無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)
《無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)》選取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究熱點(diǎn)問題,對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行深入探討,重點(diǎn)介紹基于Quorum系統(tǒng)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議、優(yōu)化調(diào)度算法和聚合調(diào)度策略!稛o(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)》共8章。第1章概述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究背景及其意義;第2章論述介質(zhì)訪問控制協(xié)議以及調(diào)度相關(guān)的研究;第3章提出基于自適應(yīng)Quorum系統(tǒng)同步傳感器網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議;第4章提出基于Quorum元素偏移的同步介質(zhì)訪問控制協(xié)議;第5章提出自適應(yīng)調(diào)整工作時(shí)隙長(zhǎng)度的異步介質(zhì)訪問控制協(xié)議;第6章提出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)壽命、匯聚信息量和采樣周期折中的優(yōu)化調(diào)度算法;第7章提出基于可變聚合率的數(shù)據(jù)聚合調(diào)度策略;第8章對(duì)全書進(jìn)行總結(jié),介紹取得的相關(guān)成果,并展望下一步研究問題。
《無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)》可作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究、基于Quorum系統(tǒng)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議研究的教材,也可供從事相關(guān)專業(yè)的教學(xué)、科研和工程技術(shù)人員參考。
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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)集合了微型電子技術(shù)、低功耗嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和分布式信息處理等技術(shù),通過各類集成化的微型傳感器之間的協(xié)作,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息,是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的,涉及多學(xué)科高度交叉,知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域,具有十分廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值,被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。
無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)作為微小器件,只能配備有限的電源,在煤礦井下等危險(xiǎn)無(wú)人環(huán)境中,更換電源是近乎不可能的。這使得傳感器節(jié)點(diǎn)的壽命在很大程度上依賴于電池的壽命,所以有效地提高能量效率以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的重要問題。而另一方面,當(dāng)監(jiān)測(cè)對(duì)象狀態(tài)變化、監(jiān)測(cè)事件發(fā)生時(shí)又需要迅速地將被監(jiān)測(cè)對(duì)象與事件的信息盡快地傳送到人控終端,從而采取相應(yīng)的控制措施以滿足無(wú)人操作裝備的平穩(wěn)安全運(yùn)行。因而,如何使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲得高的壽命并使得網(wǎng)絡(luò)延遲最小化是其獲得實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵課題。本書主要探討無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)問題、能量有效與延遲最小化的優(yōu)化問題,并基于Quorum系統(tǒng),分別針對(duì)競(jìng)爭(zhēng)和非競(jìng)爭(zhēng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量高效與延遲最小化的介質(zhì)訪問控制協(xié)議進(jìn)行了深入研究。
本書編寫特色主要有:
。1)內(nèi)容全面。本書完整地介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí),詳細(xì)介紹了基于Quorum的介質(zhì)訪問控制協(xié)議,對(duì)相關(guān)模型進(jìn)行了深入分析。
。2)通俗易懂。本書由淺入深,全面、系統(tǒng)地提出了基于Quorum的各類介質(zhì)訪問控制協(xié)議模型、模型分析、模型性能、模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果等內(nèi)容。
(3)面向需求。書中提出的基于Quorum介質(zhì)訪問控制協(xié)議、調(diào)度算法、聚合調(diào)度策略等都經(jīng)過大量模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,為解決實(shí)際問題提供參考。
。4)圖文并茂。對(duì)于模型的性能分析、協(xié)議之間的對(duì)比等,本書給出大量的圖形,可以讓讀者一目了然地查看相關(guān)結(jié)果。
通過本書的學(xué)習(xí),讀者不僅可以了解無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí),而且可以掌握基于Quorum的介質(zhì)訪問控制協(xié)議等相關(guān)知識(shí),從而能以高效率研究相關(guān)理論和解決實(shí)際的問題。
龍軍,1972年8月生,教授、博士生導(dǎo)師,美國(guó)哥倫比亞大學(xué)訪問學(xué)者、北京大學(xué)博士后、中南大學(xué)“升華學(xué)者計(jì)劃”特聘教授,湖南省杰出青年基金、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃獲得者,中南大學(xué)大數(shù)據(jù)與知識(shí)工程科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。研究方向:網(wǎng)絡(luò)資源管理與可信計(jì)算,致力于研究全球一體化的網(wǎng)絡(luò)資源聯(lián)邦計(jì)算框架,開發(fā)支持各類網(wǎng)絡(luò)資源可信接入、管理與調(diào)度的聯(lián)邦計(jì)算平臺(tái),為智能制造、云制造、智能工廠提供基礎(chǔ)支撐,建立了網(wǎng)構(gòu)化軟件網(wǎng)絡(luò)資源管理平臺(tái)與協(xié)同開發(fā)環(huán)境。
主持完成國(guó)家863、國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等國(guó)家課題14項(xiàng),突破了網(wǎng)絡(luò)資源管理與可信計(jì)算研究領(lǐng)域一系列核心技術(shù)問題。科研成果在30個(gè)國(guó)家政府機(jī)關(guān)或大型企業(yè)得到推廣應(yīng)用,獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng),授權(quán)與申請(qǐng)發(fā)明專利30余項(xiàng),獲得計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)26項(xiàng)。
目錄
前言
第1章 緒論1
1.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究背景及其意義1
1.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)2
1.3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域3
1.4無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制問題5
1.5本章小結(jié)10
第2章 無(wú)線傳感器介質(zhì)訪問控制研究11
2.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述11
2.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究挑戰(zhàn)12
2.3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問研究現(xiàn)狀19
2.4本章小結(jié)23
第3章 基于Quorum的自適應(yīng)同步介質(zhì)訪問控制協(xié)議24
3.1概述24
3.2網(wǎng)絡(luò)模型與問題描述25
3.2.1網(wǎng)絡(luò)模型25
3.2.2問題描述26
3.3基于FGgrid的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)27
3.3.1FGgrid Quorum系統(tǒng)27
3.3.2基于FGgrid的MAC協(xié)議29
3.4自適應(yīng)的基于Quorum MAC協(xié)議42
3.4.1自適應(yīng)Quorum設(shè)計(jì)44
3.4.2自適應(yīng)Quorum性能分析49
3.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果52
3.5.1FGgrid Quorum系統(tǒng)性能分析53
3.5.2可增加QTS數(shù)量的計(jì)算54
3.5.3 AQM的延遲對(duì)比55
3.5.4能量有效性對(duì)比57
3.6本章小結(jié)59
第4章 基于Quorurn元素偏移的同步介質(zhì)訪問控制協(xié)議60
4.1概述60
4.2網(wǎng)絡(luò)模型與問題描述61
4.3基于Quorum兀素偏移的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)62
4.3.1研究動(dòng)機(jī)62
4.3.2STgrid Quorum系統(tǒng)64
4.3.3ESQ基于MAC協(xié)議65
4.4性能分析68
4.4.1網(wǎng)絡(luò)延遲68
4.4.2網(wǎng)絡(luò)壽命68
4.5實(shí)驗(yàn)與性能分析結(jié)果69
4.5.1QTS的選取與占空比69
4.5.2單跳延遲70
4.5.3端到端延遲72
4.5.4協(xié)議的使用范圍對(duì)比77
4.5.5能量與網(wǎng)絡(luò)壽命的實(shí)驗(yàn)結(jié)果79
4.6本章小結(jié)83
第5章 自適應(yīng)調(diào)整工作時(shí)隙長(zhǎng)度的異步介質(zhì)訪問控制協(xié)議84
5.1概述84
5.2系統(tǒng)模型與問題描述85
5.3基于MAC協(xié)議的ESQ 86
5.3.1研究動(dòng)機(jī)86
5.3.2SOgrid Quorum系統(tǒng)t87
5.3.3QTS壓縮矩陣90
5.3.4基于MAC協(xié)議的QTSAC91
5.4性能分析92
5.4.1網(wǎng)絡(luò)延遲92
5.4.2網(wǎng)絡(luò)壽命93
5.5實(shí)驗(yàn)與性能分析結(jié)果95
5.5.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)95
5.5.2 QTS數(shù)量95
5.5.3占空比的對(duì)比情況97
5.5.4單跳延遲99
5.5.5端到端延遲100
5.5.6能量與網(wǎng)絡(luò)壽命的實(shí)驗(yàn)結(jié)果104
5.6本章小結(jié)106
第6章 網(wǎng)絡(luò)壽命、匯聚信息量和采樣周期折中的優(yōu)化調(diào)度算法107
6.1概述107
6.2系統(tǒng)模型和問題描述109
6.2.1無(wú)線傳感器模型109
6.2.2能量消耗模型109
6.2.3數(shù)據(jù)聚合模型110
6.2.4問題描述111
6.3折中優(yōu)化算法調(diào)度設(shè)計(jì)112
6.3.1研究動(dòng)機(jī)112
6.3.2折中優(yōu)化調(diào)度算法的分析與設(shè)計(jì)114
6.4實(shí)驗(yàn)仿真117
6.4.1實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景117
6.4.2調(diào)度時(shí)隙分配實(shí)驗(yàn)結(jié)果118
6.4.3Sink匯集信息量120
6.4.4網(wǎng)絡(luò)壽命121
6.4.5采樣周期的優(yōu)化選擇122
6.4.6與其他算法的性能對(duì)比情況l23
6.5本章小結(jié)124
第7章 基于可變聚合率的數(shù)據(jù)聚合調(diào)度策略125
7.1概述l25
7.2系統(tǒng)模型和問題描述126
7.2.1系統(tǒng)模型126
7.2.2問題描述129
7.3基于可變聚合率的數(shù)據(jù)聚集調(diào)度策略130
7.3.1研究動(dòng)機(jī)130
7.3.2聚合集合的構(gòu)建132
7.3.3聚合調(diào)度時(shí)隙分配算法設(shè)計(jì)l36
7.4性能評(píng)價(jià)142
7.4.1節(jié)點(diǎn)的調(diào)度時(shí)隙分配144
7.4.2能量有效利用率146
7.4.3網(wǎng)絡(luò)壽命148
7.5本章小結(jié)149
第8章 總結(jié)150
8.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的研究進(jìn)展150
8.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展展望151
8.3相關(guān)的研究成果與應(yīng)用成果152
8.3.1國(guó)家、省部級(jí)項(xiàng)目基金152
8.3.2應(yīng)用軟件平臺(tái)152
8.3.3硬件應(yīng)用產(chǎn)品152
參考文獻(xiàn)154
圖表索引164