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內容簡介

　　《物聯網動態重構與協作通信技術》主要包括大數據環境下基於壓縮感知的數據收集、節能MAC協議、網絡安全信任測度、動態重構係統的重構方式、可重構資源管理、硬件任務的調度與布局以及軟硬件劃分、單源／單宿／多中繼協作通信、兩源／兩宿／單中繼的協作組播網絡、兩源／兩宿／任意中繼的協作組播網絡等物聯網技術。
　　《物聯網動態重構與協作通信技術》可供物聯網、計算機、網絡通信等專業高年級本科生、研究生、教師學習和參考，也適閤物聯網、嵌入式係統以及相關領域的科研和工程技術人員閱讀、參考。

作者簡介

　　張德乾，男，湖北黃岡英山縣人，博士（後），教授，博導，天津市特聘教授。研究方嚮為物聯網、移動計算、智能控製、無綫通信等技術。主持國傢863計劃項目、國傢自然科學基金項目、教育部新世紀優秀人纔計劃項目等十餘項，在IEEE Transactions等有影響的國內外期刊和會議上發錶論文130餘篇（其中50餘篇SCI索引）。齣版學術專著多部。獲得專利多項。獲得科技奬勵多項。是多個國際會議的大會主席。
　　
　　李濤，男，山東泰安人，博士（後），副教授，碩導。研究方嚮為並行與分布式計算、GPU計算、物聯網等技術。主持（或參與）國傢自然科學基金項目、科技部計劃項目、天津市自然科學基金項目等多項，在SCI和EI索引的相關研究領域的國內外期刊或學術會議上發錶論文近50篇。齣版教材多部。獲得發明專利多項。擔任多項學術兼職。
　　
　　李駿，男，安徽六安市人，博士（後），教授，博導，江蘇省特聘教授。研究方嚮為無綫通信、物聯網等技術。主持（或參與）國傢自然科學基金項目、江蘇省自然科學基金項目等多項，在IEEE Transactions等有影響的國內外期刊和會議上發錶論文90餘篇。

內頁插圖

目錄

前言

第1章 緒論
1．1 概述
1．2 基於壓縮感知的數據收集技術
1．3 物聯網的節能MAC協議
1．4 物聯網的安全信任測度技術
1．5 可重構技術
1．5．1 可重構係統相關技術基礎
1．5．2 重構方式
1．5．3 模塊布局
1．5．4 軟硬件協同設計
1．6 協作通信技術
1．6．1 簡介
1．6．2 容量與性能分析
1．6．3 編碼協作
1．6．4 節點資源分配

第2章 基於壓縮感知的數據收集技術
2．1 壓縮感知相關技術簡介
2．1．1 預備知識
2．1．2 壓縮采樣
2．1．3 測量矩陣的構建
2．1．4 信號恢復
2．2 基於壓縮感知的無綫傳感器網絡數據收集方案
2．2．1 稠密隨機投影數據收集
2．2．2 稀疏隨機投影數據收集
2．2．3 混閤壓縮感知數據收集
2．3 基於sVD稀疏測量矩陣的WSN壓縮感知方法
2．3．1 相關技術
2．3．2 基於稀疏隨機間距托普利茲矩陣的優化
2．3．3 基於壓縮感知的鏈式無綫傳感器網絡數據收集
2．3．4 示例應用場景設置
2．3．5 實驗仿真
2．3．6 基於稀疏SVD循環矩陣的鏈式結構網絡能耗仿真分析
2．4 WSN中基於稀疏混閤Cs的分簇結構數據收集技術
2．4．1 相關工作
2．4．2 基於混閤壓縮感知的無綫傳感器網絡模型
2．4．3 基於混閤壓縮感知的無綫傳感器網絡數據收集算法
2．4．4 網絡能耗分析
2．4．5 算法完整描述
2．4．6 仿真與分析
2．5 本章小結

第3章 低占空比低碰撞節能MAC協議
3．1 無綫傳感器網絡簡介
3．2 無綫傳感器網絡節能技術
3．2．1 傳感器節點能耗分析
3．2．2 功率控製技術
3．2．3 結構控製技術
3．2．4 數據融閤技術
3．3 無綫傳感器網絡各層分析
3．4 低占空比低碰撞節能MAC協議設計
3．4．1 相關MAC協議
3．4．2 算法設計
3．4．3 仿真分析
3．5 本章小結

第4章 麵嚮物聯網的分布式自適應信任測度方法
4．1 概述
4．2 網絡模型
4．2．1 網絡拓撲場景
4．2．2 節點能耗模型
4．2．3 網絡攻擊模型
4．3 分布式自適應信任測度方法設計
4．3．1 信任模型結構
4．3．2 直接信任計算
4．3．3 推薦信任計算
4．3．4 單跳模塊中綜閤直接信任計算
4．3．5 多跳模塊中間接信任計算
4．3．6 信任值更新
4．3．7 集成描述信任計算方法
4．4 協議仿真與分析
4．5 本章小結

第5章 物聯網中的動態重構方法與係統
5．1 動態重構係統結構
5．1．1 靜態模塊
5．1．2 動態區域
5．2 FPGA的動態部分重構
5．3 FPGA部分重構及分析
5．3．1 FPGA配置結構
5．3．2 配置RAM結構
5．3．3 配置控製器
5．3．4 配置端口
5．3．5 基於模塊的部分重構
5．3．6 總綫宏
5．3．7 實現流程
5．3．8 基於差異的部分重構
5．3．9 實驗結果及分析
5．4 FPGA動態模塊重定位
5．4．1 快速重構方法
5．4．2 重構方式描述
5．4．3 動態模塊重定位
5．5 本章小結

第6章 基於VirtOXll的可重構資源管理係統
6．1 可重構資源管理
6．1．1 可重構資源及分類
6．1．2 段頁式資源管理
6．1．3 管理模型
6．2 原型係統設計
6．3 原型係統實現
6．3．1 整體結構
6．3．2 通信網絡
6．3．3 控製模塊
6．4 本章小結

第7章 資源管理與2D任務布局
7．1 係統模型
7．2 資源管理方法與2D任務布局策略
7．2．1 相關研究
7．2．2 資源管理
7．2．3 MER查找操作
7．2．4 MER更新操作
7．2．5 布局算法
7．2．6 碎片評價
7．3 實驗結果及分析
7．3．1 參數設置
7．3．2 實驗結果
7．4 本章小結

第8章 麵嚮動態重構係統的軟硬件劃分
8．1 考慮布局的軟硬件劃分
8．1．1 係統模型
8．1．2 任務模型
8．1．3 軟硬件劃分描述
8．2 軟硬件劃分與調度
8．2．1 基於遺傳算法的軟硬件劃分
8．2．2 動態優先級調度算法
8．3 性能分析與討論
8．3．1 參數設置
8．3．2 實驗結果及分析
8．4 本章小結

第9章 單源單宿多中繼協作通信係統的吞吐量一可靠性分析
9．1 係統模型
9．2 基於AF協議的吞吐量一可靠性權衡分析
9．2．1 數學模型及引理
9．2．2 吞吐量一可靠性權衡分析
9．2．3 基於吞吐量一可靠性權衡的誤幀率分析
9．2．4 仿真結果與分析
9．3 基於DF協議的吞吐量一可靠性權衡分析
9．3．1 基於網絡信息論的模型分析
9．3．2 吞吐量一可靠性分析
9．3．3 仿真結果與分析
9．4 本章小結

第10章 雙源雙宿單中繼協作組播網絡的性能分析及優化
10．1 係統模型
10．2 分集一復用權衡分析
10．2．1 數學模型及引理
10．2．2 基於NRNC協議的分集一復用權衡分析
10．2．3 基於RCNC協議的分集一復用權衡分析
10．2．4 基於RGNC協議的分集一復用權衡分析
10．2．5 仿真結果與分析
10．3 節點功率分配優化
10．3．1 基於發射端統計信道信息的功率分配
10．3．2 基於發射端瞬時信道信息的功率分配
10．3．3 仿真結果與分析
10．4 本章小結

第11章 雙源雙宿多中繼協作組播網絡的預編碼設計
11．1 係統模型
11．2 基於NRNC協議的性能分析及預編碼設計
11．2．1 數學模型
11．2．2 係統誤幀率分析
11．2．3 預編碼設計
11．3 基於RCNC協議的性能分析及預編碼設計
11．3．1 數學模型
11．3．2 係統誤幀率分析
11．3．3 預編碼設計
11．4 基於RGNC協議的性能分析及預編碼設計
11．4．1 數學模型及誤幀率分析
11．4．2 預編碼設計
11．5 仿真結果與分析
11．6 本章小結

第12章 展望
12．1 數據采集與節能技術展望
12．2 動態重構技術展望
12．3 協作通信技術展望
參考文獻

附錄 定理證明
A．1 定理9．1 的證明
A．1．1 TIT錶達式的下界
A．1．2 TRT錶達式的上界
A．2 定理9．2 的證明
A．2．1 逆定理證明
A．2．2 可達性證明
A．3 定理9．3 的證明
A．3．1 TRT錶達式的下界
A．3．2 TRT錶達式的上界
A．4 定理10．1的證明
A．4．1 分集增益的上界
A．4．2 可達性證明
A．5 定理10．2的證明
A．5．1 分集增益的上界
A．5．2 可達性證明
A．6 定理10．3的證明
A．6．1 分集增益的上界
A．6．2 可達性證明
A．7 縮略語錶

前言/序言

　　物聯網有助於實現任何時刻、任何地點、任何人、任何物體之間的互連，提供普適服務。結閤大數據技術的物聯網應用的普及會極大地提高人們的工作效率和生活質量。VLSI技術的進步促進瞭以FPGA為代錶的可重構硬件的快速發展，尤其是具有動態部分重構能力的可重構硬件的齣現，使得可重構計算成為當前物聯網領域的研究熱點。物聯網中的協作通信係統在能量和帶寬歸一化的情況下，通過中繼協助轉發信息，可以獲得更高的係統分集增益。作為一種新的空域分集技術，協作通信係統對物聯網通信設備的天綫數目沒有要求，而是通過搜集物聯網中的空閑天綫作為中繼，從而實現空間上的分集。對於多源／多宿的協作組播網絡，在物聯網中繼節點實施無綫網絡編碼還可以提高係統的吞吐量。
　　本書主要闡述如下幾方麵的內容：大數據環境下基於壓縮感知的數據收集、節能MAC協議、網絡安全信任測度、動態重構係統的重構方式、可重構資源管理、硬件任務的調度與布局以及軟硬件劃分、單源／單宿／多中繼協作通信、兩源／兩宿／單中繼的協作組播網絡、兩源／兩宿／任意中繼的協作組播網絡等物聯網技術。
　　本書共12章。第2～4章由張德乾撰寫，第5～8章由李濤撰寫，第9～11章由李駿撰寫，第1章和第12章為三人共同撰寫。全書由張德乾策劃和統稿，張曉丹研究員和寜紅雲教授審閱。
　　本書得到國傢863計劃項目（No.2007AA012188）、國傢自然科學基金項目（No.61170173、No.61571328、No.61003306）、教育部新世紀優秀人纔計劃項目（No.NCET-09-0895）、教育部科技計劃重點項目（No.208010）、天津市自然科學基金項目（No.10JCYBJC00500）、天津市自然科學基金重點項目（No.13JCZDJC34600）、天津市重大科技專項（No.15ZXDSGX00050，No.16ZXFWGX00010）、天津理工大學計算機與通信工程學院“智能計算及軟件新技術”天津市重點實驗室和“計算機視覺與係統”省部共建教育部重點實驗室相關基金、天津市“物聯網智能信息處理”科技創新團隊基金（No.TD12-5016）、天津市“131”創新型人纔團隊基金（No.TD2015-23）的資助。
　　本書在撰寫過程中，多位教授和專傢學者提齣瞭寶貴意見，同時，得到瞭韓靜、趙德新等同事，博士和碩士研究生汪翔、宋孝東、馬震、劉思、牛紅莉、周舢、李文斌、明學超、硃亞男、趙晨鵬、鄭可、潘兆華、戴文博、康學淨、劉曉歡、王鼕、鬍玉霞、劉朝敬、梁彥嬪、董丹超等的支持和幫助，在此一並錶示衷心的感謝。
　　書中難免存在不足之處，真誠歡迎各位讀者批評指正。
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