无线传感器网络关键技术研究及应用PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 WSN的概述 1

1.1.1 WSN的定义 1

1.1.2 WSN的发展过程 1

1.1.3 WSN的特点 2

1.1.4 WSN的分类 2

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 矿井无线通信现状 3

1.2.2 WSN在国内外的研究现状 3

1.2.3 压缩感知的研究现状 4

1.2.4 国内外射频识别技术的研究现状 5

1.3 WSN的应用领域 6

1.4 无线传感器网络中电磁干扰 6

1.5 研究的目的和意义 7

参考文献 8

2 WSN井下电磁信号传输仿真研究 10

2.1 无线信道传输特性及建模方法 10

2.1.1 大尺度路径损耗模型及无线电磁信号的传输机制 10

2.1.2 小尺度衰弱模型 10

2.2 井下矩形直巷道中电磁信号路径传输损耗模型及仿真 14

2.2.1 频段的选择与确定 14

2.2.2 矩形直巷道中电磁信号的传输损耗 15

2.3 井下拱形直巷道中电磁信号路径传输损耗模型及仿真 20

2.3.1 介电常数和电导率对拱形巷道中电磁信号的影响 20

2.3.2 对比分析频率对拱形直巷道中电磁信号的影响 22

2.4 井下梯形直巷道中电磁信号路径传输损耗模型及仿真 24

2.4.1 电导率及介电常数对梯形巷道的影响 24

2.4.2 对比分析频率对梯形直巷道中电磁信号的影响 25

参考文献 26

3 基于分集—合并融合技术的WSN抗干扰技术研究 28

3.1 多径衰落与分集技术的研究 28

3.1.1 多径衰落 28

3.1.2 分集技术的介绍 31

3.2 合并技术的研究 33

3.2.1 合并技术的介绍 33

3.2.2 合并技术以及数学模型的建立 34

3.3 瑞利信道下最大比合并技术的研究 38

3.3.1 瑞利衰落信道下的最大比合并技术 38

3.3.2 瑞利信道下最大比合并性能仿真 41

参考文献 41

4 基于随机统计技术的钨矿电力机车对WSN电磁干扰影响研究 44

4.1 WSN电磁干扰场源研究 44

4.1.1 变频调速电机产生的电磁干扰分析 44

4.1.2 电力线缆所产生的电磁干扰分析 46

4.1.3 钨矿电机运行中产生的电磁干扰分析 48

4.2 电磁干扰的传播路径与仿真研究 50

4.2.1 电磁干扰的传播路径 50

4.2.2 电力线缆电磁干扰信号的仿真 50

4.2.3 钨矿电机自身所产生的电磁干扰分析 55

4.3 WSN的电磁干扰抑制措施 57

4.3.1 电磁干扰屏蔽技术 57

4.3.2 电磁干扰接地技术 58

参考文献 59

5 基于LEACH算法的WSN优化设计与研究 61

5.1 WSN路由协议的研究 61

5.1.1 无线传感器路由协议的概述 61

5.1.2 无线传感器路由协议的考虑因素 61

5.1.3 无线传感器路由协议的分类 62

5.1.4 平面路由协议 63

5.1.5 层次路由协议 65

5.1.6 平面路由协议和层次路由协议的比较 67

5.2 LEACH路由协议的分析与改进 68

5.2.1 LEACH协议的网络模型 68

5.2.2 LEACH协议物理能量模型 68

5.2.3 LEACH协议算法的流程 69

5.2.4 LEACH路由协议的优缺点 70

5.2.5 LEACH的改进 71

5.3 改进的LEACH路由协议的仿真 72

5.3.1 节点部署仿真对比 72

5.3.2 网络的性能仿真结果分析对比 73

参考文献 75

6 WSN的路径优化算法设计与研究 77

6.1 典型的无线传感器网络节点部署算法及优缺点 77

6.1.1 基于网格的节点配置算法 77

6.1.2 采用轮换活跃／睡眠节点的节点部署协议 78

6.1.3 暴露穿越节点部署模型 79

6.1.4 圆周节点部署算法 79

6.1.5 连通无线传感器网络节点部署算法 80

6.2 路径优化算法研究 81

6.2.1 迪杰斯特拉算法 81

6.2.2 Floyd算法 83

6.2.3 智能算法：蚁群算法 84

6.3 路径优化算法仿真研究 84

6.3.1 环境模型的建立 84

6.3.2 初始路径优化 85

6.3.3 利用蚁群算法对路径优化 86

6.3.4 蚁群算法的参数优化 88

参考文献 93

7 基于WSN的能量损耗优化算法研究 95

7.1 重要节能机制的研究 95

7.1.1 数据融合节能机制 95

7.1.2 路由协议节能机制 96

7.1.3 WSN中常用的一些节能机制 98

7.2 跨层协议设计 99

7.2.1 MAC层和网络层联合设计 99

7.2.2 自适应休眠机制的跨层设计——EnGFAS 103

7.3 仿真验证 105

参考文献 109

8 基于蚁群算法的WSNs节点有障环境中部署优化研究 110

8.1 工程背景 110

8.2 无线信道能耗衰减模型的建立 110

8.2.1 有关模型建立的假设 110

8.2.2 信道能耗衰减模型的推导 111

8.3 无线传感器网络节点静态部署策略 112

8.3.1 节点静态部署策略实现步骤 112

8.3.2 基于蚁群算法的静态无线传感器节点部署 113

8.4 仿真试验与分析 115

8.4.1 参数的确定 115

8.4.2 对于图8-1（a）环境的仿真 115

8.4.3 对于图8-1（b）环境的具体操作仿真 117

参考文献 119

9 基于WSN的定位算法研究 120

9.1 WSN定位技术研究 120

9.1.1 测距方法 120

9.1.2 节点位置的计算方法 121

9.1.3 典型的节点定位算法 123

9.2 基于RSSI的质心定位算法及其改进 125

9.2.1 RSSI测距原理 125

9.2.2 RSSI测距模型的建立 125

9.2.3 基于最小二乘法的参数估计 126

9.2.4 算法的流程图 128

9.3 基于RSSI加权质心算法的仿真实验 129

9.3.1 算法仿真 129

9.3.2 两种算法的误差对比 130

9.3.3 定位实验测试 131

参考文献 134

10 基于压缩感知的WSN数据融合技术研究 135

10.1 基于压缩感知的底层节点数据压缩研究 135

10.1.1 压缩感知的过程 135

10.1.2 小波连通树模型的数据压缩 136

10.1.3 基于小波重要系数的树模型CoSaMP算法重构 138

10.1.4 节点采集数据的压缩和重构仿真分析 139

10.2 基于模糊理论的簇头节点同类数据融合研究 142

10.2.1 簇头节点同类数据融合方法 142

10.2.2 模糊逻辑 143

10.2.3 模糊集的数据融合算法 143

10.2.4 模糊贴近度的改进算法研究 146

10.2.5 数据仿真处理与分析 149

10.3 基于模糊推理的汇聚节点异类数据融合研究 151

10.3.1 汇聚节点异类数据融合方法 151

10.3.2 输入输出变量的模糊化处理 151

10.3.3 建立模糊控制规则 154

10.3.4 模糊推理法 155

10.3.5 输出变量的反模糊化 156

10.3.6 仿真及结果分析 157

参考文献 159

11 基于RFID的WSN的钨矿考勤系统设计与研究 161

11.1 RFID技术研究 161

11.2 钨矿考勤系统的分析与设计 162

11.2.1 系统的总体设计与分析 162

11.2.2 系统组成部分选型及分析 162

11.2.3 系统主要功能及特点分析 164

11.2.4 各模块模型的建立 164

11.2.5 RFID系统性能分析 164

11.3 系统硬件部分的设计与实现 165

11.3.1 系统硬件总体设计方案 165

11.3.2 射频识别模块 166

11.3.3 控制处理模块 167

11.3.4 无线通信模块 167

11.4 系统软件部分的设计与实现 168

11.4.1 系统软件模块设计思路及框架 168

11.4.2 通信模块软件设计 169

11.4.3 数据库设计 169

11.4.4 考勤客户端功能软件设计 170

11.5 有源RFID防冲突算法分析与研究 171

11.5.1 有源RFID冲突产生问题分析 171

11.5.2 基于ALOHA算法的防冲突算法 172

11.5.3 基于二进制算法的防碰撞算法 176

11.5.4 一种改进的防冲突算法 176

11.6 考勤系统测试 178

参考文献 180

12 基于WSN的环境监测系统设计与研究 182

12.1 环境监测系统的硬件设计 182

12.1.1 无线通信模块设计 182

12.1.2 节点电路设计 183

12.2 监测系统的软件设计 184

12.2.1 Z-Stack协议栈 184

12.2.2 终端设备节点软件设计 184

12.2.3 协调器节点软件设计 186

12.2.4 界面显示设计 186

12.2.5 数据处理 187

12.3 数据调试及处理 189

12.3.1 WiFi通信的建立 189

12.3.2 ZigBee网络搭建测试 190

12.3.3 组网通信测试 190

12.3.4 网络拓扑结构及系统功能测试 191

12.3.5 数据处理 192

12.3.6 系统总体测试 193

参考文献 194

13 基于WSN的多用途传输设备设计与研究 195

13.1 基于WSN的多用途传输设备整体架构设计 195

13.1.1 设备平台的选择 195

13.1.2 设备的整体架构设计 195

13.1.3 实现的功能 198

13.2 多用途传输设备的硬件结构 199

13.2.1 传感器模块 199

13.2.2 传感器节点模块 200

13.2.3 其他模块 204

13.3 多用途传输设备软件设计与实现 206

13.3.1 传输设备的通信干扰研究 206

13.3.2 界面软件整体设计 208

13.3.3 界面软件具体编程 209

13.4 多用途传输设备的成品及测试 210

13.4.1 各传输设备模块及测试 210

13.4.2 Android界面软件数据显示 213

参考文献 214

14 总结与展望 215

14.1 结论 215

14.2 展望 215