书籍详情
基于能量效率的无线传感器网络数据传输技术研究
作者：王海军 著
出版社：华中科技大学出版社
出版时间：2021-11-01
ISBN：9787568071963
定价：¥68.00
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内容简介
随着无线通信、低功耗和高集成度的数字电子产品与微机电系统技术的发展，由传感器、无线通信和网络三大技术融合而形成的无线传感器网络引起了人们的广泛关注。作为影响无线传感器网络性能的一个核心方面，传感器节点及网络的节能问题已成为当前研究的热点之一。本书主要介绍了无线传感器网络概述、信道访问机制、MAC层协议性能优化、分簇路由协议、数据融合技术等，探讨了相关的前沿技术。本书既可作为高等学校高年级本科生和研究生的教材和工程技术开发人员的参考书，也可供无线传感器网络和物联网相关专业人士阅读。因此，本成果的出版具有重要的理论意义和实际应用意义。
作者简介
王海军，男，1977年11月生，湖北老河口人，工学硕士，副教授，湖北第二师范学院计算机学院副院长。主持省级自然科学基金项目1项、省级教研项目1项、省教育厅科研项目3项，参与*、省级等科研项目10余项，发表核心论文10余篇，获得专利授权3项，软件著作权1项，获得第八届湖北省高等学校教学成果奖二等奖。
目录
第1章无线传感器网络概述..1
1.1无线传感器网络的概念..1
1.1.1传感器节点的基本结构..3
1.1.2无线传感器网络的体系结构..5
1.2无线传感器网络的特点及应用..7
1.3无线传感器网络研究的关键技术..10
第2章基于IEEE 802.15.4的无线传感器络信道访问机制..12
2.1IEEE 802.15.4标准体系结构..12
2.1.1物理层..13
2.1.2MAC层..14
2.2超帧结构和数据传输模型..15
2.3MAC层丢包率研究..18
2.3.1基于重传的IEEE 802.15.4网络丢包率研究..19
2.3.2基于隐藏终端的IEEE 802.15.4网络丢包率研究..23
2.3.3基于马尔科夫链的IEEE 802.15.4网络防丢包信道访问机制研究..29
第3章MAC协议性能优化研究..35
3.1CSMA/CA信道访问机制..35
3.1.1工作模式..35
3.1.2CSMA/CA算法流程..36
3.2提前休眠的时隙CSMA/CA机制..39
3.2.1时隙CSMA/CA算法建模..39
3.2.2性能参数分析..42
3.2.3信道平均吞吐量和节点平均能量消耗比较..43
3.3基于超帧结构的节点状态转换机制..44
3.3.1数据包服务时间 ..44
3.3.2节点状态转化建模和数据包平均服务时间..45
3.3.3数据包服务时间性能分析..47
第4章基于6LoWPAN的无线传感器网络低功耗MAC协议研究..51
4.16LoWPAN网络概述..51
4.2MAC层节点能耗分析..55
4.2.1影响节点能量消耗的重要因素..55
4.2.2低功耗睡眠调度..56
4.36LoWPAN网络能耗性能建模分析..58
4.3.1信道竞争过程建模 ..58
4.3.2网络性能分析 ..60
4.46LoWPAN网络信道吞吐量研究..63
4.4.16LoWPAN网络信道接入机制建模..63
4.4.2吞吐量性能分析..65
4.5基于泊松分布的6LoWPAN网络节点能耗分析..68
4.5.1节点平均能耗..69
4.5.2网络能耗和协议性能评估..72
第5章无线传感器网络路由协议概述..75
5.1无线传感器网络路由协议设计要求..75
5.2能耗模型..78
5.3无线传感器网络路由协议分类..80
5.3.1平面路由协议..81
5.3.2分簇路由协议..86
第6章基于能量均衡的分簇路由协议..95
6.1基于分簇技术的层次型路由协议..95
6.2基于泊松分布的无线传感器网络分簇协议性能优化..97
6.2.1分簇能耗建模 ..97
6.2.2性能优化分析..99
6.3基于多权值的低能耗WSNs分簇协议..101
6.3.1簇*举 ..102
6.3.2成簇过程..103
6.3.3实验结果与分析..103
6.4基于非竞争式簇首轮转的WSNs分簇优化方法..104
6.4.1成簇能耗..105
6.4.2数据采集能耗 ..106
6.4.3能耗分析..106
6.4.4实验结果与分析..108
第7章数据融合技术..111
7.1数据融合技术概述..111
7.1.1数据融合技术的定义..111
7.1.2数据融合技术的分类..112
7.1.3数据融合技术的作用..114
7.2一种基于*大*小贴近度的簇内数据融合机制..115
7.2.1系统模型和能耗分析..115
7.2.2簇内数据融合算法..117
7.2.3调度算法..119
7.2.4实验结果与分析..120
7.3基于移动 sink 的无线传感器网络数据采集方案..122
7.3.1系统模型与问题描述..122
7.3.2时延受限的数据收集策略..123
7.3.3优化路径选择算法..125
7.3.4实验结果与分析..127
7.4基于非均匀分簇的低能耗安全数据融合方法..129
7.4.1数据融合中的安全性问题..129
7.4.2系统模型..129
7.4.3安全数据融合策略..131
7.4.4实验结果与分析..136
参考文献..139
致谢..149
1.1无线传感器网络的概念..1
1.1.1传感器节点的基本结构..3
1.1.2无线传感器网络的体系结构..5
1.2无线传感器网络的特点及应用..7
1.3无线传感器网络研究的关键技术..10
第2章基于IEEE 802.15.4的无线传感器络信道访问机制..12
2.1IEEE 802.15.4标准体系结构..12
2.1.1物理层..13
2.1.2MAC层..14
2.2超帧结构和数据传输模型..15
2.3MAC层丢包率研究..18
2.3.1基于重传的IEEE 802.15.4网络丢包率研究..19
2.3.2基于隐藏终端的IEEE 802.15.4网络丢包率研究..23
2.3.3基于马尔科夫链的IEEE 802.15.4网络防丢包信道访问机制研究..29
第3章MAC协议性能优化研究..35
3.1CSMA/CA信道访问机制..35
3.1.1工作模式..35
3.1.2CSMA/CA算法流程..36
3.2提前休眠的时隙CSMA/CA机制..39
3.2.1时隙CSMA/CA算法建模..39
3.2.2性能参数分析..42
3.2.3信道平均吞吐量和节点平均能量消耗比较..43
3.3基于超帧结构的节点状态转换机制..44
3.3.1数据包服务时间 ..44
3.3.2节点状态转化建模和数据包平均服务时间..45
3.3.3数据包服务时间性能分析..47
第4章基于6LoWPAN的无线传感器网络低功耗MAC协议研究..51
4.16LoWPAN网络概述..51
4.2MAC层节点能耗分析..55
4.2.1影响节点能量消耗的重要因素..55
4.2.2低功耗睡眠调度..56
4.36LoWPAN网络能耗性能建模分析..58
4.3.1信道竞争过程建模 ..58
4.3.2网络性能分析 ..60
4.46LoWPAN网络信道吞吐量研究..63
4.4.16LoWPAN网络信道接入机制建模..63
4.4.2吞吐量性能分析..65
4.5基于泊松分布的6LoWPAN网络节点能耗分析..68
4.5.1节点平均能耗..69
4.5.2网络能耗和协议性能评估..72
第5章无线传感器网络路由协议概述..75
5.1无线传感器网络路由协议设计要求..75
5.2能耗模型..78
5.3无线传感器网络路由协议分类..80
5.3.1平面路由协议..81
5.3.2分簇路由协议..86
第6章基于能量均衡的分簇路由协议..95
6.1基于分簇技术的层次型路由协议..95
6.2基于泊松分布的无线传感器网络分簇协议性能优化..97
6.2.1分簇能耗建模 ..97
6.2.2性能优化分析..99
6.3基于多权值的低能耗WSNs分簇协议..101
6.3.1簇*举 ..102
6.3.2成簇过程..103
6.3.3实验结果与分析..103
6.4基于非竞争式簇首轮转的WSNs分簇优化方法..104
6.4.1成簇能耗..105
6.4.2数据采集能耗 ..106
6.4.3能耗分析..106
6.4.4实验结果与分析..108
第7章数据融合技术..111
7.1数据融合技术概述..111
7.1.1数据融合技术的定义..111
7.1.2数据融合技术的分类..112
7.1.3数据融合技术的作用..114
7.2一种基于*大*小贴近度的簇内数据融合机制..115
7.2.1系统模型和能耗分析..115
7.2.2簇内数据融合算法..117
7.2.3调度算法..119
7.2.4实验结果与分析..120
7.3基于移动 sink 的无线传感器网络数据采集方案..122
7.3.1系统模型与问题描述..122
7.3.2时延受限的数据收集策略..123
7.3.3优化路径选择算法..125
7.3.4实验结果与分析..127
7.4基于非均匀分簇的低能耗安全数据融合方法..129
7.4.1数据融合中的安全性问题..129
7.4.2系统模型..129
7.4.3安全数据融合策略..131
7.4.4实验结果与分析..136
参考文献..139
致谢..149
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