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《21世纪先进制造技术丛书》序1

序1

前言1

第1章 绪论1

1.1无线传感器网络研究1

1.1.1无线传感器网络的基本特点1

1.1.2无线传感器网络的发展现状与趋势2

1.2移动机器人研究5

1.3无线传感器网络与移动机器人系统7

1.3.1无线传感器网络和多移动机器人的比较7

1.3.2无线传感器网络和移动机器人的结合8

1.3.3无线传感器网络和移动机器人系统的关键技术9

1.4全书的组织结构10

1.5小结11

第2章 无线传感器网络体系结构与构成12

2.1无线传感器网络结构12

2.1.1无线传感器网络的基本结构形式13

2.1.2基于分布式订阅／发布／通知框架的应用结构13

2.1.3基于移动Agent应用的无线传感器网络结构15

2.2无线传感网络相关协议及重要支持技术16

2.2.1数据链路层协议17

2.2.2路由协议18

2.2.3时间同步18

2.2.4数据融合19

2.3无线传感器网络节点结构20

2.4节点上微型操作系统21

2.4.1无线传感器网络节点的操作系统需求21

2.4.2TinyOS操作系统21

2.5ZigBee技术22

2.6小结23

参考文献23

第3章 无线传感器网络的路由技术25

3.1引言25

3.2无线传感器网络中的QoS支持27

3.2.1WSNs中的QoS要求28

3.2.2WSNs中QoS支持的主要问题29

3.3基于QoS的自适应分簇算法30

3.3.1QAC算法模型31

3.3.2QAC特点34

3.3.3QAC实例计算对比35

3.4两阶段成簇自适应分簇算法36

3.4.1TCF的技术基础36

3.4.2算法过程36

3.4.3性能对比计算39

3.5基于K-means的能量平衡消耗分簇算法42

3.5.1算法模型42

3.5.2计算实例48

3.6小结51

参考文献52

第4章 无线传感器网络节点定位技术54

4.1引言54

4.2节点定位的常用技术和典型定位系统55

4.2.1常用的测距方法55

4.2.2非测距的定位算法56

4.2.3典型定位系统57

4.3加权质心定位算法58

4.3.1改进Euclidean定位计算59

4.3.2无线电传播路径损耗模型分析59

4.3.3加权质心定位计算61

4.3.4算法过程61

4.3.5计算实例62

4.4基于移动机器人的节点定位算法64

4.4.1算法模型64

4.4.2算法过程68

4.4.3计算实例69

4.5小结72

参考文献72

第5章 移动机器人系统与控制框架74

5.1移动机器人控制体系结构74

5.2常见的移动机器人控制系统77

5.2.1Saphira77

5.2.2TeamBots78

5.2.3Xavier78

5.2.4ISR／Berra79

5.2.5国内移动机器人系统80

5.3移动机器人控制框架研究81

5.3.1TCA82

5.3.2OROCOS＠KTH83

5.3.3Player86

5.4基于网络的移动机器人控制87

5.4.1传统网络机器人的控制88

5.4.2基于Player和Web服务器的网络机器人控制和协作88

5.4.3基于嵌入式技术的小型网络机器人控制90

5.5传感器网络环境下移动机器人的控制框架92

5.5.1移动机器人的平台框架93

5.5.2移动机器人的混合式控制体系结构94

5.6小结95

参考文献96

第6章 移动机器人的定位与导航98

6.1引言98

6.2移动机器人定位方式98

6.2.1相对定位98

6.2.2绝对定位99

6.3室内移动机器人超声波定位系统99

6.3.1系统原理及工作流程99

6.3.2节点上的程序系统103

6.3.3传感器节点104

6.3.4仿真分析109

6.4同时定位与制图算法118

6.4.1同时定位与制图算法介绍118

6.4.2SLAM算法性质118

6.4.3SLAM算法分类119

6.4.4一种基于线特征的SLAM算法120

6.4.5SLAM算法仿真128

6.4.6基于SLAM的导航算法131

6.5小结134

参考文献134

第7章 移动机器人运动控制策略136

7.1引言136

7.2单个移动机器人路径规划137

7.2.1基于模型的控制137

7.2.2基于规则的控制143

7.3多机器人系统编队控制151

7.3.1集中式控制151

7.3.2分布式控制152

7.4多机器人系统的动态特性分析159

7.5小结162

参考文献163

第8章 机器人仿真系统165

8.1引言165

8.2几种典型的机器人仿真系统165

8.2.1Microsoft Robotics Studio165

8.2.2MissionLab166

8.2.3MultiSim167

8.2.4Swarm167

8.3Player／Stage168

8.3.1概述168

8.3.2Player介绍169

8.3.3Stage173

8.3.4world文件和cfg文件174

8.3.5仿真实例177

8.4Visual RobotSoft179

8.4.1仿真软件总体设计179

8.4.2仿真软件功能设计180

8.4.3仿真实例192

8.5小结193

参考文献193

第9章 分布式传感与控制系统的消息订阅／发布／通知模型195

9.1引言195

9.2分布式系统的消息订阅／发布／通知模型196

9.3固定结构系统的消息订阅／发布／通知模型198

9.3.1模型的实现198

9.3.2在Player／Stage中的应用实例200

9.4Nomadic系统中的消息订阅／发布／通知模型202

9.4.1模型的需求及实现202

9.4.2单数据源的控制节点漫游204

9.4.3多数据源的控制节点漫游204

9.5基于AODV的移动Ad-hoc类型系统的消息订阅／发布／通知模型208

9.6小结210

参考文献210

第10章 无线传感器网络-机器人系统实验平台212

10.1引言212

10.1.1通用网络仿真平台的二次开发212

10.1.2专用无线传感器网络仿真平台216

10.1.3无线传感器网络工程实验床218

10.2无线传感器网络-机器人实验平台系统体系结构220

10.2.1系统控制平台220

10.2.2传感信息采集222

10.2.3服务器222

10.2.4客户端223

10.3GIS环境信息的注入与多Agent仿真223

10.3.1GIS环境信息的注入223

10.3.2典型多Agent仿真平台——A-globe224

10.4系统硬件平台226

10.4.1多功能Sink节点226

10.4.2无线传感器节点MICAz227

10.4.3移动机器人229

10.5远程Web监控230

10.5.1网络服务程序230

10.5.2基于Web的平台数据监控233

10.6小结238

参考文献238

第11章 智能空间关键技术与应用240

11.1引言240

11.1.1智能空间的主要特征241

11.1.2智能空间的关键技术241

11.2智能空间中的实体协同242

11.2.1资源描述和发现机制242

11.2.2基于代理的多网络通信机制247

11.3支持智能空间的传感器网络的网格服务系统249

11.3.1概述249

11.3.2传感器网络和网格系统249

11.3.3系统框架和体系结构250

11.3.4服务实现和应用场景254

11.4智能空间中移动机器人的位置感知258

11.5智能空间中的移动智能终端259

11.5.1智能空间与游牧服务259

11.5.2融入智能空间的移动智能终端260

11.5.3基于MIT的应用原型263

11.6小结265

参考文献266