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第1章 概述1

1.1 传感器微尘平台1

1.1.1 低端平台3

1.1.2 高端平台4

1.1.3 标准化工作4

1.1.4 软件9

1.2 WSN工艺和协议栈9

1.2.1 物理层10

1.2.2 数据链路层11

1.2.3 网络层11

1.2.4 传输层12

1.2.5 应用层12

参考文献13

第2章 WSN应用15

2.1 军事应用15

2.1.1 智能微尘15

2.1.2 狙击手侦测系统16

2.1.3 VigilNet系统17

2.2 环境应用18

2.2.1 大鸭岛实验18

2.2.2 CORIE19

2.2.3 ZebraNet系统20

2.2.4 火山监测21

2.2.5 洪水早期检测21

2.3 医疗应用22

2.3.1 人工视网膜23

2.3.2 病人监测24

2.3.3 应急响应25

2.4 家庭应用25

2.4.1 用水监测25

2.5 工业应用26

2.5.1 预防性维护26

2.5.2 结构健康监测27

2.5.3 其他商业应用28

参考文献28

第3章 WSN设计影响因素32

3.1 硬件约束32

3.2 容错性34

3.3 可扩展性35

3.4 生产成本35

3.5 WSN的拓扑结构35

3.5.1 预部署和部署阶段35

3.5.2 后期部署阶段36

3.5.3 额外节点的重新部署阶段36

3.6 传输介质36

3.7 功耗37

3.7.1 传感38

3.7.2 数据处理39

3.7.3 通信40

参考文献43

第4章 物理层45

4.1 物理层技术45

4.1.1 RF45

4.1.2 其他技术47

4.2 射频无线通信概述48

4.3 信道编码（差错控制编码）49

4.3.1 分组码50

4.3.2 联合信源信道编码51

4.4 调制53

4.4.1 FSK54

4.4.2 QPSK54

4.4.3 二进制和M进制调制55

4.5 无线信道效应56

4.5.1 衰减57

4.5.2 多径效应57

4.5.3 信道差错率58

4.5.4 圆盘图表单元与统计信道模型59

4.6 物理层标准61

4.6.1 IEEE 802.15.461

4.6.2 现有的收发机63

参考文献64

第5章 介质访问控制66

5.1 MAC层的挑战66

5.1.1 功耗67

5.1.2 结构67

5.1.3 基于事件的网络68

5.1.4 相关性68

5.2 CSMA机制68

5.3 基于竞争的介质访问71

5.3.1 S-MAC72

5.3.2 B-MAC76

5.3.3 CC-MAC协议79

5.3.4 其他基于竞争的MAC协议84

5.3.5 小结88

5.4 预留的介质访问88

5.4.1 TRAMA89

5.4.2 其他预留的MAC协议92

5.4.3 小结95

5.5 混合介质访问95

5.5.1 Zebra-MAC96

参考文献99

第6章 差错控制102

6.1 差错控制方案的分类102

6.1.1 功率控制102

6.1.2 ARQ103

6.1.3 FEC103

6.1.4 HARQ104

6.2 WSN中的差错控制104

6.3 跨层分析模型107

6.3.1 网络模型107

6.3.2 预期跳距109

6.3.3 功耗分析110

6.3.4 时延分析112

6.3.5 解码时延和功耗113

6.3.6 BER和PER113

6.4 差错控制方案的比较114

6.4.1 跳距延伸115

6.4.2 发射功率控制116

6.4.3 混合差错控制117

6.4.4 小结118

参考文献119

第7章 网络层121

7.1 路由选择的挑战121

7.1.1 功耗121

7.1.2 可扩展性122

7.1.3 寻址技术122

7.1.4 鲁棒性122

7.1.5 拓扑结构122

7.1.6 应用123

7.2 以数据为中心和等级化的路由协议123

7.2.1 洪泛124

7.2.2 谣传125

7.2.3 信息协商机制125

7.2.4 定向扩散127

7.2.5 定性评价129

7.3 分层协议129

7.3.1 LEACH130

7.3.2 PEGASIS130

7.3.3 TEEN和APTEEN131

7.3.4 定性评价132

7.4 地理路由协议133

7.4.1 MECN和SMECN133

7.4.2 有损连接的地理转发方案134

7.4.3 PRADA136

7.4.4 定性评价138

7.5 基于QoS的协议138

7.5.1 SAR138

7.5.2 最小成本路径转发139

7.5.3 SPEED140

7.5.4 定性评价141

参考文献142

第8章 传输层145

8.1 传输层的挑战145

8.1.1 端到端的通信方式145

8.1.2 应用相关性146

8.1.3 能量消耗146

8.1.4 非对称执行146

8.1.5 路由／寻址受限146

8.2 RMST147

8.2.1 定性评价149

8.3 PSFQ150

8.3.1 定性评价152

8.4 CODA152

8.4.1 定性评价154

8.5 ESRT协议154

8.5.1 定量评价157

8.6 GARUDA157

8.6.1 定性评价161

8.7 实时可靠性传输（RT）2协议161

8.7.1 定性评价165

参考文献165

第9章 应用层167

9.1 信源编码（数据压缩）167

9.1.1 传感器LZW167

9.1.2 分布式信源编码169

9.2 查询处理170

9.2.1 查询表示171

9.2.2 数据融合175

9.2.3 COUGAR177

9.2.4 Fjords架构179

9.2.5 微融合服务181

9.2.6 TinyDB183

9.3 网络管理185

9.3.1 MANNA187

9.3.2 SNMS188

参考文献190

第10章 跨层解决方案192

10.1 层间影响192

10.2 跨层的相互作用194

10.2.1 MAC层和网络层194

10.2.2 MAC层和应用层196

10.2.3 网络层和物理层197

10.2.4 传输层和物理层198

10.3 跨层模块198

10.3.1 启动判决199

10.3.2 传输启动201

10.3.3 汇聚节点竞争201

10.3.4 基于角度的路由204

10.3.5 局部跨层拥塞控制205

10.3.6 小结：XLP跨层的相互作用和性能208

参考文献209

第11章 时间同步212

11.1 时间同步的挑战212

11.1.1 低成本的时钟212

11.1.2 无线通信213

11.1.3 资源受限213

11.1.4 高部署密度213

11.1.5 节点易失效214

11.2 NTP214

11.3 定义215

11.4 TPSN216

11.4.1 定性评价217

11.5 RBS218

11.5.1 定性评价219

11.6 ACS220

11.6.1 定性评价221

11.7 TDP221

11.7.1 定性评价223

11.8 RDP223

11.8.1 定性评价224

11.9 小型／微型同步协议224

11.9.1 定性评价226

11.10 其他协议226

11.10.1 LTS226

11.10.2 TSync226

11.10.3 渐进优化同步227

11.10.4 移动网络同步227

参考文献228

第12章 定位229

12.1 定位中的挑战229

12.1.1 物理层的测量229

12.1.2 计算的约束230

12.1.3 全球定位系统的不足230

12.1.4 低端的传感器节点231

12.2 测距技术231

12.2.1 接收信号强度231

12.2.2 到达时间232

12.2.3 到达时间差233

12.2.4 到达角234

12.3 基于测距的定位协议234

12.3.1 Ad Hoc定位系统235

12.3.2 有噪测距定位237

12.3.3 基于时间的定位系统238

12.3.4 辅助移动定位240

12.4 基于预留的定位协议241

12.4.1 凸位置估计241

12.4.2 近似三角形内点系统242

参考文献244

第13章 拓扑管理245

13.1 部署246

13.2 功率控制247

13.2.1 LMST247

13.2.2 LMA和LMN248

13.2.3 干扰感知功率控制249

13.2.4 CONREAP251

13.3 活动调度252

13.3.1 GAF253

13.3.2 ASCENT254

13.3.3 SPAN256

13.3.4 PEAS258

13.3.5 STEM260

13.4 分簇263

13.4.1 分层分簇263

13.4.2 HEED265

13.4.3 覆盖保持分簇266

参考文献270

第14章 无线传感器和执行器网络272

14.1 WSAN的特点274

14.1.1 网络架构274

14.1.2 物理结构275

14.2 传感器节点与执行器节点协作277

14.2.1 传感器节点与执行器节点通信要求278

14.2.2 执行器节点的选举278

14.2.3 最优解决方案281

14.2.4 分布式事件驱动的分簇和路由协议282

14.2.5 性能284

14.2.6 传感器节点与执行器节点协作的挑战289

14.3 执行器节点与执行器节点协作289

14.3.1 任务分配290

14.3.2 最优解方案291

14.3.3 局部拍卖协议293

14.3.4 定性评价294

14.3.5 执行器节点与执行器节点协作的挑战295

14.4 WSAN协议栈296

14.4.1 管理域296

14.4.2 协作域297

14.4.3 通信域297

参考文献298

第15章 无线多媒体传感器网络300

15.1 设计挑战301

15.1.1 多媒体信源编码301

15.1.2 高带宽要求302

15.1.3 具体应用服务质量要求302

15.1.4 多媒体网内处理302

15.1.5 功耗302

15.1.6 覆盖范围302

15.1.7 资源限制303

15.1.8 可变的信道容量303

15.1.9 跨层耦合功能303

15.2 网络结构303

15.2.1 单层结构304

15.2.2 多层结构304

15.2.3 覆盖305

15.3 多媒体传感器的硬件307

15.3.1 音频传感器307

15.3.2 低分辨率视频传感器308

15.3.3 中分辨率视频传感器310

15.3.4 多媒体传感器网络配置举例311

15.4 物理层313

15.4.1 TH-IR-UWB314

15.4.2 MC-UWB314

15.4.3 UWB测距314

15.5 MAC层314

15.5.1 FRASH MAC316

15.5.2 实时独立信道MAC317

15.5.3 MIMO技术317

15.5.4 开放研究问题317

15.6 差错控制318

15.6.1 联合信源信道编码和功率控制318

15.6.2 开放研究问题320

15.7 网络层320

15.7.1 MMSPEED321

15.7.2 开放研究问题324

15.8 传输层324

15.8.1 多跳缓冲和自适应性325

15.8.2 错误的鲁棒图像传输326

15.8.3 开放研究问题327

15.9 应用层328

15.9.1 流量管理和接入控制328

15.9.2 多媒体编码技术329

15.9.3 静态图像编码329

15.9.4 分布式信源编码331

15.9.5 开放研究问题332

15.10 跨层设计333

15.10.1 跨层控制单元333

15.11 进一步研究的问题335

15.11.1 网内处理的协作336

15.11.2 同步337

参考文献337

第16章 水下无线传感器网络341

16.1 设计挑战342

16.1.1 陆上传感器网络与水下传感器网络342

16.1.2 实时网络与容迟网络343

16.2 水下传感器网络的组件343

16.2.1 水下传感器344

16.2.2 自主式水下航行器345

16.3 通信体系结构346

16.3.1 二维UWSN346

16.3.2 三维UWSN347

16.3.3 AUV传感器网络348

16.4 水声传播的基本要素349

16.4.1 Urick传播模型350

16.4.2 深水区信道模型351

16.4.3 浅水区信道模型353

16.5 物理层353

16.6 介质访问控制层355

16.6.1 基于CSMA的MAC协议355

16.6.2 基于CDMA的MAC协议359

16.6.3 混合MAC协议362

16.7 网络层363

16.7.1 集中式路由方案364

16.7.2 分布式路由方案365

16.7.3 混合路由方案370

16.8 传输层370

16.8.1 开放研究课题371

16.9 应用层371

16.10 跨层设计372

参考文献374

第17章 地下无线传感网络378

17.1 应用379

17.1.1 环境监测379

17.1.2 基础设施监测381

17.1.3 定位应用381

17.1.4 边境巡逻和安全监测381

17.2 设计方面的挑战382

17.2.1 能量效率问题382

17.2.2 网络拓扑设计382

17.2.3 天线设计383

17.2.4 恶劣环境384

17.3 网络架构384

17.3.1 土壤中的WUSN384

17.3.2 矿井隧道中的WUSN386

17.4 使用电磁波技术的地下无线信道387

17.4.1 地下信道的特性388

17.4.2 土壤特性对地下信道的影响389

17.4.3 土壤介电常数389

17.4.4 地下信号传播390

17.4.5 地面反射392

17.4.6 多径衰落及误码率393

17.5 地下无线信道的磁感应技术396

17.5.1 MI信道模型396

17.5.2 MI波导397

17.5.3 土壤中的MI波及MI波导特性398

17.6 矿井及公路／地铁隧道环境下的无线通信400

17.6.1 隧道环境400

17.6.2 房柱式环境404

17.6.3 与实验测量情况的对比406

17.7 通信架构406

17.7.1 物理层407

17.7.2 数据链路层408

17.7.3 网络层409

17.7.4 传输层409

17.7.5 跨层设计410

参考文献411

第18章 主要挑战414

18.1 传感器网络和Internet的联合414

18.2 实时和多媒体通信414

18.3 协议栈415

18.4 同步和定位416

18.5 挑战环境中的WSN417

18.6 实际的考虑418

18.7 无线纳米传感器网络418

参考文献419

索引及中英文缩写对照表422