无线传感器网络

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本书讨论无线传感器平台和网络架构，军事和生活应用，设计影响因素；对应TCP/IP参考模型；将网络层的路由协议分为四类分别进行阐述；传输层的技术和协议；应用层的应用实例：信源编码、查询处理和网络管理；跨层方案；定时同步技术；定位技术；拓扑管理；新颖的无线传感器网络；各章均指出了重要挑战和研究成果，剖析了无线传感器网络为什么，怎样和在哪些领域可以发挥重大作用。为解决当前问题提供了架构、协议、建模、分析和解决方案的深刻而全面的指导，同时强调经济问题，市场趋势，正在出现的、前沿的应用。

第1章 概述
1.1 传感器微尘平台
1.1.1 低端平台
1.1.2 高端平台
1.1.3 标准化工作
1.1.4 软件
1.2 WSN工艺和协议栈
1.2.1 物理层
1.2.2 数据链路层
1.2.3 网络层
1.2.4 传输层
1.2.5 应用层
参考文献
 
第2章WSN应用
2.1 军事应用
2.1.1 智能微尘
2.1.2 狙击手侦测系统
2.1.3 VigilNet系统
2.2 环境应用
2.2.1 大鸭岛实验
2.2.2 CORIE
2.2.3 ZebraNet系统
2.2.4 火山监测
2.2.5 洪水早期检测
2.3 医疗应用
2.3.1 人工视网膜
2.3.2 病人监测
2.3.3 应急响应
2.4 家庭应用
2.4.1 用水监测
2.5 工业应用
2.5.1 预防性维护
2.5.2 结构健康监测
2.5.3 其他商业应用
参考文献
 
第3章WSN设计影响因素
3.1 硬件约束
3.2 容错性
3.3 可扩展性
3.4 生产成本
3.5 WSN的拓扑结构
3.5.1 预部署和部署阶段
3.5.2 后期部署阶段
3.5.3 额外节点的重新部署阶段
3.6 传输介质
3.7 功耗
3.7.1 传感
3.7.2 数据处理
3.7.3 通信
参考文献
 
第4章 物理层
4.1 物理层技术
4.1.1 RF
4.1.2 其他技术
4.2 射频无线通信概述
4.3 信道编码（差错控制编码）
4.3.1 分组码
4.3.2 联合信源信道编码
4.4 调制
4.4.1 FSK
4.4.2 QPSK
4.4.3 二进制和M进制调制
4.5 无线信道效应
4.5.1 衰减
4.5.2 多径效应
4.5.3 信道差错率
4.5.4 圆盘图表单元与统计信道模型
4.6 物理层标准
4.6.1 IEEE 802.1 5.4
4.6.2 现有的收发机
参考文献
 
第5章 介质访问控制
5.1 MAC层的挑战
5.1.1 功耗
5.1.2 结构
5.1.3 基于事件的网络
5.1.4 相关性
5.2 CSMA机制
5.3 基于竞争的介质访问
5.3.1 S?MAC
5.3.2 B?MAC
5.3.3 CC?MAC协议
5.3.4 其他基于竞争的MAC协议
5.3.5 小结
5.4 预留的介质访问
5.4.1 TRAMA
5.4.2 其他预留的MAC协议
5.4.3 小结
5.5 混合介质访问
5.5.1 Zebra?MAC
参考文献
 
第6章 差错控制
6.1 差错控制方案的分类
6.1.1 功率控制
6.1.2 ARQ
6.1.3 FEC
6.1.4 HARQ
6.2 WSN中的差错控制
6.3 跨层分析模型
6.3.1 网络模型
6.3.2 预期跳距
6.3.3 功耗分析
6.3.4 时延分析
6.3.5 解码时延和功耗
6.3.6 BER和PER
6.4 差错控制方案的比较
6.4.1 跳距延伸
6.4.2 发射功率控制
6.4.3 混合差错控制
6.4.4 小结
参考文献
 
第7章 网络层
7.1 路由选择的挑战
7.1.1 功耗
7.1.2 可扩展性
7.1.3 寻址技术
7.1.4 鲁棒性
7.1.5 拓扑结构
7.1.6 应用
7.2 以数据为中心和等级化的路由协议
7.2.1 洪泛
7.2.2 谣传
7.2.3 信息协商机制
7.2.4 定向扩散
7.2.5 定性评价
7.3 分层协议
7.3.1 LEACH
7.3.2 PEGASIS
7.3.3 TEEN和APTEEN
7.3.4 定性评价
7.4 地理路由协议
7.4.1 MECN和SMECN
7.4.2 有损连接的地理转发方案
7.4.3 PRADA
7.4.4 定性评价
7.5 基于QoS的协议
7.5.1 SAR
7.5.2 最小成本路径转发
7.5.3 SPEED
7.5.4 定性评价
参考文献
 
第8章 传输层
8.1 传输层的挑战
8.1.1 端到端的通信方式
8.1.2 应用相关性
8.1.3 能量消耗
8.1.4 非对称执行
8.1.5 路由/寻址受限
8.2 RMST
8.2.1 定性评价
8.3 PSFQ
8.3.1 定性评价
8.4 CODA
8.4.1 定性评价
8.5 ESRT协议
8.5.1 定量评价
8.6 GARUDA
8.6.1 定性评价
8.7 实时可靠性传输（RT）2协议
8.7.1 定性评价
参考文献
 
第9章 应用层
9.1 信源编码（数据压缩）
9.1.1 传感器LZW
9.1.2 分布式信源编码
9.2 查询处理
9.2.1 查询表示
9.2.2 数据融合
9.2.3 COUGAR
9.2.4 Fjords架构
9.2.5 微融合服务
9.2.6 TinyDB
9.3 网络管理
9.3.1 MANNA
9.3.2 SNMS
参考文献
 
第10章 跨层解决方案
10.1 层间影响
10.2 跨层的相互作用
10.2.1 MAC层和网络层
10.2.2 MAC层和应用层
10.2.3 网络层和物理层
10.2.4 传输层和物理层
10.3 跨层模块
10.3.1 启动判决
10.3.2 传输启动
10.3.3 汇聚节点竞争
10.3.4 基于角度的路由
10.3.5 局部跨层拥塞控制
10.3.6 小结：XLP跨层的相互作用和性能
参考文献
 
第11章 时间同步
11.1 时间同步的挑战
11.1.1 低成本的时钟
11.1.2 无线通信
11.1.3 资源受限
11.1.4 高部署密度
11.1.5 节点易失效
11.2 NTP
11.3 定义
11.4 TPSN
11.4.1 定性评价
11.5 RBS
11.5.1 定性评价
11.6 ACS
11.6.1 定性评价
11.7 TDP
11.7.1 定性评价
11.8 RDP
11.8.1 定性评价
11.9 小型/微型同步协议
11.9.1 定性评价
11.1 0其他协议
11.1 0.1 LTS
11.1 0.2 TSync
11.1 0.3 渐进优化同步
11.1 0.4 移动网络同步
参考文献
 
第12章 定位
12.1 定位中的挑战
12.1.1 物理层的测量
12.1.2 计算的约束
12.1.3 全球定位系统的不足
12.1.4 低端的传感器节点
12.2 测距技术
12.2.1 接收信号强度
12.2.2 到达时间
12.2.3 到达时间差
12.2.4 到达角
12.3 基于测距的定位协议
12.3.1 Ad Hoc定位系统
12.3.2 有噪测距定位
12.3.3 基于时间的定位系统
12.3.4 辅助移动定位
12.4 基于预留的定位协议
12.4.1 凸位置估计
12.4.2 近似三角形内点系统
参考文献
 
第13章 拓扑管理
13.1 部署
13.2 功率控制
13.2.1 LMST
13.2.2 LMA和LMN
13.2.3 干扰感知功率控制
13.2.4 CONREAP
13.3 活动调度
13.3.1 GAF
13.3.2 ASCENT
13.3.3 SPAN
13.3.4 PEAS
13.3.5 STEM
13.4 分簇
13.4.1 分层分簇
13.4.2 HEED
13.4.3 覆盖保持分簇
参考文献
 
第14章 无线传感器和执行器网络
14.1 WSAN的特点
14.1.1 网络架构
14.1.2 物理结构
14.2 传感器节点与执行器节点协作
14.2.1 传感器节点与执行器节点通信要求
14.2.2 执行器节点的选举
14.2.3 最优解决方案
14.2.4 分布式事件驱动的分簇和路由协议
14.2.5 性能
14.2.6 传感器节点与执行器节点协作的挑战
14.3 执行器节点与执行器节点协作
14.3.1 任务分配
14.3.2 最优解方案
14.3.3 局部拍卖协议
14.3.4 定性评价
14.3.5 执行器节点与执行器节点协作的挑战
14.4 WSAN协议栈
14.4.1 管理域
14.4.2 协作域
14.4.3 通信域
参考文献
 
第15章 无线多媒体传感器网络
15.1 设计挑战
15.1.1 多媒体信源编码
15.1.2 高带宽要求
15.1.3 具体应用服务质量要求
15.1.4 多媒体网内处理
15.1.5 功耗
15.1.6 覆盖范围
15.1.7 资源限制
15.1.8 可变的信道容量
15.1.9 跨层耦合功能
15.2 网络结构
15.2.1 单层结构
15.2.2 多层结构
15.2.3 覆盖
15.3 多媒体传感器的硬件
15.3.1 音频传感器
15.3.2 低分辨率视频传感器
15.3.3 中分辨率视频传感器
15.3.4 多媒体传感器网络配置举例
15.4 物理层
15.4.1 TH?IR?UWB
15.4.2 MC?UWB
15.4.3 UWB测距
15.5 MAC层
15.5.1 FRASH MAC
15.5.2 实时独立信道MAC
15.5.3 MIMO技术
15.5.4 开放研究问题
15.6 差错控制
15.6.1 联合信源信道编码和功率控制
15.6.2 开放研究问题
15.7 网络层
15.7.1 MMSPEED
15.7.2 开放研究问题
15.8 传输层
15.8.1 多跳缓冲和自适应性
15.8.2 错误的鲁棒图像传输
15.8.3 开放研究问题
15.9 应用层
15.9.1 流量管理和接入控制
15.9.2 多媒体编码技术
15.9.3 静态图像编码
15.9.4 分布式信源编码
15.9.5 开放研究问题
15.1 0跨层设计
15.1 0.1 跨层控制单元
15.1 1进一步研究的问题
15.1 1.1 网内处理的协作
15.1 1.2 同步
参考文献
 
第16章 水下无线传感器网络
16.1 设计挑战
16.1.1 陆上传感器网络与水下传感器网络
16.1.2 实时网络与容迟网络
16.2 水下传感器网络的组件
16.2.1 水下传感器
16.2.2 自主式水下航行器
16.3 通信体系结构
16.3.1 二维UWSN
16.3.2 三维UWSN
16.3.3 AUV传感器网络
16.4 水声传播的基本要素
16.4.1 Urick传播模型
16.4.2 深水区信道模型
16.4.3 浅水区信道模型
16.5 物理层
16.6 介质访问控制层
16.6.1 基于CSMA的MAC协议
16.6.2 基于CDMA的MAC协议
16.6.3 混合MAC协议
16.7 网络层
16.7.1 集中式路由方案
16.7.2 分布式路由方案
16.7.3 混合路由方案
16.8 传输层
16.8.1 开放研究课题
16.9 应用层
16.1 0跨层设计
参考文献
 
第17章 地下无线传感网
17.1 应用
17.1.1 环境监测
17.1.2 基础设施监测
17.1.3 定位应用
17.1.4 边境巡逻和安全监测
17.2 设计方面的挑战
17.2.1 能量效率问题
17.2.2 网络拓扑设计
17.2.3 天线设计
17.2.4 恶劣环境
17.3 网络架构
17.3.1 土壤中的WUSN
17.3.2 矿井隧道中的WUSN
17.4 使用电磁波技术的地下无线信道
17.4.1 地下信道的特性
17.4.2 土壤特性对地下信道的影响
17.4.3 土壤介电常数
17.4.4 地下信号传播
17.4.5 地面反射
17.4.6 多径衰落及误码率
17.5 地下无线信道的磁感应技术
17.5.1 MI信道模型
17.5.2 MI波导
17.5.3 土壤中的MI波及MI波导特性
17.6 矿井及公路/地铁隧道环境下的无线通信
17.6.1 隧道环境
17.6.2 房柱式环境
17.6.3 与实验测量情况的对比
17.7 通信架构
17.7.1 物理层
17.7.2 数据链路层
17.7.3 网络层
17.7.4 传输层
17.7.5 跨层设计
参考文献
 
第18章 主要挑战
18.1 传感器网络和Internet的联合
18.2 实时和多媒体通信
18.3 协议栈
18.4 同步和定位
18.5 挑战环境中的WSN
18.6 实际的考虑
18.7 无线纳米传感器网络
参考文献
索引及中英文缩写对照表