無綫傳感網中低能耗近似計算方法 程思瑤 9787308152075 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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程思瑤 著

圖書標籤:

• 無綫傳感網絡
• 近似計算
• 低功耗
• 傳感器網絡
• 算法
• 優化
• 嵌入式係統
• 計算機科學
• 信息技術
• 通信工程

店鋪： 智博天恒圖書專營店

齣版社： 浙江大學齣版社

ISBN：9787308152075

商品編碼：29476543499

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2016-11-01

圖書基本信息
圖書名稱	無綫傳感網中低能耗近似計算方法
作者	程思瑤
定價	65.00元
齣版社	浙江大學齣版社
ISBN	9787308152075
齣版日期	2016-11-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝-膠訂
開本	16開
商品重量	0.4Kg

內容簡介

作者簡介

目錄

編輯推薦

該書係統地對傳感網中分布式近似計算方法進行瞭深入探索，率先開展瞭海量感知數據(ε,δ)-*近似計算、地理位置敏感的極值點計算、物理世界的O(ε)近似計算等幾項全新研究。目前，該書所介紹的成果已被引用逾百次，並獲得外同行專傢的廣泛好評。

文摘

序言

深入探索無綫傳感網絡的能效優化之道：低功耗近似計算方法的理論與實踐 引言 在信息爆炸的時代，無綫傳感網絡（Wireless Sensor Networks, WSNs）作為一種能夠感知、監測並采集物理世界信息的關鍵技術，已廣泛應用於環境監測、智能傢居、工業自動化、醫療健康等眾多領域。然而，無綫傳感節點普遍麵臨著能量受限的嚴峻挑戰。電池容量有限、節點部署的不可維護性以及節點的微型化趨勢，使得能耗問題成為製約無綫傳感網絡性能和壽命的關鍵瓶頸。如何有效地降低傳感網絡的整體能耗，延長其工作時長，是當前無綫傳感網絡研究領域的核心議題之一。 本書深入剖析瞭無綫傳感網絡中實現低能耗的關鍵策略，重點聚焦於“低能耗近似計算方法”這一前沿領域。傳統的精確計算方法雖然能夠提供準確的測量結果，但在無綫傳感網絡有限的計算能力和通信帶寬下，往往伴隨著高昂的能耗開銷。近似計算方法則在可接受的誤差範圍內，通過犧牲一定精度來換取顯著的能耗降低，這與無綫傳感網絡的低功耗需求不謀而閤。本書旨在為讀者提供一套係統、全麵且深入的理論框架和實踐指導，幫助研究者和工程師掌握在無綫傳感網絡中設計和實現高效能耗解決方案的方法。 核心內容概述 本書圍繞“低能耗近似計算方法”展開，內容涵蓋瞭理論基礎、關鍵技術、具體算法設計、係統實現以及未來發展趨勢等多個維度。 第一部分：理論基礎與背景知識 本部分首先為讀者奠定瞭堅實的理論基礎，詳細介紹瞭無綫傳感網絡的體係結構、關鍵技術以及其固有的低能耗挑戰。 無綫傳感網絡的演進與應用場景： 從概念的提齣到如今的廣泛應用，本書梳理瞭無綫傳感網絡的曆史發展脈絡，並深入剖析瞭其在不同領域的典型應用，例如： 環境監測： 森林火災預警、空氣質量監測、水質監測、地震預報等。 智能傢居與樓宇自動化： 室內溫度、濕度、光照、氣體泄漏檢測，安防監控等。 工業自動化： 設備狀態監測、生産過程優化、故障預測等。 醫療健康： 遠程病人監護、生命體徵監測、健康管理等。 軍事與安全： 戰場偵察、邊境巡邏、目標跟蹤等。 通過這些應用場景的展示，強調瞭無綫傳感網絡在現實世界中的重要價值，同時也凸顯瞭其在資源受限環境下的挑戰。 無綫傳感網絡的關鍵技術： 涵蓋瞭傳感器節點硬件設計、低功耗通信協議（如Zigbee, LoRa）、網絡拓撲管理、數據路由、協同感知等核心技術，為理解後續的近似計算方法提供瞭背景知識。 無綫傳感網絡的能耗挑戰： 詳細分析瞭無綫傳感節點主要的能量消耗來源，包括： 感知/采集能量： 傳感器的工作本身需要消耗能量。 數據處理/計算能量： 節點上的微控製器進行數據采集、預處理、壓縮等操作。 通信能量： 無綫傳輸數據是最主要的能量消耗環節，包括發送和接收。 休眠/喚醒能量： 節點進入低功耗休眠狀態以節省能源，但喚醒過程也需要一定能量。 節點移動/定位能量（如適用）： 在移動傳感網絡中，節點的位置更新和移動也需要消耗能量。 本書強調瞭在這些能量消耗點上進行優化的必要性。 近似計算的哲學與原理： 引入瞭近似計算的基本概念，闡述瞭其在特定應用場景下的閤理性。不同於傳統追求絕對精確的計算，近似計算允許一定範圍內的誤差，從而可能大幅降低計算的復雜度、延遲和能量消耗。本書將這種哲學思想與無綫傳感網絡的低功耗目標相結閤，揭示瞭近似計算的巨大潛力。 第二部分：低能耗近似計算方法的核心技術 本部分是本書的核心，詳細介紹瞭多種麵嚮無綫傳感網絡的低能耗近似計算技術。 數據壓縮與量化： 量化技術： 介紹瞭不同類型的量化方法，例如均勻量化、非均勻量化、標量量化、矢量量化等。討論瞭如何在有限的比特數下，通過閤理的量化策略來減小數據錶示的精度，從而降低存儲和傳輸的能耗。例如，對連續傳感器讀數進行分桶（binning）或閾值化處理，將其映射到有限的離散值。 差分編碼與預測編碼： 探討瞭如何利用傳感器數據的時間或空間相關性，僅傳輸數據的變化量或預測值與實際值的差值。這能顯著減少需要傳輸的數據量。 變換域壓縮： 引入瞭如離散餘弦變換（DCT）或離散小波變換（DWT）等變換域方法，通過將數據轉換到另一域，去除冗餘信息，再進行量化和編碼。 近似查找錶（Approximate Lookup Tables, ALUTs）： 講解瞭如何使用近似查找錶來替代復雜的計算。對於某些可以預計算並存儲的函數或模型，通過構建一個包含部分計算結果的查找錶，並在需要時進行插值或近似匹配，可以顯著降低實時計算的能耗。 低精度數據處理： 低精度數值錶示： 討論瞭使用小於標準32位或64位的浮點數或整數進行計算的可能性，例如8位或16位整數，甚至是定點數。這可以減少內存訪問、寄存器使用和計算單元的功耗。 近似算術運算： 探討瞭如何用更簡單的、低能耗的算術運算來替代高能耗的精確運算，例如使用移位和加法來近似乘法，或使用查找錶來實現近似的對數、指數等函數。 近似信號處理： 針對信號處理任務，如濾波、傅裏葉變換等，介紹瞭各種近似算法。例如，使用滑動窗口平均代替精確的FIR/IIR濾波器，或者使用快速傅裏葉變換（FFT）的近似版本。 基於模型近似的計算： 模型簡化與降階： 討論瞭如何對復雜的傳感器數據模型進行簡化，例如使用低階多項式或綫性模型來近似非綫性關係，或者使用降維技術（如主成分分析PCA的近似版本）來減少數據維度。 概率模型與統計推斷的近似： 介紹如何使用近似推斷算法，如粒子濾波（Particle Filters）的簡化版本，或基於采樣的方法來近似復雜的概率模型，從而在保證一定準確性的前提下降低計算復雜度。 分布式近似計算： 協同感知與數據融閤的近似： 探討瞭在分布式環境中，如何進行高效且低能耗的數據融閤。例如，使用近似投票機製，或者在節點之間進行基於概率的近似信息交換，來完成全局狀態的估計。 分布式模型訓練的近似： 介紹如何在傳感器網絡中進行分布式模型的學習和更新，例如使用梯度下降的近似版本，或者在節點之間進行模型參數的近似聚閤。 第三部分：算法設計與實現 本部分將理論知識轉化為具體的算法設計和實現策略。 針對不同傳感任務的近似算法設計： 事件檢測的近似方法： 如何在節點端設計低功耗的算法來快速、準確地檢測預設事件，例如使用閾值觸發、基於滑動窗口的統計量變化檢測等。 目標跟蹤的近似算法： 介紹如何在能量受限的節點上實現目標的近似跟蹤，例如使用近似卡爾曼濾波器（EKF）或無跡卡爾曼濾波器（UKF）的簡化版本，或者基於光流法的近似運動估計。 環境參數估計的近似方法： 如何在節點上實現溫度、濕度、光照等環境參數的近似估計，例如使用局部平均、模型預測等方法。 數據采樣率的近似調度： 討論瞭如何根據環境變化或任務需求，動態地調整傳感器的采樣率，例如當環境變化不大時降低采樣率，反之則提高。 權衡精度與能耗的量化指標： 提齣瞭一係列度量近似算法性能的指標，例如： 誤差度量： 均方誤差（MSE）、峰值信噪比（PSNR）、平均絕對誤差（MAE）等。 能耗度量： 節點處理能耗、通信能耗、總能耗等。 時延度量： 計算時延、通信時延等。 本書強調瞭在設計算法時，需要明確誤差容忍範圍，並針對性地進行優化。 算法的硬件實現考慮： 討論瞭如何將近似計算算法映射到低功耗的傳感器節點硬件平颱。包括： 選擇閤適的微控製器（MCU）： 考慮其計算能力、內存和功耗特性。 利用硬件加速： 探索是否有硬件支持的低精度運算指令或專用協處理器。 內存管理與數據存儲： 如何在有限的內存中高效地存儲和訪問數據。 第四部分：係統集成與評估 本部分將近似計算方法融入真實的無綫傳感網絡係統，並進行全麵的性能評估。 近似計算在無綫傳感網絡協議棧中的應用： MAC層與路由層的近似優化： 例如，使用近似的信道估計來優化MAC層的接入策略，或者使用基於近似路徑開銷的路由算法。 應用層數據采集與處理的近似： 將前麵介紹的近似計算方法應用到具體的應用場景中，例如環境監測數據的近似預處理和傳輸。 實際係統搭建與實驗： 實驗平颱搭建： 介紹如何搭建基於真實傳感器節點、網關和基站的實驗平颱。 功耗測量與分析： 詳細說明如何精確測量節點在不同近似計算策略下的功耗，並進行深入分析。 性能評估與對比： 通過大量實驗數據，對比不同近似計算方法在精度、能耗、時延等方麵的錶現，並與傳統精確計算方法進行比較。 案例研究： 選取瞭若乾具體的無綫傳感網絡應用場景，例如無綫溫度監測網絡、智能交通監測係統等，展示瞭如何應用本書介紹的近似計算方法來解決實際問題，並取得瞭顯著的能耗效益。 第五部分：未來展望與挑戰 本書在總結現有研究成果的基礎上，也對無綫傳感網絡低能耗近似計算方法的未來發展方嚮進行瞭展望。 自適應與智能近似計算： 探討如何設計能夠根據環境變化、節點狀態和任務需求動態調整近似程度的自適應近似計算方法。 深度學習與近似計算的結閤： 隨著深度學習在物聯網領域的興起，如何利用低功耗的深度學習模型，並結閤近似計算技術，在傳感器節點上實現更智能的感知和決策。 跨層優化： 強調瞭在不同協議層之間進行協同優化，實現全局最優的能耗管理，而不僅僅是局部優化。 安全與隱私的近似保護： 在追求低功耗的同時，如何保證數據的安全性和隱私性，這需要將近似計算與安全機製相結閤。 標準化與互操作性： 探討瞭低能耗近似計算方法在標準化和互操作性方麵的挑戰與機遇。 新型硬件架構的探索： 展望瞭未來可能齣現的新型低功耗計算硬件架構，如何更好地支持近似計算。 結論 本書係統性地闡述瞭無綫傳感網絡低能耗近似計算方法的核心理論、關鍵技術、算法設計、係統實現及未來發展方嚮。通過對大量理論分析和實驗驗證的梳理，本書為讀者提供瞭一個全麵而深入的視角，幫助理解如何在能量受限的無綫傳感網絡環境中，通過精妙的近似計算策略，在可接受的誤差範圍內，最大程度地降低能耗，從而顯著提升網絡的性能、壽命和應用價值。本書不僅是從事無綫傳感網絡研究的學術研究者的重要參考，也是緻力於物聯網技術開發的工程人員解決實際問題的實用指南。掌握這些低能耗近似計算方法，將有助於構建更廣泛、更持久、更智能的無綫傳感網絡應用，為社會發展和科技進步貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容組織結構，簡直就是一部教科書級彆的範本，邏輯鏈條銜接得天衣無縫。它沒有一開始就拋齣那些晦澀難懂的高深理論，而是采取瞭一種循序漸進的教學方法，從基礎概念的梳理開始，逐步引入到核心的優化算法。我特彆欣賞作者在每一章節末尾設置的“思考題”與“延伸閱讀”闆塊，它們不僅是對本章知識點的巧妙鞏固，更像是一條條通往更廣闊學術領域的引路牌，激發瞭我進一步查閱和鑽研的興趣。這種設計極大地提升瞭學習的主動性，它不再是被動的知識灌輸，而是一種主動的探索過程。此外，書中對不同近似計算方法的比較分析也做到瞭極為客觀和深入，作者沒有偏袒任何一方，而是從理論可行性、計算復雜度、實際能耗效益等多個維度進行瞭細緻的剖析，幫助讀者構建起一個全麵、立體的認知框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格，可以說是技術類書籍中的一股清流。它既保持瞭學術作品應有的精準和嚴密，又沒有陷入那種乾巴巴、令人昏昏欲睡的敘述怪圈。作者似乎很擅長將復雜的工程問題“翻譯”成更貼近直覺的語言，使得即便是初次接觸該領域的讀者，也能快速把握住問題的核心所在。我注意到，書中大量使用瞭生動的類比和現實世界的應用場景來佐證抽象的數學模型，比如用交通流量管理來類比數據包的擁塞控製，這種手法極大地拉近瞭理論與實踐的距離。閱讀起來，感覺就像是有一位經驗極其豐富的導師，耐心地在你身邊為你一一講解難點，而不是冰冷地宣讀報告。這種富有“人情味”的錶達，讓學習過程變成瞭一種享受，而非負擔。

評分☆☆☆☆☆

作為一名長期在相關領域摸爬滾打的研究人員，我深知理論的嚴謹性對於一本技術專著意味著什麼。這本書在這方麵的錶現是毋庸置疑的，每一個論證步驟都建立在堅實的數學基礎之上，推導過程詳盡到令人安心。我曾經在嘗試復現書中某個關鍵性能指標的證明時，發現作者的每一步代換和簡化都是如此的無懈可擊，這極大地節省瞭我在驗證理論有效性上花費的時間和精力。更難能可貴的是，作者在描述理論的局限性時也毫不避諱，坦誠地指齣瞭當前近似方法在麵對極端環境或非常規網絡負載時的潛在不足，這體現瞭一種高度的學術誠信和對領域現狀的清醒認識。這種對“不完美”的坦誠，反而讓整本書的專業性和可信度提升瞭一個檔次，它不隻是告訴你“能做什麼”，更重要的是告訴你“不能在什麼情況下過度依賴”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和設計著實讓人眼前一亮，封麵那種沉穩的色調配上恰到好處的留白，一下子就抓住瞭我的注意力。初次翻閱，便能感受到作者在排版上的用心良苦，字體大小的選取、章節之間的過渡都顯得非常自然流暢，長時間閱讀也不會讓人感到視覺疲勞。尤其是一些關鍵公式和圖錶的呈現方式，清晰明瞭，邏輯性極強，這對於理解那些抽象的理論概念至關重要。我記得我在閱讀某個關於網絡拓撲優化的章節時，作者采用瞭一種非常直觀的圖示來解釋復雜的迭代過程，那種“豁然開朗”的感覺，是很多教科書難以給予的。細節之處見真章，比如書頁的紙張質感，厚實卻不失韌性，翻頁時那種微小的摩擦聲都讓人覺得踏實，仿佛握著的是一份經過時間沉澱的知識寶藏，而不是一本匆忙印製的産品。這種對手感的執著，也側麵反映齣作者對內容質量的嚴格要求，讓人忍不住想一頁頁地繼續探索下去。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值遠超齣瞭其作為一本技術手冊的範疇，它更像是一份對未來研究方嚮的深度洞察報告。作者在論述現有方法的不足時，巧妙地埋下瞭許多未來可深入挖掘的研究點。我閱讀到關於“適應性節能策略”的那一章時，清晰地感受到瞭作者對下一代無綫傳感網絡發展的期許和前瞻性布局。書中對能耗模型與網絡生命周期之間相互作用的探討，具有極強的啓發性，它促使我重新審視自己手頭的課題，思考是否可以從作者提供的視角進行突破。這本著作不僅解決瞭現有的燃眉之急，更重要的是，它為後來者鋪設瞭一條清晰的、充滿挑戰與機遇的研究路綫圖，是一本值得反復研讀並時常翻閱的參考佳作。