无线传感器网络中高效传输技术PDF电子书下载

第一章　绪论 1

1.1　无线传感器网络研究概述 1

1.1.1　基本概念和特点 1

1.1.2　协议层次 6

1.1.3　主要应用 6

1.1.4　研究现状 7

1.2　无线传感器网络的高效传输 9

1.2.1　高效传输的研究意义 10

1.2.2　高效传输的关键技术问题 12

1.2.3　高效传输面临的挑战 15

1.2.4　现有工作的不足 17

1.3　本书的主要工作 19

1.4　全文组织 23

第二章　相关研究 25

2.1　高效传输概述及分类 25

2.2　信息分发 26

2.2.1　单播 27

2.2.2　广播 33

2.2.3　多播 37

2.3　数据收集 41

2.3.1　数据聚合基本特征 42

2.3.2　数据聚合研究现状 44

2.4　信息分发与数据收集的协同 47

2.4.1　基本特征 47

2.4.2　研究现状 49

2.5　小结 52

第三章　基站模式下的可扩展多播技术3.1　引言 53

3.2　问题描述 57

3.2.1　基本假设 57

3.2.2　问题建模 58

3.3　SenCast协议设计 60

3.3.1　初始化 61

3.3.2　计算多播树 62

3.3.3　路由转发 65

3.3.4　多播树的维护 67

3.3.5　协议扩展 70

3.4　性能分析 73

3.4.1　模拟实验 74

3.4.2　真实节点实验 81

3.5　小结 84

第四章　实时的“释放／捕获”采样技术4.1　引言 87

4.1.1　现有工作评述 87

4.1.2　本章基本思路 89

4.2　问题描述 91

4.2.1　问题形式化定义 92

4.2.2　问题假设 92

4.3　FLAKE协议设计 93

4.3.1　释放：自适应的快速种子分发 94

4.3.2　捕获：轻量级的逆采样 97

4.3.3　算法描述 99

4.4　FLAKE协议分析 100

4.4.1　种子分发的均匀性 100

4.4.2　逆采样精度和开销之间的折中 105

4.4.3　延迟和消息开销理论结果分析 110

4.4.4　测量事件规模 112

4.5　性能模拟与分析 112

4.5.1　估算精度误差和延迟 114

4.5.2　通信开销 116

4.5.3　事件规模估计 118

4.6　小结 120

第五章　层次化网络结构下的紧急报文实时传输5.1　引言 122

5.2　问题描述 124

5.2.1　簇内聚合延迟 124

5.2.2　簇间路由延迟 126

5.3　簇内延迟敏感的控制反馈模型DSFC 126

5.3.1　报文的分类和区分服务 127

5.3.2　延迟敏感的控制反馈模型 127

5.3.3　稳定状态 130

5.4　簇间紧急报文信道预留机制EPCR 130

5.5　性能模拟与分析 132

5.5.1　DSFC控制模型性能 133

5.5.2　DSFC+EPCR性能 137

5.6　小结 138

第六章　非结构化的实时数据存储和查询6.1　引言 141

6.2　问题描述 143

6.2.1　问题假设 145

6.2.2　问题建模 146

6.3　问题求解 147

6.3.1　存储不受限 147

6.3.2　存储受限 148

6.4　Bubble Geocast算法 149

6.4.1　精确自适应快速分发 150

6.4.2　基于拒绝的均匀分发 153

6.4.3　算法描述 153

6.5　分析 154

6.5.1　均匀随机分发及门限值的选取 155

6.5.2　通信开销和延迟 155

6.5.3　成功查询概率 158

6.6　性能模拟与分析 159

6.6.1　通信开销 160

6.6.2　延迟 161

6.6.3　基于拒绝的均匀随机分发 162

6.7　小结 164

第七章　结束语 165

7.1　本书工作的总结 165

7.2　课题研究展望 168

致谢 171

参考文献 173

表2-1　无线传感器网络广播算法的分类比较 36

表3-1　Mica2节点能耗 54

表3-2　模拟实验参数设置 74

表4-1　逆采样理论中V(？)/n值 107

表4-2　延迟和消息开销比较 111

表4-3　ELEPHANT/FLAKE在不同网络拓扑中的误差比较 120

表5-1　模拟实验参数设置 133

表6-1　查询和复本的相遇概率 143

表6-2　模拟实验参数设置 159

表6-3　215个节点随机部署 163

图1-1　传感器节点结构图 1

图1-2　一个典型的无线传感器网络体系结构图 3

图1-3　无线传感器网络中的双向信息传输 11

图1-4　传感器节点能量消耗 15

图1-5　本书主要研究内容 20

图2-1　Fjord查询系统结构 29

图2-2　多播技术分类 38

图3-1　SenCast和uCast的不同应用领域 56

图3-2　两类不同多播树的比较 58

图3-3　SenCast协议图 61

图3-4　组件化思想计算近似最优MNN多播树 62

图3-5　基于GPSR的SRL机制 66

图3-6　HLB机制 67

图3-7　节点失效和报文丢失时采取的机制 68

图3-8　三阶段流水线调度原理图 70

图3-9　三阶段流水线调度状态图 71

图3-10　不同类节点多播树的建立和代码分发 72

图3-11　不同模块多播树的建立和代码分发 72

图3-12　目标分布角度变化时的能耗比较 76

图3-13　目标总数变化时的能耗比较 76

图3-14　目标分布半径变化时的能耗比较 77

图3-15　节点密度变化时的能耗比较 77

图3-16　目标分布角度变化时的路径长度比较 78

图3-17　节点密度变化时的路径长度比较 79

图3-18　SPT,GIT和SenCast多播路径和开销比较 79

图3-19　总延迟比较 80

图3-20　可靠性比较 81

图3-21　SenCast与uCast多播路径比较 82

图3-22　多播开销比较 83

图3-23　多播能耗比较 84

图4-1　“释放／捕获”采样原理类比图：测量湖水总体积 90

图4-2　FLAKE“释放”17条消息种子（VMT算法分发种子过程） 96

图4-3　FLAKE“释放”4000条消息种子到40个节点上 98

图4-4　节点Voronoi单元正规化后的报文接受概率 102

图4-5　基于拒绝的均匀分发 102

图4-6　逆采样理论中V(？)/n值（P1=m/n,P2=m′/n） 107

图4-7　选择最优的〈m,m′〉的值 108

图4-8　FLAKE测量事件规模 113

图4-9　测得的相对误差vs．用户要求的相对误差 114

图4-10　总的延迟vs．用户要求的相对误差 115

图4-11　通信开销vs．用户要求的相对误差 116

图4-12　通信开销vs．种子数目（B=0.14） 117

图4-13　不同网络拓扑下的误差比较 119

图5-1　DSFC模型结构图 129

图5-2　DSFC模型和EPCR机制原理示意图 132

图5-3　DSFC模型控制过程示意图 134

图5-4　不同场景下的聚合等待延迟 135

图5-5　不同场景下的聚合误差 136

图5-6　不同场景下的簇内聚合能耗 136

图5-7　采用和没有采用EPCR机制时的平均端到端延迟比较 137

图5-8　采用和没有采用EPCR机制时的报文丢包率比较 138

图6-1　无线传感器网络网内查询和复本相遇概率 144

图6-2　网内查询和复本相遇集合 144

图6-3　BubbleGeocast扩散17个复本 151

图6-4　节点的Voronoi单元图 152

图6-5　网络连通性（r(n)=√5a(n)） 156

图6-6　复本和查询相遇的概率 158

图6-7　通信开销比较 160

图6-8　复本分发总延迟比较 161

图6-9　查询总延迟比较 162