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| 內容簡介： |
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随着铁路建设的快速发展，运营里程的不断增加，铁路系统的安全可靠性影响着整个社会经济发展。为了应对新时期铁路运行环境与基础设施监测面临的需求与挑战，进一步提升铁路行车安全保障能力，铁路基础设施及运行环境监测系统作为保障铁路系统安全运营*有效的方案之一应运而生。本书以铁路基础设施及运行环境监测需求为基础，提出基于边云机制的铁路监测系统架构，并在此基础上建立WSN子网协议优化、WSN骨干网协议优化、WSN时延优化和WSN带宽优化模型与方法。本书可作为负责铁路监测系统搭建、监测网络设计、建设及运营等相关人员的参考书。
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前言第1章绪论1.1铁路基础设施及运行环境现状1.1.1铁路系统发展现状1.1.2铁路基础设施及运行环境发展现状与安全形势1.2铁路基础设施及运行环境状态监测技术应用现状1.2.1铁路基础设施及运行环境状态监测方式1.2.2铁路基础设施及运行环境状态监测需求1.2.3铁路系统基础设施及运行环境状态监测系统现存问题1.3本书章节安排参考文献第2章基于边云协同机制的铁路基础设施及运行环境监测系统架构2.1铁路基础设施及运行环境监测系统需求体系2.1.1铁路基础设施及运行环境监测系统用户分析2.1.2铁路基础设施及运行环境监测系统需求分析2.2基于边云协同机制的铁路基础设施及运行环境监测系统总体架构2.2.1铁路基础设施及运行环境监测系统功能体系概述2.2.2基于边云协同机制的铁路基础设施及运行环境监测系统总体架构2.3基于边云协同的铁路基础设施及运行环境监测系统架构设计2.3.1铁路基础设施及运行环境监测系统功能架构设计2.3.2铁路基础设施及运行环境监测系统逻辑架构设计2.3.3铁路基础设施及运行环境监测系统物理架构设计2.4支撑架构的核心关键技术体系2.4.1铁路基础设施及运行环境监测系统感知技术2.4.2铁路基础设施及运行环境监测系统传输技术2.4.3铁路基础设施及运行环境监测系统处理技术2.5本章小结参考文献第3章基于无线传感网（WSN）的铁路基础设施及运行环境状态监测系统的关键技术3.1WSN概述3.1.1WSN的定义与结构3.1.2WSN的特点3.1.3WSN应用领域3.1.4WSN在铁路基础设施及其运行环境监测中的应用现状3.2基于WSN的铁路基础设施及运行环境状态监测系统设计3.2.1铁路基础设施及运行环境状态监测WSN系统架构层级3.2.2铁路基础设施及运行环境状态监测WSN通信传输网络结构3.3基于WSN的铁路基础设施及运行环境状态监测系统关键技术3.4本章小结参考文献第4章铁路基础设施及运行环境状态监测WSN子网协议优化4.1铁路基础设施及运行环境状态监测WSN子网结构及关键问题4.1.1铁路基础设施及运行环境状态监测WSN子网结构4.1.2铁路基础设施及运行环境状态监测WSN子网关键问题4.2基于分簇通信的子网路由协议能量优化4.2.1铁路状态监测系统子网传输能耗模型4.2.2基于分簇的能量优化路由协议总体结构4.2.3铁路状态监测系统子网基于分簇的能量优化路由协议4.2.4仿真结果及其分析4.3基于算传一体化的铁路状态监测系统子网能量优化4.3.1铁路状态监测子网算传一体化工作模式和能耗协议4.3.2基于算传一体化的子网混合通信和计算策略优化模型4.3.3基于算传一体化的能量优化模型仿真结果分析与验证4.4本章小结参考文献第5章铁路基础设施及运行环境状态监测WSN骨干网协议优化5.1铁路基础设施及运行环境状态监测WSN骨干网结构及关键问题5.1.1铁路基础设施及运行环境状态监测WSN骨干网结构5.1.2铁路基础设施及运行环境状态监测WSN骨干网关键问题5.2基于多跳通信的骨干网路由协议优化5.2.1基于多跳通信的骨干网路由协议整体架构5.2.2基于多跳通信的骨干网路由协议优化模型5.2.3铁路状态监测系统骨干网多跳通信路由协议评价模型化5.2.4铁路状态监测系统骨干网多跳通信路由协议仿真验证5.3基于算传一体化的铁路基础设施及运行环境监测骨干网能量优化5.3.1铁路状态监测骨干网算传一体化工作模式和能耗协议5.3.2铁路状态监测骨干网算传一体化能量管理优化模型5.3.3铁路状态监测骨干网算传一体化能量管理仿真分析与验证5.4本章小结参考文献第6章铁路状态基础设施及运行环境状态监测WSN时延优化6.1铁路基础设施及运行环境状态监测时延优化系统结构6.1.1铁路基础设施及运行环境状态监测时延优化系统结构表示6.1.2铁路基础设施及运行环境状态监测时延优化需求分析6.1.3铁路基础设施及运行环境状态监测时延优化整体设计方案6.2铁路基础设施及运行环境状态监测有效时延优化模型6.2.1铁路基础设施及运行环境状态监测有效时延优化模型框架6.2.2铁路基础设施及运行环境状态监测有效时延小化模型建立6.2.3铁路状态基础设施及运行环境监测有效时延优化模型实验验证6.3本章小结参考文献第7章铁路基础设施及运行环境状态监测WSN带宽优化7.1铁路基础设施及运行环境状态监测WSN带宽优化系统结构7.1.1铁路基础设施及运行环境状态监测WSN带宽优化系统结构表述7.1.2铁路基础设施及运行环境状态监测WSN带宽优化需求分析7.1.3基于非对称Nash博弈论的带宽资源分配优化模型7.2铁路基础设施及运行环境状态监测WSN带宽分配优化求解7.2.1基于遗传算法的铁路状态监测WSN带宽分配算法设计7.2.2基于遗传算法的铁路状态监测WSN带宽分配算法实现7.3铁路基础设施及运行环境状态监测WSN带宽优化仿真及评估7.3.1铁路状态监测WSN带宽分配仿真参数设置7.3.2安全性导向的带宽资源分配优化策略7.3.3经济性导向的带宽资源分配优化策略7.3.4遗传算法的收敛性分析7.4本章小结参考文献第8章总结与展望8.1主要工作总结8.2创新性工作总结8.3未来展望
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铁路作为当今重要的公共运输方式之一，安全始终是铁路发展的生命线。铁路系统运行安全不仅影响着企业本身的生产效率和经济效益，也会对社会和经济发展带来重大影响。铁路系统运行安全是铁路设备、基础设施及其运行环境多要素综合作用的结果，实现对铁路系统各要素运行状态的可靠监测是铁路行业安全发展的热点研究问题。铁路是复杂巨系统，任何设施、设备发生故障或运行环境发生改变都可能危及铁路的运行安全。面向基础设施状态、运行环境等监测系统的搭建及专用WSN资源管理优化，对持续可信感知系统运行状态、辨识系统运行态势、保障铁路安全运行具有重要意义。本书是由国家自然科学基金项目“基于云边交互机制的铁路致灾机理及防灾预警理论”（61903023）、北京市自然科学基金资助项目“轨道交通状态监测无线传感网资源配置及效能优化方法研究”（4204110）、“中央高校基本科研业务费专项资金资助”（2020JBM087）和轨道交通控制与安全国家重点实验室的资助编写而成。该书主要是为负责铁路监测系统搭建、监测网络优化的建设及运营人员提供参考，同时为相关理论研究提供支撑。全书由北京交通大学马小平副教授和贾利民教授共同撰写，共包含8章，具体分工为：马小平副教授完成第3章至第7章的撰写，贾利民教授完成第1章、第2章和第8章的撰写。衷心感谢国家自然基金委员会、北京市自然科学基金委员会、轨道交通控制与安全国家重点实验室的资助，以及课题组赵静、闫涵、陈熙元、王旭、吴兆田、陈菲、石梦彤、王若璇等同学的大力支持和帮助；在本书的编写过程中，参阅了大量的国内外文献，并引用了行业专家学者的部分观点和材料，在此向他们表示由衷的感谢；同时还要感谢机械工业出版社为本书顺利出版所作的工作。由于作者的知识水平及研究的深度和广度有限，书中所提的部分观点、方法及理论可能会有不足之处，敬请读者给予批评和指正。作者2022年1月
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