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第1章 钨矿无线传感器网络技术应用绪论1

1.1 课题的研究背景及意义1

1.1.1 课题背景1

1.1.2 无线传感器网络技术的发展5

1.1.3 学术价值及对社会、经济发展和科技进步的意义8

1.2 国内外研究现状及发展动态分析9

1.2.1 WSN国外研究现状9

1.2.2 国内研究现状13

1.2.3 基于无线传感器网络的安全监测预警系统的研究现状19

1.2.4 发展动态分析21

1.3 影响钨矿安全运行的危险因素及其灾害形式23

1.4 预期结果和意义24

1.5 研究内容26

1.6 各章结构安排27

第2章 数据融合技术在无线传感器网络中的应用研究28

2.1 无线传感器网络数据融合技术基本理论28

2.1.1 数据融合概念和作用28

2.1.2 数据融合分类30

2.1.3 数据融合相关技术31

2.1.4 数据融合在无线传感器网络中的应用31

2.1.5 数据融合技术的负面影响33

2.2 无线传感器网络路由协议34

2.2.1 路由协议概述34

2.2.2 WSN路由协议的特点35

2.2.3 路由协议关键技术问题36

2.2.4 路由协议的分类36

2.2.5 典型路由协议分析38

2.3 数据融合结构模型40

2.4 低层次数据融合算法42

2.4.1 数据预处理42

2.4.2 顺序加权数据融合算法44

2.4.3 算法仿真分析45

2.4.4 实例仿真结果对比分析47

2.5 高层次数据融合算法48

2.5.1 BP神经网络的基本原理49

2.5.2 BP神经网络关键问题分析51

2.5.3 BP神经网络数据融合模型56

2.5.4 仿真结果分析57

2.6 数据融合算法对网络能耗的影响60

2.7 本章小结61

第3章 LEACH路由协议的研究与改进62

3.1 LEACH协议网络、能耗模型63

3.1.1 LEACH协议概述63

3.1.2 LEACH协议网络模型64

3.1.3 LEACH协议能耗模型64

3.2 LEACH协议算法描述65

3.3 LEACH协议的优点以及存在的不足68

3.4 LEACH协议的改进70

3.4.1 节点个数70

3.4.2 节点能量的选择72

3.4.3 簇头节点的选择73

3.5 协议的仿真与分析76

3.5.1 仿真环境与参数76

3.5.2 网络性能评估77

3.5.3 仿真结果与分析79

3.6 本章小结86

第4章 超宽带无线传感器网络在矿井中的仿真研究87

4.1 超宽带技术简介87

4.1.1 UWB定义87

4.1.2 UWB无线传输系统89

4.1.3 UWB信号调制技术90

4.2 WSN的基本概念94

4.3 UWB无线传感器网络技术96

4.3.1 UWB无线传感器网络的系统基本结构96

4.3.2 UWB无线传感器网络的优点97

4.4 UWB无线传感器网络支撑的关键技术98

4.4.1 UWB无线传感器网络的MAC协议98

4.4.2 UWB无线传感器网络的路由技术100

4.5 矿井超宽带无线传感器网络的系统方案设计101

4.6 矿井超宽带无线传感器网络脉冲波形的研究103

4.6.1 矿井UWB通信系统方案的确立103

4.6.2 UWB系统脉冲信号波形的研究104

4.6.3 传输距离与脉冲信号数据传输速率及发射功率的关系109

4.6.4 适合矿井UWB通信系统单脉冲波形113

4.7 矿井超宽带无线传感器网络的路径损耗模型114

4.7.1 钨矿矿井环境描述115

4.7.2 矿井下电磁波的传播方式116

4.7.3 矿井巷道中电磁波传输的固有损耗117

4.7.4 矿井巷道中电磁波传输的附加损耗121

4.7.5 矿井UWB的路径损耗模型124

4.8 矿井超宽带无线传感器网络节点收发信机的研究130

4.8.1 脉冲UWB发射机的设计130

4.8.2 脉冲UWB接收机设计135

4.8.3 电路仿真与结果分析139

4.9 矿井UWB天线的设计140

4.9.1 UWB天线设计要求140

4.9.2 矿井UWB微带贴片天线结构设计141

4.9.3 矿井UWB微带贴片天线性能分析142

4.9.4 脉冲超宽带系统模型145

4.10 本章小结146

第5章 钨矿监测系统方案设计148

5.1 监测系统总体架构设计148

5.2 底层数据采集系统151

5.2.1 浸润线监测151

5.2.2 库水位监测153

5.2.3 坝体位移监测154

5.2.4 温湿度监测155

5.2.5 监测点分布156

5.2.6 矿区防雷设计157

5.3 Zigbee传输网络拓扑结构158

5.4 上位机管理系统设计160

5.5 簇树形Zigbee组网路由算法的改进161

5.5.1 Cluster-Tree路由算法研究161

5.5.2 Cluster-Tree路由算法的改进与仿真分析164

5.6 安全监测预警硬件系统设计175

5.6.1 无线通信模块与信号调理电路设计175

5.6.2 终端节点及协调器节点外围电路设计182

5.7 软件系统设计思想189

5.7.1 传感器节点软件设计190

5.7.2 通信程序设计196

5.7.3 上位机管理系统设计199

5.7.4 系统整体测试213

5.8 本章小结217

第6章 总结与展望219

6.1 总结219

6.2 展望222

参考文献225