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第1章 无线传感器网络概述1

1.1 背景1

1.2 无线传感器节点的组成2

1.3 传感器网络的分类3

1.4 无线传感器网络的特点4

1.5 无线传感器网络面临的挑战5

1.6 无线传感器网络和无线网状网络的对比7

1.7 总结8

参考文献8

第2章 无线传感器节点：结构与操作10

2.1 无线传感器网络的限制10

2.2 设计挑战12

2.3 硬件体系结构12

2.4 操作系统与环境14

2.5 传感器节点示例16

2.6 基础设施对无线传感器网络性能指标的影响16

2.7 MEMS技术17

2.8 硬件平台18

2.8.1 片上系统传感器节点18

2.8.2 增强通用个人计算机18

2.8.3 专用传感器节点18

2.9 软件平台19

2.10 总结19

参考文献19

第3章 无线传感器网络的应用：概述与案例研究21

3.1 目标检测与追踪21

3.1.1 能量22

3.1.2 可靠性23

3.1.3 复杂度23

3.1.4 目标对环境扰动的识别（现象学）23

3.1.5 传感器的选择24

3.2 轮廓与边缘检测24

3.2.1 连续极值搜索25

3.2.2 传感器分组与轮廓点搜寻25

3.2.3 轮廓线的创建26

3.3 应用的类型26

3.3.1 环境应用26

3.3.2 医疗应用26

3.3.3 生产过程控制27

3.3.4 智能家居27

3.3.5 国土安全27

3.3.6 水下应用27

3.3.7 农业31

3.3.8 军事应用31

3.4 总结31

参考文献31

第4章 无线传感器网络中的介质访问34

4.1 无线网络中的介质访问控制34

4.1.1 S-MAC：节能协议35

4.1.2 L-MAC：轻量级MAC协议38

4.1.3 动态调度MAC协议40

4.1.4 节能QoS感知MAC协议42

4.1.5 节能应用感知MAC协议43

4.1.6 位置感知MAC协议43

4.1.7 移动无线传感器网络的节能MAC协议44

4.1.8 O-MAC：以接收端为中心的能量管理协议44

4.1.9 PMAC：无线传感器网络的自适应节能MAC协议45

4.1.10 T-MAC协议46

4.1.11 BMAC协议47

4.2 无线传感器网络的MAC问题48

4.3 总结49

参考文献49

第5章 无线传感器网络中的路由53

5.1 无线传感器网络中的路由基础与挑战53

5.2 基于网络架构的路由协议56

5.2.1 多跳平面路由56

5.2.2 分层／分簇路由机制59

5.2.3 基于位置的路由机制64

5.3 基于操作特点的路由协议66

5.3.1 基于查询的路由方法66

5.3.2 多径路由机制66

5.3.3 协作与非协作处理67

5.3.4 基于服务质量的路由机制67

5.3.5 基于协商的路由机制68

5.4 总结68

参考文献69

第6章 无线传感器网络的传输协议73

6.1 无线传感器网络的传输协议需求73

6.2 因特网传输协议及其在无线传感器网络中的适用性74

6.3 现有的无线传感器网络传输协议75

6.3.1 协议分类75

6.3.2 以拥塞控制和流量控制为中心的协议75

6.3.3 以可靠性为中心的协议82

6.3.4 其他协议89

6.4 总结90

参考文献91

第7章 定位与追踪93

7.1 定位93

7.1.1 测距技术94

7.1.2 到达时差95

7.1.3 到达角和数字罗盘96

7.1.4 定位算法96

7.2 目标追踪109

7.2.1 单目标追踪109

7.2.2 多目标追踪114

7.3 总结116

参考文献116

第8章 拓扑管理与控制119

8.1 拓扑管理119

8.2 拓扑管理的分类119

8.2.1 拓扑发现119

8.2.2 休眠周期管理122

8.2.3 集群125

8.3 拓扑控制130

8.3.1 网络覆盖130

8.3.2 网络连通性132

8.4 总结134

参考文献134

第9章 无线传感器网络的性能评估138

9.1 背景信息138

9.2 无线传感器网络建模139

9.3 仿真模型142

9.4 对传感器行为和传感器网络建模144

9.4.1 自组织144

9.4.2 协同算法145

9.4.3 安全机制145

9.4.4 能量感知要求145

9.5 无线传感器网络的仿真工具146

9.6 性能指标148

9.7 基本模型149

9.7.1 流量模型149

9.7.2 能量模型150

9.8 总结150

参考文献150

第10章 无线传感器网络中的安全问题153

10.1 背景153

10.2 无线传感器网络的限制156

10.3 无线传感器网络的安全需求156

10.4 无线传感器网络特有的漏洞和相应攻击方法158

10.5 无线传感器网络的物理攻击159

10.6 无线传感器网络近期的安全问题161

10.7 无线传感器网络的安全协议162

10.7.1 SPINS162

10.7.2 TinySec162

10.7.3 LEAP162

10.8 无线传感器网络中的拒绝服务攻击和相关防御措施163

10.9 总结166

参考文献166

第11章 无线移动传感器网络171

11.1 覆盖与移动传感器172

11.1.1 Voronoi图方法172

11.1.2 基于虚拟力的方法175

11.1.3 基于网格的方法176

11.1.4 事件覆盖178

11.2 网络寿命延长181

11.2.1 可预测且可控的移动汇聚节点181

11.2.2 可预测但不可控的移动汇聚节点182

11.2.3 不可预测且不可控的汇聚节点183

11.2.4 移动中继与数据骡子188

11.3 总结190

参考文献190

第12章 无线多媒体传感器网络193

12.1 网络应用193

12.1.1 多媒体监控193

12.1.2 交通管理193

12.1.3 先进的医疗服务193

12.1.4 环境监测194

12.1.5 工业过程控制194

12.1.6 虚拟现实194

12.2 无线多媒体传感器网络面临的挑战194

12.2.1 资源限制194

12.2.2 变化的信道容量195

12.2.3 多媒体编码技术195

12.2.4 冗余移除195

12.2.5 QoS要求195

12.3 无线多媒体传感器网络的不同架构196

12.3.1 传统架构196

12.3.2 同构、单层、集群式架构196

12.3.3 同构、多层架构197

12.3.4 集成架构198

12.4 不同架构的对比198

12.5 多媒体传感器节点架构198

12.6 现有的传感器节点平台199

12.6.1 Panoptes199

12.6.2 Cyclops200

12.6.3 SensEye201

12.7 通信层201

12.7.1 物理层201

12.7.2 链路层203

12.7.3 网络层207

12.7.4 传输层209

12.7.5 应用层211

12.7.6 跨层问题213

12.8 总结214

参考文献214

第13章 水下无线传感器网络218

13.1 水下无线传感器网络的特征、属性和应用219

13.2 水下物理学和动力学220

13.3 水下无线传感器网络设计：通信模型和网络协议224

13.3.1 水下无线传感器网络组件224

13.3.2 水下无线传感器网络架构225

13.3.3 定位服务226

13.3.4 水下无线传感器网络协议设计228

13.4 总结233

参考文献233

第14章 无线地下传感器网络237

14.1 应用237

14.1.1 土壤属性监测238

14.1.2 环境监测238

14.1.3 边界监视238

14.1.4 采矿安全警戒238

14.1.5 基础设施监测238

14.1.6 定位239

14.2 无线地下传感器网络设计中的挑战239

14.2.1 地下通信信道设计239

14.2.2 拓扑设计239

14.2.3 能量消耗240

14.2.4 天线设计240

14.2.5 环境风险240

14.3 网络架构241

14.3.1 埋在地下的WUGSN拓扑241

14.3.2 部署在矿井和隧道中的WUGSN拓扑242

14.4 通信架构242

14.4.1 物理层243

14.4.2 数据链路层243

14.4.3 网络层244

14.4.4 传输层244

14.4.5 跨层设计245

14.4.6 极端机会路由245

14.4.7 地下机会路由协议246

14.5 无线地下信道246

14.6 土壤属性对无线地下信道的影响248

14.7 地下信道模型249

14.7.1 埋在地下的WUGSN通信信道249

14.7.2 部署在矿井和隧道中的WUGSN通信信道249

14.8 总结250

参考文献250

索引252