无线传感器网络技术及在煤矿安全监控中的应用PDF电子书下载

第一章 绪论 1

1.1 无线传感器网络概述 2

1.1.1 无线传感器网络发展历程 2

1.1.2 无线传感器网络的基本概念 5

1.1.3 无线传感器网络的结构与特点 6

1.1.4 无线传感器网络的属性分类 8

1.2 无线传感器网络系统所涉及的关键技术 10

1.2.1 MAC（Media Access Control）协议和路由协议 10

1.2.2 能量管理机制和QoS保证技术 12

1.2.3 数据融合技术 13

1.2.4 节点定位技术 14

1.2.5 数据管理 14

1.2.6 网络安全 15

1.2.7 无线通信技术 15

1.2.8 嵌入式操作系统 15

1.3 相关研究领域 16

1.3.1 无线个域网·802.15.4·UWB·Zigbee 16

1.3.2 Ad-hoc网络 18

1.3.3 普适计算（泛在计算）·智能空间 19

参考文献 21

第二章 无线传感器网络 24

2.1 无线传感器网络主要研究内容 24

2.1.1 节点硬件和操作系统研究 24

2.1.2 网络的拓扑结构及各层通信协议栈研究 25

2.1.3 无线传感器网络的纵向管理平面研究 26

2.1.4 无线传感器网络的应用研究 26

2.1.5 开发工具和环境 27

2.2 无线传感器网络类型划分 28

2.2.1 从数据处理角度对网络进行区分 28

2.2.2 从任务角度对网络进行区分 29

2.2.3 从节点移动性的角度对网络进行区分 30

2.3 无线传感器网络基本结构形式 30

2.3.1 基本结构 30

2.3.2 节点同一性原则 32

2.3.3 同传统网络的区别 33

2.4 无线传感器网络协议与软件环境设计原则 34

2.4.1 协议设计的基本原则 34

2.4.2 节点软件设计应注意的问题 35

2.5 无线传感器网络QoS（Quality of Service）问题 36

2.5.1 传统网络的QoS保障技术 36

2.5.2 Ad Hoc网络的QoS保障技术 37

2.5.3 无线传感器网络的QoS保障技术 42

2.5.4 无线传感器网络QoS问题分析 45

2.5.5 无线传感器网络主动QoS机制 46

2.6 无线传感器网络主要性能评价指标 49

参考文献 50

第三章 路由协议与成簇算法 52

3.1 无线传感器网络路由协议 52

3.1.1 路由协议设计的特点与要求 52

3.1.2 无线传感器网络路由协议的分类 53

3.1.3 路由协议的性能指标 54

3.2 分簇路由技术 55

3.3 成簇协议研究的进展 57

3.3.1 LEACH系列算法 57

3.3.2 均衡性的改进 61

3.3.3 异构 63

3.3.4 覆盖模型的影响 66

3.3.5 数据发布模型的影响 67

3.3.6 移动性的影响 68

3.4 各算法的比较分析 69

3.4.1 算法的内在性质 70

3.4.2 对节点的要求 70

3.4.3 算法的应用场景 71

3.4.4 算法的效果 72

3.5 各种成簇算法在应用过程中面临的主要问题 73

3.5.1 实验模拟与计算模型的局限性 73

3.5.2 初始参数与二次部署 73

3.5.3 簇首轮转方案的改进 74

参考文献 74

第四章 无线传感器网络MAC层技术与协议 79

4.1 无线传感器网络MAC协议概述 79

4.1.1 设计原则 79

4.1.2 无线传感器网络MAC协议分类 80

4.2 现有MAC协议分析 82

4.2.1 基于竞争的MAC协议 83

4.2.2 基于调度的MAC协议 88

4.2.3 混合MAC协议 93

4.2.4 跨层MAC协议 95

4.2.5 其它MAC协议及相关研究工作 98

4.3 基于休眠调度的介质访问控制 101

4.3.1 无线传感器网络休眠调度 101

4.3.2 现有协议及不足 103

4.3.3 能量消耗与传输延时之间的矛盾 104

4.4 LP-MAC协议设计 105

4.4.1 流量模型和梯型调度 105

4.4.2 数据分组传输和冲突避免 108

4.4.3 临时唤醒机制 110

4.4.4 延迟分析 111

参考文献 114

第五章 无线传感器网络节点定位技术 121

5.1 无线传感器网络定位技术 121

5.1.1 概述 121

5.1.2 无线传感器网络定位技术研究现状 123

5.1.3 定位算法分类 126

5.2 典型无线传感器网络节点定位方法 127

5.2.1 基于测距技术的定位方法 128

5.2.2 无须测距定位方法 134

5.2.3 算法分析与比较 138

5.3 定位算法的评价标准 140

5.4 定位技术目前存在的主要问题 143

参考文献 145

第六章 无线传感器网络节点覆盖技术 150

6.1 无线传感器网络节点节能覆盖技术的研究现状 150

6.2 无线传感器网络的简单覆盖模型 153

6.3 无线传感器网络覆盖问题的分类 155

6.3.1 按覆盖区域分类 155

6.3.2 按目标特性分类 157

6.4 评价无线传感器网络覆盖控制算法的主要指标 158

6.5 Node Self-Scheduling覆盖控制算法 160

6.5.1 基本原理与实现方法 161

6.5.2 冗余节点的判断 161

6.5.3 盲点的判断与消除 163

6.6 质心节能覆盖和节能覆盖节点集方案 164

6.6.1 覆盖与定位 164

6.6.2 无线传感器网络节能覆盖和质心覆盖法 164

6.6.3 选择覆盖网络传感器节点集的方法 166

参考文献 167

第七章 煤矿安全监控系统 169

7.1 系统分析与系统总体方案 170

7.1.1 煤矿瓦斯浓度监测系统 170

7.1.2 矿工定位系统 171

7.1.3 系统总体方案 171

7.2 系统中无线网络的通信协议 173

7.2.1 无线传感器网络常用的通信协议 173

7.2.2 ZigBee技术及其特点 175

7.2.3 ZigBee协议栈和支持的拓扑结构 177

7.3 煤矿安全监控系统的架构 182

7.3.1 系统的总体架构 182

7.3.2 系统各组成部分的功能 183

7.3.3 系统中无线网络和无线网络的连接 183

7.4 系统设计方案 184

7.4.1 传感器节点的硬件设计 184

7.4.2 系统软件设计 192

7.5 煤矿井下人员定位 201

7.5.1 煤矿井下人员定位系统软件设计思路 202

7.5.2 煤矿井下定位算法的选择与改进 204

7.5.3 定位算法误差分析 209

7.6 灾害信息的特征分析 211

7.6.1 时域特征分析 211

7.6.2 频域特征分析 212

7.7 监控界面开发与性能测试 213

7.7.1 上位机监控界面软件开发 213

7.7.2 系统调试 217

参考文献 222