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深入理解複雜網路：網路和信號處理視角

為了解決純有線路由器的問題，作者(印度) B.S. 馬努基阿布舍克．查克拉博蒂 這樣論述：

本書試圖將網路、資訊科學、信號處理和統計物理學的研究團體結合在一起，從工程學角度重點關注通信、網路以及信號處理等方面，為理解複雜網路提供了一種新穎的研究方式。 B.S.馬努基（B.S. Manoj） 目前是印度空間科學與技術研究所航空電子部負責人、教授。Manoj的研究領域包括複雜網路、網路安全、認知網路、ad hoc無線網路、無線mesh網路、軟體定義網路、延遲容忍網路和無線感測器網路。2015年，Manoj獲得IEEE自然計算國際會議(ICNC)傑出領導獎，他與人合著的多篇論文獲得了許多獎勵。 出版者的話 推薦序 譯者序 前言 致謝 作者簡介 第

1章　概述1 1.1　複雜網路1 1.2　複雜網路類型2 1.3　研究複雜網路的好處4 1.3.1　建模和刻畫複雜物理世界系統4 1.3.2　設計新的高效物理世界系統5 1.3.3　制定複雜真實世界問題的解決方案5 1.3.4　通過分子網路建模提高生物醫學研究水準5 1.3.5　發展網路醫學5 1.3.6　摧毀反社會網路6 1.3.7　通過社交網路強化社會科學研究6 1.4　複雜網路研究面臨的挑戰6 1.5　本書內容概述6 1.6　本書內容組織7 1.6.1　對本書內容的閱讀建議8 1.7　面向教師的輔助材料9 1.8　小結9 第2章　圖論預備知識10 2.1　引言10 2.2　圖11 2.

2.1　子圖12 2.2.2　補圖13 2.3　與圖相關的矩陣13 2.3.1　權重矩陣14 2.3.2　鄰接矩陣14 2.3.3　關聯矩陣15 2.3.4　度矩陣15 2.3.5　拉普拉斯矩陣15 2.4　基本圖測度17 2.4.1　平均鄰居度17 2.4.2　平均聚類係數17 2.4.3　平均路徑長度18 2.4.4　平均邊長度19 2.4.5　圖的直徑與體積20 2.5　圖的基本定義與屬性20 2.5.1　途徑、路徑以及回路20 2.5.2　連通性21 2.5.3　無環性22 2.5.4　同構24 2.5.5　平面性24 2.5.6　可著色性25 2.5.7　可遍歷性26 2.5.8　網

路流27 2.5.9　乘積圖28 2.6　圖的類型30 2.6.1　正則圖30 2.6.2　二分圖30 2.6.3　完全圖31 2.6.4　樹31 2.6.5　線圖33 2.6.6　衝突圖34 2.7　圖的其他重要測度34 2.7.1　Cheeger常數35 2.7.2　團數35 2.8　圖尋路演算法35 2.8.1　Dijkstra最短路徑演算法36 2.8.2　所有節點對之間的最短路徑演算法37 2.9　小結38 練習題38 第3章　複雜網路概述42 3.1　複雜網路的主要類型42 3.1.1　隨機網路42 3.1.2　小世界網路43 3.1.3　無標度網路43 3.2　複雜網路測度43

3.2.1　平均鄰居度43 3.2.2　平均路徑長度44 3.2.3　網路直徑44 3.2.4　平均聚類係數44 3.2.5　度分佈44 3.2.6　中心性測度44 3.2.7　複雜網路中的度-度相關性48 3.2.8　節點臨界性49 3.2.9　網路電阻距離49 3.3　複雜網路中的社區發現50 3.3.1　模組度最大化50 3.3.2　Surprise最大化51 3.3.3　基於衝突圖變換的社區發現51 3.4　複雜網路中的熵60 3.4.1　網路熵60 3.4.2　節點度熵60 3.4.3　鏈路長度變化熵60 3.4.4　鏈路影響熵60 3.5　隨機網路68 3.5.1　隨機網路的演進

68 3.5.2　Erd鰏-Rényi隨機網路模型69 3.5.3　隨機網路的屬性69 3.6　開放性研究問題71 3.7　小結72 練習題72 第4章　小世界網路75 4.1　引言75 4.2　Milgram小世界實驗76 4.3　小世界網路的特徵77 4.4　現實世界的小世界網路80 4.5　小世界網路的生成與演進83 4.5.1　重連現有鏈路83 4.5.2　純隨機添加新的LL83 4.5.3　基於歐氏距離添加新的鏈路86 4.6　基於容量的確定性新鏈路添加86 4.6.1　最大流最小割定理87 4.6.2　基於最大流容量策略的鏈路添加89 4.7　建立確定性的小世界網路90 4.7.

1　基於最小APL的鏈路添加90 4.7.2　基於最小AEL的鏈路添加93 4.7.3　基於最大BC的鏈路添加93 4.7.4　基於最大CC的鏈路添加93 4.8　線性拓撲小世界網路的錨點93 4.8.1　錨點的重要性94 4.8.2　錨點的位置94 4.9　基於啟發式方法的確定性鏈路添加97 4.9.1　最大接近中心性差異97 4.9.2　順序確定性LL添加102 4.9.3　基於小世界特徵的平均流容量增強106 4.10　小世界網路中的路由111 4.10.1　分散式路由演算法112 4.10.2　自我調整分散式路由演算法112 4.10.3　前瞻式路由演算法115 4.11　小世界網路的

容量116 4.11.1　以重連現有NL方式生成的小世界網路的容量117 4.11.2　以LL添加方式生成的小世界網路的容量117 4.12　開放性研究問題118 4.13　小結118 練習題119 第5章　無標度網路122 5.1　引言122 5.1.1　無標度的含義是什麼123 5.2　無標度網路的特徵123 5.3　現實世界的無標度網路126 5.3.1　作者引用網路126 5.3.2　網際網路中的自治系統126 5.3.3　空中交通網絡127 5.3.4　識別無標度網路127 5.4　無標度網路的形成133 5.4.1　通過偏好連接創建無標度網路134 5.4.2　通過適應度建模創建

無標度網路134 5.4.3　通過可變內在適應度創建無標度網路134 5.4.4　通過優化創建無標度網路134 5.4.5　通過指數1創建無標度網路134 5.4.6　通過貪心全域決策創建無標度網路135 5.5　基於偏好連接的無標度網路創建135 5.5.1　Barabási-Albert網路模型135 5.5.2　觀察和討論136 5.6　基於適應度建模的無標度網路創建136 5.6.1　基於適應度的網路模型137 5.6.2　觀察和討論137 5.7　基於可變內在適應度的無標度網路創建138 5.7.1　基於可變內在適應度的網路模型138 5.7.2　觀察和討論138 5.8　基於優化的

無標度網路創建139 5.8.1　觀察和討論139 5.9　基於指數1的無標度網路創建140 5.9.1　通過重連創建無標度網路140 5.9.2　觀察和討論142 5.10　基於貪心全域決策的無標度網路創建142 5.10.1　貪心全域LL添加142 5.10.2　基於貪心全域決策的無標度網路中的一些觀察144 5.11　確定性的無標度網路創建145 5.11.1　確定性無標度網路模型145 5.11.2　對確定性無標度網路創建的一些觀察146 5.12　開放性研究問題147 5.13　小結148 練習題148 第6章　小世界無線mesh網路150 6.1　引言150 6.1.1　小世界特

徵152 6.1.2　小世界無線mesh網路152 6.2　小世界無線mesh網路的分類152 6.3　隨機LL的創建153 6.3.1　通過重連普通鏈路創建隨機LL153 6.3.2　通過添加新的鏈路創建隨機LL154 6.4　基於純隨機鏈路添加的小世界155 6.5　基於歐氏距離的小世界155 6.6　基於天線度量的小世界網路的實現156 6.6.1　基於傳輸功率的LL添加156 6.6.2　基於隨機波束形成的LL添加156 6.6.3　基於傳輸功率和波束形成的LL添加157 6.7　創建小世界無線mesh網路的演算法機制158 6.7.1　基於接觸的LL添加158 6.7.2　基於遺傳演

算法的LL添加158 6.7.3　基於小世界協同路由的LL添加159 6.8　以閘道路由器為中心的小世界網路形成159 6.8.1　基於單閘道路由器的LL添加160 6.8.2　基於多閘道路由器的LL添加164 6.9　創建確定性的小世界無線mesh網路167 6.9.1　基於窮舉搜索的確定性LL添加167 6.9.2　基於啟發式方法的確定性LL添加168 6.10　創建非持久小世界無線mesh網路168 6.10.1　基於資料騾子的LL創建168 6.10.2　負載感知的LL創建169 6.11　小世界無線mesh網路中的非持久路由171 6.11.1　負載感知的非持久小世界路由172 6.

11.2　LNPR演算法的性能評估173 6.12　現有解決方案的定性比較175 6.13　開放性研究問題177 6.14　小結178 練習題178 第7章　小世界無線感測器網路180 7.1　引言180 7.2　小世界無線mesh網路和小世界無線感測器網路181 7.3　為何選擇小世界無線感測器網路182 7.4　將WSN轉換為SWWSN面臨的挑戰185 7.5　SWWSN的遠程鏈路類型186 7.6　將WSN轉換為SWWSN的方法187 7.6.1　現有方法的分類187 7.6.2　性能評估測度188 7.6.3　將正則拓撲WSN轉換為SWWSN189 7.6.4　隨機模型異構SWWSN

192 7.6.5　基於Newman-Watts模型的SWWSN193 7.6.6　基於Kleinberg模型的SWWSN193 7.6.7　基於有向隨機模型的SWWSN194 7.6.8　基於可變速率自我調整調製的SWWSN196 7.6.9　基於度的LL添加創建SWWSN198 7.6.10　基於禁止距離的LL添加創建SWWSN199 7.6.11　同構SWWSN200 7.7　基於有線LL的SWWSN201 7.8　開放性研究問題202 7.9　小結204 練習題204 第8章　複雜網路的譜207 8.1　引言207 8.2　圖的譜208 8.3　圖的鄰接矩陣譜209 8.3.1　特徵

值的邊界209 8.3.2　特殊圖的鄰接矩陣譜210 8.4　複雜網路的鄰接矩陣譜212 8.4.1　隨機網路213 8.4.2　隨機正則網路213 8.4.3　小世界網路214 8.4.4　無標度網路214 8.5　圖的拉普拉斯譜216 8.5.1　拉普拉斯運算元特徵值的界217 8.5.2　歸一化拉普拉斯運算元特徵值的界217 8.5.3　矩陣樹定理218 8.5.4　拉普拉斯譜和圖的連通性218 8.5.5　譜圖聚類220 8.5.6　特殊圖的拉普拉斯譜220 8.6　複雜網路的拉普拉斯譜222 8.6.1　隨機網路222 8.6.2　隨機正則網路223 8.6.3　小世界網路223 8

.6.4　無標度網路224 8.7　使用譜密度進行網路分類225 8.8　開放性研究問題225 8.9　小結226 練習題226 第9章　複雜網路上的信號處理229 9.1　圖信號處理簡介229 9.1.1　圖信號的數學表示231 9.2　經典信號處理和圖信號處理的比較231 9.2.1　圖傅裡葉變換與經典離散傅裡葉變換的關係232 9.3　圖拉普拉斯運算元233 9.3.1　圖拉普拉斯運算元的性質233 9.3.2　圖譜234 9.4　量化圖信號的變化234 9.5　圖傅裡葉變換235 9.5.1　頻率和頻率排序的概念237 9.5.2　頻寬受限的圖信號240 9.5.3　頂點索引的影響2

40 9.6　圖信號的廣義運算元242 9.6.1　濾波242 9.6.2　卷積244 9.6.3　平移245 9.6.4　調製246 9.7　應用246 9.7.1　節點中心性的譜分析246 9.7.2　圖傅裡葉變換中心性252 9.7.3　感測器網路中的故障檢測255 9.8　窗口圖傅裡葉變換255 9.8.1　窗口圖傅裡葉變換的示例257 9.9　開放性研究問題258 9.10　小結259 練習題259 第10章　圖信號處理方法263 10.1　引言263 10.2　基於拉普拉斯矩陣的圖信號處理263 10.3　DSPG框架264 10.3.1　線性圖濾波器和移位元不變性64 10.4

　基於權重矩陣的DSPG框架265 10.4.1　移位運算元265 10.4.2　線性移位元不變圖濾波器266 10.4.3　總方差267 10.4.4　圖傅裡葉變換268 10.4.5　線性移位元不變圖濾波器的頻率回應270 10.5　基於有向拉普拉斯運算元的DSPG框架271 10.5.1　有向拉普拉斯運算元271 10.5.2　移位運算元272 10.5.3　線性移位元不變圖濾波器272 10.5.4　總方差273 10.5.5　基於有向拉普拉斯運算元的圖傅裡葉變換274 10.5.6　線性移位元不變圖濾波器的頻率回應278 10.6　圖信號處理方法的比較278 10.7　開放性研究問題

279 10.8　小結279 練習題280 第11章　複雜網路的多尺度分析285 11.1　引言285 11.2　複雜網路資料的多尺度變換286 11.2.1　頂點域設計286 11.2.2　譜域設計286 11.3　Crovella-Kolaczyk小波變換287 11.3.1　CK小波287 11.3.2　小波變換287 11.3.3　小波的性質288 11.3.4　示例288 11.3.5　優點和缺點289 11.4　隨機變換289 11.4.1　優點和缺點290 11.5　基於提升的小波290 11.5.1　將圖拆分為偶數節點和奇數節點290 11.5.2　基於提升的變換291 11

.6　雙通道圖小波濾波器組291 11.6.1　圖中的下採樣和上採樣292 11.6.2　雙通道圖小波濾波器組294 11.6.3　圖正交鏡像濾波器組295 11.6.4　任意圖的多維可分小波濾波器組296 11.7　譜圖小波變換296 11.7.1　SGWT的矩陣形式297 11.7.2　小波生成核297 11.7.3　SGWT的示例299 11.7.4　優點和缺點300 11.8　基於有向拉普拉斯運算元的譜圖小波變換300 11.8.1　小波300 11.8.2　小波生成核301 11.8.3　示例302 11.9　擴散小波303 11.9.1　優點和缺點303 11.10　開放性研究問題

303 11.11　小結304 練習題304 附錄A　向量和矩陣307 附錄B　經典信號處理314 附錄C　錨點位置分析319 附錄D　函數的漸近行為322 附錄E　相關學術課程及專案324 附錄F　相關期刊和會議327 附錄G　相關資料集和視覺化工具330 附錄H　相關研究組332 符號335 縮略語338 參考文獻342 索引355

使用Raspberry Pi學習計算機體系結構

為了解決純有線路由器的問題，作者（美）艾本·阿普頓等 這樣論述：

Raspberry Pi的誕生，深受20世紀80年代價格相對低廉的高度可編程計算機(以及它們對英國高新技術產生的影響)的啟發，它激勵新一代程序設計師並為他們提供准入平台。經濟成本和技術門檻的可接受性，使得Raspberry Pi成為學習計算機工作原理的理想工具。《使用Raspberry Pi學習計算機體系結構》將會是你整個Raspberry Pi內幕發現之旅的私人指南，也將成為你學習由Raspberry Pi完美詮釋的知識庫的專業級教練。作者Eben Upton和Jeff Duntemann是理想的導師：作為Raspberry Pi的共同創始人，Upton展現出他的深刻洞察力；Dunteman

則將復雜的技術知識凝練為易於理解的解釋。以Raspberry Pi這塊信用卡般大小的計算機(正在革新編程世界)的體系結構為基礎，Upton和Duntemann共同提供了隱藏在所有計算機背后的技術的專業級指 導。《使用Raspberry Pi學習計算機體系結構》按部就班地講解每個組件，包括組件能做什麼、為何需要它、該組件與其他組件的關系，以及組件創建過程中設計者面臨的選擇等。從內存、存儲器和處理器，到以太網、相機和音頻。Upton和Duntemann相互合作，確保讀者扎實理解Raspberry Pi的內部結構及其整體上與計算背后的技術之間的關系。 第1章 計算機漫談 11.1

日益繽彩紛呈的Raspberry 11.2 片上系統 41.3 一台令人激動的信用卡般大小的計算機 51.4 Raspberry Pi的功能 61.5 Raspberry Pi板 71.5.1 GPIO引腳 71.5.2 狀態LED 91.5.3 USB插口 101.5.4 以太網連接 101.5.5 音頻輸出 111.5.6 復合視頻 121.5.7 CSI攝像頭模塊連接器 131.5.8 HDMI 131.5.9 micro USB電源 141.5.10 存儲卡 141.5.11 DSI顯示連接 151.5.12 裝配孔 151.5.13 芯片 161.6 未來 16第2章計算概述 19

2.1 計算機與烹飪 202.1.1 佐料與數據 202.1.2 基本操作 212.2 按計划執行的盒子 222.2.1 執行和知曉 222.2.2 程序就是數據 232.2.3 存儲器 242.2.4 寄存器 252.2.5 系統總線 262.2.6 指令集 262.3 電平、數字及其表示 272.3.1 二進制：以1和0表示 272.3.2 手指的局限性 292.3.3 數量、編號和0 292.3.4 用於二進制速記的十六進制 302.3.5 執行二進制和十六進制運算 312.4 操作系統：幕后老板 332.4.1 操作系統的功能 332.4.2 向內核致敬 342.4.3 多核 34第3

章電子存儲器35 3.1 存儲器先於計算機而存在 35 3.2 旋轉磁存儲器(Rotating Magnetic Memory) 36 3.3 磁芯存儲器 37 3.3.1 磁芯存儲器的工作過程38 3.3.2 存儲器訪問時間39 3.4 靜態隨機訪問存儲器(SRAM) 40 3.5 地址線和數據線 41 3.6 由存儲器芯片構建存儲器系統42 3.7 動態隨機訪問存儲器(DRAM) 45 3.7.1 DRAM的工作原理 45 3.7.2 同步DRAM和異步DRAM47 3.7.3 SDRAM列、行、Bank、Rank和DIMM 49 3.7.4 DDR、DDR2、DDR3和DDR4 SDRA

M50 3.7.5 糾錯碼存儲器53 3.8 Raspberry Pi的存儲器系統54 3.8.1節能性54 3.8.2球柵陣列封裝55 3.9 緩存 55 3.9.1訪問的局部性56 3.9.2緩存層級56 3.9.3緩存行和緩存映射57 3.9.4直接映像59 3.9.5相聯映射61 3.9.6組相聯高速緩存62 3.9.7回寫緩存到存儲器63 3.10 虛擬存儲器 64 3.10.1虛擬存儲器概覽64 3.10.2虛擬存儲器到物理存儲器的映射65 3.10.3 深入了解存儲器管理單元66 3.10.4 多級頁表和TLB69 3.10.5 Raspberry Pi的交換問題70 3.10.

6 Raspberry Pi虛擬存儲器70 第4章ARM處理器與片上系統73 4.1 急速縮小的CPU 73 4.1.1微處理器74 4.1.2晶體管預算75 4.2 數字邏輯基礎 75 4.2.1邏輯門75 4.2.2觸發器和時序邏輯76 4.3 CPU內部78 4.3.1分支與標志79 4.3.2系統棧80 4.3.3系統時鍾和執行時間82 4.3.4流水線技術83 4.3.5流水線技術詳解84 4.3.6深入流水線以及流水線阻塞86 4.3.7 ARM11 中的流水線88 4.3.8 超標量執行89 4.3.9 基於SIMD的更多並行機制90 4.3.10 字節序92 4.4 CPU再認

識：CISC與RISC 93 4.4.1 RISC的歷史95 4.4.2 擴展的寄存器文件95 4.4.3 加載/存儲架構 96 4.4.4 正交的機器指令96 4.4.5 獨立的指令和數據高速緩存97 4.5 源於艾康的ARM 97 4.5.1微架構、內核及家族98 4.5.2 出售設計許可而非成品芯片98 4.6 ARM11 99 4.6.1 ARM指令集99 4.6.2 處理器模式102 4.6.3 模式和寄存器103 4.6.4 快速中斷107 4.6.5 軟件中斷108 4.6.6 中斷優先級108 4.6.7 條件指令執行109 4.7 協處理器 111 4.7.1 ARM協處理器

接口112 4.7.2 系統控制協處理器113 4.7.3 向量浮點協處理器113 4.7.4 仿真協處理器114 4.8 ARM Cortex 114 4.8.1 多發和亂序執行115 4.8.2 Thumb 2 115 4.8.3 Thumb EE 115 4.8.4 big.LITTLE 116 4.8.5 NEON SIMD協處理器 116 4.8.6 ARMv8和64位計算117 4.9 片上系統 118 4.9.1 博通BCM2835 SoC 118 4.9.2 第二代和第三代博通SoC 設備119 4.9.3 VLSI芯片原理119 4.9.4 流程、制程工藝和掩膜120 4.9

.5 IP：單元、宏單元、內核120 4.9.6 硬IP和軟IP121 4.9.7 平面規划、布局和布線121 4.9.8 片上通信的標准：AMBA 122 第5章程序設計 125 5.1 程序設計概述 125 5.1.1 軟件開發過程126 5.1.2 瀑布、螺旋與敏捷128 5.1.3 二進制程序設計130 5.1.4 匯編語言和助記符131 5.1.5 高級語言132 5.1.6 花樣泛濫的后BASIC 時代134 5.1.7 程序設計術語135 5.2 本地代碼編譯器的工作原理 137 5.2.1 預處理138 5.2.2 詞法分析138 5.2.3 語義分析139 5.2.4 生成中

間代碼139 5.2.5 優化139 5.2.6 生成目標代碼139 5.2.7 C編譯：一個具體示例140 5.2.8 鏈接目標代碼文件到可執行文件145 5.3 純文本解釋程序 146 5.4 字節碼解釋語言 148 5.4.1 p-code 148 5.4.2 Java 149 5.4.3 即時編譯(JIT) 150 5.4.4 Java之外的字節碼和JIT 編譯152 5.4.5 Android 、Java和Dalvik 152 5.5 數據構建塊 152 5.5.1 標識符、關鍵字、符號和操作符153 5.5.2 數值、文本和命名常量153 5.5.3 變量、表達式和賦值154 5.

5.4 類型和類型定義154 5.5.5 靜態和動態類型156 5.5.6 補碼和IEEE 754 157 5.6 代碼構建塊 159 5.6.1 控制語句和復合語句159 5.6.2 if/then/else 159 5.6.3 switch和case 161 5.6.4 repeat循環162 5.6.5 while循環163 5.6.6 for循環164 5.6.7 break和continue語句166 5.6.8 函數166 5.6.9 局部性和作用域168 5.7 面向對象程序設計 170 5.7.1 封裝172 5.7.2 繼承174 5.7.3 多態176 5.7.4 OOP小

結 178 5.8 GNU編譯器工具集概覽178 5.8.1 作為編譯器和生成工具的gcc179 5.8.2 使用Linux make 181 第6章非易失性存儲器185 6.1 打孔卡和磁帶 186 6.1.1 打孔卡186 6.1.2 磁帶數據存儲器186 6.1.3 磁存儲器的黎明188 6.2 磁記錄和編碼方案 189 6.2.1 磁通躍遷190 6.2.2 垂直記錄191 6.3 磁盤存儲器 192 6.3.1 柱面、磁軌和扇區193 6.3.2 低級格式化194 6.3.3 接口和控制器195 6.3.4 軟盤驅動器197 6.4 分區和文件系統 198 6.4.1 主分區和擴展分

區198 6.4.2 文件系統和高級格式化199 6.4.3 未來：GUID分區表 (GPT) 200 6.4.4 Raspberry Pi SD卡的分區201 6.5 光盤 202 6.5.1 源自CD的格式203 6.5.2 源自DVD的格式204 6.6 虛擬硬盤 205 6.7 Flash存儲器206 6.7.1 ROM、PROM和 EPROM 206 6.7.2 Flash與EEPROM 207 6.7.3 單級與多級存儲209 6.7.4 NOR Flash與NAND Flash 210 6.7.5 損耗平衡及Flash轉換層213 6.7.6 碎片回收和TRIM 214 6.7.

7 SD卡 215 6.7.8 eMMC216 6.7.9 非易失性存儲器的未來217 第7章有線和無線以太網219 7.1 網絡互連OSI參考模型220 7.1.1 應用層222 7.1.2 表示層222 7.1.3 會話層223 7.1.4 傳輸層223 7.1.5 網絡層224 7.1.6 數據鏈路層226 7.1.7 物理層226 7.2 以太網 227 7.2.1 粗纜以太網和細纜以太網227 7.2.2 以太網的基本構想227 7.2.3 沖突檢測和規避228 7.2.4 以太網編碼系統2297.2.5 PAM-5 編碼2327.2.6 10BASE-T和雙絞線233 7.2.7

從總線拓撲結構到星型拓撲結構234 7.2.8 交換以太網235 7.3 路由器和互聯網 237 7.3.1 名稱與地址237 7.3.2 IP地址和TCP端口2387.3.3 本地IP地址和DHCP 240 7.3.4 網絡地址轉換242 7.4 Wi-Fi 243 7.4.1 標准中的標准244 7.4.2 面對現實世界245 7.4.3 正在使用的Wi-Fi 設備 248 7.4.4 基礎設施網絡與Ad Hoc 網絡249 7.4.5 Wi-Fi 分布式介質訪問 250 7.4.6 載波監聽和隱藏結點問題251 7.4.7 分片253 7.4.8 調幅、調相和QAM 253 7.4.9

擴頻技術256 7.4.10 Wi-Fi 調制和編碼細節256 7.4.11 Wi-Fi 連接的實現原理259 7.4.12 Wi-Fi 安全性 260 7.4.13 Raspberry Pi上的Wi-Fi 261 7.4.14 更多的網絡263 第8章操作系統 2658.1 操作系統簡介 2668.1.1 操作系統的歷史 2678.1.2 操作系統基礎 2708.2 內核：操作系統的核心主導者 2748.2.1 操作系統控制 2768.2.2 模式 2768.2.3 存儲器管理 2778.2.4 虛擬存儲器 2788.2.5 多任務處理 2788.2.6 磁盤訪問和文件系統 2798.2.7

設備驅動程序 2798.3 操作系統的使能器和助手 2798.3.1 喚醒操作系統 2808.3.2 固件 2838.4 Raspberry Pi上的操作系統 2838.4.1 NOOBS 2848.4.2 第三方操作系統 2858.4.3 其他可用的操作系統 285第9章 視頻編解碼器和視頻壓縮 2879.1 第一個視頻編解碼器 2889.1.1 利用眼睛 2889.1.2 利用數據 2909.1.3 理解頻率變換 2939.1.4 使用無損編碼技術 2979.2 時移世易 2989.2.1 MPEG的最新標准 2999.2.2 H.265 3029.3 運動搜索 3029.3.1 視頻質

量 3049.3.2 處理能力 305第10章 3D圖形307 10.1 3D圖形簡史307 10.1.1 圖形用戶界面(Graphical User Interface，GUI) 308 10.1.2 視頻游戲中的3D圖形310 10.1.3 個人計算和顯卡311 10.1.4 兩個競爭標准312 10.2 OpenGL圖形管線 314 10.2.1 幾何規范和屬性315 10.2.2 幾何變換317 10.2.3 光照和材質320 10.2.4 圖元組裝和光柵化322 10.2.5 像素處理(片段着色)324 10.2.6 紋理326 10.3 現代圖形硬件 328 10.3.1 瓦片渲染

329 10.3.2 幾何拒絕330 10.3.3 着色332 10.3.4 緩存333 10.3.5 Raspberry Pi GPU 334 10.4 Open VG 336 10.5 通用GPU 338 10.5.1 異構體系結構338 10.5.2 OpenCL 339 第11章音頻 341 11.1 現在能聽到我的聲音嗎？341 11.1.1 MIDI342 11.1.2 聲卡342 11.2 模擬與數字343 11.3 聲音和信號處理344 11.3.1 編輯344 11.3.2 壓縮345 11.3.3 使用特效錄制345 11.3.4 編碼和解碼通信信息346 11.4 1位D

AC 347 11.5 I2S 349 11.6 Raspberry Pi聲音輸入/輸出350 11.6.1 音頻輸出插孔350 11.6.2 HDMI350 11.7 Raspberry Pi的聲音351 11.7.1 Raspberry Pi板載聲音351 11.7.2 處理Raspberry Pi的聲音351 第12章 輸入/輸出359 12.1 輸入/輸出簡介 359 12.2 I/O使能器 362 12.2.1 通用串行總線363 12.2.2 USB有源集線器365 12.2.3 以太網367 12.2.4 通用異步收發器368 12.2.5 小型計算機系統接口368 12.2.6

PATA 369 12.2.7 SATA 369 12.2.8 RS-232串口 370 12.2.9 HDMI 370 12.2.10 I2S 371 12.2.11 I2C 371 12.2.12 Raspberry Pi顯示器、攝像頭接口和JTAG 372 12.3 Raspberry Pi GPIO 373 12.3.1 GPIO概述以及博通SoC 373 12.3.2 接觸GPIO 374 12.3.3 可編程GPIO 380 12.3.4 可選模式385 12.3.5 GPIO實驗的簡單方法 385

上行多使用者多天線系統之存取協定設計

為了解決純有線路由器的問題，作者沈威良 這樣論述：

隨著移動裝置普及及應用程式的多元，由移動裝置產生的資料量逐漸增加，對於高速無線網路資料上傳的需求日趨迫切，多使用者多天線系統在提升整體效能扮演關鍵性的角色，多使用者多天線系統主要是利用網路節點所配置的多天線，讓多個使用者可以同時傳送資料。有別於傳統單一使用者無線網路，多使用者無線網路面臨了下列數個多天線系統衍生的難題：1) 每位使用者的最佳傳送速率會與其共同傳送者有關，傳統單一使用者網路往往利用個人歷史傳輸品質記錄來推測最佳傳送速率，此方式將不再適用於多使用者多天線系統。2) 上行的多使用者網路比起傳統無線網路更容易受到隱藏節點問題或碰撞干擾，任何一個封包錯誤會使得所有同同時傳輸的封包無法被

正確解碼，若只是單純重傳所有封包將會大幅降低多天線系統之效能。3) 為了更進一步擴充多天線系統的頻寬，可利用後端有線網路將數個實體路由器連結成多天線虛擬路由器，建構出``網路式多天線系統''。然而將任意天線組成虛擬路由器，會增加路由器之間的干擾並降低頻寬使用率，因此，如何將天線組成適當的網路式上行多天線系統，將成為決定效能的關鍵。本論文試著解決以上的問題，我們首先將目光著眼於單一路由器之多天線系統，並設計一套讓每個使用者可以根據同時傳送者的通道來來調變最佳傳送速率的通訊協定，使得整體無線網路的效能可以被妥善運用；由於多使用者無線網路允許多個使用者同時傳送資料，當同時傳送使用者逐漸增加，因隱藏節

點問題或者無線傳輸碰撞所造成的錯誤率也隨之上升而大幅降低系統效能，我們進而提出一套多使用者多天線系統之封包修復通訊協定，讓系統迅速地修復碰撞的封包。最後，本論文提出一套動態式網路式多天線系統，讓虛擬路由器架構可以根據使用者的地理位置分布與需求資料量做及時的架構調整，以降低跨網路之干擾並提升整體效能。我們已經將以上設計實作於軟體定義平台上，不論是在實際測試或者模擬分析上，本論文所提出之系統設計皆較傳統單一使者網路及現有的多使用者多天線系統有更卓越的效能提升。