异常情况如果未能及时发现，可能导致严重的事故。因此，对这些复杂环境进行实时、准确、全面的监测，不仅是防范灾害、保障人民生命财产安全的关键，也是保护生态环境、实现可持续发展的必然要求。 1.1.2 传统监测方式的局限性 长期以来，人类主要依靠人力巡查、固定观测站点以及有线通信网络等传统方式进行环境监测。然而，这些方法在面对复杂环境时，往往暴露出明显的局限性： 部署困难与成本高昂： 在高海拔、深海、人迹罕至的地区，部署和维护有线传感器网络或固定观测站点极其困难，成本高昂，甚至不可行。例如，在地质灾害多发区，需要大量的传感器来覆盖广泛的区域，有线布线难以实现，且易受自然因素（如塌方、洪水）的破坏。 监测范围有限与时效性差： 传统监测点通常是离散的，无法形成连续、全面的监测网络，难以捕捉到局部区域的细微变化。同时，人工巡查的频率和覆盖范围有限，信息采集滞后，难以实现对突发事件的及时响应。 灵活性不足与可扩展性差： 一旦监测需求发生变化，或者需要扩展监测范围，传统有线网络的改造和重新部署将非常耗时耗力。 易受环境影响与可靠性低： 有线通信线路容易受到腐蚀、断裂、电磁干扰等影响，尤其是在恶劣的自然环境下，通信的稳定性和可靠性难以保障。 能源供应问题： 许多远离电力设施的区域，为传感器节点提供持续能源是一大难题。 1.1.3 无线传感网络（WSN）的兴起与优势 无线传感网络（Wireless Sensor Network, WSN）的出现，为克服上述挑战提供了革命性的解决方案。WSN是由大量低功耗、低成本、可自组织通信的微型传感器节点组成，能够协同工作，分布式地感知、采集、处理和传输周围环境的信息。其核心优势在于： 分布式部署与覆盖能力强： 传感器节点可以大规模、灵活地部署在任何需要监测的区域，形成密集、连续的监测网络，打破了传统监测的空间限制。 低功耗与长寿命： 传感器节点采用低功耗设计，并可通过能量收集技术实现自给自足，使得网络能够长时间自主运行，特别适合在缺乏外部能源的复杂环境中部署。 自组织与鲁棒性： WSN节点能够自动组网，并在节点失效时自主重构网络路径，具有良好的鲁棒性和容错能力。即使部分节点失效，整个网络仍能保持运行。 高精度与多维度感知： 可以集成多种类型的传感器，实现对温度、湿度、压力、气体浓度、振动、声音、图像等多种环境参数的同时监测，提供更全面、更精细的数据。 成本效益高： 相比于传统有线网络，WSN的部署和维护成本通常较低，且易于扩展。 实时性与快速响应： 能够实时采集和传输数据，为环境变化和突发事件提供即时信息，支持快速响应和决策。 1.2 WSN在复杂环境监测中的应用场景 鉴于WSN的独特优势，其在各类复杂环境监测领域展现出巨大的应用潜力。 1.2.1 地质灾害预警 全球范围内，地质灾害（如地震、火山爆发、滑坡、泥石流、地面沉降等）造成的损失触目惊心。WSN可以部署在山体、地下断层、易发生滑坡的区域，实时监测地壳活动、土壤湿度、裂缝扩张、地下水位等参数。通过对海量传感器数据的分析，可以提前预警潜在的地质灾害，为人员疏散和应急响应争取宝贵时间。例如，在地震监测领域，高密度部署的WSN可以更精确地捕捉地震波的传播信息，提高震源定位和地震烈度预测的准确性。 1.2.2 森林火灾监控 森林火灾是影响生态环境和人类生命安全的一大威胁。传统的火灾监测主要依靠瞭望塔和巡逻，覆盖范围有限且响应滞后。WSN可以部署在广袤的森林中，通过监测温度、湿度、CO2浓度、烟雾等参数，实现对火源的早期探测。例如，在野外森林区域，利用能量收集技术为节点供电，可以实现对火灾迹象的24小时不间断监测，一旦火情发生，能够迅速定位并发出警报，大大缩短火灾响应时间，减少损失。 1.2.3 水质与水量监测 水资源是人类生存和发展的基石，但日益严峻的水污染和水资源短缺问题需要有效的监测手段。WSN可以部署在河流、湖泊、水库、饮用水源地以及地下水系统中，实时监测水温、pH值、溶解氧、浊度、污染物浓度（如重金属、有机物）等关键水质参数，以及水位、流量等水量参数。这对于保障饮用水安全、监测水体污染扩散、预警洪水等水患，以及优化水资源管理具有重要意义。特别是在偏远地区或难以到达的水域，WSN的部署优势尤为突出。 1.2.4 大气污染与环境质量监测 空气质量直接关系到人类健康和生态平衡。WSN可以通过部署在城市、工业区、交通枢纽等区域，监测PM2.5、PM10、SO2、NOx、O3、CO等大气污染物浓度，以及温湿度、风速、风向等气象参数。这有助于识别污染源，分析污染扩散规律，评估空气质量对人体健康的影响，并为政府制定有效的污染防治政策提供科学依据。在一些特殊区域，如核电站周边或危险品生产区域，WSN还可以用于监测潜在的放射性物质或有毒有害气体泄漏。 1.2.5 工业生产与设施安全监测 现代工业生产过程复杂，涉及大量精密设备和高风险操作。WSN可以在工业厂房、化工厂、石油石化设施、桥梁、大坝等关键基础设施中部署，监测设备的运行状态（如温度、振动、压力）、结构健康状况（如应力、形变）、环境参数（如气体泄漏、火灾风险）等。这有助于实现设备的预测性维护，及时发现潜在的安全隐患，防止事故发生，提高生产效率和安全性。 1.2.6 军事与国防应用 在军事领域，WSN可用于战场环境监测（如探测敌情、监测化学武器）、边境巡逻、重要设施的安防监控等。其隐蔽性、部署灵活性和自组织能力在这些场景下发挥着重要作用。 1.2.7 城市基础设施监测 现代城市中，桥梁、隧道、高层建筑、供水管网、燃气管道等基础设施的安全运行至关重要。WSN可以用于对这些基础设施的结构健康进行实时监测，及时发现结构老化、损坏或异常情况，提高城市安全水平。 1.3 本书研究内容与章节安排 本书旨在系统性地研究面向复杂环境监测的无线传感网络技术。我们将从理论、技术和应用等多个维度进行深入探讨，力求为读者提供全面、深入的理解。 第一章 引言： 介绍复杂环境监测的需求、传统方法的局限性、WSN的优势以及本书的研究背景、内容安排和技术路线。 第二章 WSN基础理论与体系结构： 阐述WSN的基本概念、组成、体系结构模型以及在复杂环境下的拓扑结构特点。 第三章 传感器节点设计与能量管理： 深入研究低功耗节点设计、能量收集技术以及面向复杂环境的节点设计挑战。 第四章 WSN通信协议研究： 详细分析WSN的MAC层和网络层协议，探讨面向复杂环境的通信优化策略，并评估不同无线通信技术的适用性。 第五章 WSN数据融合与处理： 探讨WSN数据采集、预处理、分布式数据融合、边缘计算以及机器学习在数据分析中的应用。 第六章 WSN网络安全技术： 分析WSN面临的安全威胁，研究轻量级安全协议和入侵检测技术，并讨论复杂环境下的安全考量。 第七章 WSN在复杂环境监测中的应用实例分析： 结合具体案例，深入分析WSN在不同复杂环境监测场景下的技术实现、部署实践和性能评估。 第八章 未来发展趋势与展望： 探讨WSN在智能化、物联网融合、未来通信技术、新型传感器等方面的未来发展方向。 1.4 研究方法与技术路线 本书的研究方法主要结合了理论分析、模型构建、算法设计、仿真验证以及案例研究。 理论分析： 针对WSN在复杂环境中的技术挑战，进行深入的理论分析，研究现有技术的优劣，并提出新的解决方案。 模型构建： 建立适用于复杂环境的WSN网络模型、通信模型、能量模型和安全模型。 算法设计： 设计和优化低功耗、高效率、高可靠性的WSN通信协议、路由算法、数据融合算法和安全算法。 仿真验证： 利用NS-2/NS-3、Matlab等仿真工具，对提出的算法和协议进行性能评估和验证。 案例研究： 结合实际应用场景，分析WSN在该场景下的可行性、部署策略和性能表现，总结经验教训。 本书的技术路线是：首先建立对WSN及其在复杂环境监测中应用的宏观认识，然后深入研究WSN的各个核心技术环节（节点、通信、数据、安全），最后通过实际应用案例来验证和深化研究成果，并对未来发展进行展望。通过这种循序渐进、由点及面的研究方法，我们希望能够构建一个全面、系统的关于面向复杂环境监测的无线传感网络技术的研究框架。

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“面向复杂环境监测的无线传感网络技术研究”——这个书名让我产生了一种强烈的求知欲。我一直觉得，技术的发展最终是要服务于人类社会更广泛的需求，而环境监测，无疑是其中非常重要的一环。我们生活的地球正面临着前所未有的挑战，从大气污染到水资源短缺，从生物多样性丧失到极端天气频发，这些都需要我们能够更全面、更及时、更准确地掌握环境状况。无线传感网络（WSN）技术，因其部署灵活、成本相对较低、能够实现分布式监测的优势，被认为是解决这些问题的有力武器。我非常想知道，这本书会如何界定“复杂环境”？它是否会讨论在高原、沙漠、森林、海洋等不同类型的复杂环境下，WSN面临的具体挑战，比如能源供给、通信链路的稳定性、节点的安全性以及数据的处理和分析？我特别好奇书中是否会介绍一些前沿的WSN部署策略和算法，比如如何利用低功耗通信技术延长节点寿命，如何实现自组织和自适应的网络拓扑，以及如何利用人工智能或机器学习技术对海量的监测数据进行智能分析，从而提前预警和科学决策。

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当我在书店看到《面向复杂环境监测的无线传感网络技术研究》这本书时，我的第一反应就是这绝对是一本能够拓展我视野的书。我平时就对科技如何改变我们生活充满兴趣，而环境监测这个方向，更是与我们每个人的未来息息相关。现代社会对环境信息的获取提出了越来越高的要求，需要覆盖更广阔的区域、更精细的空间尺度、更丰富的数据维度，并且要求数据的实时性和可靠性。无线传感网络（WSN）技术，以其分布式、低功耗、自组织的特性，似乎完美契合了这些需求。我迫切想知道，这本书会从哪些具体的“复杂环境”案例入手，来阐述WSN技术的应用？比如，城市中的空气质量和交通流量监测，或者偏远地区的野生动物活动跟踪，亦或是工业生产过程中的设备状态监控。书中是否会深入剖析在这些复杂场景下，WSN网络在设计、部署、运行和维护过程中遇到的关键技术难题，例如如何实现跨异构网络的无缝通信，如何有效管理海量异构传感器数据，以及如何保证监测结果的准确性和安全性？我希望能在这本书中找到对这些问题的深入解答和创新性的解决方案。

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《面向复杂环境监测的无线传感网络技术研究》这个书名，一下子就抓住了我的注意力。我一直在思考，在日益变化和复杂的地球环境中，我们如何才能更有效地进行监测和管理。传统的监测手段往往存在着覆盖面窄、成本高、时效性差等局限。而无线传感网络（WSN）技术的出现，仿佛为我们打开了一扇新的大门。这本书的题目中“复杂环境”这几个字，让我浮想联翩。它指的是地理环境的复杂，比如山区、沙漠、海洋等极端区域，还是指监测目标的多样性和动态性，比如森林火灾的早期探测、地质灾害的实时预警、水体污染的分布追踪等？我非常期待书中能详细介绍WSN在这些典型复杂环境下的具体应用案例，并深入探讨相关的关键技术。例如，如何设计能够适应恶劣环境、低功耗运行的传感器节点？如何构建稳定可靠、覆盖广泛的通信网络，并有效应对信号衰减和干扰？在海量异构数据的采集和传输过程中，如何保证数据的完整性和一致性？此外，对于监测到的海量数据，书中是否会介绍高效的数据处理、分析和挖掘技术，从而真正发挥WSN在环境监测中的价值？

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这本书的题目“面向复杂环境监测的无线传感网络技术研究”立刻吸引了我。作为一个对环境保护和可持续发展领域略有涉猎的普通读者，我深知环境监测对于理解和应对气候变化、资源枯竭等全球性挑战的重要性。然而，传统的监测方式往往成本高昂、覆盖范围有限，且难以实时获取数据。无线传感网络技术的出现，无疑为解决这些难题提供了全新的视角和强大的工具。我很好奇，这本书会如何具体阐述WSN在“复杂环境”下的应用。所谓“复杂”，是指地理上的崎岖，还是指监测目标的多样性？例如，在地震监测中，传感节点需要应对恶劣的自然条件和频繁的地质活动；在农业温室中，需要精确监测光照、湿度、温度、土壤养分等多种参数。这本书是否会涉及如何设计适应这些极端或精细化需求的传感器节点？它是否会探讨在数据传输过程中，如何克服信号干扰、网络延迟等问题，保证监测数据的准确性和及时性？我尤其关注的是，在处理如此庞杂、多变的数据时，书中是否会提出一些创新的数据融合、特征提取或异常检测的方法，从而真正实现对复杂环境的“深度理解”？

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这本书名就让我充满了好奇。“面向复杂环境监测的无线传感网络技术研究”，听起来就非常硬核，又充满实际应用价值。我一直对如何用科技手段去“读懂”我们身处的环境很感兴趣，尤其是在那些我们难以直接触及或者需要大量数据来支撑决策的地方。例如，山林中的火灾预警，深海的生态监测，甚至是城市交通拥堵的实时分析，这些场景都离不开强大的信息采集和传输能力。无线传感网络（WSN）正是实现这一切的关键技术之一。我设想，这本书会深入探讨WSN在应对这些“复杂环境”时所面临的独特挑战，比如信号的衰减、节点的能耗限制、数据的可靠传输、以及如何在大规模异构节点网络中进行有效的管理和协调。我特别期待它能讲解如何设计出既稳定又节能的网络架构，如何选择合适的传感器和通信协议，以及如何处理海量异构数据，从中提取出有价值的信息。毕竟，再先进的技术，如果不能解决实际问题，也只是空中楼阁。我希望这本书能够提供一些具有前瞻性的思路和可行的解决方案，让我对WSN在环境监测领域的未来发展有一个更清晰的认识。