书籍详情
无线传感器网络MAC协议分析与实现
作者：杨志军，谢显杰，丁洪伟 著
出版社：科学出版社
出版时间：2019-01-01
ISBN：9787030594365
定价：¥98.00
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内容简介
作为一种获取信息的新型技术，无线传感器网络已成为网络研究的热点。在无线传感器网络中，媒体接入控制层是影响网络运行的关键技术，它不仅决定着无线信道中资源的分配情况，影响着网络中各节点所携带的有限能源的使用，与此同时还必须满足网络动态变化以及一些突发业务的需求。本书在分析研究已有的无线传感器网络MAC协议基础上，对MAC协议的轮询控制机制进行研究。一直以来轮询系统特性的精确解析是MAC协议研究的难点，尤其是对其二阶特性的精确解析，其过程相当复杂且难度非常大。本书采用嵌入式Markov链和概率母函数的分析方法对无线传感器网络轮询系统进行研究，分别精确分析了基本的轮询系统、区分忙/闲环的并行调度轮询系统、非对称完全轮询服务系统、区分优先级的双队列多服务台排队系统、两级优先轮询系统等。并在此基础上开展对系统的实施进行研究，采用无线传感器网络操作系统TinyOS以及FPGA来进行新系统的实现，在实现过程中对MAC帧结构、轮询控制流程等都做了详细的设计，以求用实际的应用场景来验证无线传感器网络的MAC协议轮询控制系统的分析结果，并对比分析各类轮询系统的优劣性。
作者简介
暂缺《无线传感器网络MAC协议分析与实现》作者简介
目录
目录
前言
章 无线传感器网络MAC协议概述 1
节 无线传感器网络简介 1
一、无线传感器网络体系结构 1
二、无线传感器网络的特性 2
三、无线传感器网络的主要应用 4
第二节 无线传感器网络MAC协议简介 5
一、无线传感器网络MAC协议设计原则 6
二、无线传感器网络MAC协议研究现状 7
第二章 无线传感器网络MAC协议基本轮询系统模型 16
节 基本轮询系统模型 16
第二节 门限服务系统 17
一、平均排队队长 18
二、平均查询周期 18
三、平均等待时间 18
第三节 完全服务系统 19
一、平均排队队长 19
二、平均查询周期 19
三、平均等待时间 20
第四节 限定(k=1)服务系统 20
一、平均排队队长 20
二、平均查询周期 21
三、平均等待时间 21
第五节 三种基本的轮询服务系统性能的分析和比较 21
本章小结 23
第三章 区分忙/闲环的并行调度轮询系统分析研究 24
节 区分忙/闲环的并行调度轮询系统模型 24
一、系统模型分析 24
二、平均排队队长 27
三、平均查询周期 27
四、平均等待时间 28
五、数值理论分析及实验分析 29
六、改进后模型与单一门限服务的比较 38
第二节 区分忙/闲节点的无线传感器网络轮询控制机制研究 43
一、帧的设计 44
二、接入控制过程描述 45
三、区分忙/闲环的并行调度轮询控制的调度机制 48
四、实验分析 50
五、模型的电池损耗节能分析 56
本章小结 58
第四章 非对称完全轮询服务系统研究 59
节 非对称完全轮询服务系统模型 59
一、数学模型的构建 59
二、仿真及实验分析 63
第二节 两级优先级非对称轮询服务系统研究 71
一、两级优先级非对称轮询数学模型 72
二、仿真实验及性能分析 80
第三节 非对称及区分优先级非对称轮询系统研究 87
第四节 基于轮询系统的数据采集方案 99
一、点对点通信实现数据采集的形式 99
二、轮询系统实现数据采集 102
本章小结 104
第五章 区分优先级的双队列多服务台排队系统研究 105
节 经典排队模型分析 105
一、经典排队论概述 105
二、两个重要分布 109
三、Little定理 109
四、Markov链 110
五、几种常见的排队模型 111
第二节 具有两种会话类型的多服务台排队系统分析 115
一、系统模型描述 116
二、模型分析 117
三、系统的稳态方程 118
四、不同会话类型的平均用户数和阻塞率 119
五、仿真实验分析 121
第三节 区分优先级的双队列排队系统分析 123
一、区分优先级的双队列单服务台排队模型分析 123
二、区分优先级的双队列双服务台排队模型分析 128
三、区分优先级的双队列多服务台排队模型分析 134
本章小结 143
第六章 基于TinyOS的无线传感器网络MAC协议分析研究 144
节 TinyOS系统概述 144
一、TinyOS的特点 144
二、TinyOS体系结构 147
第二节 基于TinyOS的MAC协议设计 147
一、MAC协议及文件组织结构 148
二、超帧结构 150
三、MAC层帧结构 151
四、无线传感器网络轮询控制功能设计 156
第三节 基于TinyOS的轮询控制MAC协议实施 159
一、传感器节点的选择与结构 160
二、Cortex-M3处理器简介 163
三、CC2538内部及外围电路 164
第四节 基于TinyOS的无线传感器网络MAC协议实现 166
一、message_t消息结构体 166
二、CC2538射频通信实现 168
三、基于TinyOS的轮询控制功能实现 171
第五节 三类轮询控制系统实施研究 178
一、实施系统工作条件 178
二、三类轮询控制系统实施结果分析 179
第六节 基于TinyOS的区分优先级轮询控制系统模型研究 180
一、系统模型 180
二、平均排队队长分析 183
三、平均时延分析 185
四、区分优先级的轮询控制系统设计研究 185
本章小结 192
第七章 基于FPGA的区分优先级混合服务两级轮询系统分析研究 193
节 区分优先级的混合服务两级轮询系统模型 193
一、系统模型 193
二、平均排队队长分析 195
三、平均时延分析 196
第二节 基于FPGA的区分优先级混合服务两级轮询系统实现 197
一、信源模块 197
二、站点模块 197
三、控制模块 198
四、接收模块 199
五、系统实现及仿真分析 199
本章小结 201
参考文献 202
前言
章 无线传感器网络MAC协议概述 1
节 无线传感器网络简介 1
一、无线传感器网络体系结构 1
二、无线传感器网络的特性 2
三、无线传感器网络的主要应用 4
第二节 无线传感器网络MAC协议简介 5
一、无线传感器网络MAC协议设计原则 6
二、无线传感器网络MAC协议研究现状 7
第二章 无线传感器网络MAC协议基本轮询系统模型 16
节 基本轮询系统模型 16
第二节 门限服务系统 17
一、平均排队队长 18
二、平均查询周期 18
三、平均等待时间 18
第三节 完全服务系统 19
一、平均排队队长 19
二、平均查询周期 19
三、平均等待时间 20
第四节 限定(k=1)服务系统 20
一、平均排队队长 20
二、平均查询周期 21
三、平均等待时间 21
第五节 三种基本的轮询服务系统性能的分析和比较 21
本章小结 23
第三章 区分忙/闲环的并行调度轮询系统分析研究 24
节 区分忙/闲环的并行调度轮询系统模型 24
一、系统模型分析 24
二、平均排队队长 27
三、平均查询周期 27
四、平均等待时间 28
五、数值理论分析及实验分析 29
六、改进后模型与单一门限服务的比较 38
第二节 区分忙/闲节点的无线传感器网络轮询控制机制研究 43
一、帧的设计 44
二、接入控制过程描述 45
三、区分忙/闲环的并行调度轮询控制的调度机制 48
四、实验分析 50
五、模型的电池损耗节能分析 56
本章小结 58
第四章 非对称完全轮询服务系统研究 59
节 非对称完全轮询服务系统模型 59
一、数学模型的构建 59
二、仿真及实验分析 63
第二节 两级优先级非对称轮询服务系统研究 71
一、两级优先级非对称轮询数学模型 72
二、仿真实验及性能分析 80
第三节 非对称及区分优先级非对称轮询系统研究 87
第四节 基于轮询系统的数据采集方案 99
一、点对点通信实现数据采集的形式 99
二、轮询系统实现数据采集 102
本章小结 104
第五章 区分优先级的双队列多服务台排队系统研究 105
节 经典排队模型分析 105
一、经典排队论概述 105
二、两个重要分布 109
三、Little定理 109
四、Markov链 110
五、几种常见的排队模型 111
第二节 具有两种会话类型的多服务台排队系统分析 115
一、系统模型描述 116
二、模型分析 117
三、系统的稳态方程 118
四、不同会话类型的平均用户数和阻塞率 119
五、仿真实验分析 121
第三节 区分优先级的双队列排队系统分析 123
一、区分优先级的双队列单服务台排队模型分析 123
二、区分优先级的双队列双服务台排队模型分析 128
三、区分优先级的双队列多服务台排队模型分析 134
本章小结 143
第六章 基于TinyOS的无线传感器网络MAC协议分析研究 144
节 TinyOS系统概述 144
一、TinyOS的特点 144
二、TinyOS体系结构 147
第二节 基于TinyOS的MAC协议设计 147
一、MAC协议及文件组织结构 148
二、超帧结构 150
三、MAC层帧结构 151
四、无线传感器网络轮询控制功能设计 156
第三节 基于TinyOS的轮询控制MAC协议实施 159
一、传感器节点的选择与结构 160
二、Cortex-M3处理器简介 163
三、CC2538内部及外围电路 164
第四节 基于TinyOS的无线传感器网络MAC协议实现 166
一、message_t消息结构体 166
二、CC2538射频通信实现 168
三、基于TinyOS的轮询控制功能实现 171
第五节 三类轮询控制系统实施研究 178
一、实施系统工作条件 178
二、三类轮询控制系统实施结果分析 179
第六节 基于TinyOS的区分优先级轮询控制系统模型研究 180
一、系统模型 180
二、平均排队队长分析 183
三、平均时延分析 185
四、区分优先级的轮询控制系统设计研究 185
本章小结 192
第七章 基于FPGA的区分优先级混合服务两级轮询系统分析研究 193
节 区分优先级的混合服务两级轮询系统模型 193
一、系统模型 193
二、平均排队队长分析 195
三、平均时延分析 196
第二节 基于FPGA的区分优先级混合服务两级轮询系统实现 197
一、信源模块 197
二、站点模块 197
三、控制模块 198
四、接收模块 199
五、系统实现及仿真分析 199
本章小结 201
参考文献 202
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