无线传感器网络的列车定位国内外研究现状

A. 无线传感器网络的理论及应用的目录

第1篇总论
第1章无线传感器网络概述
1.1无线传感器网络介绍1
1.1.1无线传感器网络的概念1
1.1.2无线传感器网络的特征2
1.1.3无线传感器网络的应用4
1.2无线传感器网络的体系结构7
1.2.1无线传感器网络的系统架构7
1.2.2传感器节点的结构7
1.2.3无线传感器网络的体系结构概述8
1.3无线传感器网络的研究进展10
1.3.1无线传感器网络的发展历程10
1.3.2无线传感器网络的关键技术14
1.3.3无线传感器网络所面临的挑战14
参考文献16
第2篇无线传感器网络的通信协议
第2章无线传感器网络的物理层
2.1无线传感器网络物理层概述19
2.1.1无线传感器网络物理层的研究内容19
2.1.2无线传感器网络物理层的研究现状20
2.1.3无线传感器网络物理层的主要技术挑战22
2.2无线传感器网络的调制与编码方法22
2.2.1Mary调制机制22
2.2.2差分脉冲位置调制机制23
2.2.3自适应编码位置调制机制24
2.3超宽带技术在无线传感器网络中的应用25
2.3.1超宽带技术概述25
2.3.2超宽带技术的基本原理26
2.3.3超宽带技术的研究现状29
2.3.4基于超宽带技术的无线传感器网络31
参考文献35
第3章无线传感器网络的数据链路层
3.1无线传感器网络数据链路层概述37
3.1.1无线传感器网络数据链路层的研究内容37
3.1.2无线传感器网络数据链路层的研究现状38
3.1.3无线传感器网络数据链路层的主要技术挑战39
3.2无线传感器网络的MAC协议40
3.2.1基于竞争机制的MAC协议40
3.2.2基于时分复用的MAC协议47
3.2.3其他类型的MAC协议54
参考文献58
第4章IEEE802.15.4标准
4.1IEEE802.15.4标准概述60
4.2IEEE802.15.4的物理层60
4.2.1物理层概述60
4.2.2物理层服务规范61
4.2.3物理层帧结构65
4.3IEEE802.15.4的MAC子层65
4.3.1MAC层概述65
4.3.2MAC层的服务规范66
4.3.3MAC帧结构69
4.3.4MAC层的功能描述70
4.4基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络70
4.4.1组网类型70
4.4.2数据传输机制71
参考文献72
第5章无线传感器网络的网络层
5.1无线传感器网络网络层概述73
5.1.1网络层的研究内容73
5.1.2网络层的研究现状74
5.1.3网络层的主要技术挑战75
5.2无线传感器网络的路由协议75
5.2.1以数据为中心的平面路由75
5.2.2网络分层路由77
5.2.3基于查询的路由79
5.2.4地理位置路由81
5.2.5能量感知路由84
5.2.6基于QoS的路由87
5.2.7路由协议的优化88
5.3无线传感器网络中的数据包转发策略90
5.3.1包转发策略的研究背景90
5.3.2基于价格机制的包转发博弈模型91
5.3.3自发合作的包转发博弈模型93
参考文献94
第6章无线传感器网络的传输层
6.1无线传感器网络传输层概述97
6.1.1无线传感器网络传输层的研究内容97
6.1.2无线传感器网络传输层的研究现状98
6.1.3无线传感器网络传输层的主要技术挑战99
6.2无线传感器网络的传输协议99
6.2.1PSFQ传输协议99
6.2.2ESRT传输协议101
6.3无线传感器网络与其他网络的互联103
6.3.1无线传感器网络与Internet互联103
6.3.2无线传感器网络接入到网格105
参考文献109
第7章ZigBee协议规范
7.1ZigBee概述111
7.1.1ZigBee与IEEE802.15.4111
7.1.2ZigBee协议框架112
7.1.3ZigBee的技术特点113
7.2网络层规范113
7.2.1网络层概述113
7.2.2服务规范114
7.2.3帧结构与命令帧115
7.2.4功能描述116
7.3应用层规范117
7.3.1应用层概述117
7.3.2ZigBee应用支持子层117
7.3.3ZigBee应用层框架结构118
7.3.4ZigBee设备协定（profile）119
7.3.5ZigBee目标设备（ZDO）119
7.4ZigBee系统的开发119
7.4.1开发条件和注意事项119
7.4.2软件开发120
7.4.3硬件开发121
7.5基于ZigBee规范的无线传感器网络122
7.5.1无线传感器的构建122
7.5.2无线传感器网络的构建123
7.5.3基于ZigBee的无线传感器网络与RFID技术的融合124
参考文献124
第3篇无线传感器网络的核心支撑技术
第8章无线传感器网络的拓扑控制
8.1无线传感器网络的拓扑控制技术概述125
8.1.1无线传感器网络拓扑控制的研究内容125
8.1.2无线传感器网络拓扑控制的研究现状126
8.1.3无线传感器网络拓扑控制的主要技术挑战126
8.2无线传感器网络的拓扑控制算法127
8.2.1功率控制算法127
8.2.2层次拓扑结构控制算法129
8.3无线传感器网络的密度控制135
8.3.1连通支配集构造算法135
8.3.2基于概率覆盖模型的无线传感器网络密度控制算法138
参考文献140
第9章无线传感器网络的节点定位
9.1无线传感器网络的节点定位技术概述142
9.1.1无线传感器网络节点定位的研究内容142
9.1.2无线传感器网络节点定位的研究现状143
9.1.3无线传感器网络节点定位的主要技术挑战146
9.2无线传感器网络的定位机制147
9.2.1基于测距的定位算法147
9.2.2非基于测距的定位算法151
9.3一种基于测距的协作定位策略159
9.3.1刚性图理论简介159
9.3.2基于刚性图的协作定位理论160
9.3.3LCB定位算法161
9.4节点位置估计更新策略162
9.4.1动态网络问题162
9.4.2更新策略163
参考文献164
第10章无线传感器网络的时间同步
10.1无线传感器网络的时间同步概述167
10.1.1无线传感器网络时间同步的研究内容167
10.1.2无线传感器网络时间同步的研究现状168
10.1.3无线传感器网络时间同步的主要技术挑战169
10.2无线传感器网络的时间同步机制170
参考文献180
第11章无线传感器网络的网内信息处理
11.1无线传感器网络的网内信息处理概述182
11.1.1无线传感器网络网内信息处理的研究内容182
11.1.2无线传感器网络网内信息处理的研究现状183
11.1.3无线传感器网络网内信息处理的主要技术挑战184
11.2无线传感器网络的数据融合技术184
11.2.1与路由相结合的数据融合184
11.2.2基于反向组播树的数据融合186
11.2.3基于性能的数据融合187
11.2.4基于移动代理的数据融合189
11.3无线传感器网络的数据压缩技术191
11.3.1基于排序编码的数据压缩算法191
11.3.2分布式数据压缩算法192
11.3.3基于数据相关性的压缩算法194
11.3.4管道数据压缩算法194
11.4无线传感器网络的协作信号信息处理技术195
11.4.1网元层的CSIP技术195
11.4.2网络层的CSIP技术196
11.4.3应用层的CSIP技术196
11.4.4CSIP技术展望197
参考文献198
第12章无线传感器网络的安全技术
12.1无线传感器网络的安全问题概述201
12.1.1无线传感器网络安全技术的研究内容201
12.1.2无线传感器网络安全技术的研究现状202
12.1.3无线传感器网络安全技术的主要技术挑战205
12.2无线传感器网络的安全问题分析205
12.2.1无线传感器网络物理层的安全策略206
12.2.2无线传感器网络链路层的安全策略207
12.2.3无线传感器网络网络层的安全策略207
12.2.4无线传感器网络传输层和应用层的安全策略209
12.3无线传感器网络的密钥管理和入侵检测技术209
12.3.1无线传感器网络的密钥管理209
12.3.2无线传感器网络的入侵检测技术211
参考文献214
第4篇无线传感器网络的自组织管理技术
第13章无线传感器网络的节点管理
13.1无线传感器网络的节点管理概述216
13.1.1无线传感器网络节点管理的研究内容216
13.1.2无线传感器网络节点管理的研究现状217
13.1.3无线传感器网络节点管理的主要技术挑战218
13.2无线传感器网络的节点休眠/唤醒机制218
13.2.1PEAS算法218
13.2.2基于网格的调度算法219
13.2.3基于局部圆周覆盖的节点休眠机制220
13.2.4基于随机休眠调度的节能机制221
13.3无线传感器网络的节点功率管理222
13.3.1动态功率管理和动态电压调节222
13.3.2基于节点度的算法224
13.3.3基于邻近图的算法224
13.3.4基于二分法的功率控制224
13.3.5网络负载自适应功率管理算法226
参考文献227
第14章无线传感器网络的资源与任务管理
14.1无线传感器网络的资源与任务管理概述229
14.1.1无线传感器网络资源与任务管理的研究内容229
14.1.2无线传感器网络资源与任务管理的研究现状230
14.1.3无线传感器网络资源与任务管理的主要技术挑战230
14.2无线传感器网络的资源管理技术231
14.2.1自组织资源分配方式231
14.2.2计算资源分配232
14.2.3带宽资源分配235
14.3无线传感器网络的任务管理技术237
14.3.1任务分配237
14.3.2任务调度239
14.3.3负载均衡243
参考文献245
第15章无线传感器网络的数据管理
15.1无线传感器网络的数据管理概述248
15.1.1无线传感器网络数据管理的研究内容248
15.1.2无线传感器网络数据管理的研究现状249
15.1.3无线传感器网络数据管理的主要技术挑战249
15.2无线传感器网络的数据管理系统250
15.2.1TinyDB系统250
15.2.2Cougar系统251
15.2.3Dimensions系统252
15.3无线传感器网络数据管理的基本方法253
15.3.1数据模式253
15.3.2数据存储254
15.3.3数据索引255
15.3.4数据查询257
参考文献260
第16章无线传感器网络的部署、初始化和维护管理
16.1无线传感器网络的部署、初始化和维护管理概述261
16.1.1无线传感器网络部署、初始化和维护管理的研究内容261
16.1.2无线传感器网络部署、初始化和维护管理的研究现状262
16.1.3无线传感器网络部署、初始化和维护管理的主要技术挑战263
16.2无线传感器网络的部署技术264
16.2.1采用确定放置的部署技术264
16.2.2采用随机抛撒且节点不具移动能力的部署技术265
16.2.3采用随机抛撒且节点具有移动能力的部署技术265
16.3无线传感器网络的初始化技术266
16.3.1UDG模型266
16.3.2基于MIS的初始化算法266
16.3.3基于MDS的初始化算法268
16.4无线传感器网络的维护管理技术270
16.4.1覆盖与连接维护技术270
16.4.2性能监测技术271
参考文献272
第5篇无线传感器网络的开发与应用
第17章无线传感器网络的仿真技术
17.1无线传感器网络的仿真技术概述275
17.1.1网络仿真概述275
17.1.2无线传感器网络仿真研究概述275
17.2常用网络仿真软件276
17.2.1OPNET简介276
17.2.2NS279
17.2.3TOSSIM280
17.3OMNeT++仿真软件281
17.3.1OMNeT++概述281
17.3.2NED语言282
17.3.3简单模块/复合模块287
17.3.4消息290
17.3.5类库291
17.4仿真示例296
参考文献303
第18章无线传感器网络的硬件开发
18.1无线传感器网络的硬件开发概述304
18.1.1硬件系统的设计特点与要求304
18.1.2硬件系统的设计内容304
18.1.3硬件系统设计的主要挑战305
18.2传感器节点的开发305
18.2.1数据处理模块设计305
18.2.2换能器模块设计307
18.2.3无线通信模块设计307
18.2.4电源模块设计309
18.2.5外围模块设计309
18.3传感器节点原型的开发实例Mica310
18.3.1Mica系列节点简介310
18.3.2Mica系列处理器/射频板设计分析313
18.3.3Mica系列传感板设计分析315
18.3.4编程调试接口板介绍317
参考文献318
第19章无线传感器网络的操作系统
19.1无线传感器网络操作系统概述320
19.1.1无线传感器网络操作系统的设计要求320
19.1.2几种典型的无线传感器网络操作系统介绍321
19.1.3无线传感器网络操作系统设计的主要技术挑战321
19.2TinyOS操作系统322
19.2.1TinyOS的设计思路322
19.2.2TinyOS的组件模型322
19.2.3TinyOS的通信模型324
19.3基于TinyOS的应用程序运行过程解析324
19.3.1Blink程序的配件分析325
19.3.2BlinkM模块分析327
19.3.3ncc编译nesC程序的过程329
19.3.4Blink程序的运行跟踪解析329
19.3.5TinyOS的任务调度机制的实现338
19.3.6TinyOS的事件驱动机制的实现342
19.4TinyOS的使用346
19.4.1TinyOS的安装346
19.4.2创建应用程序348
19.4.3使用TOSSIM仿真调试应用程序348
19.4.4使用TinyViz进行可视化调试349
19.4.5将应用程序导入节点运行350
参考文献351
第20章无线传感器网络的软件开发
20.1无线传感器网络软件开发概述353
20.1.1无线传感器网络软件开发的特点与设计要求353
20.1.2无线传感器网络软件开发的内容354
20.1.3无线传感器网络软件开发的主要技术挑战355
20.2nesC编程语言355
20.2.1nesC语言介绍355
20.2.2nesC的语法规范356
20.2.3nesC应用程序开发364
20.3无线传感器网络的应用软件开发367
20.3.1无线传感器网络的编程模式367
20.3.2无线传感器网络的中间件设计370
20.3.3无线传感器网络的服务发现372
参考文献373
第21章无线传感器网络应用于环境监测
21.1环境监测应用概述375
21.1.1环境监测应用的场景描述375
21.1.2环境监测应用中无线传感器网络的体系架构375
21.2关键技术377
21.2.1节点部署377
21.2.2能量管理377
21.2.3通信机制378
21.2.4任务的分配与控制379
21.2.5数据采样与收集379
21.3无线传感器网络用于环境监测的实例380
21.3.1公路交通监测380
21.3.2建筑物健康状况监测384
21.3.3“狼群计划”385
参考文献387
第22章无线传感器网络应用于目标追踪
22.1目标追踪应用概述388
22.1.1目标追踪应用的场景描述388
22.1.2目标追踪应用的特点与技术挑战388
22.1.3目标追踪应用中的无线传感器网络系统架构389
22.2无线传感器网络用于目标追踪的关键技术390
22.2.1追踪步骤390
22.2.2追踪算法392
22.2.3面向目标追踪的网络布局优化400
22.3基于无线传感器网络的车辆追踪系统实例402
22.3.1系统架构402
22.3.2关键问题403
22.3.3关键技术404
参考文献407
附录英汉缩略语对照表410

B. 程良伦的发表论文

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101. 程良伦.全自动数控型电阻焊机的研究[J].广东工学院学报，1996，13(4)：96-101.

C. 论文中国内外研究现状怎么写

随着社会的高速发展和全球化的加速推进，各国的学术研究也在不断壮大和深入。中国的学术研究也不例外，各个领域的论文层出不穷，尤其是在一些科技领域，中国的研究成果已经开始受到国际的关注。在国内，学术研究的领域非常广泛，但是，更多的注意力是集中在一些热门的领域，例如人工智能、大数据、物联网、生物基因等，这些都是当前世界范围内研究的热点。同时，随着中国对世界经济和政治的影响力日益增强，一些战略型的研究也受到了高度的重视，例如能源、环境、军事等领域。

总的来说，中国的学术研究成果在国内外都越来越受到重视，各个领域的学术研究也在不断发展和进步。但是，仍然存在一些问题，例如研究的深度和广度不够，研究方法和手段不够先进，学术交流和合作不够紧密等。因此，我们需要不断加强学术研究的质量和效率，发挥学者的创造力和创新精神，不断推进学术研究的深入发展，为中国的科技创新和经济发展做出更大的贡献。

D. 城市轨道交通c BT c系统解析

基于通信的列车控制系统（Communication Based Train Control System）简称CBTC系统，是通信技术飞速发展背景下的产物，为一种目前在铁路系统和城市轨道系统都具有广泛应用趋势的列控系统，是当前列车运营中移动闭塞技术的核心，属于轨道交通信号系统中的一部分。

1999年，美国弯差电气及电子工程师学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，简称IEEE）为CBTC系统制定了世界上首份标准：IEEE Std 1474.1-1999。其后，IEEE又多次制定、修改并发布了相应的诸多标准。按IEEE在1999年发布的首份标准，CBTC被定义为：利用（独立于轨道电路的）高精度列车定位、双向大容量车-地数据通信和车载、地面的安全功能处理器实现的一种连续自动列车控制系统。上图是基于无线电台通信技术的CBTC移动闭塞系统在世界各国城市轨道交通线路的应用状况。不同颜色代表不同提供商的产品，加横线的是已经实际运用的线路。图自wiki，有时限性，不代表当前各城市城轨建设的情况。

（二）CBTC系统的特点与结构

从技术上讲，CBTC系统是城市轨道交通列车自动控制系统（ATC）中所使用的埋扮皮一种闭塞系统技术，与速度码控制的固定闭塞系统和基于目标距离控制的准移动闭塞系统并立，后两种闭塞系统在国内部分城市地铁线路中亦有所应用。如图

(勘误：北京地铁一号线已在15年由卡斯柯公司对其信号系统进行了改造，现在采用的也是CBTC)

CBTC系统突破了轨道电路的局限性和固定/准移动闭塞的桎梏，基本特性可罗列如下：

不依赖轨道电路的高精度列车定位。

连续的车-地和地-车数据通信网，比传统系统可传输更多的控制和状态信息。

轨旁和车载核心处理器处理列车的状态和控制数据，并可提供列车自动保护（ATP）、列车自动驾驶（ATO）和列车自动监控(ATS)功能。

其中ATP、ATO和ATS是保证城市轨道交通安全、高效运行的重要系统——列车自动控制系统（ATC）的三个子系统。以下详细介绍。

列车自动保护（Automatic Train Protection，ATP）子系统：

严格遵守故障导向安全原则，对列车运行进行监控和超速防护，通过对与行车缺腔安全有关的设备进行实时监测，保证列车在安全间隔下行驶，必要时给出各种信号的提醒，包括自动启动紧急制动；同时还可进行安全性停车点防护和列车车门控制，在列车不能停稳时不允许列车继续运动等。

列车自动驾驶（Automatic Train Operation，ATO）子系统：

完成列车站间自动运行，进行列车速度调节和进站定点停车，对车门和屏蔽门的控制，接受OCC（运行控制中心）的运行调度命令，实现列车自动折返、站台扣车、站台调停等，根据控制中心的命令使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行，自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动。

列车自动监控（Automatic Train Supervision，ATS）子系统：

城市轨道交通系统的运营核心，可集中监视调车区段内列车的运行情况，监测进路控制、列车间隔控制设备的工作，按行车计划自动控制轨旁信号设备；具有接发列车、列车运行轨迹的自动记录功能，可以自动生成、显示、修改和优化时刻表；另外还能够监测设备运行状态和记录调度员操作等。

整个城市轨道交通信号系统可以用下图示意

IEEE CBTC标准列举了典型的CBTC系统结构框图，如下图

由上图可见，整个CBTC系统由CBTC地面设备和CBTC车载设备组成。地面设备和车载设备通过数据通信网络连接，共同构成系统的核心。上图中单独列出的“联锁”模块，与CBTC地面设备相连接。

值得关注的是其中的数据通信网络。CBTC地面设备（含联锁）通过数据通信网络向CBTC车载设备传输控制信息来控制列车运行；同时，CBTC车载设备也通过数据通信网络向CBTC地面设备（含联锁）传送列车信息，以此形成闭环信息传输及控制。

而数据通信网络可由多种通信方式组成，诸如无线电台（CBTC系统简介部分中，所贴的图即是基于无线电台通信技术的CBTC移动闭塞系统在世界各国城市城轨中的应用）、裂缝波导管、漏泄同轴电缆、微波和GSM-R等方式。

上述的CBTC系统的典型结构，根据不同的设备提供商和实际工程需要，可能会有所差异。但所有的CBTC系统皆具有通过数据通信网络连接CBTC车载设备和地面设备以实现ATP子系统功能的特点。

（三）CBTC系统在我国的发展情况

如前所述，采用CBTC系统是列车运行控制系统发展的趋势。

我国自2003年后，新建及改造的城市轨道交通基本上都采用了基于IEEE802.11标准的CBTC系统，以WLAN通信为基础，以无线电台、漏泄波导管等为传输通道实现地-车信息的双向传输；而列车定位采用速度传感器进行测速及移动体位置测量，位置校正则由在轨旁所设置的应答器或信标实现；又基于移动闭塞原理，采用目标距离（Distance-to-Go）控制方式实现列车运行的连续闭环速度控制。

目前，CBTC系统在北京、广州、上海、武汉、成都、沈阳等国内城市广泛应用。其中，2010年北京地铁亦庄线LCF-300型列车的投入使用，标志了中国成为继德国西门子、法国阿尔斯通和加拿大庞巴迪后，第四个成功掌握CBTC核心技术并顺利应用于实际工程的国家，实现了全生命周期性价比最高的目标，比引进系统低20%左右。该国产CBTC系统兼容了无线电台、漏泄波导管、漏泄电缆三种传输方式，实现了移动闭塞、固定闭塞、站间闭塞三级控制，保证了列车高密度、安全平稳运行和精确停车。

（图：成都地铁OCC（Operating Control Center））

鉴于目前国内CBTC系统在实际工程中的应用还未完全成熟，很多线路仍采用海外设备提供商的产品，并且存在国外设备与国产设备间不能完全协调运行等诸多情况。要真正实现国内城市轨道交通CBTC系统的完全国产装备化，还有不短的路要走。

<参考>

1.唐涛《列车运行控制系统》，中国铁道出版社，2016年12月

2.董昱《区间信号与列车运行控制系统》，中国铁道出版社，2008年4月

3.张强锋 陈林秀 杨德友等《城市轨道交通系统概论》，科学出版社，2013年8月

编辑于 2018-07-04 · 着作权归作者所有

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