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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——EnGFAS103

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