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第1章 无线传感器网络介绍 1

1.1 概述 1

1.1.1 网络特点 1

1.1.2 网络应用 2

1.1.3 无线传感器网络的设计目标 4

1.1.4 网络设计挑战 5

1.2 技术背景 6

1.2.1 微机电系统技术 6

1.2.2 无线通信技术 7

1.2.3 硬件和软件平台 7

1.2.4 无线传感器网络标准 9

1.3 本书特色 11

1.4 本书的组织安排 11

参考文献 12

第2章 网络体系结构与协议栈 15

2.1 概述 15

2.2 无线传感器网络的体系结构 15

2.2.1 传感器节点结构 15

2.2.2 网络体系结构 16

2.3 无线传感器网络的分类 19

2.4 无线传感器网络的协议栈 20

2.4.1 应用层 21

2.4.2 传输层 21

2.4.3 网络层 22

2.4.4 数据链路层 22

2.4.5 物理层 23

2.5 小结 24

参考文献 24

第3章 媒体访问控制 26

3.1 简介 26

3.2 基本MAC协议 26

3.2.1 竞争MAC协议 27

3.2.2 非竞争MAC协议 28

3.3 无线传感器网络的MAC设计 29

3.3.1 网络特征 29

3.3.2 MAC层的设计目标 30

3.3.3 MAC中的能量有效性问题 31

3.4 用于无线传感器网络的MAC协议 31

3.4.1 基于竞争的协议 32

3.4.2 非竞争协议 40

3.4.3 混合协议 45

3.5 总结及展望 47

参考文献 48

第4章 路由和数据传播 52

4.1 概述 52

4.2 基本原理与挑战 52

4.2.1 基础 52

4.2.2 挑战 55

4.2.3 传感应用要求 56

4.3 路由和数据传播协议的分类 57

4.3.1 位置信息 57

4.3.2 网络分层和网内数据处理 58

4.3.3 数据中心 59

4.3.4 路径冗余 59

4.3.5 网络动态变化 59

4.3.6 服务质量要求 60

4.3.7 网络异质性 60

4.4 路由与数据传播协议概述 61

4.4.1 位置辅助路由 61

4.4.2 基于网内数据处理的分层协议 69

4.4.3 数据中心协议 74

4.4.4 基于多径的协议 88

4.4.5 基于移动性的无线传感器网络路由协议 91

4.4.6 基于QoS的协议 100

4.4.7 基于异质性的协议 105

4.4.8 比较 110

4.5 总结及未来方向 112

参考文献 113

第5章 广播、多播与地域群播 118

5.1 概述 118

5.2 概念和主要的挑战 118

5.2.1 基本概念 118

5.2.2 设计准则和挑战 119

5.3 广播机制 120

5.3.1 简单广播机制 121

5.3.2 邻居感知广播机制 122

5.3.3 位置辅助的广播机制 124

5.3.4 能耗高效的广播机制 126

5.3.5 可靠的广播机制 129

5.4 多播机制 130

5.4.1 基于树的多播机制 131

5.4.2 基于位置的多播机制 132

5.5 地域群播机制 133

5.5.1 无保证的地域群播机制 133

5.5.2 有保证的地域群播机制 135

5.6 总结及未来方向 136

参考文献 137

第6章 节点成簇 141

6.1 概述 141

6.1.1 无线传感器网络架构 141

6.1.2 节点簇结构 144

6.2 节点簇算法 146

6.2.1 簇头选择算法 146

6.2.2 ad-hoc网络中的节点簇算法 148

6.3 无线传感器网络节点簇算法 152

6.3.1 无线传感器网络中的簇特性 152

6.3.2 有效洪泛的被动簇 153

6.3.3 能量有效自适应簇 156

6.3.4 能量有效分布式簇 157

6.3.5 能量有效的层次簇 158

6.3.6 涌现分簇算法 162

6.3.7 安全成簇机制 164

6.4 总结和将来的方向 168

参考文献 169

第7章 数据查询（队列）处理和数据融合 173

7.1 概述 173

7.2 无线传感器网络中的查询处理 174

7.2.1 查询特点 174

7.2.2 查询处理中的挑战 176

7.2.3 查询处理的传感器选择 178

7.2.4 查询处理技术 178

7.2.5 快照查询 180

7.3 无线传感器网络中的数据融合 184

7.3.1 数据融合的挑战 184

7.3.2 数据融合技术 185

7.4 总结和展望 191

参考文献 193

第8章 节点定位 195

8.1 概述 195

8.2 节点定位技术的概念和挑战 195

8.2.1 定位技术的发展 195

8.2.2 定位系统 196

8.2.3 无线传感器网络节点定位的挑战 198

8.3 无线传感器网络的测距技术 199

8.3.1 基于TOA技术的测距 199

8.3.2 基于RSS技术的测距 204

8.4 无线定位算法 206

8.4.1 背景 207

8.4.2 几何三角测量技术 207

8.4.3 模型识别技术 210

8.5 无线传感器节点定位 211

8.5.1 合作定位 211

8.5.2 集中定位算法 214

8.5.3 分布式定位算法 216

8.6 本章小结及将来的研究方向 224

参考文献 225

第9章 时间同步 228

9.1 概述 228

9.1.1 计算机时钟和时钟同步问题 228

9.1.2 时间同步方法中的共同挑战 229

9.2 无线传感器网络中时间同步的必要性 230

9.3 无线传感中时间同步的要求 231

9.4 无线传感器网络中的同步协议 231

9.4.1 同步原语 232

9.4.2 多跳同步 235

9.4.3 长期同步 239

9.4.4 其他协议和相关工作 241

9.5 总结及未来研究方向 242

参考文献 244

第10章 能源效率和功率控制 246

10.1 简介 246

10.2 无线传感器网络中能量效率和功率控制的需求 246

10.2.1 传感器节点中功率消耗 247

10.2.2 不同协议层的功率控制 249

10.2.3 无线传感器网络中能量保存方式的分类 250

10.3 被动式能量保存方式 251

10.3.1 物理层能量保存方式 251

10.3.2 MAC层能量保存机制 255

10.3.3 较高层能量保存机制 256

10.4 主动式能量保存方式 262

10.4.1 MAC层机制 262

10.4.2 网络层机制 265

10.4.3 传输层机制 268

10.5 总结 270

参考文献 270

第11章 传输协议与服务质量 274

11.1 引言 274

11.2 传输层协议 276

11.2.1 传统传输层协议的基本原则 276

11.2.2 TCP和UDP的不足 277

11.3 无线传感器网络的传输协议设计 278

11.3.1 性能度量 278

11.3.2 拥塞控制 279

11.3.3 丢包恢复 281

11.3.4 设计方针 283

11.4 无线传感器网络中的传输协议 284

11.4.1 拥塞控制协议 284

11.4.2 可靠性协议 287

11.4.3 拥塞控制和可靠性协议 289

11.4.4 开放问题 290

11.5 总结和将来的研究方向 291

参考文献 291

第12章 网络安全和攻击防御 294

12.1 概述 294

12.2 机密性 295

12.2.1 偷听 295

12.2.2 节点胁从 296

12.2.3 加密 296

12.2.4 隐私 297

12.2 完整性 298

12.3.1 传输错误 298

12.3.2 处理错误 298

12.3.3 包修改 298

12.3.4 误码控制 299

12.3.5 信息完整代码 299

12.4 置信 299

12.4.1 包注入 299

12.4.2 消息认证码 300

12.4.3 质疑响应 300

12.4.4 签名 300

12.4.5 中间人攻击 301

12.4.6 公钥认证 301

12.4.7 广播和多播认证 303

12.5 认可 306

12.6 新鲜 307

12.6.1 包重播 307

12.6.2 时间戳 308

12.7 可行性 308

12.7.1 选择性发送 308

12.7.2 射频干扰 309

12.7.3 多通道路径 309

12.7.4 错误报告 309

12.7.5 节点复制 311

12.8 入侵检测 311

12.9 密钥管理 312

12.9.1 对称密钥管理 312

12.9.2 非对称密钥管理 318

12.9.3 组密钥管理 319

12.10 总结 320

参考文献 320

第13章 无线传感器网络标准 325

13.1 概述 325

13.2 IEEE 802.15.4标准 325

13.2.1 MAC层的概述 326

13.2.2 信道接入 327

13.2.3 数据传输模型 329

13.2.4 MAC层服务 330

13.2.5 安全性 333

13.3 ZigBee标准 334

13.3.1 网络层 334

13.3.2 应用层 340

13.3.3 ZigBee的安全性 343

13.4 总结 343

参考文献 344

第14章 无线传感器网络发展趋势 345

14.1 概述 345

14.2 无线多媒体传感器网络 346

14.2.1 无线多媒体传感器网络的应用 346

14.2.2 无线多媒体传感器网络的设计 347

14.2.3 超宽带技术 349

14.2.4 跨层设计 350

14.3 无线传感器与执行网络 352

14.3.1 无线传感器与执行器网络的应用 353

14.3.2 传感器和执行器协作 353

14.4 传感器网络在具有挑战性环境中的应用 356

14.4.1 水下声传感器网络 356

14.4.2 无线地下传感器网络 360

14.5 无线传感器网络的跨层设计 362

14.5.1 跨层资源分配 363

14.5.2 成对跨层协议 365

14.5.3 跨层模块设计 368

14.5.4 警示指南和开放性研究问题 369

14.6 小结 370

参考文献 370

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