傳感器網(wǎng)絡中的盲源分離與信號重構

前言

　　信號分離和重構是近年來國際信號處理領域的研究熱點?；煦缧盘柕拿し蛛x和重構在混沌通信和其他領域中都有潛在的應用價值。其他信號的分離和重構也廣泛應用于通信系統(tǒng)干擾抑制、語音識別、圖像恢復等領域。盲源分離的問題背景是一個傳感器陣列中的多個傳感器同時觀測到多個源信號的混疊，從多個觀測信號中同時分離所有源信號或者依次提取源信號。研究人員對語音和圖像信號的分離研究得很多，而對混沌信號的分離很少關注。另外，現(xiàn)有的盲源分離方面的研究主要在傳感器陣列平臺上進行，傳感器的原始觀測信號可以被直接利用。已有的混沌信號重構方面的研究大多針對點對點的信號模型，沒有考慮傳感器網(wǎng)絡中的混沌信號重構?！　鞲衅骶W(wǎng)絡部署方便、價格低廉，有望應用于智能家居、交通預報、水下和化學放射等危險區(qū)域探測、戰(zhàn)場監(jiān)視等場合。它是新興的面向應用的分布式計算平臺，能夠完成信號檢測和估計等任務。在這個新的平臺上，盲源分離和信號重構問題的研究還很少有人涉及。這兩個問題都屬于分布式估計的范疇。由于傳感器的通信帶寬受限，需要將觀測信號先進行量化，再進行傳輸。觀測噪聲、量化噪聲和無線通信引起的誤碼都會導致觀測信號失真。另外，傳感器網(wǎng)絡中的資源約束和網(wǎng)絡復雜性使得傳感器網(wǎng)絡中分布式估計問題的研究充滿了挑戰(zhàn)性。傳感器節(jié)點自帶能量有限，部署以后很難回收。傳感器節(jié)點的計算能力和存儲空間也有限。傳感器網(wǎng)絡一般部署在惡劣的自然環(huán)境中，傳感器節(jié)點和數(shù)據(jù)鏈接都很容易出故障。這些因素都要求我們設計簡單的分布式估計方案，在能量約束下盡可能獲得好的估計性能。目前，傳感器網(wǎng)絡中的分布式估計問題研究涉及單個參數(shù)估計、一個或者多個信號估計，但是很少考慮盲源分離和混沌信號重構?！　≈吒鶕?jù)目前的技術發(fā)展和近年來所取得的一些研究成果，編寫了這本專門介紹傳感器網(wǎng)絡中的盲源分離與信號重構技術的書籍?！　”緯譃?0章，具體內容編排如下：　　第1章介紹傳感器網(wǎng)絡的系統(tǒng)架構、關鍵問題和發(fā)展趨勢；　　第2章介紹分布式估計的量化器和估計器設計方法；　　第3章介紹盲源分離的混疊模型和經典算法；　　第4章介紹信號重構的模型和經典算法；　　第5章詳細地講述帶寬受限的傳感器網(wǎng)絡中實現(xiàn)盲源提取的方案；　　第6章介紹傳感器網(wǎng)絡的拓撲結構對其中盲源提取的性能和能效的影響；　　第7章討論多簇傳感器網(wǎng)絡執(zhí)行盲源提取時的性能和能耗之間的折中；　　第8章討論多跳傳感器網(wǎng)絡執(zhí)行盲源提取時的性能和生命周期之間的折中；　　第9章介紹多跳傳感器網(wǎng)絡中分布式估計的性能和能耗；　　第10章介紹一種在帶寬受限的傳感器網(wǎng)絡中重構混沌信號的方法?！　”緯芯績热菔艿絿易匀豢茖W基金項目、國家自然科學基金-廣東省自然科學基金聯(lián)合基金項目（編號U0835001）、香港理工大學基金（編號1-BBZA，G-YF51）、廣西教育廳重大項目（編號201101ZD006）以及華南理工大學研究生重點課程建設基金（編號yjzk2011001）的資助，在此特別表示感謝。在本書的編寫過程中，參閱了大量中英文參考文獻，在此對原作者表示感謝?！　∮捎趥鞲衅骶W(wǎng)絡中的分布式估計技術、盲源分離技術和信號重構技術正在不斷發(fā)展，再加上著者學識有限，書中錯誤在所難免，敬請廣大讀者批評指正。歡迎讀者來信討論其中的技術問題。　　著者　　2012年9月

內容概要

　　本書系統(tǒng)地闡釋了傳感器網(wǎng)絡中盲源分離與信號重構的算法、性能評估及能效和生命周期優(yōu)化。全書共10章，內容包括：傳感器網(wǎng)絡的系統(tǒng)架構、關鍵問題和發(fā)展趨勢；分布式估計的量化器和估計器的設計方法；盲源分離的混疊模型和經典算法；信號重構的模型和經典算法；帶寬受限的傳感器網(wǎng)絡中實現(xiàn)盲源提取的方案；傳感器網(wǎng)絡的拓撲結構對其中盲源提取的性能和能效的影響；多簇傳感器網(wǎng)絡執(zhí)行盲源提取時的性能和能耗之間的折中；多跳傳感器網(wǎng)絡執(zhí)行盲源提取時的性能和生命周期之間的折中；多跳傳感器網(wǎng)絡中分布式估計的性能和能耗；在帶寬受限的傳感器網(wǎng)絡中重構混沌信號的方法。

書籍目錄

第1章 傳感器網(wǎng)絡
　1.1 引言
　1.2 系統(tǒng)架構
　　1.2.1 有簇和無簇的傳感器網(wǎng)絡
　　1.2.2 單跳和多跳的傳感器網(wǎng)絡
　1.3 關鍵技術
　　1.3.1 分簇
　　1.3.2 節(jié)點休眠調度
　　1.3.3 媒質接入控制協(xié)議
　　1.3.4 路由協(xié)議
　　1.3.5 同步
　　1.3.6 分布式信號處理
　1.4 發(fā)展趨勢
　　1.4.1 物聯(lián)網(wǎng)
　　1.4.2 能量獲取傳感器網(wǎng)絡
　　1.4.3 傳感器網(wǎng)絡無線充電
　1.5 本章小結
　參考文獻
第2章 分布式估計
　2.1 引言
　2.2 普適分布式估計器
　2.3 最大似然分布式估計器
　2.4 分布式估計的性能和能耗
　2.5 本章小結
　參考文獻
第3章 盲源分離
　3.1 引言
　3.2 混疊模型
　3.3 經典算法
　3.4 本章小結
　參考文獻
第4章 信號重構
　4.1 引言
　4.2 系統(tǒng)模型
　4.3 經典算法
　4.4 本章小結
　參考文獻
第5章 帶寬受限傳感器網(wǎng)絡中的盲源提取
　5.1 引言
　5.2 傳感器陣列中的盲源提取
　　5.2.1 混疊模型
　　5.2.2 盲源提取算法
　5.3 均勻傳感器網(wǎng)絡中的盲源提取
　　5.3.1 盲源提取方案
　　5.3.2 盲源提取算法
　　5.3.3 仿真結果
　5.4 非均勻傳感器網(wǎng)絡中的盲源提取
　　5.4.1 傳感器的觀測信號重構
　　5.4.2 傳感器選擇方案
　　5.4.3 仿真結果
　5.5 本章小結
　參考文獻
第6章 拓撲結構對傳感器網(wǎng)絡中盲源提取的性能和能效的影響
　6.1 引 言
　6.2 針對無噪混疊的基準盲源提取
　6.3 有簇的傳感器網(wǎng)絡中的盲源提取
　6.4 帶融合中心的傳感器網(wǎng)絡中的盲源提取
　6.5 級聯(lián)的傳感器網(wǎng)絡中的盲源提取
　6.6 觀測信號含噪時的盲源提取
　6.7 能效和生命周期對比
　　6.7.1 能效對比
　　6.7.2 生命周期對比
　6.8 討論
　　6.8.1 傳感器故障的影響
　　6.8.2 數(shù)據(jù)鏈接故障的影響
　6.9 仿真結果
　　6.9.1 傳感器數(shù)對性能的影響
　　6.9.2 量化比特數(shù)對性能的影響
　　6.9.3 觀測噪聲對性能的影響
　　6.9.4 能效對比
　　6.9.5 生命周期對比
　　6.9.6 傳感器故障和數(shù)據(jù)鏈接故障對性能的影響
　　6.9.7 傳播提取向量過程中的差錯對性能的影響
　6.10 本章小結
　參考文獻
第7章 多簇傳感器網(wǎng)絡中盲源提取的有效能耗最小化
　7.1 引言
　7.2 多簇傳感器網(wǎng)絡中的盲源提取
　7.3 盲源提取算法
　　7.3.1 第一階段的算法
　　7.3.2 第二階段的算法
　7.4 待折中的參數(shù)
　　7.4.1 盲源提取的性能
　　7.4.2 傳感器網(wǎng)絡中的總能耗
　　7.4.3 優(yōu)化尺度
　　7.4.4 最優(yōu)簇數(shù)
　7.5 形成簇的策略
　7.6 關于最優(yōu)簇數(shù)的分析
　　7.6.1 最優(yōu)簇數(shù)和源信號數(shù)之間的關系
　　7.6.2 最優(yōu)簇數(shù)和觀測信號數(shù)之間的關系
　　7.6.3 最優(yōu)簇數(shù)和樣本數(shù)之間的關系
　7.7 仿真結果
　7.8 本章小結
　參考文獻
第8章 多跳傳感器網(wǎng)絡中盲源提取的性能和生命周期的折中
　8.1 引言
　8.2 多跳傳感器網(wǎng)絡中的盲源提取
　8.3 關于通信差錯的分析
　8.4 網(wǎng)絡生命周期
　　8.4.1 單個傳感器的能量約束
　　8.4.2 網(wǎng)絡的能量約束
　　8.4.3 生命周期最大化
　8.5 性能和生命周期的折中
　　8.5.1 性能評價準則
　　8.5.2 優(yōu)化問題
　　8.5.3 關于優(yōu)化問題解的分析
　8.6 能量分配策略
　8.7 仿真結果
　　8.7.1 性能和分支數(shù)之間的關系
　　8.7.2 性能和每個信道的誤比特率之間的關系
　　8.7.3 性能和每個分支上的傳感器數(shù)之間的關系
　　8.7.4 生命周期和能量約束之間的關系
　　8.7.5 生命周期內的性能變化關系
　　8.7.6 性能和生命周期的折中
　　8.7.7 網(wǎng)絡能量約束下的能量分配
　8.8 本章小結
　參考文獻
第9章 多跳傳感器網(wǎng)絡中分布式估計的性能和能耗
　9.1 引言
　9.2 多跳傳感器網(wǎng)絡中的分布式估計
　9.3 能耗和網(wǎng)絡生命周期
　9.4 折中
　　9.4.1 性能和能耗之間的折中
　　9.4.2 性能和生命周期之間的折中
　9.5 分析
　　9.5.1 均勻感知環(huán)境
　　9.5.2 非均勻感知環(huán)境
　9.6 仿真結果
　　9.6.1 性能—能耗折中
　　9.6.2 生命周期內的性能變化
　　9.6.3 性能—生命周期折中
　9.7 本章小結
　參考文獻
第10章 傳感器網(wǎng)絡中的信號重構
　10.1 引言
　10.2 信號重構問題
　10.3 重構算法
　　10.3.1 觀測信號的重組
　　10.3.2 基準信號重構和最佳線性無偏估計
　　10.3.3 傳感器網(wǎng)絡中的信號重構算法
　　10.3.4 性能仿真
　10.4 基于閾值判決的傳感器選擇策略
　　10.4.1 代價函數(shù)和閾值之間的關系分析
　　10.4.2 仿真結果
　10.5 本章小結
　　參考文獻

編輯推薦

陳宏濱編著的《傳感器網(wǎng)絡中的盲源分離與信號重構(精)》系統(tǒng)地闡釋了傳感器網(wǎng)絡中盲源分離與信號重構的算法、性能評估及能效和生命周期優(yōu)化。本書可供從事傳感器網(wǎng)絡研究和開發(fā)的科研人員，高等院校通信、信息工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、傳感網(wǎng)工程及相關專業(yè)的教師、研究生和高年級本科生參考學習。

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