无线传感器网络PDF电子书下载

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 CORIE 19

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 RF 45

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 FSK 54

4.4.2 QPSK 54

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 802.15.4 61

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-MAC 72

5.3.2 B-MAC 76

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 TRAMA 89

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-MAC 96

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 ARQ 103

6.1.3 FEC 103

6.1.4 HARQ 104

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PER 113

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 LEACH 130

7.3.2 PEGASIS 130

7.3.3 TEEN和APTEEN 131

7.3.4 定性评价 132

7.4 地理路由协议 133

7.4.1 MECN和SMECN 133

7.4.2 有损连接的地理转发方案 134

7.4.3 PRADA 136

7.4.4 定性评价 138

7.5 基于QoS的协议 138

7.5.1 SAR 138

7.5.2 最小成本路径转发 139

7.5.3 SPEED 140

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 RMST 147

8.2.1 定性评价 149

8.3 PSFQ 150

8.3.1 定性评价 152

8.4 CODA 152

8.4.1 定性评价 154

8.5 ESRT协议 154

8.5.1 定量评价 157

8.6 GARUDA 157

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LZW 167

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 COUGAR 177

9.2.4 Fjords架构 179

9.2.5 微融合服务 181

9.2.6 TinyDB 183

9.3 网络管理 185

9.3.1 MANNA 187

9.3.2 SNMS 188

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 NTP 214

11.3 定义 215

11.4 TPSN 216

11.4.1 定性评价 217

11.5 RBS 218

11.5.1 定性评价 219

11.6 ACS 220

11.6.1 定性评价 221

11.7 TDP 221

11.7.1 定性评价 223

11.8 RDP 223

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 LTS 226

11.10.2 TSync 226

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 LMST 247

13.2.2 LMA和LMN 248

13.2.3 干扰感知功率控制 249

13.2.4 CONREAP 251

13.3 活动调度 252

13.3.1 GAF 253

13.3.2 ASCENT 254

13.3.3 SPAN 256

13.3.4 PEAS 258

13.3.5 STEM 260

13.4 分簇 263

13.4.1 分层分簇 263

13.4.2 HEED 265

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-UWB 314

15.4.2 MC-UWB 314

15.4.3 UWB测距 314

15.5 MAC层 314

15.5.1 FRASH MAC 316

15.5.2 实时独立信道MAC 317

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 MMSPEED 321

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UWSN 346

16.3.2 三维UWSN 347

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WUSN 384

17.3.2 矿井隧道中的WUSN 386

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WSN 417

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