無線傳感器網絡

本書討論無線傳感器平台和網絡架構，軍事和生活應用，設計影響因素；對應TCP/IP參考模型；將網絡層的路由協議分為四類分別進行闡述；傳輸層的技術和協議；應用層的應用實例：信源編碼、查詢處理和網絡管理；跨層方案；定時同步技術；定位技術；拓撲管理；新穎的無線傳感器網絡；各章均指出了重要挑戰和研究成果，剖析了無線傳感器網絡為什麼，怎樣和在哪些領域可以發揮重大作用。為解決當前問題提供了架構、協議、建模、分析和解決方案的深刻而全面的指導，同時強調經濟問題，市場趨勢，正在出現的、前沿的應用。

第1章 概述

1.1 傳感器微塵平台

1.1.1 低端平台

1.1.2 高端平台

1.1.3 標準化工作

1.1.4 軟件

1.2 WSN工藝和協議棧

1.2.1 物理層

1.2.2 數據鏈路層

1.2.3 網絡層

1.2.4 傳輸層

1.2.5 應用層

參考文獻

第2章 WSN應用

2.1 軍事應用

2.1.1 智能微塵

2.1.2 狙擊手偵測系統

2.1.3 VigilNet系統

2.2 環境應用

2.2.1 大鴨島實驗

2.2.2 CORIE

2.2.3 ZebraNet系統

2.2.4 火山監測

2.2.5 洪水早期檢測

2.3 醫療應用

2.3.1 人工視網膜

2.3.2 病人監測

2.3.3 應急響應

2.4 家庭應用

2.4.1 用水監測

2.5 工業應用

2.5.1 預防性維護

2.5.2 結構健康監測

2.5.3 其他商業應用

參考文獻

第3章 WSN設計影響因素

3.1 硬件約束

3.2 容錯性

3.3 可擴展性

3.4 生產成本

3.5 WSN的拓撲結構

3.5.1 預部署和部署階段

3.5.2 後期部署階段

3.5.3 額外節點的重新部署階段

3.6 傳輸介質

3.7 功耗

3.7.1 傳感

3.7.2 數據處理

3.7.3 通信

參考文獻

第4章 物理層

4.1 物理層技術

4.1.1 RF

4.1.2 其他技術

4.2 射頻無線通信概述

4.3 信道編碼（差錯控制編碼）

4.3.1 分組碼

4.3.2 聯合信源信道編碼

4.4 調製

4.4.1 FSK

4.4.2 QPSK

4.4.3 二進制和M進制調製

4.5 無線信道效應

4.5.1 衰減

4.5.2 多徑效應

4.5.3 信道差錯率

4.5.4 圓盤圖表單元與統計信道模型

4.6 物理層標準

4.6.1 IEEE 802.1 5.4

4.6.2 現有的收發機

參考文獻

第5章 介質訪問控制

5.1 MAC層的挑戰

5.1.1 功耗

5.1.2 結構

5.1.3 基於事件的網絡

5.1.4 相關性

5.2 CSMA機制

5.3 基於競爭的介質訪問

5.3.1 S?MAC

5.3.2 B?MAC

5.3.3 CC?MAC協議

5.3.4 其他基於競爭的MAC協議

5.3.5 小結

5.4 預留的介質訪問

5.4.1 TRAMA

5.4.2 其他預留的MAC協議

5.4.3 小結

5.5 混合介質訪問

5.5.1 Zebra?MAC

參考文獻

第6章 差錯控制

6.1 差錯控制方案的分類

6.1.1 功率控制

6.1.2 ARQ

6.1.3 FEC

6.1.4 HARQ

6.2 WSN中的差錯控制

6.3 跨層分析模型

6.3.1 網絡模型

6.3.2 預期跳距

6.3.3 功耗分析

6.3.4 時延分析

6.3.5 解碼時延和功耗

6.3.6 BER和PER

6.4 差錯控制方案的比較

6.4.1 跳距延伸

6.4.2 發射功率控制

6.4.3 混合差錯控制

6.4.4 小結

參考文獻

第7章 網絡層

7.1 路由選擇的挑戰

7.1.1 功耗

7.1.2 可擴展性

7.1.3 尋址技術

7.1.4 魯棒性

7.1.5 拓撲結構

7.1.6 應用

7.2 以數據為中心和等級化的路由協議

7.2.1 洪泛

7.2.2 謠傳

7.2.3 信息協商機制

7.2.4 定向擴散

7.2.5 定性評價

7.3 分層協議

7.3.1 LEACH

7.3.2 PEGASIS

7.3.3 TEEN和APTEEN

7.3.4 定性評價

7.4 地理路由協議

7.4.1 MECN和SMECN

7.4.2 有損連接的地理轉發方案

7.4.3 PRADA

7.4.4 定性評價

7.5 基於QoS的協議

7.5.1 SAR

7.5.2 小成本路徑轉發

7.5.3 SPEED

7.5.4 定性評價

參考文獻

第8章 傳輸層

8.1 傳輸層的挑戰

8.1.1 端到端的通信方式

8.1.2 應用相關性

8.1.3 能量消耗

8.1.4 非對稱執行

8.1.5 路由/尋址受限

8.2 RMST

8.2.1 定性評價

8.3 PSFQ

8.3.1 定性評價

8.4 CODA

8.4.1 定性評價

8.5 ESRT協議

8.5.1 定量評價

8.6 GARUDA

8.6.1 定性評價

8.7 實時可靠性傳輸（RT）2協議

8.7.1 定性評價

參考文獻

第9章 應用層

9.1 信源編碼（數據壓縮）

9.1.1 傳感器LZW

9.1.2 分佈式信源編碼

9.2 查詢處理

9.2.1 查詢表示

9.2.2 數據融合

9.2.3 COUGAR

9.2.4 Fjords架構

9.2.5 微融合服務

9.2.6 TinyDB

9.3 網絡管理

9.3.1 MANNA

9.3.2 SNMS

參考文獻

第10章 跨層解決方案

10.1 層間影響

10.2 跨層的相互作用

10.2.1 MAC層和網絡層

10.2.2 MAC層和應用層

10.2.3 網絡層和物理層

10.2.4 傳輸層和物理層

10.3 跨層模塊

10.3.1 啓動判決

10.3.2 傳輸啓動

10.3.3 匯聚節點競爭

10.3.4 基於角度的路由

10.3.5 局部跨層擁塞控制

10.3.6 小結：XLP跨層的相互作用和性能

參考文獻

第11章 時間同步

11.1 時間同步的挑戰

11.1.1 低成本的時鐘

11.1.2 無線通信

11.1.3 資源受限

11.1.4 高部署密度

11.1.5 節點易失效

11.2 NTP

11.3 定義

11.4 TPSN

11.4.1 定性評價

11.5 RBS

11.5.1 定性評價

11.6 ACS

11.6.1 定性評價

11.7 TDP

11.7.1 定性評價

11.8 RDP

11.8.1 定性評價

11.9 小型/微型同步協議

11.9.1 定性評價

11.1 0其他協議

11.1 0.1 LTS

11.1 0.2 TSync

11.1 0.3 漸進優化同步

11.1 0.4 移動網絡同步

參考文獻

第12章 定位

12.1 定位中的挑戰

12.1.1 物理層的測量

12.1.2 計算的約束

12.1.3 全球定位系統的不足

12.1.4 低端的傳感器節點

12.2 測距技術

12.2.1 接收信號強度

12.2.2 到達時間

12.2.3 到達時間差

12.2.4 到達角

12.3 基於測距的定位協議

12.3.1 Ad Hoc定位系統

12.3.2 有噪測距定位

12.3.3 基於時間的定位系統

12.3.4 輔助移動定位

12.4 基於預留的定位協議

12.4.1 凸位置估計

12.4.2 近似三角形內點系統

參考文獻

第13章 拓撲管理

13.1 部署

13.2 功率控制

13.2.1 LMST

13.2.2 LMA和LMN

13.2.3 干擾感知功率控制

13.2.4 CONREAP

13.3 活動調度

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 分層分簇

13.4.2 HEED

13.4.3 覆蓋保持分簇

參考文獻

第14章 無線傳感器和執行器網絡

14.1 WSAN的特點

14.1.1 網絡架構

14.1.2 物理結構

14.2 傳感器節點與執行器節點協作

14.2.1 傳感器節點與執行器節點通信要求

14.2.2 執行器節點的選舉

14.2.3 解決方案

14.2.4 分佈式事件驅動的分簇和路由協議

14.2.5 性能

14.2.6 傳感器節點與執行器節點協作的挑戰

14.3 執行器節點與執行器節點協作

14.3.1 任務分配

14.3.2 解方案

14.3.3 局部拍賣協議

14.3.4 定性評價

14.3.5 執行器節點與執行器節點協作的挑戰

14.4 WSAN協議棧

14.4.1 管理域

14.4.2 協作域

14.4.3 通信域

參考文獻

第15章 無線多媒體傳感器網絡

15.1 設計挑戰

15.1.1 多媒體信源編碼

15.1.2 高帶寬要求

15.1.3 具體應用服務質量要求

15.1.4 多媒體網內處理

15.1.5 功耗

15.1.6 覆蓋範圍

15.1.7 資源限制

15.1.8 可變的信道容量

15.1.9 跨層耦合功能

15.2 網絡結構

15.2.1 單層結構

15.2.2 多層結構

15.2.3 覆蓋

15.3 多媒體傳感器的硬件

15.3.1 音頻傳感器

15.3.2 低分辨率視頻傳感器

15.3.3 中分辨率視頻傳感器

15.3.4 多媒體傳感器網絡配置舉例

15.4 物理層

15.4.1 TH?IR?UWB

15.4.2 MC?UWB

15.4.3 UWB測距

15.5 MAC層

15.5.1 FRASH MAC

15.5.2 實時獨立信道MAC

15.5.3 MIMO技術

15.5.4 開放研究問題

15.6 差錯控制

15.6.1 聯合信源信道編碼和功率控制

15.6.2 開放研究問題

15.7 網絡層

15.7.1 MMSPEED

15.7.2 開放研究問題

15.8 傳輸層

15.8.1 多跳緩衝和自適應性

15.8.2 錯誤的魯棒圖像傳輸

15.8.3 開放研究問題

15.9 應用層

15.9.1 流量管理和接入控制

15.9.2 多媒體編碼技術

15.9.3 靜態圖像編碼

15.9.4 分佈式信源編碼

15.9.5 開放研究問題

15.1 0跨層設計

15.1 0.1 跨層控制單元

15.1 1進一步研究的問題

15.1 1.1 網內處理的協作

15.1 1.2 同步

參考文獻

第16章 水下無線傳感器網絡

16.1 設計挑戰

16.1.1 陸上傳感器網絡與水下傳感器網絡

16.1.2 實時網絡與容遲網絡

16.2 水下傳感器網絡的組件

16.2.1 水下傳感器

16.2.2 自主式水下航行器

16.3 通信體系結構

16.3.1 二維UWSN

16.3.2 三維UWSN

16.3.3 AUV傳感器網絡

16.4 水聲傳播的基本要素

16.4.1 Urick傳播模型

16.4.2 深水區信道模型

16.4.3 淺水區信道模型

16.5 物理層

16.6 介質訪問控制層

16.6.1 基於CSMA的MAC協議

16.6.2 基於CDMA的MAC協議

16.6.3 混合MAC協議

16.7 網絡層

16.7.1 集中式路由方案

16.7.2 分佈式路由方案

16.7.3 混合路由方案

16.8 傳輸層

16.8.1 開放研究課題

16.9 應用層

16.1 0跨層設計

參考文獻

第17章 地下無線傳感網

17.1 應用

17.1.1 環境監測

17.1.2 基礎設施監測

17.1.3 定位應用

17.1.4 邊境巡邏和安全監測

17.2 設計方面的挑戰

17.2.1 能量效率問題

17.2.2 網絡拓撲設計

17.2.3 天線設計

17.2.4 惡劣環境

17.3 網絡架構

17.3.1 土壤中的WUSN

17.3.2 礦井隧道中的WUSN

17.4 使用電磁波技術的地下無線信道

17.4.1 地下信道的特性

17.4.2 土壤特性對地下信道的影響

17.4.3 土壤介電常數

17.4.4 地下信號傳播

17.4.5 地面反射

17.4.6 多徑衰落及誤碼率

17.5 地下無線信道的磁感應技術

17.5.1 MI信道模型

17.5.2 MI波導

17.5.3 土壤中的MI波及MI波導特性

17.6 礦井及公路/地鐵隧道環境下的無線通信

17.6.1 隧道環境

17.6.2 房柱式環境

17.6.3 與實驗測量情況的對比

17.7 通信架構

17.7.1 物理層

17.7.2 數據鏈路層

17.7.3 網絡層

17.7.4 傳輸層

17.7.5 跨層設計

參考文獻

第18章 主要挑戰

18.1 傳感器網絡和Internet的聯合

18.2 實時和多媒體通信

18.3 協議棧

18.4 同步和定位

18.5 挑戰環境中的WSN

18.6 實際的考慮

18.7 無線納米傳感器網絡

參考文獻

索引及中英文縮寫對照表

Ian F. Akyildiz博士，美國佐治亞理工學院電氣和計算機工程學院KenByers電信學特聘講座教授，寬帶和無線網絡實驗室主任。目前的研究方向為傳感器網絡、星際互聯網、無線網絡、衞星網絡和下一代互聯網。已發表200多篇期刊和會議論文，是Elsevier的ComputerNetworks and Ad Hoc Networks Journals的總編輯，而且是ACM-Kluwer Journal ofWireless Networks的編輯。IEEE會士（1996年）和ACM會士（1997年）。