無綫傳感器網絡原理 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

本書采用自底嚮上方式討論無綫傳感器網絡，首先講解基礎知識，接著分析網絡和協議，然後研究定位、拓撲管理、安全、建模和仿真等高級主題，後介紹水下傳感器網絡等新型應用。本書適閤作為高等院校無綫傳感器網絡課程的教材，同時也是研究人員和技術人員的有益參考。

作者簡介

Mohammad Obaidat，美國新澤西州濛茅斯大學計算機科學專業教授，因其在計算機係統、網絡與信息安全等領域的開創性、持續性貢獻而聞名於世。他勤於筆耕，著述頗豐。他在俄亥俄州立大學獲得博士學位，並獲多項奬項。他現在是SCS和IEEE的fellow。.
Sudip Misra，印度理工學院卡哈拉格普爾分校副教授。已發錶200多篇學術論文，齣版8本著作。

目錄

目　　錄
Principles of Wireless Sensor Networks
齣版者的話
譯者序
前言
第1章　無綫傳感器網絡概述 1
1.1　背景 1
1.2　無綫傳感器節點的組成 2
1.3　傳感器網絡的分類 3
1.4　無綫傳感器網絡的特點 4
1.5　無綫傳感器網絡麵臨的挑戰 5
1.6　無綫傳感器網絡和無綫網狀網絡的對比 7
1.7　總結 8
參考文獻 8
第2章　無綫傳感器節點：結構與操作 10
2.1　無綫傳感器網絡的限製 10
2.2　設計挑戰 12
2.3　硬件體係結構 12
2.4　操作係統與環境 14
2.5　傳感器節點示例 16
2.6　基礎設施對無綫傳感器網絡性能指標的影響 16
2.7　MEMS技術 17
2.8　硬件平颱 18
2.8.1　片上係統傳感器節點 18
2.8.2　增強通用個人計算機 18
2.8.3　專用傳感器節點 18
2.9　軟件平颱 19
2.10　總結 19
參考文獻 19
第3章　無綫傳感器網絡的應用：概述與案例研究 21
3.1　目標檢測與追蹤 21
3.1.1　能量 22
3.1.2　可靠性 23
3.1.3　復雜度 23
3.1.4　目標對環境擾動的識彆（現象學） 23
3.1.5　傳感器的選擇 24
3.2　輪廓與邊緣檢測 24
3.2.1　連續極值搜索 25
3.2.2　傳感器分組與輪廓點搜尋 25
3.2.3　輪廓綫的創建 26
3.3　應用的類型 26
3.3.1　環境應用 26
3.3.2　醫療應用 26
3.3.3　生産過程控製 27
3.3.4　智能傢居 27
3.3.5　國土安全 27
3.3.6　水下應用 27
3.3.7　農業 31
3.3.8　軍事應用 31
3.4　總結 31
參考文獻 31
第4章　無綫傳感器網絡中的介質訪問 34
4.1　無綫網絡中的介質訪問控製 34
4.1.1　S-MAC：節能協議 35
4.1.2　L-MAC：輕量級MAC協議 38
4.1.3　動態調度MAC協議 40
4.1.4　節能QoS感知MAC協議 42
4.1.5　節能應用感知MAC協議 43
4.1.6　位置感知MAC協議 43
4.1.7　移動無綫傳感器網絡的節能MAC協議 44
4.1.8　O-MAC：以接收端為中心的能量管理協議 44
4.1.9　PMAC：無綫傳感器網絡的自適應節能MAC協議 45
4.1.10　T-MAC協議 46
4.1.11　BMAC協議 47
4.2　無綫傳感器網絡的MAC問題 48
4.3　總結 49
參考文獻 49
第5章　無綫傳感器網絡中的路由 53
5.1　無綫傳感器網絡中的路由基礎與挑戰 53
5.2　基於網絡架構的路由協議 56
5.2.1　多跳平麵路由 56
5.2.2　分層/分簇路由機製 59
5.2.3　基於位置的路由機製 64
5.3　基於操作特點的路由協議 66
5.3.1　基於查詢的路由方法 66
5.3.2　多徑路由機製 66
5.3.3　協作與非協作處理 67
5.3.4　基於服務質量的路由機製 67
5.3.5　基於協商的路由機製 68
5.4　總結 68
參考文獻 69
第6章　無綫傳感器網絡的傳輸協議 73
6.1　無綫傳感器網絡的傳輸協議需求 73
6.2　因特網傳輸協議及其在無綫傳感器網絡中的適用性 74
6.3　現有的無綫傳感器網絡傳輸協議 75
6.3.1　協議分類 75
6.3.2　以擁塞控製和流量控製為中心的協議 75
6.3.3　以可靠性為中心的協議 82
6.3.4　其他協議 89
6.4　總結 90
參考文獻 91
第7章　定位與追蹤 93
7.1　定位 93
7.1.1　測距技術 94
7.1.2　到達時差 95
7.1.3　到達角和數字羅盤 96
7.1.4　定位算法 96
7.2　目標追蹤 109
7.2.1　單目標追蹤 109
7.2.2　多目標追蹤 114
7.3　總結 116
參考文獻 116
第8章　拓撲管理與控製 119
8.1　拓撲管理 119
8.2　拓撲管理的分類 119
8.2.1　拓撲發現 119
8.2.2　休眠周期管理 122
8.2.3　集群 125
8.3　拓撲控製 130
8.3.1　網絡覆蓋 130
8.3.2　網絡連通性 132
8.4　總結 134
參考文獻 134
第9章　無綫傳感器網絡的性能評估 138
9.1　背景信息 138
9.2　無綫傳感器網絡建模 139
9.3　仿真模型 142
9.4　對傳感器行為和傳感器網絡建模 144
9.4.1　自組織 144
9.4.2　協同算法 145
9.4.3　安全機製 145
9.4.4　能量感知要求 145
9.5　無綫傳感器網絡的仿真工具 146
9.6　性能指標 148
9.7　基本模型 149
9.7.1　流量模型 149
9.7.2　能量模型 150
9.8　總結 150
參考文獻 150
第10章　無綫傳感器網絡中的安全問題 153
10.1　背景 153
10.2　無綫傳感器網絡的限製 156
10.3　無綫傳感器網絡的安全需求 156
10.4　無綫傳感器網絡特有的漏洞和相應攻擊方法 158
10.5　無綫傳感器網絡的物理攻擊 159
10.6　無綫傳感器網絡近期的安全問題 161
10.7　無綫傳感器網絡的安全協議 162
10.7.1　SPINS 162
10.7.2　TinySec 162
10.7.3　LEAP 162
10.8　無綫傳感器網絡中的拒絕服務攻擊和相關防禦措施 163
10.9　總結 166
參考文獻 166
第11章　無綫移動傳感器網絡 171
11.1　覆蓋與移動傳感器 172
11.1.1　Voronoi圖方法 172
11.1.2　基於虛擬力的方法 175
11.1.3　基於網格的方法 176
11.1.4　事件覆蓋 178
11.2　網絡壽命延長 181
11.2.1　可預測且可控的移動匯聚節點 181
11.2.2　可預測但不可控的移動匯聚節點 182
11.2.3　不可預測且不可控的匯聚節點 183
11.2.4　移動中繼與數據騾子 188
11.3　總結 190
參考文獻 190
第12章　無綫多媒體傳感器網絡 193
12.1　網絡應用 193
12.1.1　多媒體監控 193
12.1.2　交通管理 193
12.1.3　先進的醫療服務 193
12.1.4　環境監測 194
12.1.5　工業過程控製 194
12.1.6　虛擬現實 194
12.2　無綫多媒體傳感器網絡麵臨的挑戰 194
12.2.1　資源限製 194
12.2.2　變化的信道容量 195
12.2.3　多媒體編碼技術 195
12.2.4　冗餘移除 195
12.2.5　QoS要求 195
12.3　無綫多媒體傳感器網絡的不同架構 196
12.3.1　傳統架構 196
12.3.2　同構、單層、集群式架構 196
12.3.3　同構、多層架構 197
12.3.4　集成架構 198
12.4　不同架構的對比 198
12.5　多媒體傳感器節點架構 198
12.6　現有的傳感器節點平颱 199
12.6.1　Panoptes 199
12.6.2　Cyclops 200
12.6.3　SensEye 201
12.7　通信層 201
12.7.1　物理層 201
12.7.2　鏈路層 203
12.7.3　網絡層 207
12.7.4　傳輸層 209
12.7.5　應用層 211
12.7.6　跨層問題 213
12.8　總結 214
參考文獻 214
第13章　水下無綫傳感器網絡 218
13.1　水下無綫傳感器網絡的特徵、屬性和應用 219
13.2　水下物理學和動力學 220
13.3　水下無綫傳感器網絡設計：通信模型和網絡協議 224
13.3.1　水下無綫傳感器網絡組件 224
13.3.2　水下無綫傳感器網絡架構 225
13.3.3　定位服務 226
13.3.4　水下無綫傳感器網絡協議設計 228
13.4　總結 233
參考文獻 233
第14章　無綫地下傳感器網絡 237
14.1　應用 237
14.1.1　土壤屬性監測 238
14.1.2　環境監測 238
14.1.3　邊界監視 238
14.1.4　采礦安全警戒 238
14.1.5　基礎設施監測 238
14.1.6　定位 239
14.2　無綫地下傳感器網絡設計中的挑戰 239
14.2.1　地下通信信道設計 239
14.2.2　拓撲設計 239
14.2.3　能量消耗 240
14.2.4　天綫設計 240
14.2.5　環境風險 240
14.3　網絡架構 241
14.3.1　埋在地下的WUGSN拓撲 241
14.3.2　部署在礦井和隧道中的WUGSN拓撲 242
14.4　通信架構 242
14.4.1　物理層 243
14.4.2　數據鏈路層 243
14.4.3　網絡層 244
14.4.4　傳輸層 244
14.4.5　跨層設計 245
14.4.6　極端機會路由 245
14.4.7　地下機會路由協議 246
14.5　無綫地下信道 246
14.6　土壤屬性對無綫地下信道的影響 248
14.7　地下信道模型 249
14.7.1　埋在地下的WUGSN通信信道 249
14.7.2　部署在礦井和隧道中的WUGSN通信信道 249
14.8　總結 250
參考文獻 250
索引 252
參考文獻

前言/序言

前　　言Principles of Wireless Sensor Networks概覽和目標無綫傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）的靈感主要來自於具有通信和感知功能的小型低成本裝置。近年來無綫傳感器網絡領域的研究發展迅速，這種分布式的傳感器網絡在民用和軍事領域都具有廣闊的應用前景。傳感器網絡的潛在應用包括戰場上的入侵檢測、目標追蹤、生境監測、患者檢測和火災監測。網絡構建不需要基礎設施，隻需要很少的提前計劃和節點部署。不需中央控製的自組織能力是這類網絡的智能特性，利用這些特性，網絡可以在復雜情況下迅速構建起來。這些智能特性還使得網絡得以在齣現失效節點的情況下正常運轉。
盡管傳感器網絡具有以上提及的優良特性，但實現網絡的自主、無意識、無故障運行還有很多挑戰。其中一些挑戰歸結於擴展性、服務質量、能效和安全方麵的問題。傳感器網絡協議應該足夠輕量化，從而適應小型傳感器節點的計算能力限製。傳感器網絡通常大規模部署，並需要正常工作數年。顯然，這種情況下電池能量是一個重要問題，這可以通過節能或能量感知的協議來解決。最後，服務質量對於需要及時響應的應用至關重要。
現在有大量的文獻涉及無綫傳感器網絡的方方麵麵。本書旨在對無綫傳感器領域的基本概念、挑戰、問題、發展趨勢、模型和研究結果提供全麵的介紹。在寫作時，我們緻力於使本書成為重要的核心問題和專項問題的有益參考資料。我們努力覆蓋盡可能廣的主題，同時希望本書成為學生、教師、研究人員和從業人員的重要參考書。由於現有的傳感器網絡書籍主要麵嚮研究人員，因此我們相信受眾的廣泛性會成為本書的一個重要優點。我們緻力於使本書對學術界和工業界具有同樣重要的價值。
組織和特點本書的14個章節在內容上大緻可劃分為三部分：第一部分（第1～3章）討論無綫傳感器網絡的基礎知識，第二部分（第4～6章）關注網絡和協議層麵，第三部分（第7～14章）介紹定位、拓撲管理、安全、建模和仿真等高級主題。
第1章簡要介紹無綫傳感器網絡，包括網絡中的基礎技術、應用、分類和挑戰。同時介紹無綫傳感器節點的基礎組件，並對傳感器網絡進行分類。最後討論瞭無綫傳感器網絡與無綫網狀網絡和RFID係統的不同。
第2章詳細介紹無綫傳感器節點的組件、結構和操作。首先討論無綫傳感器網絡的限製和設計挑戰，並通過舉例呈現瞭傳感器節點的硬件體係結構和操作係統。這一章還包括基礎設施對無綫傳感器網絡性能指標的影響。最後討論用來製造低功耗、低成本傳感器節點的MEMS技術。
第3章介紹無綫傳感器網絡的主要應用，包括環境監測、醫療、智能傢居、國土安全、水下應用、農業和溫室檢測以及軍事應用。
第4章主要介紹無綫傳感器網絡中的介質訪問控製。首先討論傳統MAC機製存在的問題，接著詳細討論為無綫傳感器網絡設計的MAC機製。
第5章討論無綫傳感器網絡路由的相對優勢、劣勢及挑戰，我們將現有的路由機製分類，並介紹各類機製中具有代錶性的例子。
第6章介紹無綫傳感器網絡中的傳輸協議和服務質量問題。首先明確傳輸協議的需求，然後討論因特網傳輸協議在無綫傳感器網絡中的實用性，最後將傳輸協議分為不同類彆，並介紹每一類中的例子。
第7章介紹無綫傳感器網絡的定位和目標追蹤機製。首先討論定位的基礎知識和不同的測距技術，之後詳細介紹現有定位機製的分類以及每一類中的實例，最後以相似的方式講解目標追蹤機製。
第8章討論拓撲管理與控製的重要性。同前幾章類似，我們將介紹現有機製的分類，並介紹每一類中的例子。
第9章介紹用於評估無綫傳感器網絡係統性能的最新技術。首先討論建模和仿真技術，它們在網絡性能評估中發揮著關鍵作用，之後討論與性能評估有關的性能指標和基本模型。
第10章討論安全問題，全麵研究無綫傳感器網絡麵臨的挑戰、漏洞、攻擊和現有的解決方案，並將其與主要的安全技術進行比較。
第11章討論與無綫移動傳感器網絡相關的問題，包括覆蓋、連通性和部署。
第12章討論無綫傳感器網絡的一個變種——無綫多媒體傳感器網絡（WMSN），還討論瞭WMSN的挑戰和特有應用，以及WMSN的網絡、節點架構和通信層。
第13章介紹水下無綫傳感器網絡（UWSN）。首先介紹UWSN的挑戰和特點，以及UWSN的水下物理學及動力學。然後介紹UWSN的傳感器節點、組件、網絡架構以及定位服務。最後介紹UWSN的協議棧，並簡要討論每層的相關機製。
第14章介紹無綫傳感器網絡的另一個變種——無綫地下傳感器網絡（WUGSN），不僅涉及WUGSN的應用、挑戰和網絡架構，而且包括這種網絡的協議棧、通信信道和路由機製。
讀者對象本書主要麵嚮學生群體，包括各種層次的學生——初入領域的、中等水平的和已經對領域有深入瞭解的。為瞭達到這個目標，我們力求使本書的總體結構和內容對各層次的學生都有幫助。
本書的另一個受眾群體是科研人員，包括學術界、工業界以及政府中的研究人員。為瞭滿足此群體的需要，本書的多數章節都介紹瞭一些未來的研究方嚮。
最後，我們也考慮瞭工業界讀者以及需要瞭解技術實用性的從業者的需求，即理論知識與現實生活中傳感器網絡應用的對接。
緻謝在此感謝我們的學生。他們試讀瞭本書的部分章節並提供瞭反饋，還參與瞭本書的準備工作。
非常感謝劍橋大學齣版社的編輯，是他們的不懈努力與閤作讓我們對齣版截止日期有瞭更清楚的認識。我們還要感謝傢人們，尤其是我們的妻子，他們在本書寫作期間對我們提供瞭巨大的幫助。

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