水下傳感器網絡研究 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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杜秀娟，蘇毅珊 著

圖書標籤:

• 傳感器網絡
• 水下通信
• 水聲通信
• 無綫傳感器網絡
• 海洋工程
• 數據傳輸
• 網絡協議
• 能量管理
• 信道建模
• 定位算法

店鋪： 玖創圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030500670

商品編碼：29777139184

包裝：平裝

齣版時間：2016-09-01

基本信息

書名：水下傳感器網絡研究

定價：78.00元

作者：杜秀娟,蘇毅珊

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2016-09-01

ISBN：9787030500670

字數：300000

頁碼：198

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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水下傳感器網絡采用聲波進行通信，具有長時延、低帶寬、高誤碼率、動態拓撲、能量受限等係列特性，節點的有限資源決定瞭其上運行的協議不能太復雜，而現有的通信協議棧難以滿足水下傳感器網絡性能要求。
　　《水下傳感器網絡研究》分析瞭水下傳感器網絡的應用、通信特點，以及傳統協議架構在水下傳感網絡的應用局限性，闡述瞭：Micro-ANP通信協議架構及水下傳感器網絡的各層協議與關鍵設計技術，並給齣Micro-ANP架構的實現。
　　《水下傳感器網絡研究》的編寫重視理論結閤實際應用，使相關領域的讀者能夠比較容易地理解《水下傳感器網絡研究》內容。
　　《水下傳感器網絡研究》既可作為學習無綫網絡、傳感器網絡、物聯網技術的本科生和研究生的參考書，也可作為從事物聯網、水下傳感器網絡的工程技術及研究人員的參考書。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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前言

章 水下傳感器網絡概述
1．1 水下傳感器網絡
1．2 水聲通信的特點
1．3 水下傳感器網絡麵臨的問題與挑戰
參考文獻

第2章 Micro-ANP協議體係架構
2．1傳統協議架構在水下傳感器網絡的局限性
2．1．1 FCP／IP應用層在UWSN的應用局限
2．1．2 TCP／IP傳輸層在UWSN的應用局限性
2．1．3 TCP／IP網絡層在UWSN的應用局限性
2．1．4 FCP／IP數據鏈路層在UWSN的應用局限性
2．1．5 TCP／IP物理層在UWSN的應用局限性
2．1．6 ZigBee協議棧在UWSN網絡中的局限性分析
2．2 Micro-ANP協議體係架構
2．3 Micro-ANP包負載優化
2．4 水下網絡模擬器與試驗床
2．4．1 主流網絡仿真器簡介
2．4．2 UWSN模擬器發展現狀及分析
2．4．3 基於模塊化的LIWSN模擬器平颱設計
2．4．4 Aqua-Sim2性能評價
2．4．5 多功能水下網絡試驗床
2．5 基於NS2和Aqua-Sim的Micro-ANP架構模型仿真實現
2．5．1 NS2與Aqua-Sim仿真平颱
2．5．2 Micro-ANP仿真中的結構定義
參考文獻

第3章 水下傳感器網絡物理層
3．1 水聲信道特性
3．1．1 水聲信道衰減模型
3．1．2 水聲信道時延及時延抖動
3．1．3 水聲信道可用帶寬
3．1．4 水聲信道多徑效應和多普勒效應
3．1．5 水聲信道空間復用模型
3．2 水聲通信技術
3．2．1 水聲通信技術發展曆史
3．2．2 相位相乾水聲通信的研究現狀
3．2．3 多載波水聲通信的研究現狀
3．2．4 網絡編碼
3．2．5 水下網絡網絡編碼麵臨挑戰
3．3 水下認知聲學網絡
3．3．1 水下聲學“係統”
3．3．2 水下頻譜的不充分利用
3．3．3 頻譜管理策略
3．3．4 環境感知
3．3．5 頻譜共享
3．3．6 物理層參數重配置
3．3．7 LJCAN麵臨挑戰
3．4 Micro-ANP架構的物理層仿真實現
3．4．1 UnderwaterPropagation類
3．4．2 EnergyModel類
3．4．3 I_JnderwaterChannel類
3．4．4 UnderwaterPhy類
參考文獻

第4章 MAC協議
4．1 MAC協議概述
4．2 SlottedFAMA
4．2．1 Slotted FAMA工作流程
4．2．2 Slotted FAMA協議吞吐量分析
4．3 T-LOhi
4．4 U-PC．MAC
4．4．1 LJPC．MAC機製
4．4．2 功率控製算法
4．4．3 速率調整算法
4．5 多信道協議UMMAC
4．5．1 IJMMAC機製
4．5．2 多信道隱蔽終端問題
4．5．3 聯閤信道分配與功率控製算法
4．6 SFM-MAC
4．6．1 SFM．MAC概述
4．6．2 SFM-MAC分析與討論
4．7 基於CDMA和節點狀態的MAC協議
4．7．1 傳統的基於CDMA的MAC協議
4．7．2 基於狀態的MAC協議
4．8 MAC協議在Micro-ANP下的仿真實現
4．8．1 MAC協議的相關結構與類
4．8．2 LlnderwaterMac類的定義與實現
4．8．3 BoradcastMac類的定義與實現
4．8．4 基於CDMA與節點狀態的MAC協議類的定義與實現
參考文獻

第5章 路由協議
5．1 水下傳感器網絡路由協議分類
5．2 水下網絡路由協議研究現狀
5．2．1 基於矢量轉發路由協議VBF_l
5．2．2 FBR
5．2．3 基於深度路由協議DBR．
5．2．4 水下DTN路由協議
5．3 基於層級的水下傳感器網絡自適應地理路由協議
5．3．1 基於層級的定嚮泛洪
5．3．2 上行流量自適應路由
5．3．3 基於層級和位置的下行路由機製
5．3．4 性能評估
5．4 Micro．砧帥架構下路由協議仿真實現
5．4．1 靜態路由算法
5．4．2 LB-AGR路由協議與實現
參考文獻

第6章 基於RLT的水聲傳感器網絡逐跳可靠傳輸機製
6．1 傳統的可靠傳輸機製在uwSN中的應用局限
6．2 RLT編碼方案
6．2．1 RLT度分布
6．2．2 RLT編解碼過程
6．2．3 RLT編碼統計分析
6．3 基於RLT的水聲傳感器網絡逐跳可靠傳輸機製
6．4 性能評估
6．4．1 仿真結果
6．4．2 性能對比
參考文獻

第7章 水下節點定位技術
7．1 非測距定位技術
7．2 距離相關定位技術
7．2．1 測距技術
7．2．2 基於固定節點的距離相關定位技術
7．3 水中哺乳動物被動定位算法及運動預測算法
7．3．1 水下哺乳動物發聲特性研究現狀
7．3．2 雙麯綫被動定位算法
7．3．3 基於多普勒的海豚遊速估計算法SMD
參考文獻

第8章 Micro-ANP應用層仿真實現

縮略詞錶

《深邃之眼：探索未知水域的感知革命》 內容梗概 本書並非一本關於“水下傳感器網絡研究”的學術專著，而是旨在以更廣闊的視角，深入探討人類如何通過各類先進技術，不斷拓展對海洋、湖泊乃至地下水等水下環境的認知邊界。我們將一同踏上一場穿越科學前沿的旅程，從曆史的演進到未來的展望，揭示那些在沉寂的水體之下，隱藏著怎樣的奧秘，以及我們如何藉由科技的“深邃之眼”，將這些未知化為可觸可及的知識。 本書內容將圍繞以下幾個核心主題展開，並進行詳盡的闡述： 第一部分：人類認知水下世界的心路曆程 遠古的凝望與近代的探索： 從早期人類對水體及其生物的樸素認知，到伽利略、達芬奇等先賢對水中世界的初步觀察和設想。我們將迴顧那些奠定我們對水下環境科學探索基礎的曆史性時刻，例如最早的潛水器械、聲呐技術的萌芽等。這部分將呈現一種“由錶及裏”的探索脈絡，展現人類好奇心如何驅動我們試圖窺探水下深處的意願。 科學的介入： 詳細介紹海洋學、水文學等學科如何逐漸成熟，以及它們在理解水下物理、化學、生物特性方麵所扮演的關鍵角色。我們將觸及那些裏程碑式的科學考察活動，例如“挑戰者”號探險，以及它們如何係統地收集數據，填補瞭人類對水下環境認知的巨大空白。 技術革新： 重點分析各項關鍵技術的突破，是如何直接或間接促進我們對水下世界的感知能力的飛躍。這包括但不限於： 潛水技術的演進： 從簡易的潛水鍾到現代的閉路循環呼吸器，潛水員得以更深、更久地停留在水下，進行直接觀察和操作。 水下攝像與照明技術： 早期簡陋的水下拍攝設備，如何發展到高分辨率、低光照條件下的成像係統，讓我們得以“看見”水下韆姿百態的生命與地貌。 聲學技術的革命： 從簡單的迴聲探測器到復雜的側掃聲呐、多波束測深儀，聲學技術不僅幫助我們繪製海底地形，更能識彆水下物體，甚至感知生物的存在。我們將深入淺齣地講解這些聲學原理在實際應用中的精妙之處。 遙感與測量技術的進步： 衛星遙感如何為我們提供大尺度、長時序的水體錶麵信息，而水下聲學、光學、電磁學等測量技術，又如何實現對水體內部參數（如溫度、鹽度、溶解氧、濁度等）的精確監測。 第二部分：無形之網：感知水下世界的多元化技術 本部分將是本書的核心，我們將跳齣單一技術框架，展現一係列革新性技術如何協同工作，編織起一張覆蓋廣泛、信息豐富的“感知之網”，以前所未有的精度和廣度，揭示水下世界的動態與細節。 自主水下航行器（AUVs）的崛起： 詳細闡述AUVs的設計原理、動力係統、導航與定位技術，以及它們在執行復雜水下探測任務中的優勢。我們將分析不同類型的AUVs（如滑翔機、固定翼AUVs、輪式AUVs等）如何適應不同的應用場景，例如深海勘探、管道巡檢、海洋生物監測等。 潛水器械的智能化： 探討載人潛水器、遙控無纜潛水器（ROVs）等傳統水下裝備，如何通過集成先進的傳感器、機械臂和智能化控製係統，進一步提升其作業能力和數據采集效率。我們將聚焦於它們在科學研究、資源開發、搜救打撈等領域的傑齣貢獻。 水下通信與定位技術： 深入剖析水下無綫通信麵臨的巨大挑戰（例如電磁波在水中的衰減），以及當前的解決方案，包括聲學通信、可見光通信、激光通信等。同時，我們將探討水下定位係統（如USBL、LBL、INS等）的原理和應用，以及它們如何確保水下設備的精確位置信息。 新興感知技術： 生物傳感技術： 介紹如何利用生物體（如微生物、藻類）的感知能力，結閤生物化學、分子生物學方法，用於監測水體汙染、檢測特定物質等。 光學傳感與成像技術： 除瞭傳統的攝像，還將探討激光雷達（LiDAR）、多光譜/高光譜成像等技術在水下環境監測中的應用，它們如何提供更豐富、更詳細的水下地貌和生物信息。 電磁與聲學傳感的創新融閤： 介紹如何通過融閤不同頻段的電磁波和聲波信號，實現更全麵的水下目標探測與識彆，例如通過分析聲呐迴波特徵與磁力異常相結閤，來識彆水下遺跡或礦藏。 分布式感知網絡： 探討如何通過部署大量小型、低功耗的傳感器節點，形成分布式感知網絡，實現對大範圍水域的連續、實時監測。這將涉及網絡拓撲設計、數據融閤、節點管理等關鍵技術。 第三部分：水下世界的“智慧”之眼：數據、分析與應用 僅僅收集數據是不足夠的，如何有效地處理、分析和利用這些海量的水下感知數據，將其轉化為有價值的洞察，是推動水下探索和應用的關鍵。 海量數據的挑戰與機遇： 詳細分析水下傳感器采集到的數據的特點（如高維度、時空關聯性強、噪聲大等），以及如何利用大數據技術、雲計算平颱來處理和存儲這些數據。 智能數據分析與模式識彆： 介紹機器學習、深度學習等人工智能技術，如何應用於水下數據的分析，例如： 生物種群識彆與計數： 利用圖像識彆技術，自動識彆和統計水下生物種類和數量。 水下地形分析與地質建模： 通過聲呐數據，自動生成高精度海底地形圖，並進行地質構造分析。 異常檢測與預警： 監測水體汙染物、識彆非法捕撈活動、預測海底滑坡等。 聲學信號處理與目標識彆： 分析復雜的聲學信號，識彆水下目標（如船隻、鯨豚、聲學信標等）。 虛擬現實與增強現實在水下認知中的應用： 探討如何利用VR/AR技術，將收集到的水下數據進行三維可視化呈現，為科學傢、工程師和普通公眾提供沉浸式的探索體驗，輔助決策和培訓。 跨學科的應用： 海洋科學研究： 氣候變化研究、海洋生態係統監測、深海生物多樣性探索。 資源勘探與開發： 海底礦産、油氣資源勘探，海底電纜、管道鋪設與維護。 環境保護與監測： 海洋汙染監測、生態修復效果評估、瀕危物種保護。 水下考古與遺産保護： 發現和研究水下沉船、古城遺址等。 軍事與安全應用： 水下目標偵測、反潛作戰、水下偵察。 水産養殖與漁業管理： 養殖環境監測、漁業資源評估。 第四部分：未來的展望：挑戰與無限可能 未來的技術趨勢： 展望下一代水下感知技術的可能發展方嚮，例如： 更高集成度與微型化： 更加小巧、高效的傳感器和執行器。 自主學習與自適應能力： 傳感器係統能夠自主學習環境變化，並優化自身感知策略。 低功耗與長續航： 剋服水下能源供應的瓶頸，實現更長時間的自主作業。 網絡化與協同化： 形成更加智能、高效的水下感知網絡，實現大規模數據共享與協同決策。 類腦感知與仿生技術： 藉鑒生物體的感知機製，開發更具魯棒性和適應性的水下感知係統。 麵臨的挑戰： 探討當前技術發展仍然存在的瓶頸，包括但不限於： 極端環境下的可靠性： 高壓、低溫、腐蝕性等惡劣環境對設備性能的嚴峻考驗。 通信帶寬與延遲： 水下通信速率的限製，以及對實時決策的影響。 能源供應： 如何為長期在水下作業的設備提供持續的能源。 數據處理與智能化： 如何更有效地從海量數據中提取有價值的信息。 成本效益： 如何降低水下感知係統的部署和維護成本。 構建可持續的水下認知體係： 強調構建一個集成的、智能化的水下信息獲取、處理和應用體係的重要性，以及其在推動人類可持續發展、海洋保護等方麵的深遠意義。 人類與水下世界的共生： 最終，本書將引發讀者對人類與廣闊水下世界關係的思考，強調通過科技手段加深理解，是為瞭更好地保護和利用這些寶貴的資源，實現人與自然的和諧共生。 本書旨在以生動、易懂的語言，結閤豐富的案例和前沿的科技進展，為讀者勾勒齣一幅宏偉的水下感知圖景。它將激發讀者對未知水下世界的探索欲望，展現科技的力量如何不斷拓展人類的認知邊界，並為我們理解、保護和利用地球水體提供全新的視角和強大的工具。本書適閤對海洋、環境、科技、工程等領域感興趣的廣大讀者閱讀，也為相關專業的研究人員和從業者提供一個開闊視野的參考。

評分☆☆☆☆☆

初次接觸這個領域時，我感覺像是麵對一團亂麻，各種協議、算法、拓撲結構讓人眼花繚亂，直到我遇到瞭這本書，纔感到豁然開朗。作者的敘事方式極其流暢自然，仿佛是一位經驗豐富的導師，循循善誘地引導著初學者步入這片技術海洋。書中對於能耗優化方麵的章節，簡直是教科書級彆的典範。水下節點的續航能力一直是製約整個網絡部署和長期穩定運行的關鍵瓶頸，而這本書細緻入微地剖析瞭不同休眠/喚醒策略的功耗特性，並通過大量的仿真數據佐證瞭其有效性。我特彆注意到瞭作者對聲學通信和光通信混閤組網的分析，這種跨介質的整閤思路非常具有前瞻性，兼顧瞭傳輸速率與覆蓋範圍的平衡，這種宏觀的係統設計能力，是我在其他文獻中很少見到的。讀完這部分內容，我立刻著手優化瞭我手頭項目中的電源管理模塊，效果立竿見影，這直接證明瞭書中理論指導的強大實用價值。

評分☆☆☆☆☆

從文學價值和閱讀體驗的角度來看，這本書的文字駕馭能力也令人稱贊。盡管主題是技術性很強的工程科學，但作者的文筆依然保持著一種清晰、簡潔而富有韻律的美感。它沒有采用那種生硬的翻譯腔調，所有的術語和概念的引入都恰到好處，使得即便是剛接觸這個領域的學生，也不會因為措辭的生澀而産生畏難情緒。特彆是開篇對於水下環境挑戰的描述，充滿瞭畫麵感，將“高壓、黑暗、腐蝕”這些詞匯生動地融入到對技術難題的闡述中，瞬間拉近瞭讀者與研究對象的距離。整本書的行文脈絡如同精心規劃的航綫，每章之間的過渡自然平滑，知識的積纍層層遞進，最終形成一個完整的認知體係。閱讀完畢後，我感到自己不僅掌握瞭一套具體的技術工具，更重要的是，收獲瞭一種麵對復雜係統性難題時，沉著、係統、多維度的分析視角。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖錶質量高得驚人，這對於理解復雜的網絡拓撲和算法流程至關重要。很多技術書籍的圖錶往往是簡單粗暴的示意圖，但在這裏，每一個流程圖、每一個性能對比麯綫，都經過瞭精心的設計和標注，色彩搭配閤理，邏輯層次分明，讓人一看便知其所以然。我特彆欣賞作者在討論傳感器節點定位技術時的詳盡論述。水下環境的復雜性使得GPS信號完全失效，如何精確地知道每個節點的“自己在哪裏”，一直是睏擾業界的難題。書中對基於聲學測距的相對定位和絕對定位方法的優缺點比較分析得極其透徹，不僅給齣瞭理論模型，還深入探討瞭環境噪聲和時間同步誤差對定位精度的實際影響，並給齣瞭修正模型的推導過程，這部分內容的深度和廣度，完全可以作為一篇高水平期刊論文的綜述來對待。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計著實引人注目，那深邃的藍色調，仿佛一下子就把人拉到瞭波光粼粼的海麵之下，讓人對即將探索的未知世界充滿瞭好奇與期待。我翻開書的第一頁，便被作者嚴謹而富有邏輯的文字所吸引。它並非那種晦澀難懂的純理論著作，而是巧妙地將復雜的數學模型和實際工程中的挑戰編織在一起，讀起來既有學術的深度，又不失實踐的指導意義。書中對於數據采集與傳輸效率的探討尤為深刻，特彆是在惡劣的水下環境中，信號衰減和多徑效應帶來的睏擾，作者都給齣瞭令人耳目一新的解決方案。我尤其欣賞作者在論述新技術時，總能結閤前沿的研究成果，並對未來可能的發展方嚮進行審慎的預測，這使得整本書的視野非常開闊，不僅僅停留在現有技術的梳理上，更像是一張指引未來十年研究方嚮的路綫圖。對於任何想在這個領域深耕的工程師或科研人員來說，這本著作無疑是案頭必備的寶典，它提供的不僅僅是知識，更是一種解決問題的思維框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書帶來的最大啓發在於其對“魯棒性”的執著追求。在水下，環境變化是常態而非例外，這意味著任何設計都必須考慮到極端情況下的可靠性。作者在設計路由協議時，沒有簡單地追求高吞吐量或低延遲，而是花費瞭大量篇幅來構建一個抗毀性的網絡架構。例如，對節點意外失效後的快速重路由機製的探討，以及如何利用冗餘路徑維持數據流的持續性，這些細節的處理體現瞭作者深厚的工程素養。更值得一提的是，書中引入瞭機器學習的思路來預測聲道的信道質量變化，這種跨學科的融閤，讓原本偏嚮物理層和網絡層的研究有瞭一個更智能的決策大腦。這種麵嚮未來的、具備自我適應和修復能力的係統設計理念，對我今後的研究方嚮産生瞭深遠的影響，讓我認識到“穩定”在水下係統中比“極緻性能”更為重要。