无线传感器网络协议与体系结构PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

无线传感器网络协议与体系结构PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章　绪论1

1.1　环境智能化的景象1

1.2　应用举例2

1.3　应用的类型5

1.4 WSN的挑战性6

1.4.1　要求的特性6

1.4.2　要求的机制7

1.5　为什么说传感器网络是不同的8

1.5.1　移动Ad hoc网络与无线传感器网络8

1.5.2　现场总线与无线传感器网络10

1.6　无线传感器网络的技术要求10

第一部分　体系结构15

第2章　单节点体系结构15

2.1　硬件组成15

2.1.1　传感器节点硬件概况15

2.1.2　控制器16

2.1.3　存储器18

2.1.4　通信设备18

2.1.5　传感器与执行器26

2.1.6　传感器节点的电源27

2.2　传感器节点的能量消耗30

2.2.1　不同功率消耗条件下的工作状态30

2.2.2　微控制器的能量消耗32

2.2.3　存储器33

2.2.4　无线收发机33

2.2.5　计算与通信的关系37

2.2.6　传感器与执行器的功率消耗37

2.3　操作系统与运行环境38

2.3.1　嵌入式操作系统38

2.3.2　编程范例与应用编程接口38

2.3.3　操作系统的结构与协议栈40

2.3.4　动态能量与功率管理41

2.3.5　实例研究：TinyOS与nesC42

2.3.6　其他举例45

2.4　传感器节点的一些例子45

2.4.1 Mica Mote系列45

2.4.2 EYES节点47

2.4.3 BT节点47

2.4.4 Scatter网络48

2.4.5　商用器件48

2.5　小结48

第3章　网络体系结构50

3.1　传感器网络的构想50

3.1.1　信源与信宿的类型50

3.1.2　单跳与多跳网络51

3.1.3　多信宿与信源52

3.1.4　三种移动方式52

3.2　目标的最优化与品质参数53

3.2.1　服务质量54

3.2.2　能量效率54

3.2.3　可观测性55

3.2.4　稳健性56

3.3 WSN的设计原理56

3.3.1　分布式组织56

3.3.2　网络内部处理57

3.3.3 自适应的保真度与精度59

3.3.4　以数据为中心59

3.3.5　利用位置信息61

3.3.6　利用主动模式61

3.3.7　利用多样性61

3.3.8　基于部件的协议栈与层间优化62

3.4 WSN的服务接口62

3.4.1　构造应用／协议栈接口62

3.4.2 WSN服务接口的可表示性要求63

3.4.3　讨论64

3.5　网关65

3.5.1　网关的必要性65

3.5.2 WSN到因特网的通信66

3.5.3　因特网到WSN的通信66

3.5.4 WSN隧道67

3.6　小结68

第二部分　通信协议71

第4章　物理层71

4.1　概述71

4.2　无线信道与通信基本问题71

4.2.1　频率分配71

4.2.2　调制与解调73

4.2.3　信号传播效应与噪声76

4.2.4　信道模型81

4.2.5　扩频通信83

4.2.6　分组传输与同步84

4.2.7　无线信道的质量与改进测量86

4.3 WSN物理层与收发机设计的考虑87

4.3.1　能量使用概况88

4.3.2　调制方式选择88

4.3.3　动态调制调整91

4.3.4　关于天线的考虑92

4.4　进一步阅读的文献92

第5章 MAC协议94

5.1　无线MAC协议的基本知识95

5.1.1　关于无线MAC协议的需求与设计上的限制95

5.1.2 MAC协议的分类97

5.1.3　无线传感器网络的MAC协议101

5.2　低占空比协议与唤醒的概念103

5.2.1　稀疏拓扑结构与能量管理（STEM）104

5.2.2 S-MAC105

5.2.3　仲裁设备协议108

5.2.4　无线唤醒的概念110

5.2.5　进一步阅读的文献111

5.3　基于竞争的协议111

5.3.1 CSMA协议111

5.3.2 PAMAS113

5.3.3　进一步的解决方案114

5.4　基于时间表的协议115

5.4.1 LEACH115

5.4.2 SMACS117

5.4.3　通信量自适应媒体接入协议（TRAMA）119

5.4.4　进一步的解决方案121

5.5 IEEE 802.15.4 MAC协议121

5.5.1 网络体系结构与节点的类型和作用122

5.5.2　超帧结构122

5.5.3 GTS管理123

5.5.4　数据传输过程123

5.5.5　时隙CSMA-CA协议124

5.5.6　无信标模式126

5.5.7　进一步阅读的文献126

5.6　关于IEEE 802.11和蓝牙126

5.7　进一步阅读的文献127

5.8　小结128

第6章　链路层协议129

6.1　基本知识：任务与要求130

6.2　差错控制130

6.2.1　传输错误的原因与特征131

6.2.2 ARQ技术132

6.2.3FEC技术137

6.2.4　混合方案141

6.2.5　功率控制143

6.2.6　进一步研究以减小差错144

6.2.7　差错控制小结144

6.3　组帧145

6.3.1 自适应方案147

6.3.2　中间校验和148

6.3.3　将分组大小的优化与FEC相结合149

6.3.4　帧首部的处理150

6.3.5　组帧：小结150

6.4　链路管理150

6.4.1　链路质量特征151

6.4.2　链路质量估计152

6.5　小结154

第7章　命名与寻址155

7.1　基本原理156

7.1.1　传感器网络中使用的地址和名称156

7.1.2　地址管理156

7.1.3　地址的唯一性157

7.1.4　地址分配158

7.1.5　寻址的通信开销159

7.2　无线传感器网络中的名称与地址管理159

7.3　MAC地址的分配160

7.3.1 网内唯一性地址的分布式分配160

7.4　局部唯一性地址的分布式分配162

7.4.1　地址分配算法163

7.4.2　地址选择与地址表达164

7.4.3　其他方案166

7.5　基于内容的寻址和地理位置寻址167

7.5.1　基于内容的寻址167

7.5.2　地理位置寻址（Geographic addressing）170

7.6　小结171

第8章　时间同步172

8.1 时间同步问题的简介172

8.1.1　无线传感器网络中时间同步的需求172

8.1.2　节点的时钟与时钟计时精度问题173

8.1.3　时间同步算法的结构和特点175

8.1.4　无线传感器网络中的时间同步176

8.2　基于发送／接收的同步协议177

8.2.1　轻量时间同步协议（Lightweight Time Synchronization,LTS）177

8.2.2　怎样估计漂移并提高同步精度182

8.2.3　传感器网络的时间同步协议（Time-Sync Protocol for Sensor Networks,TPSN）183

8.3　基于接收／接收的同步协议186

8.3.1　参考广播同步（Reference Broadcast Synchronization,RBS）186

8.3.2　分级的参考时间同步（Hierarchy Referencing Time Synchronization,HRTS）192

8.4　进一步阅读194

第9章　位置与定位198

9.1　无线传感器网络定位的特点198

9.2　定位方法200

9.2.1　利用节点的邻近信息进行定位200

9.2.2　三边测量法（Trilateration）和三角测量法（Triangulation）200

9.2.3　情景分析（Scene analysis）203

9.3　测边定位问题的数学基础203

9.3.1　三边定位与求解203

9.3.2 由距离测量误差引出的三边定位与求解问题204

9.4　单跳定位205

9.4.1　一种室内的定位系统——Active Badge205

9.4.2　另一种室内的定位系统——Active Office206

9.4.3 Radar定位系统206

9.4.4 Cricket定位系统206

9.4.5　利用交叠区域的连通性进行定位206

9.4.6　近似三角形内点测试法（Approximate Point InTriangle,APIT）207

9.4.7　利用到达角进行定位208

9.5　多跳环境中的定位208

9.5.1　多跳网络内的连通性209

9.5.2　多跳距离的估计209

9.5.3　迭代多边定位与协作多边定位210

9.5.4　概率定位方法212

9.6　锚节点的配置对定位的影响212

9.7　进一步阅读213

9.8　小结214

第10章　拓扑结构控制215

10.1　动机与基本思路215

10.1.1　拓扑结构控制的可选方法216

10.1.2　拓扑结构控制算法的评价指标217

10.2　平面网络中的拓扑结构控制——功率控制219

10.2.1　一些复杂度结论219

10.2.2　存在魔数吗——临界参数的边界220

10.2.3　拓扑构造与协议举例222

10.2.4　关于平面拓扑结构控制的进一步阅读的文献227

10.3　采用控制集的层次型网络228

10.3.1　动机与定义228

10.3.2　难题的结果229

10.3.3　关于集中式算法的一些想法229

10.3.4　一些分布式的近似方法232

10.3.5　进一步阅读的文献235

10.4　分簇式层次型网络236

10.4.1　簇的定义236

10.4.2　构造独立集的基本思想238

10.4.3　算法的扩展和一些性能问题239

10.4.4　连接簇240

10.4.5　簇头轮换240

10.4.6　更多的算法举例241

10.4.7　多跳簇242

10.4.8　多层分簇244

10.4.9　被动分簇244

10.4.10　进一步阅读的文献245

10.5　层次型拓扑结构和功率控制相结合246

10.5.1　基于引导信号的功率控制246

10.5.2 Ad hoc网络设计算法（ANDA）246

10.5.3 CLUSTERPOW246

10.6　自适应节点活动247

10.6.1　基于地理位置的拓扑算法（GAF）247

10.6.2　可变的自适应拓扑算法（ASCENT）248

10.6.3　在传感器覆盖率的基础上关闭节点248

10.7　小结249

第11章　路由协议250

11.1　转发与路由选择的各种问题250

11.2　谣传法与基于代理的单播转发253

11.2.1　基本思路253

11.2.2　随机转发253

11.2.3　随机漫步254

11.2.4进一步阅读的文献255

11.3　能量高效型单播255

11.3.1　概述255

11.3.2　单播协议举例258

11.3.3　进一步阅读的文献260

11.3.4　多路径单播路由261

11.3.5　进一步阅读的文献264

11.4　广播与多播265

11.4.1　概述265

11.4.2　基于信源树的协议267

11.4.3　共享核心树协议273

11.4.4　基于网格的协议273

11.4.5　关于广播和多播的进一步阅读的文献274

11.5　地理位置路由275

11.5.1　基于位置的路由的基本知识275

11.5.2　地域广播281

11.5.3　关于地理位置路由的进一步阅读的文献285

11.6　移动的节点286

11.6.1　移动的汇聚节点286

11.6.2　移动的数据采集器287

11.6.3　移动的节点区域287

11.7　小结288

第12章　以数据为中心的和基于内容的网络289

12.1　概述289

12.1.1　发布／订阅的交互模式289

12.1.2　寻址数据290

12.1.3　实现方法291

12.1.4　数据的分配与收集——网内处理292

12.2　以数据为中心的路由292

12.2.1　一次性交互293

12.2.2　重复交互294

12.2.3　进一步阅读的文献298

12.3　数据融合298

12.3.1　概述298

12.3.2　描述融合操作的数据库接口299

12.3.3　融合操作的分类300

12.3.4　融合点的放置302

12.3.5　何时停止等待更多的数据302

12.3.6　把融合看做是一个优化问题303

12.3.7　广播融合值304

12.3.8　信息定向的路由和融合306

12.3.9　更多的例子309

12.3.10　关于数据融合的进一步阅读的文献311

12.4　以数据为中心的存储312

12.5小结313

第13章　传输层与服务质量314

13.1　无线传感器网络的传输层和服务质量314

13.1.1　服务质量／可靠性315

13.1.2　传输协议315

13.2　覆盖率与部署316

13.2.1　传感模型317

13.2.2　覆盖方法318

13.2.3　均匀随机部署：泊松点过程319

13.2.4　随机部署的覆盖率：布尔传感模型320

13.2.5　随机部署的覆盖率：一般传感模型322

13.2.6　覆盖率确定323

13.2.7　网格部署的覆盖率327

13.2.8　进一步阅读的文献328

13.3 可靠数据传输330

13.4　单个分组传递331

13.4.1　使用单一路径331

13.4.2　使用多路径336

13.4.3　多接收机340

13.4.4小结340

13.5　块传递340

13.5.1 1PSFQ：信宿到传感器的块传递341

13.5.2 RMST：传感器到信宿的块传输346

13.5.3　关于TCP348

13.5.4　进一步阅读的文献349

13.6　拥塞控制和数据率控制350

13.6.1　传感器网络中的拥塞问题350

13.6.2　拥塞检测与处理机制352

13.6.3　数据率控制协议353

13.6.4 CODA拥塞控制框架357

13.6.5　进一步阅读的文献359

第14章　高级应用支持361

14.1 高级网内处理361

14.1.1　超越数据融合361

14.1.2　分布式信号处理362

14.1.3　分布式信源编码363

14.1.4　网络编码367

14.1.5　进一步的问题368

14.2　安全性问题368

14.2.1　基本原理369

14.2.2　无线传感器网络的安全性考虑369

14.2.3 “拒绝服务”攻击370

14.2.4　进一步阅读的文献371

14.3　特定应用支持372

14.3.1 目标检测与跟踪372

14.3.2　轮廓／边缘检测375

14.3.3　现场采样378

缩略语381

参考文献386