面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

前言

隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器開始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)。由這些微型傳感器構(gòu)成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的極大關(guān)注。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠協(xié)作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知、采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡、準(zhǔn)確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，面臨著和其他關(guān)鍵技術(shù)相融合的挑戰(zhàn)。本書是一本講述面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的混合式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)書籍。本書根據(jù)面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)任務(wù)的應(yīng)用需求，提出了混合式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要針對(duì)此類系統(tǒng)中的通信協(xié)議、信息處理等相關(guān)熱點(diǎn)問題進(jìn)行研究，研究探討如何將其用于貨物列車車輛安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并考慮在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)。本書在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于車載無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的列車運(yùn)行安全信息監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：60776834）、“具有能量采集、感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議研究”（項(xiàng)目編號(hào)：60870010）和北京高校物流技術(shù)工程研究中心建設(shè)項(xiàng)目的資助下展開了相關(guān)的研究。全書共分7章。第1章簡(jiǎn)要介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的概念和研究現(xiàn)狀。第2章構(gòu)建了能夠綜合主動(dòng)式和反應(yīng)式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的混合式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。第3章分析WSN中MAC協(xié)議的現(xiàn)狀，針對(duì)面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的混合式無(wú)線傳感器的需求，設(shè)計(jì)了3種非同步模式媒體訪問控制協(xié)議。第4章通過(guò)對(duì)現(xiàn)有路由協(xié)議的分析，結(jié)合HRM-WSN系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行路由協(xié)議研究，結(jié)合不同應(yīng)用需求設(shè)計(jì)了3種路由算法。第5章中針對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中異常事件及時(shí)探測(cè)的需求和傳感器硬件資源以及能量供給的限制，提出了一種適應(yīng)于微控制器的低功耗信號(hào)處理方法（即負(fù)系數(shù)加權(quán)偽中值濾波）。

內(nèi)容概要

本書是國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和北京高校物流技術(shù)工程研究中心建設(shè)項(xiàng)目資助下的研究成果。    根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用需求，本書將主動(dòng)式和反應(yīng)式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)相結(jié)合，構(gòu)建了面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的混合式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。主要針對(duì)此類系統(tǒng)中的通信協(xié)議、信息處理等相關(guān)熱點(diǎn)問題進(jìn)行研究，研究探討如何將其用于貨物列車車輛安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并考慮在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)。這類無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)周期性數(shù)據(jù)采集和異常事件的及時(shí)探測(cè)，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)區(qū)域內(nèi)對(duì)象的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。     本書是一本講述面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的混合式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)書籍，可作為高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)、通信專業(yè)本科高年級(jí)學(xué)生或研究生學(xué)習(xí)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的參考書，也可供從事無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的工程技術(shù)人員參考使用。

書籍目錄

第1章  緒論  1．1  無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述  1．2  無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)    1．2．1  WSN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)    1．2．2  WSN的特點(diǎn)    1．2．3  WSN的應(yīng)用前景  1．3  無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀    1．3．1  節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的理論和技術(shù)    1．3．2  通信協(xié)議的理論和技術(shù)    1．3．3  核心支撐技術(shù)    1．3．4  網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)研究    1．3．5  WSN實(shí)踐與應(yīng)用    1．4小結(jié)第2章  面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的混合式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)  2．1  面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的混合式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)概述    2．1．1  HRM-WSN系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用    2．1．2  HRM—WSN系統(tǒng)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)  2．2  HRM-WSN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  2．3  HRM-WSN系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則  2．4  HRM-WSN系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容  2．5  小結(jié)第3章  HIRM-WSN中自適應(yīng)低功耗MAC協(xié)議  3．1 WSN中MAC協(xié)議研究    3．1．1  協(xié)議能耗分析    3．1．2  協(xié)議設(shè)計(jì)目標(biāo)    3．1．3  典型的MAC協(xié)議  3．2  Ouorum矩陣表格和FRTS機(jī)制    3．2．1  Quorum矩陣表格    3．2．2  FIHS機(jī)制  3．3  A2FMAC協(xié)議的設(shè)計(jì)與分析    3．3．1  非同步工作模式的產(chǎn)生    3．3．2  A2FMAC協(xié)議描述    3．3．3  協(xié)議節(jié)能和時(shí)延特性分析    3．3．4  協(xié)議的仿真分析  3．4  EAZMAC協(xié)議的設(shè)計(jì)與分析    3．4．1  展Quorum矩陣表格    3．4．2  EAZMAC協(xié)議工作模式    3．4．3  協(xié)議節(jié)能特性分析    3．4．4  協(xié)議仿真分析  3．5  VGP-MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)與分析    3．5．1  VGP-MAC協(xié)議工作模式    3．5．2  VGP-MAC仿真分析  3．6  小結(jié)第4章  HRM-WSN中路由協(xié)議  4．1  WSN中路由協(xié)議研究    4．1．1  典型的WSN中路由協(xié)議    4．1．2  HRM-WSN路由協(xié)議設(shè)計(jì)原則  4．2  WSN路由協(xié)議中能量補(bǔ)給  4．3  基于減法聚類的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法    4．3．1  簇頭產(chǎn)生算法    4．3．2  簇的形成算法    4．3．3  仿真分析  4．4  分簇單跳路由算法    4．4．1  簇頭數(shù)量的確定    4．4．2  簇頭選擇機(jī)制    4．4．3  非簇頭歸屬機(jī)制    4．4．4  仿真分析  4．5  基于Qos的多路徑路由算法    4．5．1  HRM-MP算法的問題描述    4．5．2  HRM-MP算法設(shè)計(jì)    4．5．3  仿真與分析  4．6  小結(jié)第5章 HRM-WSN中節(jié)點(diǎn)信號(hào)處理技術(shù)  5．1  HRM-WSN中信號(hào)處理技術(shù)概述    5．1．1  WSN中信號(hào)處理技術(shù)    5．1．2  中值濾波  5．2  加權(quán)中值濾波及偽中值濾波算法    5．2．1  加權(quán)中值濾波    5．2．2  加權(quán)偽中值濾波  5．3  具有選頻特性偽中值濾波算法設(shè)計(jì)與分析    5．3．1  Mallows綜合算法    5．3．2  具有選頻特性的偽中值濾波算法設(shè)計(jì)    5．3．3  仿真與分析  5．4  小結(jié)第6章  車載式貨物列車車輛運(yùn)行狀態(tài)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用  6．1  車載式貨物列車車輛運(yùn)行狀態(tài)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可行性研究    6．1．1  貨物列車車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀    6．1．2  確定狀態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)容  6．2  車載式貨物列車車輛運(yùn)行狀態(tài)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)  6．3  車載式貨物列車車輛運(yùn)行狀態(tài)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)    6．3．1  傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)    6．3．2  匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)    6．3．3  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)    6．3．4  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)  6．4  小結(jié)第7章  物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下HRM-WSN的研究與挑戰(zhàn)  7．1  物聯(lián)網(wǎng)與CPS    7．1．1  物聯(lián)網(wǎng)    7．1．2  CPS  7．2  物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的WSN技術(shù)    7．2．1  物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的WSN技術(shù)    7．2．2  物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下HRM．WSN的研究  7．3  小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種傳感和傳輸手段，將現(xiàn)實(shí)世界的信息進(jìn)行自動(dòng)化、實(shí)時(shí)性、大范圍、全天候的標(biāo)記、采集、傳輸和分析，并以此為基礎(chǔ)搭建信息運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，構(gòu)建應(yīng)用體系，從而增強(qiáng)社會(huì)生產(chǎn)生活中信息互通性和決策智能化的綜合性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)可劃分為信息采集、信息傳輸、信息運(yùn)營(yíng)和整合應(yīng)用四個(gè)層級(jí)。根據(jù)易觀國(guó)際（Analysys International）最近發(fā)布的國(guó)內(nèi)首部物聯(lián)網(wǎng)全景報(bào)告《中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)白皮書之一——無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》中數(shù)據(jù)顯示，作為物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)階段發(fā)展核心的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)，其市場(chǎng)規(guī)模將在未來(lái)兩年內(nèi)增長(zhǎng)15倍，達(dá)到40億元。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，還將帶動(dòng)射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）等其他物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，為其提供更明確的應(yīng)用方向和更豐富的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。目前，由信息采集層和信息傳輸層構(gòu)成的信息感知體系是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推進(jìn)的主要領(lǐng)域，而在其中起到關(guān)鍵推動(dòng)作用的就是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)行業(yè)。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為政府推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的首要著力點(diǎn)，其理論和應(yīng)用研究也成為熱點(diǎn)。

編輯推薦

《面向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》：北京高校物流技術(shù)工程研究中心建設(shè)項(xiàng)目

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