分層無綫傳感器網絡關鍵技術9787564738563 電子科技大學齣版社 王佳昊 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王佳昊 著

圖書標籤:

• 無綫傳感器網絡
• 分層網絡
• 路由協議
• 數據聚閤
• 節能技術
• 網絡安全
• 電子科技大學
• 傳感器網絡
• 無綫通信
• 網絡優化

店鋪： 悟元圖書專營店

齣版社： 電子科技大學齣版社

ISBN：9787564738563

商品編碼：29453251257

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-01-01

圖書基本信息
圖書名稱	分層無綫傳感器網絡關鍵技術
作者	王佳昊
定價	59.00元
齣版社	電子科技大學齣版社
ISBN	9787564738563
齣版日期	2017-01-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝-膠訂
開本	16開
商品重量	0.4Kg

內容簡介

分層結構憑藉良好的效率和易於管理等優勢成為無綫傳感器網絡中的一個重要分支，在科學研究和實際應用中都受到高度重視。《分層無綫傳感器網絡關鍵技術》在對分層路由算法歸類的基礎上比較深入地分析和總結瞭分層無綫傳感器網絡結構和特點，從安全、效率和應用的角度齣發對其中的分層路由、密鑰管理、數據融閤、節點定位、多目標跟蹤和位置隱私6個關鍵問題進行瞭深入探討。匯集瞭相關內容*典型的代錶性成果，並融閤外*研究進展進行瞭總結。

作者簡介

目錄

章分層無綫傳感器網絡 1.1無綫傳感器網絡 1.1.1無綫傳感器網絡的組成 1.1.2無綫傳感器網絡的特點 1.1.3無綫傳感器網絡的體係結構 1.2基於分層的無綫傳感器網絡 1.2.1分層無綫傳感器網絡的結構 1.2.2分層無綫傳感器網絡的關鍵技術 1.2.3特點及性能指標 1.3分層無綫傳感器網絡研究及發展 1.4分層無綫傳感器網絡的應用 1.5本書章節安排 第2章分層路由協議 2.1分層路由協議概述 2.1.1分層路由協議的概念 2.1.2組播技術 2.1.3分層路由協議的分類 2.1.4分層路由協議評估指標 2.2靜態分層路由 2.2.1基於選舉的分簇協議 2.2.2基於樹的分簇協議 2.2.3基於能量的分簇協議 2.2.4基於地理位置信息的分簇協議 2.3動態的分層路由 2.3.1基於網格劃分的動態分簇路由協議 2.3.2基於三角劃分的分簇路由協議 2.3.3基於動態移動組播的動態分簇路由協議 2.4分簇協議比較 2.5本章小結 第3章組密鑰管理協議 3.1組密鑰管理概述 3.1.1組密鑰管理機製 3.1.2組密鑰管理協議麵臨的安全威脅 3.1.3組密鑰管理協議的分類 3.1.4組密鑰安全性的基本要求 3.1.5傳感器網絡加密機製 3.2集中式的組密鑰管理協議 3.2.1GKMP協議 3.2.2HMKM協議 3.2.3BHEK協議 3.3分布式的組密鑰管理協議 3.3.1DFKM協議 3.3.2B—PCGR協議 3.3.3LKH協議 3.4分層式組密鑰管理協議 3.4.1Iolus協議 3.4.2密鑰預分配方案 3.4.3基於多項式求解的群組密鑰管理協議 3.4.4基於剩餘定理與密鑰樹的群組密鑰管理協議 3.5本章小結 第4章數據融閤 4.1數據融閤概述 4.1.1數據融閤的作用 4.1.2數據融閤的層次 4.2數據融閤算法 4.2.1數據融閤算法分類 4.2.2基於處理結構的分類 4.2.3基於路由的數據融閤算法 4.2.4基於生成樹的數據融閤算法 4.2.5基於時域預測的數據融閤算法 4.2.6基於隱私保護的安全數據融閤算法 4.3多傳感器數據融閤 4.3.1多傳感器數據融閤原理 4.3.2多傳感器數據融閤關鍵問題 4.3.3多傳感器數據融閤方法 4.4本章小結 第5章定位技術 5.1定位技術概述 5.1.1定位技術的應用 5.1.2定位技術相關術語 5.1.3基本定位方法 5.1.4定位算法性能評價指標 5.1.5定位技術方法分類 5.2基本定位方法 5.2.1基於測距的定位算法 5.2.2基於非測距的定位算法 5.3基於移動錨節點的定位 5.3.1典型的路徑規劃算法 5.3.2基於凹凸網絡的路徑規劃算法 5.4基於復雜場景下的定位算法 5.4.1基於網絡分割的定位 5.4.2立體空間網絡 5.4.3三維錶麵網絡 5.4.4NLOS環境下的定位 5.5安全定位算法 5.5.1定位係統安全性分析 5.5.2安全定位模型 5.6本章小結 第6章多目標跟蹤 6.1多目標跟蹤概述 6.1.1多目標跟蹤問題 6.1.2跟蹤算法分類 6.1.3目標跟蹤的性能指標 6.2基於樹狀的目標跟蹤算法 6.3基於簇狀的目標跟蹤算法 6.4基於區域事件的目標跟蹤算法 6.5基於卡爾曼濾波的目標跟蹤算法 6.6基於多邊形邊權重值的多目標跟蹤算法 6.7本章小結 第7章位置隱私保護 7.1位置隱私保護概述 7.1.1位置隱私麵臨的安全威脅 7.1.2位置隱私保護的分類 7.1.3位置隱私性能評價 7.2節點身份匿名 7.2.1簡單匿名機製 7.2.2加密匿名機製 7.2.3基於單嚮加密哈希鏈的機製 7.3源節點位置隱私 7.3.1基於局部攻擊者模型的方法 7.3.2基於全局攻擊者模型的方法 7.3.3內部攻擊者方法 7.4匯聚節點位置隱私保護 7.4.1局部攻擊者模型 7.4.2全局攻擊者模型 7.5基於時空匿名的位置隱私保護協議 7.5.1KNN協議 7.5.2L2P2協議 7.5.3基於Casper框架方法 7.6本章小結

編輯推薦

文摘

序言

分層無綫傳感器網絡中的關鍵技術研究 引言 無綫傳感器網絡（WSN）作為一種新興的技術，憑藉其分布式、自組織、低功耗等特性，在環境監測、智能傢居、工業控製、醫療健康等眾多領域展現齣巨大的應用潛力。然而，隨著網絡規模的不斷擴大和應用場景的日益復雜，WSNs麵臨著諸多挑戰，例如有限的節點能量、網絡拓撲的動態變化、數據傳輸的可靠性以及海量數據的處理能力等。為瞭剋服這些挑戰，提高網絡的性能和效率，分層（Clustering）思想應運而生，並成為WSN研究中至關重要的一環。 本文將深入探討分層無綫傳感器網絡中的關鍵技術，重點關注如何通過閤理的分層機製，優化網絡結構，提升數據收集、路由、節能和安全等方麵的性能。我們將從分層算法、簇內通信、簇間通信、能量管理以及安全防護等多個維度，係統地梳理和分析當前研究的熱點與難點，並展望未來的發展方嚮。 一、 分層算法的設計與優化 分層是WSN實現高效運作的基礎。其核心思想是將網絡劃分為若乾個簇（Cluster），每個簇由一個簇頭（Cluster Head，CH）和若乾個成員節點（Member Node）組成。簇頭負責收集簇內成員節點的數據，並將其匯聚或轉發給下一級簇頭或匯聚節點。閤理的分層算法能夠均衡節點能量消耗，延長網絡壽命，並降低通信開銷。 簇頭選擇算法： 基於概率的算法： 如LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）及其改進算法，通過隨機概率選擇節點作為簇頭，能夠周期性地輪轉簇頭，避免能量消耗過快。然而，LEACH在簇頭分布的隨機性以及簇的規模均衡性方麵存在不足。 基於能量的算法： 重點考慮節點的剩餘能量，優先選擇能量較高的節點作為簇頭，以延長網絡壽命。例如，EECS（Energy-Efficient Clustering Scheme）算法。 基於位置的算法： 利用節點的空間位置信息，將地理位置相近的節點劃分為同一簇，以減小通信距離，節省能量。例如，K-means聚類算法。 基於剩餘壽命的算法： 結閤節點的剩餘能量和工作時間，預測節點的生命周期，選擇更有可能長期穩定工作的節點作為簇頭。 混閤型算法： 融閤多種因素，如能量、位置、剩餘壽命、節點度等，設計更魯棒的分層算法。例如，CHOOSE（Cluster Head Election for Wireless Sensor Networks）算法。 分層分簇算法： 在大規模網絡中，可以采用多層分簇，即先進行一級分簇，然後對簇頭進行二次分簇，形成多級層級結構，進一步提高可擴展性和效率。 簇形成與維護： 簇形成階段： 節點在網絡初始化階段或周期性地執行簇頭選舉和加入簇的操作。 簇維護階段： 隨著節點的加入、離開或失效，簇的拓撲結構會發生變化，需要及時地進行簇重組或調整，以保持網絡的連通性和穩定性。這包括動態更新簇頭、成員節點的重新分配等。 簇頭調度： 簇頭需要閤理規劃其工作周期，包括數據收集、數據壓縮、數據轉發等，並與成員節點進行同步，以避免衝突和提高效率。 分層體係結構： 扁平網絡： 所有節點地位相同，直接與匯聚節點通信。 分層網絡： 節點被組織成簇，每個簇有簇頭，簇頭負責數據匯聚和轉發。 多層分層網絡（Hierarchical Clustering）： 進一步將簇頭組織成更高層的簇，形成多級分層結構，適用於大規模、區域覆蓋的網絡。 二、 簇內通信技術 簇內通信是指成員節點與簇頭之間的數據傳輸。由於簇內節點通常距離較近，其通信設計重點在於節能、衝突避免和數據可靠性。 多址接入技術： TDMA（Time Division Multiple Access）： 將通信時隙分配給不同的節點，避免碰撞。在簇內通信中，簇頭可以為每個成員節點分配特定的發送時隙，以實現有序的數據傳輸。 FDMA（Frequency Division Multiple Access）： 為不同節點分配不同的頻段。 CDMA（Code Division Multiple Access）： 利用正交碼區分不同節點，允許節點在同一時間和頻段上通信。 CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）： 節點在發送數據前先監聽信道，若信道空閑則發送，否則等待一段時間再嘗試。在簇內，簇頭可以協調成員節點的CSMA/CA訪問。 數據匯聚與壓縮： 數據匯聚： 簇頭接收到簇內成員節點的數據後，需要對其進行匯聚處理，減少冗餘信息。 數據壓縮： 在傳輸之前，對收集到的數據進行壓縮，可以有效減少傳輸的數據量，從而節省能量。常用的壓縮技術包括： 采樣與平均： 直接對傳感器讀數進行采樣和平均。 閾值聚閤（Threshold Aggregation）： 僅當傳感器讀數超過某個預設閾值時纔報告。 推斷編碼（Inferential Coding）： 利用統計模型預測傳感器讀數，僅發送預測誤差。 數據摘要（Data Summarization）： 利用統計量（如均值、方差）來錶示一組數據。 簇內路由： 直接傳輸： 成員節點直接將數據發送給簇頭。 中繼傳輸： 在某些情況下，可能需要成員節點之間進行中繼，但通常為瞭節能，會盡量避免。 三、 簇間通信技術 簇間通信是指簇頭之間或簇頭與匯聚節點之間的數據傳輸。簇間通信的距離通常較遠，通信開銷較大，因此其設計重點在於高效、可靠地將數據傳遞到匯聚節點，以完成網絡整體的數據收集任務。 路由協議： 基於簇頭的分層路由： 簇頭之間通過預先建立的路由路徑進行通信。 單跳路由： 簇頭直接將數據發送給匯聚節點（適用於網絡規模較小的情況）。 多跳路由： 簇頭將數據傳輸給下一個鄰近的簇頭，逐級轉發，直至到達匯聚節點。 HEED（Hybrid Energy-Efficient Distributed Clustering）： 也是一種分層路由協議，通過能量和距離的權衡來選擇簇頭，並建立最優的路由。 PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）： 一種鏈式結構的路由協議，將節點組織成一個鏈，數據沿鏈逐級傳遞，最後匯聚到匯聚節點，但其不屬於嚴格的分層結構。 MSEEH（Multi-hop Self-adaptive Energy-Efficient Hierarchical Clustering）： 考慮瞭多跳通信的能量消耗，並具備自適應分層能力。 QoS（Quality of Service）感知路由： 在保證數據傳輸延遲、可靠性等服務質量要求的前提下，優化路由選擇。 數據傳輸策略： 數據聚閤： 在簇頭之間進行二次數據聚閤，進一步減少傳輸量。 數據融閤： 將來自不同簇的數據進行融閤，提取更有價值的信息。 路由優化： 動態調整路由，避開能量較低的簇頭或網絡擁塞區域。 四、 能量管理與節能技術 能量是WSN中最寶貴的資源，節點能量耗盡意味著網絡功能的喪失。分層網絡在節能方麵具有天然優勢，但仍需精細化的能量管理策略。 簇頭輪換機製： 通過周期性地讓不同的節點擔任簇頭，可以均衡能量消耗，延長整個網絡的壽命。LEACH算法中的簇頭輪換是典型代錶。 休眠/喚醒調度： 非簇頭節點在不需要發送數據時可以進入休眠狀態，僅在需要發送數據或被喚醒時纔激活，從而大幅降低能量消耗。簇頭可以調度其成員節點的休眠/喚醒時間。 傳輸功率控製： 根據節點之間的距離和通信質量要求，動態調整節點的傳輸功率，避免不必要的能量浪費。 節點部署優化： 閤理規劃節點的部署位置，可以減少通信距離，提高網絡的連通性和能量效率。 能量收集（Energy Harvesting）： 利用環境中的能量（如太陽能、振動能）為節點供電，可以顯著延長網絡壽命，甚至實現能量自給。分層結構可以集中管理能量收集節點，並將其收集的能量分配給其他節點。 五、 安全性保障 WSN麵臨著嚴峻的安全挑戰，如數據竊聽、篡改、拒絕服務攻擊等。分層結構雖然可以提高網絡的管理效率，但也可能引入新的安全隱患。 安全威脅分析： 竊聽（Eavesdropping）： 攻擊者截獲通信數據。 篡改（Tampering）： 攻擊者修改數據內容。 重放攻擊（Replay Attacks）： 攻擊者重復發送閤法數據包，欺騙接收方。 節點注入（Node Injection）： 攻擊者引入惡意節點。 拒絕服務攻擊（Denial of Service, DoS）： 攻擊者通過消耗節點資源或阻塞通信，導緻網絡無法正常工作。 簇頭攻擊： 攻擊者控製或僞造簇頭，可能導緻整個簇的數據被竊取或篡改。 安全機製與對策： 加密技術： 對傳輸的數據進行加密，保護數據的機密性。常用的有對稱加密（如AES）和非對稱加密（如RSA）。在WSN中，由於資源限製，通常優先考慮輕量級的加密算法。 認證技術： 確保通信雙方的身份閤法性，防止僞造節點。 密鑰管理： 在分布式WSN中，安全有效地管理密鑰是關鍵。可以采用分布式密鑰生成、多播密鑰分發等技術。 入侵檢測： 檢測網絡中的異常行為和潛在的攻擊。 安全路由： 在路由選擇過程中考慮安全性，避免將數據發送到可能存在攻擊的路徑上。 分層安全設計： 在不同層次（簇內、簇間）采用不同的安全策略，例如，簇內采用更輕量級的加密，簇間采用更強大的加密和認證。 信任管理： 節點之間建立信任關係，惡意節點的信任度會降低。 六、 未來的研究方嚮與挑戰 盡管分層無綫傳感器網絡的研究已經取得顯著進展，但仍存在許多值得深入探索的領域。 麵嚮異構WSN的分層技術： 隨著WSN中節點的異構性（如計算能力、感知能力、通信能力等）日益增強，如何設計適應異構環境的分層算法，充分發揮不同類型節點的優勢，是一個重要的研究方嚮。 麵嚮大規模WSN的可擴展性： 隨著網絡規模的指數級增長，現有的分層算法在可擴展性方麵仍麵臨挑戰，需要更高效、更具動態適應性的分層機製。 融閤人工智能與機器學習： 利用AI和ML技術，可以實現更智能的簇頭選擇、路由優化、異常檢測以及能量預測等，進一步提升WSN的性能。例如，使用強化學習來動態調整分層策略。 麵嚮新興應用的分層設計： 針對物聯網（IoT）、邊緣計算等新興應用場景，需要設計更加輕量級、更加靈活、更具服務質量保證的分層WSN。 低功耗安全與隱私保護： 在保證網絡安全性的同時，如何進一步降低安全機製的能量開銷，保護用戶隱私，是持續的挑戰。 基於軟件定義網絡（SDN）的分層WSN： 將SDN的思想引入WSN，可以實現更集中化的網絡控製和管理，為分層策略的動態調整和優化提供新的可能。 能量收集網絡的能量分配與管理： 在能量收集WSN中，如何高效地分配收集到的能量，實現網絡的最優工作，是亟待解決的問題。 結論 分層是提升無綫傳感器網絡性能的關鍵技術之一。通過精細化的分層算法設計，優化簇內和簇間通信，實施高效的能量管理策略，並構建 robust 的安全防護體係，可以顯著提高WSN網絡的壽命、效率、可靠性和安全性。未來的研究將更加注重網絡的智能化、可擴展性、異構適應性以及與其他新興技術的融閤，以應對日益復雜多樣的應用需求。深入理解和掌握分層無綫傳感器網絡中的關鍵技術，對於推動WSN技術的進步和廣泛應用具有重要的理論和實踐意義。

評分☆☆☆☆☆

作為一名資深的技術愛好者，我一直對新興技術領域保持著高度的關注。最近，我偶然發現瞭這本關於分層無綫傳感器網絡關鍵技術的書籍，便立刻被其獨特的視角和前沿的內容所吸引。在閱讀過程中，我發現作者對WSN網絡架構的理解非常透徹，尤其是在分層設計方麵，將復雜的網絡功能進行瞭邏輯上的劃分，大大提高瞭網絡的管理效率和資源利用率。書中對不同層級之間協同工作的機製，以及各層級所承擔的關鍵任務，都有著詳盡的闡述。我特彆欣賞作者在探討網絡分層模型時，所采用的案例研究。這些案例生動地展示瞭分層WSN在實際應用中所展現齣的優越性能，例如在災難救援、環境監測等場景下，能夠快速部署、高效協作，並具備一定的自適應能力。這本書不僅讓我對WSN有瞭更全麵的認識，也為我提供瞭新的技術思路和靈感。

評分☆☆☆☆☆

這本書我最近入手，剛翻瞭幾頁就被深深吸引住瞭。雖然我不是這方麵的專業人士，但是作者的敘述方式非常平易近人，將一些原本可能晦澀的技術概念闡釋得清晰易懂。我尤其欣賞的是書中對無綫傳感器網絡（WSN）在分層結構下的應用場景的描繪，那些生動的案例分析，讓我切實感受到瞭WSN在物聯網、環境監測、智能交通等領域扮演著多麼關鍵的角色。它不像很多技術書籍那樣枯燥乏味，而是通過巧妙的結構設計，層層遞進地揭示齣WSN分層技術的優勢和挑戰。從最初的網絡拓撲構建，到數據采集、傳輸、處理，再到最後的能源管理和安全保障，每一個環節都被梳理得井井有條。作者在講解理論知識的同時，也穿插瞭大量的實際應用案例，讓我能夠更好地理解技術在現實世界中的落地情況。我感覺自己仿佛置身於一個龐大的傳感器網絡之中，親眼見證著數據的流動和處理過程。這種沉浸式的閱讀體驗，讓我對WSN的理解又上瞭一個颱階。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容結構非常清晰，循序漸進，即使是初學者也能輕鬆上手。作者從最基礎的WSN概念講起，逐步深入到分層網絡的設計原理和關鍵技術。我最喜歡的部分是關於節點部署和覆蓋優化的章節。在實際的WSN部署中，如何閤理地規劃節點的位置，以達到最佳的覆蓋範圍和數據采集效果，是一個非常實際的問題。書中對多種部署策略的介紹，包括隨機部署、幾何部署等，以及對這些策略的優劣勢分析，讓我對這一問題有瞭更深入的理解。同時，作者還探討瞭如何根據不同的應用場景，選擇閤適的部署方案。此外，書中對數據融閤和節點協同通信的講解也十分到位，讓我明白瞭分層設計如何在保證數據準確性的同時，提高網絡的整體效率。這本書就像一個詳盡的指南，為我提供瞭理解和應用分層WSN的完整框架。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期。作者在深入剖析分層無綫傳感器網絡關鍵技術時，並沒有停留在錶麵的介紹，而是對其中的各種算法、協議以及優化策略進行瞭細緻的講解。我尤其對其中關於能源效率的設計和研究部分印象深刻。在WSN中，節點的能源是極其寶貴的資源，如何最大限度地延長網絡的生命周期，一直是一個核心難題。書中對各種能量收集、節能路由、休眠調度等技術的探討，既有理論上的嚴謹性，也有實踐上的指導意義。同時，作者還針對網絡的可擴展性、可靠性以及安全性等問題，提齣瞭多種解決方案，並且對這些方案的優缺點進行瞭詳細的比較分析。我能夠感受到作者在研究過程中所付齣的心血，以及他對這一領域的深刻洞察。對於有誌於深入研究WSN技術的讀者來說，這本書無疑是一筆寶貴的財富。它不僅能夠幫助我們建立起紮實的理論基礎，更能啓發我們對未來WSN發展方嚮的思考。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，填補瞭我一直在尋找的一塊技術空白。作為一名對無綫傳感器網絡應用充滿興趣的讀者，我一直希望能找到一本能夠全麵、深入地介紹其核心技術的書籍。這本書在分層無綫傳感器網絡的關鍵技術方麵，做瞭非常齣色的工作。從網絡生命周期管理，到安全與隱私保護，再到新興應用場景的探討，幾乎涵蓋瞭所有我關心的問題。我特彆注意到，書中在討論網絡安全時，並沒有僅僅停留在理論層麵，而是提齣瞭一些實用的防護機製和應對策略，這對於保障WSN係統的可靠運行至關重要。此外，作者還對未來WSN的發展趨勢進行瞭一些前瞻性的預測，這讓我對這一技術領域充滿瞭期待。總而言之，這是一本集理論深度、實踐指導和前瞻視野於一體的優秀技術專著，值得所有對WSN感興趣的讀者深入研讀。