无线传感器网络原理及方法

出版者的话

译者序

前言

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　SPINS 162

10.7.2　TinySec 162

10.7.3　LEAP 162

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　Panoptes 199

12.6.2　Cyclops 200

12.6.3　SensEye 201

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

参考文献

• 无线传感器网络技术及应用：2010年1月中国电力出版社出版的书籍

• 无线传感器网络技术及应用：西安电子科技大学出版社出版图书

随着无线通信系统和片上网络等技术的发展，无线传感器网络已成为21世纪对世界影响最大的技术之一。无线传感器网络具有自组织的智能特性，但也面临着扩展性、能效和安全等方面的问题。本书从多角度对这一技术展开深入探讨，对学术界和工业界都有极高的参考价值。