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内容简介

　　《物联网动态重构与协作通信技术》主要包括大数据环境下基于压缩感知的数据收集、节能MAC协议、网络安全信任测度、动态重构系统的重构方式、可重构资源管理、硬件任务的调度与布局以及软硬件划分、单源／单宿／多中继协作通信、两源／两宿／单中继的协作组播网络、两源／两宿／任意中继的协作组播网络等物联网技术。
　　《物联网动态重构与协作通信技术》可供物联网、计算机、网络通信等专业高年级本科生、研究生、教师学习和参考，也适合物联网、嵌入式系统以及相关领域的科研和工程技术人员阅读、参考。

作者简介

　　张德干，男，湖北黄冈英山县人，博士（后），教授，博导，天津市特聘教授。研究方向为物联网、移动计算、智能控制、无线通信等技术。主持国家863计划项目、国家自然科学基金项目、教育部新世纪优秀人才计划项目等十余项，在IEEE Transactions等有影响的国内外期刊和会议上发表论文130余篇（其中50余篇SCI索引）。出版学术专著多部。获得专利多项。获得科技奖励多项。是多个国际会议的大会主席。
　　
　　李涛，男，山东泰安人，博士（后），副教授，硕导。研究方向为并行与分布式计算、GPU计算、物联网等技术。主持（或参与）国家自然科学基金项目、科技部计划项目、天津市自然科学基金项目等多项，在SCI和EI索引的相关研究领域的国内外期刊或学术会议上发表论文近50篇。出版教材多部。获得发明专利多项。担任多项学术兼职。
　　
　　李骏，男，安徽六安市人，博士（后），教授，博导，江苏省特聘教授。研究方向为无线通信、物联网等技术。主持（或参与）国家自然科学基金项目、江苏省自然科学基金项目等多项，在IEEE Transactions等有影响的国内外期刊和会议上发表论文90余篇。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 概述
1．2 基于压缩感知的数据收集技术
1．3 物联网的节能MAC协议
1．4 物联网的安全信任测度技术
1．5 可重构技术
1．5．1 可重构系统相关技术基础
1．5．2 重构方式
1．5．3 模块布局
1．5．4 软硬件协同设计
1．6 协作通信技术
1．6．1 简介
1．6．2 容量与性能分析
1．6．3 编码协作
1．6．4 节点资源分配

第2章 基于压缩感知的数据收集技术
2．1 压缩感知相关技术简介
2．1．1 预备知识
2．1．2 压缩采样
2．1．3 测量矩阵的构建
2．1．4 信号恢复
2．2 基于压缩感知的无线传感器网络数据收集方案
2．2．1 稠密随机投影数据收集
2．2．2 稀疏随机投影数据收集
2．2．3 混合压缩感知数据收集
2．3 基于sVD稀疏测量矩阵的WSN压缩感知方法
2．3．1 相关技术
2．3．2 基于稀疏随机间距托普利兹矩阵的优化
2．3．3 基于压缩感知的链式无线传感器网络数据收集
2．3．4 示例应用场景设置
2．3．5 实验仿真
2．3．6 基于稀疏SVD循环矩阵的链式结构网络能耗仿真分析
2．4 WSN中基于稀疏混合Cs的分簇结构数据收集技术
2．4．1 相关工作
2．4．2 基于混合压缩感知的无线传感器网络模型
2．4．3 基于混合压缩感知的无线传感器网络数据收集算法
2．4．4 网络能耗分析
2．4．5 算法完整描述
2．4．6 仿真与分析
2．5 本章小结

第3章 低占空比低碰撞节能MAC协议
3．1 无线传感器网络简介
3．2 无线传感器网络节能技术
3．2．1 传感器节点能耗分析
3．2．2 功率控制技术
3．2．3 结构控制技术
3．2．4 数据融合技术
3．3 无线传感器网络各层分析
3．4 低占空比低碰撞节能MAC协议设计
3．4．1 相关MAC协议
3．4．2 算法设计
3．4．3 仿真分析
3．5 本章小结

第4章 面向物联网的分布式自适应信任测度方法
4．1 概述
4．2 网络模型
4．2．1 网络拓扑场景
4．2．2 节点能耗模型
4．2．3 网络攻击模型
4．3 分布式自适应信任测度方法设计
4．3．1 信任模型结构
4．3．2 直接信任计算
4．3．3 推荐信任计算
4．3．4 单跳模块中综合直接信任计算
4．3．5 多跳模块中间接信任计算
4．3．6 信任值更新
4．3．7 集成描述信任计算方法
4．4 协议仿真与分析
4．5 本章小结

第5章 物联网中的动态重构方法与系统
5．1 动态重构系统结构
5．1．1 静态模块
5．1．2 动态区域
5．2 FPGA的动态部分重构
5．3 FPGA部分重构及分析
5．3．1 FPGA配置结构
5．3．2 配置RAM结构
5．3．3 配置控制器
5．3．4 配置端口
5．3．5 基于模块的部分重构
5．3．6 总线宏
5．3．7 实现流程
5．3．8 基于差异的部分重构
5．3．9 实验结果及分析
5．4 FPGA动态模块重定位
5．4．1 快速重构方法
5．4．2 重构方式描述
5．4．3 动态模块重定位
5．5 本章小结

第6章 基于VirtOXll的可重构资源管理系统
6．1 可重构资源管理
6．1．1 可重构资源及分类
6．1．2 段页式资源管理
6．1．3 管理模型
6．2 原型系统设计
6．3 原型系统实现
6．3．1 整体结构
6．3．2 通信网络
6．3．3 控制模块
6．4 本章小结

第7章 资源管理与2D任务布局
7．1 系统模型
7．2 资源管理方法与2D任务布局策略
7．2．1 相关研究
7．2．2 资源管理
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 碎片评价
7．3 实验结果及分析
7．3．1 参数设置
7．3．2 实验结果
7．4 本章小结

第8章 面向动态重构系统的软硬件划分
8．1 考虑布局的软硬件划分
8．1．1 系统模型
8．1．2 任务模型
8．1．3 软硬件划分描述
8．2 软硬件划分与调度
8．2．1 基于遗传算法的软硬件划分
8．2．2 动态优先级调度算法
8．3 性能分析与讨论
8．3．1 参数设置
8．3．2 实验结果及分析
8．4 本章小结

第9章 单源单宿多中继协作通信系统的吞吐量一可靠性分析
9．1 系统模型
9．2 基于AF协议的吞吐量一可靠性权衡分析
9．2．1 数学模型及引理
9．2．2 吞吐量一可靠性权衡分析
9．2．3 基于吞吐量一可靠性权衡的误帧率分析
9．2．4 仿真结果与分析
9．3 基于DF协议的吞吐量一可靠性权衡分析
9．3．1 基于网络信息论的模型分析
9．3．2 吞吐量一可靠性分析
9．3．3 仿真结果与分析
9．4 本章小结

第10章 双源双宿单中继协作组播网络的性能分析及优化
10．1 系统模型
10．2 分集一复用权衡分析
10．2．1 数学模型及引理
10．2．2 基于NRNC协议的分集一复用权衡分析
10．2．3 基于RCNC协议的分集一复用权衡分析
10．2．4 基于RGNC协议的分集一复用权衡分析
10．2．5 仿真结果与分析
10．3 节点功率分配优化
10．3．1 基于发射端统计信道信息的功率分配
10．3．2 基于发射端瞬时信道信息的功率分配
10．3．3 仿真结果与分析
10．4 本章小结

第11章 双源双宿多中继协作组播网络的预编码设计
11．1 系统模型
11．2 基于NRNC协议的性能分析及预编码设计
11．2．1 数学模型
11．2．2 系统误帧率分析
11．2．3 预编码设计
11．3 基于RCNC协议的性能分析及预编码设计
11．3．1 数学模型
11．3．2 系统误帧率分析
11．3．3 预编码设计
11．4 基于RGNC协议的性能分析及预编码设计
11．4．1 数学模型及误帧率分析
11．4．2 预编码设计
11．5 仿真结果与分析
11．6 本章小结

第12章 展望
12．1 数据采集与节能技术展望
12．2 动态重构技术展望
12．3 协作通信技术展望
参考文献

附录 定理证明
A．1 定理9．1 的证明
A．1．1 TIT表达式的下界
A．1．2 TRT表达式的上界
A．2 定理9．2 的证明
A．2．1 逆定理证明
A．2．2 可达性证明
A．3 定理9．3 的证明
A．3．1 TRT表达式的下界
A．3．2 TRT表达式的上界
A．4 定理10．1的证明
A．4．1 分集增益的上界
A．4．2 可达性证明
A．5 定理10．2的证明
A．5．1 分集增益的上界
A．5．2 可达性证明
A．6 定理10．3的证明
A．6．1 分集增益的上界
A．6．2 可达性证明
A．7 缩略语表

前言/序言

　　物联网有助于实现任何时刻、任何地点、任何人、任何物体之间的互连，提供普适服务。结合大数据技术的物联网应用的普及会极大地提高人们的工作效率和生活质量。VLSI技术的进步促进了以FPGA为代表的可重构硬件的快速发展，尤其是具有动态部分重构能力的可重构硬件的出现，使得可重构计算成为当前物联网领域的研究热点。物联网中的协作通信系统在能量和带宽归一化的情况下，通过中继协助转发信息，可以获得更高的系统分集增益。作为一种新的空域分集技术，协作通信系统对物联网通信设备的天线数目没有要求，而是通过搜集物联网中的空闲天线作为中继，从而实现空间上的分集。对于多源／多宿的协作组播网络，在物联网中继节点实施无线网络编码还可以提高系统的吞吐量。
　　本书主要阐述如下几方面的内容：大数据环境下基于压缩感知的数据收集、节能MAC协议、网络安全信任测度、动态重构系统的重构方式、可重构资源管理、硬件任务的调度与布局以及软硬件划分、单源／单宿／多中继协作通信、两源／两宿／单中继的协作组播网络、两源／两宿／任意中继的协作组播网络等物联网技术。
　　本书共12章。第2～4章由张德干撰写，第5～8章由李涛撰写，第9～11章由李骏撰写，第1章和第12章为三人共同撰写。全书由张德干策划和统稿，张晓丹研究员和宁红云教授审阅。
　　本书得到国家863计划项目（No.2007AA012188）、国家自然科学基金项目（No.61170173、No.61571328、No.61003306）、教育部新世纪优秀人才计划项目（No.NCET-09-0895）、教育部科技计划重点项目（No.208010）、天津市自然科学基金项目（No.10JCYBJC00500）、天津市自然科学基金重点项目（No.13JCZDJC34600）、天津市重大科技专项（No.15ZXDSGX00050，No.16ZXFWGX00010）、天津理工大学计算机与通信工程学院“智能计算及软件新技术”天津市重点实验室和“计算机视觉与系统”省部共建教育部重点实验室相关基金、天津市“物联网智能信息处理”科技创新团队基金（No.TD12-5016）、天津市“131”创新型人才团队基金（No.TD2015-23）的资助。
　　本书在撰写过程中，多位教授和专家学者提出了宝贵意见，同时，得到了韩静、赵德新等同事，博士和硕士研究生汪翔、宋孝东、马震、刘思、牛红莉、周舢、李文斌、明学超、朱亚男、赵晨鹏、郑可、潘兆华、戴文博、康学净、刘晓欢、王冬、胡玉霞、刘朝敬、梁彦嫔、董丹超等的支持和帮助，在此一并表示衷心的感谢。
　　书中难免存在不足之处，真诚欢迎各位读者批评指正。
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