具体描述
《无线传感器网络原理及应用》对无线传感器网络的众多关键技术，如网络体系结构、MAC层协议、路由协议等做了详细而深入的描述，同时还着重探讨了无线传感器网络的开发和应用，安排了无线传感器网络的硬件开发、嵌入式操作系统TinyOS和MiniOS等内容。最后，针对无线传感器网络应用方面的最新成果进行全面介绍，有助于读者开拓视野，打开研究思路。
《无线传感器网络原理及应用》既注重基础理论知识，又注重技术的工程实用性，可作为通信与信息系统、计算机科学与技术、计算机网络、电子与信息、传感器技术等专业的大学本科高年级学生和研究生的教材、教辅和教学参考书，也可作为对无线传感器网络技术感兴趣的工程技术人员和管理人员的参考用书。
软件定义一切：云原生与边缘计算的融合实践 内容提要： 本书深入探讨了在数字化浪潮驱动下，计算范式从集中式向分布式、智能化演进的核心技术体系——云原生与边缘计算。我们不仅剖析了支撑这两大体系的底层技术原理，更侧重于两者在实际业务场景中的融合路径、架构设计、部署策略与优化实践。全书以贴近工程实践的视角，系统梳理了从基础设施抽象、应用服务化、数据流动到安全治理的全链路技术栈，旨在为希望构建下一代敏捷、弹性、低延迟应用的企业和技术人员提供一份全面的技术蓝图和实战指南。 第一部分：云原生：新一代应用构建与运维范式 本部分聚焦于构建现代、可扩展、自愈合应用的基石——云原生技术栈。我们认为，云原生不仅仅是容器化，而是一套完整的理念、工具集和文化。 第一章：云原生基础设施的基石——容器与编排 本章从容器技术的核心——Linux命名空间（Namespace）和控制组（cgroups）的隔离机制讲起，详细阐述了容器镜像的构建流程、分层存储（如OverlayFS）的工作原理，以及如何通过容器运行时（如containerd, CRI-O）与操作系统内核交互。随后，本书将深入Kubernetes（K8s）的世界，超越基础的Pod、Service和Deployment概念，重点讲解K8s的控制平面（API Server、etcd、Controller Manager、Scheduler）的运作逻辑。我们将详细解析调度器如何实现资源公平性与效率的最优化，特别是Taints、Tolerations和污点容忍度的精细化控制策略。此外，StatefulSet、DaemonSet等特定工作负载的控制器，以及Operator模式在有状态应用管理中的角色，都将进行详尽的剖析。 第二章：微服务架构的实现与治理 微服务是云原生应用的主流架构形态。本章首先界定微服务与单体架构的区别，并重点探讨服务拆分原则，如DDD（领域驱动设计）在微服务边界确定中的应用。随后，我们转向服务间的通信机制，对比RPC（如gRPC）与RESTful API的适用场景，并深入探讨服务网格（Service Mesh）的价值。我们将以Istio为例，剖析其Sidecar模式如何实现流量管理（蓝绿部署、金丝雀发布）、安全（mTLS）和可观测性（Tracing, Metrics, Logging）的解耦。对于服务发现与注册，我们将分析DNS、K8s Service与特定注册中心（如Consul）的工作机制及其在动态环境中的可靠性保障。 第三章：云原生应用的可观测性与可追溯性 在复杂的分布式系统中，传统的监控手段已无法满足需求。本章构建了“三驾马车”的可观测性体系：Metrics、Logging和Tracing。我们将详细介绍Prometheus的数据模型、TSDB的存储结构，以及如何利用PromQL进行高效的数据查询与告警设置。在日志方面，我们将讨论Fluentd/Fluent Bit作为日志收集器的Agent机制，以及Elastic Stack（ELK/EKK）在日志聚合、索引和全文检索中的应用。Tracing部分，我们将深入理解OpenTelemetry标准，分析其Context Propagation机制，并通过Jaeger或Zipkin实例，演示如何追踪一个请求在多个微服务间的完整调用链，从而精准定位性能瓶颈和错误源头。 第四章：云原生安全纵深防御体系 安全是云原生部署的重中之重。本章采用纵深防御的视角，覆盖从代码到集群的各个层面。基础设施层，我们将讲解Kubernetes RBAC的最小权限原则、Pod Security Standards（PSS）的应用，以及使用网络策略（NetworkPolicy）实现东西向流量隔离。供应链安全方面，本书将重点介绍镜像签名验证、私有仓库的安全管理，以及利用动态应用安全测试（DAST）和静态应用安全测试（SAST）工具嵌入CI/CD流水线。此外，对于密钥和敏感信息的管理，Vault等秘密管理工具的原理及其与K8s的集成方案也将被详细阐述。 第二部分：边缘计算：迈向“泛在智能”的分布式架构 第二部分将视角从中心云端转向物理世界，探讨如何将计算能力推向数据产生的第一现场——边缘侧。 第五章：边缘计算的架构设计与挑战 本章首先界定了边缘计算（Edge Computing）的内涵，区分了雾计算（Fog Computing）与边缘计算的异同，并分析了边缘部署的驱动力，如低延迟需求、数据主权合规性、网络带宽限制等。我们将深入剖析边缘部署的三大核心挑战：资源的异构性（CPU/GPU/FPGA）、网络的不可靠性（间歇性连接）以及物理安全性的缺乏。本书提出了一种基于“中心云-边缘协调器-边缘节点”的三层架构模型，并详细讨论了数据在云边之间的同步策略（例如，基于事件驱动的增量同步）。 第六章：边缘侧的轻量级容器化与部署 由于边缘设备的资源受限，标准的K8s部署往往过于沉重。本章将介绍专门为边缘场景优化的轻量级容器运行时（如Kata Containers、CRI-O的精简配置）以及边缘Kubernetes发行版（如K3s、MicroK8s）。我们将重点讨论如何实现资源的“按需下发”，即只将必要的组件部署到目标边缘节点。此外，离线部署与自愈能力是边缘环境的关键，本章将阐述如何设计包含“本地缓存-故障转移”机制的部署包，确保在与中心云断开连接时，核心业务逻辑仍能持续运行。 第七章：边缘智能的实施：模型下发与推理加速 边缘计算的价值高地在于实时AI。本章聚焦于如何将经过训练的模型安全、高效地部署到边缘侧。我们将对比ONNX Runtime、TensorRT等推理引擎在不同硬件（如Nvidia Jetson、Intel Movidius）上的性能差异与优化技巧。模型的版本控制与OTA（Over-The-Air）更新机制是边缘侧模型管理的核心。我们将设计一个端到端的流程，包括模型压缩（量化、剪枝）、签名校验、安全下发，以及在边缘节点上实现本地模型推理与结果回传。数据联邦学习（Federated Learning）作为保护数据隐私的边缘训练范式，其通信效率与收敛性分析也将被纳入讨论。 第三部分：云边融合：构建统一的混合交付体系 本部分是全书的核心，探讨如何将云原生的敏捷性与边缘计算的低延迟特性无缝集成，形成统一的管控平面。 第八章：统一的管控平面与混合云/边缘协同 构建统一的云边协同体系，关键在于“一致性”——应用定义、安全策略和可观测性指标必须在云端和边缘保持一致。本章将深入分析如何利用GitOps（如ArgoCD或FluxCD）作为统一的部署引擎，通过特定的Repository结构实现对中心云集群和多个边缘集群的声明式管理。我们将详细设计边缘资源调度的策略，例如如何利用K8s的拓扑感知调度，确保数据密集型任务在靠近数据源的节点上执行。同时，对中心云的“数据汇聚层”的架构设计，用于收集、清洗和分析来自海量边缘节点的遥测数据，也将进行深入探讨。 第九章：数据一致性与最终一致性模型 数据在边缘和云端之间的流动与一致性是云边融合中最棘手的问题。本章将系统梳理CAP理论在边缘环境中的重新审视。我们将对比强一致性数据库（如CockroachDB的分布式事务）与最终一致性方案（如CRDTs、基于事件溯源的日志同步）在不同业务场景下的优劣。重点将放在设计“离线优先”的应用数据模型，即应用首先读写本地边缘存储，并在网络恢复时，使用冲突解决机制（Conflict Resolution）与中心云进行同步，确保业务的连续性。 第十章：未来展望：自主运行的智能边缘 本章展望了云原生与边缘计算融合的未来趋势。我们将探讨5G/6G网络对边缘算力的赋能，以及确定性网络（Time-Sensitive Networking, TSN）如何保障关键工业控制应用的低延迟需求。同时，去中心化身份（DID）和零信任架构在海量、不可信的边缘设备认证中的应用前景也将被讨论。本书最终将落脚于构建一个能够实现自我感知、自我优化、自我修复的“自主运行”的智能边缘基础设施，为下一代工业互联网、智能制造和智慧城市提供坚实的技术基础。 --- 本书面向读者： 系统架构师、DevOps工程师、后端开发人员、云计算和边缘计算领域的研究人员及学生。尤其适合那些需要在混合环境中部署和管理高可用、低延迟分布式系统的技术专业人士。本书假设读者具备扎实的Linux、网络和至少一种主流编程语言（如Go或Python）的基础知识。
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目录信息
第1章 无线传感器网络概述 1.1 无线传感器网络的发展历程 1.2 无线传感器网络的基本结构 1.3 无线传感器网络的关键性能指标 1.3.1 网络的工作寿命 1.3.2 网络覆盖范围 1.3.3 网络搭建成本和难易程度 1.3.4 网络响应时间 1.4 无线传感器网络的关键技术 1.4.1 QoS保证 1.4.2 数据融合技术 1.4.3 网络安全机制 1.4.4 定位技术 1.4.5 同步管理机制 1.4.6 无线通信网络技术 1.4.7 嵌入式实时系统软件技术 1.4.8 相关的硬件技术 1.5 无线传感器网络的应用范围 1.5.1 环境监测 1.5.2 军事领域 1.5.3 医疗健康 1.5.4 交通管理 1.5.5 智能家居 1.5.6 空间探测应用第2章 无线传感器网络基础 2.1 无线传感器网络体系结构 2.1.1 无线传感器网络结构 2.1.2 无线传感器网络节点结构 2.1.3 无线传感器网络协议结构模型 2.2 无线传感器网络的特征 2.2.1 与现有无线网络的区别 2.2.2 无线传感器网络的特点 2.2.3 无线传感器网络的性能评价指标第3章 无线传感器网络路由协议 3.1 路由协议概述 3.1.1 无线传感器网络路由协议的考虑因素 3.1.2 路由的过程 3.1.3 无线传感器网络路由协议分类方法 3.2 平面路由协议和层次路由协议 3.2.1 平面路由协议 3.2.2 层次路由协议 3.2.3 平面路由协议和层次路由协议比较 3.3 能量感知路由 3.3.1 能量消耗源 3.3.2 能量路由 3.3.3 能量多路径路由 3.4 基于查询的路由 3.4.1 定向扩散路由 3.4.2 谣传路由 3.5 地理位置路由 3.5.1 GEAR路由 3.5.2 GAF路由 3.5.3 GPSR路由 3.5.4 其他位置路由 3.6 可靠路由协议 3.6.1 不相交多路径路由机制 3.6.2 ReInForM路由 3.6.3 SPEED协议 3.7 路由协议自主切换 3.8 小结第4章 无线传感器网络MAC层技术 4.1 MAC层技术概述 4.1.1 无线传感器网络特点对MAC协议的影响 4.1.2 无线传感器网络MAC协议的设计准则 4.1.3 无线传感器网络MAC协议分类 4.2 IEEE 802.11协议 4.2.1 IEEE 802.11网络拓扑结构 4.2.2 IEEE 802.11协议MAC层的工作模式 4.2.3 分布式协调功能(DCF) 4.2.4 集中式协调功能(PCF) 4.2.5 DCF与PCF机制的局限性 4.2.6 IEEE 802.11的QoS保障 4.3 小结第5章 常用MAC层协议简介 5.1 基于竞争方式的MAC协议 5.1.1 S-MAC协议 5.1.2 T-MAC协议 5.1.3 SiR协议 5.1.4 S-MAC Sift协议 5.1.5 WiseMAC协议 5.1.6 其他基于竞争的MAC协议 5.2 基于时分复用的MAC协议 5.2.1 基于分簇网络的MAC协议 5.2.2 AL-LMAC协议 5.2.3 TRAMA协议 5.2.4 DMAC 5.2.5 其他基于时分复用的MAC协议 5.3 TDMA和FDMA结合的协议 5.4 小结第6章 无线传感器网络硬件开发 6.1 无线传感器网络硬件开发需考虑的因素 6.1.1 无线传感器网络的应用类别 6.1.2 无线传感器节点的设计要求 6.2 节点的组成与核心模块设计 6.3 节点设计实例 6.3.1 无线传感器网络节点的结构 6.3.2 微控制单元芯片选择和设计 6.3.3 无线传输单元芯片选择和设计 6.3.4 传感器模块芯片选择和设计 6.4 小结第7章嵌入式操作系统 7.1 传感器节点对操作系统的需求 7.2 TinyOS操作系统 7.2.1 简介 7.2.2 基于组件的体系结构 7.2.3 任务调度机制 7.2.4 通信机制 7.3 MiniOS操作系统 7.3.1 MiniOS简介 7.3.2 MiniOS的进程管理 7.3.3 系统时钟服务 7.3.4 MiniOS的内存管理 7.3.5 通信与同步 7.3.6 中断过程及处理 7.4 小结第8章 无线传感器网络应用 8.1 军事领域的应用 8.1.1 智能尘埃 8.1.2 目标定位和跟踪 8.1.3 防核生化袭击 8.1.4 灵巧传感器网络(SSW) 8.1.5 WSN在协同作战中的应用 8.2 无线传感器网络用于城市交通管理 8.2.1 智能交通系统 8.2.2 智能公交系统 8.3 环境科学的应用 8.3.1 环境监测 8.3.2 无线温室监测系统 8.3.3 詹姆斯保护区研究项目 8.3.4 PODS研究项目 8.3.5 森林火灾监测系统 8.3.6 无线传感器在煤田监测中的应用 8.4 医疗健康方面的应用 8.4.1 医疗检测领域常用传感器 8.4.2 远程医疗监护系统 8.4.3 呼吸医疗监视仪 8.4.4 药物生产监控系统应用 8.4.5 药物临床实验监控系统应用 8.4.6 无人智能药物超市应用 8.4.7 住院患者管理 8.5 无线传感器网络技术在室内环境的应用 8.5.1 智能家居系统 8.5.2 智能建筑系统 8.6 其他应用 8.7 小结参考文献
· · · · · · (收起)
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