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杜秀娟，苏毅珊 著

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• 传感器网络
• 水下通信
• 水声通信
• 无线传感器网络
• 海洋工程
• 数据传输
• 网络协议
• 能量管理
• 信道建模
• 定位算法

店铺： 玖创图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030500670

商品编码：29777139184

包装：平装

出版时间：2016-09-01

基本信息

书名：水下传感器网络研究

定价：78.00元

作者：杜秀娟,苏毅珊

出版社：科学出版社

出版日期：2016-09-01

ISBN：9787030500670

字数：300000

页码：198

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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水下传感器网络采用声波进行通信，具有长时延、低带宽、高误码率、动态拓扑、能量受限等系列特性，节点的有限资源决定了其上运行的协议不能太复杂，而现有的通信协议栈难以满足水下传感器网络性能要求。
　　《水下传感器网络研究》分析了水下传感器网络的应用、通信特点，以及传统协议架构在水下传感网络的应用局限性，阐述了：Micro-ANP通信协议架构及水下传感器网络的各层协议与关键设计技术，并给出Micro-ANP架构的实现。
　　《水下传感器网络研究》的编写重视理论结合实际应用，使相关领域的读者能够比较容易地理解《水下传感器网络研究》内容。
　　《水下传感器网络研究》既可作为学习无线网络、传感器网络、物联网技术的本科生和研究生的参考书，也可作为从事物联网、水下传感器网络的工程技术及研究人员的参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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前言

章 水下传感器网络概述
1．1 水下传感器网络
1．2 水声通信的特点
1．3 水下传感器网络面临的问题与挑战
参考文献

第2章 Micro-ANP协议体系架构
2．1传统协议架构在水下传感器网络的局限性
2．1．1 FCP／IP应用层在UWSN的应用局限
2．1．2 TCP／IP传输层在UWSN的应用局限性
2．1．3 TCP／IP网络层在UWSN的应用局限性
2．1．4 FCP／IP数据链路层在UWSN的应用局限性
2．1．5 TCP／IP物理层在UWSN的应用局限性
2．1．6 ZigBee协议栈在UWSN网络中的局限性分析
2．2 Micro-ANP协议体系架构
2．3 Micro-ANP包负载优化
2．4 水下网络模拟器与试验床
2．4．1 主流网络仿真器简介
2．4．2 UWSN模拟器发展现状及分析
2．4．3 基于模块化的LIWSN模拟器平台设计
2．4．4 Aqua-Sim2性能评价
2．4．5 多功能水下网络试验床
2．5 基于NS2和Aqua-Sim的Micro-ANP架构模型仿真实现
2．5．1 NS2与Aqua-Sim仿真平台
2．5．2 Micro-ANP仿真中的结构定义
参考文献

第3章 水下传感器网络物理层
3．1 水声信道特性
3．1．1 水声信道衰减模型
3．1．2 水声信道时延及时延抖动
3．1．3 水声信道可用带宽
3．1．4 水声信道多径效应和多普勒效应
3．1．5 水声信道空间复用模型
3．2 水声通信技术
3．2．1 水声通信技术发展历史
3．2．2 相位相干水声通信的研究现状
3．2．3 多载波水声通信的研究现状
3．2．4 网络编码
3．2．5 水下网络网络编码面临挑战
3．3 水下认知声学网络
3．3．1 水下声学“系统”
3．3．2 水下频谱的不充分利用
3．3．3 频谱管理策略
3．3．4 环境感知
3．3．5 频谱共享
3．3．6 物理层参数重配置
3．3．7 LJCAN面临挑战
3．4 Micro-ANP架构的物理层仿真实现
3．4．1 UnderwaterPropagation类
3．4．2 EnergyModel类
3．4．3 I_JnderwaterChannel类
3．4．4 UnderwaterPhy类
参考文献

第4章 MAC协议
4．1 MAC协议概述
4．2 SlottedFAMA
4．2．1 Slotted FAMA工作流程
4．2．2 Slotted FAMA协议吞吐量分析
4．3 T-LOhi
4．4 U-PC．MAC
4．4．1 LJPC．MAC机制
4．4．2 功率控制算法
4．4．3 速率调整算法
4．5 多信道协议UMMAC
4．5．1 IJMMAC机制
4．5．2 多信道隐蔽终端问题
4．5．3 联合信道分配与功率控制算法
4．6 SFM-MAC
4．6．1 SFM．MAC概述
4．6．2 SFM-MAC分析与讨论
4．7 基于CDMA和节点状态的MAC协议
4．7．1 传统的基于CDMA的MAC协议
4．7．2 基于状态的MAC协议
4．8 MAC协议在Micro-ANP下的仿真实现
4．8．1 MAC协议的相关结构与类
4．8．2 LlnderwaterMac类的定义与实现
4．8．3 BoradcastMac类的定义与实现
4．8．4 基于CDMA与节点状态的MAC协议类的定义与实现
参考文献

第5章 路由协议
5．1 水下传感器网络路由协议分类
5．2 水下网络路由协议研究现状
5．2．1 基于矢量转发路由协议VBF_l
5．2．2 FBR
5．2．3 基于深度路由协议DBR．
5．2．4 水下DTN路由协议
5．3 基于层级的水下传感器网络自适应地理路由协议
5．3．1 基于层级的定向泛洪
5．3．2 上行流量自适应路由
5．3．3 基于层级和位置的下行路由机制
5．3．4 性能评估
5．4 Micro．砧帅架构下路由协议仿真实现
5．4．1 静态路由算法
5．4．2 LB-AGR路由协议与实现
参考文献

第6章 基于RLT的水声传感器网络逐跳可靠传输机制
6．1 传统的可靠传输机制在uwSN中的应用局限
6．2 RLT编码方案
6．2．1 RLT度分布
6．2．2 RLT编解码过程
6．2．3 RLT编码统计分析
6．3 基于RLT的水声传感器网络逐跳可靠传输机制
6．4 性能评估
6．4．1 仿真结果
6．4．2 性能对比
参考文献

第7章 水下节点定位技术
7．1 非测距定位技术
7．2 距离相关定位技术
7．2．1 测距技术
7．2．2 基于固定节点的距离相关定位技术
7．3 水中哺乳动物被动定位算法及运动预测算法
7．3．1 水下哺乳动物发声特性研究现状
7．3．2 双曲线被动定位算法
7．3．3 基于多普勒的海豚游速估计算法SMD
参考文献

第8章 Micro-ANP应用层仿真实现

缩略词表

《深邃之眼：探索未知水域的感知革命》 内容梗概 本书并非一本关于“水下传感器网络研究”的学术专著，而是旨在以更广阔的视角，深入探讨人类如何通过各类先进技术，不断拓展对海洋、湖泊乃至地下水等水下环境的认知边界。我们将一同踏上一场穿越科学前沿的旅程，从历史的演进到未来的展望，揭示那些在沉寂的水体之下，隐藏着怎样的奥秘，以及我们如何借由科技的“深邃之眼”，将这些未知化为可触可及的知识。 本书内容将围绕以下几个核心主题展开，并进行详尽的阐述： 第一部分：人类认知水下世界的心路历程 远古的凝望与近代的探索： 从早期人类对水体及其生物的朴素认知，到伽利略、达芬奇等先贤对水中世界的初步观察和设想。我们将回顾那些奠定我们对水下环境科学探索基础的历史性时刻，例如最早的潜水器械、声呐技术的萌芽等。这部分将呈现一种“由表及里”的探索脉络，展现人类好奇心如何驱动我们试图窥探水下深处的意愿。 科学的介入： 详细介绍海洋学、水文学等学科如何逐渐成熟，以及它们在理解水下物理、化学、生物特性方面所扮演的关键角色。我们将触及那些里程碑式的科学考察活动，例如“挑战者”号探险，以及它们如何系统地收集数据，填补了人类对水下环境认知的巨大空白。 技术革新： 重点分析各项关键技术的突破，是如何直接或间接促进我们对水下世界的感知能力的飞跃。这包括但不限于： 潜水技术的演进： 从简易的潜水钟到现代的闭路循环呼吸器，潜水员得以更深、更久地停留在水下，进行直接观察和操作。 水下摄像与照明技术： 早期简陋的水下拍摄设备，如何发展到高分辨率、低光照条件下的成像系统，让我们得以“看见”水下千姿百态的生命与地貌。 声学技术的革命： 从简单的回声探测器到复杂的侧扫声呐、多波束测深仪，声学技术不仅帮助我们绘制海底地形，更能识别水下物体，甚至感知生物的存在。我们将深入浅出地讲解这些声学原理在实际应用中的精妙之处。 遥感与测量技术的进步： 卫星遥感如何为我们提供大尺度、长时序的水体表面信息，而水下声学、光学、电磁学等测量技术，又如何实现对水体内部参数（如温度、盐度、溶解氧、浊度等）的精确监测。 第二部分：无形之网：感知水下世界的多元化技术 本部分将是本书的核心，我们将跳出单一技术框架，展现一系列革新性技术如何协同工作，编织起一张覆盖广泛、信息丰富的“感知之网”，以前所未有的精度和广度，揭示水下世界的动态与细节。 自主水下航行器（AUVs）的崛起： 详细阐述AUVs的设计原理、动力系统、导航与定位技术，以及它们在执行复杂水下探测任务中的优势。我们将分析不同类型的AUVs（如滑翔机、固定翼AUVs、轮式AUVs等）如何适应不同的应用场景，例如深海勘探、管道巡检、海洋生物监测等。 潜水器械的智能化： 探讨载人潜水器、遥控无缆潜水器（ROVs）等传统水下装备，如何通过集成先进的传感器、机械臂和智能化控制系统，进一步提升其作业能力和数据采集效率。我们将聚焦于它们在科学研究、资源开发、搜救打捞等领域的杰出贡献。 水下通信与定位技术： 深入剖析水下无线通信面临的巨大挑战（例如电磁波在水中的衰减），以及当前的解决方案，包括声学通信、可见光通信、激光通信等。同时，我们将探讨水下定位系统（如USBL、LBL、INS等）的原理和应用，以及它们如何确保水下设备的精确位置信息。 新兴感知技术： 生物传感技术： 介绍如何利用生物体（如微生物、藻类）的感知能力，结合生物化学、分子生物学方法，用于监测水体污染、检测特定物质等。 光学传感与成像技术： 除了传统的摄像，还将探讨激光雷达（LiDAR）、多光谱/高光谱成像等技术在水下环境监测中的应用，它们如何提供更丰富、更详细的水下地貌和生物信息。 电磁与声学传感的创新融合： 介绍如何通过融合不同频段的电磁波和声波信号，实现更全面的水下目标探测与识别，例如通过分析声呐回波特征与磁力异常相结合，来识别水下遗迹或矿藏。 分布式感知网络： 探讨如何通过部署大量小型、低功耗的传感器节点，形成分布式感知网络，实现对大范围水域的连续、实时监测。这将涉及网络拓扑设计、数据融合、节点管理等关键技术。 第三部分：水下世界的“智慧”之眼：数据、分析与应用 仅仅收集数据是不足够的，如何有效地处理、分析和利用这些海量的水下感知数据，将其转化为有价值的洞察，是推动水下探索和应用的关键。 海量数据的挑战与机遇： 详细分析水下传感器采集到的数据的特点（如高维度、时空关联性强、噪声大等），以及如何利用大数据技术、云计算平台来处理和存储这些数据。 智能数据分析与模式识别： 介绍机器学习、深度学习等人工智能技术，如何应用于水下数据的分析，例如： 生物种群识别与计数： 利用图像识别技术，自动识别和统计水下生物种类和数量。 水下地形分析与地质建模： 通过声呐数据，自动生成高精度海底地形图，并进行地质构造分析。 异常检测与预警： 监测水体污染物、识别非法捕捞活动、预测海底滑坡等。 声学信号处理与目标识别： 分析复杂的声学信号，识别水下目标（如船只、鲸豚、声学信标等）。 虚拟现实与增强现实在水下认知中的应用： 探讨如何利用VR/AR技术，将收集到的水下数据进行三维可视化呈现，为科学家、工程师和普通公众提供沉浸式的探索体验，辅助决策和培训。 跨学科的应用： 海洋科学研究： 气候变化研究、海洋生态系统监测、深海生物多样性探索。 资源勘探与开发： 海底矿产、油气资源勘探，海底电缆、管道铺设与维护。 环境保护与监测： 海洋污染监测、生态修复效果评估、濒危物种保护。 水下考古与遗产保护： 发现和研究水下沉船、古城遗址等。 军事与安全应用： 水下目标侦测、反潜作战、水下侦察。 水产养殖与渔业管理： 养殖环境监测、渔业资源评估。 第四部分：未来的展望：挑战与无限可能 未来的技术趋势： 展望下一代水下感知技术的可能发展方向，例如： 更高集成度与微型化： 更加小巧、高效的传感器和执行器。 自主学习与自适应能力： 传感器系统能够自主学习环境变化，并优化自身感知策略。 低功耗与长续航： 克服水下能源供应的瓶颈，实现更长时间的自主作业。 网络化与协同化： 形成更加智能、高效的水下感知网络，实现大规模数据共享与协同决策。 类脑感知与仿生技术： 借鉴生物体的感知机制，开发更具鲁棒性和适应性的水下感知系统。 面临的挑战： 探讨当前技术发展仍然存在的瓶颈，包括但不限于： 极端环境下的可靠性： 高压、低温、腐蚀性等恶劣环境对设备性能的严峻考验。 通信带宽与延迟： 水下通信速率的限制，以及对实时决策的影响。 能源供应： 如何为长期在水下作业的设备提供持续的能源。 数据处理与智能化： 如何更有效地从海量数据中提取有价值的信息。 成本效益： 如何降低水下感知系统的部署和维护成本。 构建可持续的水下认知体系： 强调构建一个集成的、智能化的水下信息获取、处理和应用体系的重要性，以及其在推动人类可持续发展、海洋保护等方面的深远意义。 人类与水下世界的共生： 最终，本书将引发读者对人类与广阔水下世界关系的思考，强调通过科技手段加深理解，是为了更好地保护和利用这些宝贵的资源，实现人与自然的和谐共生。 本书旨在以生动、易懂的语言，结合丰富的案例和前沿的科技进展，为读者勾勒出一幅宏伟的水下感知图景。它将激发读者对未知水下世界的探索欲望，展现科技的力量如何不断拓展人类的认知边界，并为我们理解、保护和利用地球水体提供全新的视角和强大的工具。本书适合对海洋、环境、科技、工程等领域感兴趣的广大读者阅读，也为相关专业的研究人员和从业者提供一个开阔视野的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图表质量高得惊人，这对于理解复杂的网络拓扑和算法流程至关重要。很多技术书籍的图表往往是简单粗暴的示意图，但在这里，每一个流程图、每一个性能对比曲线，都经过了精心的设计和标注，色彩搭配合理，逻辑层次分明，让人一看便知其所以然。我特别欣赏作者在讨论传感器节点定位技术时的详尽论述。水下环境的复杂性使得GPS信号完全失效，如何精确地知道每个节点的“自己在哪里”，一直是困扰业界的难题。书中对基于声学测距的相对定位和绝对定位方法的优缺点比较分析得极其透彻，不仅给出了理论模型，还深入探讨了环境噪声和时间同步误差对定位精度的实际影响，并给出了修正模型的推导过程，这部分内容的深度和广度，完全可以作为一篇高水平期刊论文的综述来对待。

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这本书的封面设计着实引人注目，那深邃的蓝色调，仿佛一下子就把人拉到了波光粼粼的海面之下，让人对即将探索的未知世界充满了好奇与期待。我翻开书的第一页，便被作者严谨而富有逻辑的文字所吸引。它并非那种晦涩难懂的纯理论著作，而是巧妙地将复杂的数学模型和实际工程中的挑战编织在一起，读起来既有学术的深度，又不失实践的指导意义。书中对于数据采集与传输效率的探讨尤为深刻，特别是在恶劣的水下环境中，信号衰减和多径效应带来的困扰，作者都给出了令人耳目一新的解决方案。我尤其欣赏作者在论述新技术时，总能结合前沿的研究成果，并对未来可能的发展方向进行审慎的预测，这使得整本书的视野非常开阔，不仅仅停留在现有技术的梳理上，更像是一张指引未来十年研究方向的路线图。对于任何想在这个领域深耕的工程师或科研人员来说，这本著作无疑是案头必备的宝典，它提供的不仅仅是知识，更是一种解决问题的思维框架。

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从文学价值和阅读体验的角度来看，这本书的文字驾驭能力也令人称赞。尽管主题是技术性很强的工程科学，但作者的文笔依然保持着一种清晰、简洁而富有韵律的美感。它没有采用那种生硬的翻译腔调，所有的术语和概念的引入都恰到好处，使得即便是刚接触这个领域的学生，也不会因为措辞的生涩而产生畏难情绪。特别是开篇对于水下环境挑战的描述，充满了画面感，将“高压、黑暗、腐蚀”这些词汇生动地融入到对技术难题的阐述中，瞬间拉近了读者与研究对象的距离。整本书的行文脉络如同精心规划的航线，每章之间的过渡自然平滑，知识的积累层层递进，最终形成一个完整的认知体系。阅读完毕后，我感到自己不仅掌握了一套具体的技术工具，更重要的是，收获了一种面对复杂系统性难题时，沉着、系统、多维度的分析视角。

评分☆☆☆☆☆

初次接触这个领域时，我感觉像是面对一团乱麻，各种协议、算法、拓扑结构让人眼花缭乱，直到我遇到了这本书，才感到豁然开朗。作者的叙事方式极其流畅自然，仿佛是一位经验丰富的导师，循循善诱地引导着初学者步入这片技术海洋。书中对于能耗优化方面的章节，简直是教科书级别的典范。水下节点的续航能力一直是制约整个网络部署和长期稳定运行的关键瓶颈，而这本书细致入微地剖析了不同休眠/唤醒策略的功耗特性，并通过大量的仿真数据佐证了其有效性。我特别注意到了作者对声学通信和光通信混合组网的分析，这种跨介质的整合思路非常具有前瞻性，兼顾了传输速率与覆盖范围的平衡，这种宏观的系统设计能力，是我在其他文献中很少见到的。读完这部分内容，我立刻着手优化了我手头项目中的电源管理模块，效果立竿见影，这直接证明了书中理论指导的强大实用价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书带来的最大启发在于其对“鲁棒性”的执着追求。在水下，环境变化是常态而非例外，这意味着任何设计都必须考虑到极端情况下的可靠性。作者在设计路由协议时，没有简单地追求高吞吐量或低延迟，而是花费了大量篇幅来构建一个抗毁性的网络架构。例如，对节点意外失效后的快速重路由机制的探讨，以及如何利用冗余路径维持数据流的持续性，这些细节的处理体现了作者深厚的工程素养。更值得一提的是，书中引入了机器学习的思路来预测声道的信道质量变化，这种跨学科的融合，让原本偏向物理层和网络层的研究有了一个更智能的决策大脑。这种面向未来的、具备自我适应和修复能力的系统设计理念，对我今后的研究方向产生了深远的影响，让我认识到“稳定”在水下系统中比“极致性能”更为重要。