无线传感器网络

章节摘录

版权页：   插图：   7.2.5 定性评价 以数据为中心的路由协议提供了基于用户需求并且依赖于应用的路径。以数据为中心的机制用来决定网络中的终端设备，这种机制使得整个运行过程是自适应的。无论何时传感器节点感知到变化，网络的路径都会自动适应这种变化来满足用户需求。此外，由于采用的是以数据为中心的技术，因此节点不需要采用全局节点寻址机制。因为采用基于兴趣信息来选择路径的方式，而不需要维护整个网络的拓扑结构，从而降低了功耗。以数据为中心的解决方案通过对汇聚节点特定的兴趣信息选择特定的路径来降低整个网络的功耗。因此，只有那些符合要求的节点才能进入信息传输网络中。 以数据为中心的路由协议的一个主要缺点是：一般是基于平面架构的拓扑，这样会影响网络结构的可扩展性且会加重近接收机节点的信息传输拥塞问题。分布式融合机制是减少网络中各部分信息流动的必要机制。此外，因为通信是从接收机的查询开始的，所以诸如定向扩散一类的协议只适用于WSN的一个应用子集。这也造成了定向扩散对于需要连续数据传输的动态应用来说不是一个好的选择。此外，查询类型以及信息匹配过程需要在每个应用程序中都重新限定。而且，以数据为中心的方法导致了依赖于应用的命名方案，因此每一次应用的变化都要优先考虑方案的限定。最后，节点上数据匹配的过程和查询的过程也会产生一些开销。

内容概要

作者：（美国）阿基迪兹（Ian F.Akyildiz） （美国）沃安（Mehmet Can Vuran） 译者：徐平平 刘昊 褚宏云

书籍目录

第1章概述 1.1传感器微尘平台 1.1.1低端平台 1.1.2高端平台 1.1.3标准化工作 1.1.4软件 1.2WSN工艺和协议栈 1.2.1物理层 1.2.2数据链路层 1.2.3网络层 1.2.4传输层 1.2.5应用层 参考文献 第2章WSN应用 2.1军事应用 2.1.1智能微尘 2.1.2狙击手侦测系统 2.1.3VigilNet系统 2.2环境应用 2.2.1大鸭岛实验 2.2.2CORIE 2.2.3ZebraNet系统 2.2.4火山监测 2.2.5洪水早期检测 2.3医疗应用 2.3.1人工视网膜 2.3.2病人监测 2.3.3应急响应 2.4家庭应用 2.4.1用水监测 2.5工业应用 2.5.1预防性维护 2.5.2结构健康监测 2.5.3其他商业应用 参考文献 第3章WSN设计影响因素 3.1硬件约束 3.2容错性 3.3可扩展性 3.4生产成本 3.5WSN的拓扑结构 3.5.1预部署和部署阶段 3.5.2后期部署阶段 3.5.3额外节点的重新部署阶段 3.6传输介质 3.7功耗 3.7.1传感 3.7.2数据处理 3.7.3通信 参考文献 第4章物理层 4.1物理层技术 4.1.1RF 4.1.2其他技术 4.2射频无线通信概述 4.3信道编码（差错控制编码） 4.3.1分组码 4.3.2联合信源信道编码 4.4调制 4.4.1FSK 4.4.2QPSK 4.4.3二进制和M进制调制 4.5无线信道效应 4.5.1衰减 4.5.2多径效应 4.5.3信道差错率 4.5.4圆盘图表单元与统计信道模型 4.6物理层标准 4.6.1IEEE 802.15.4 4.6.2现有的收发机 参考文献 第5章介质访问控制 5.1MAC层的挑战 5.1.1功耗 5.1.2结构 5.1.3基于事件的网络 5.1.4相关性 5.2CSMA机制 5.3基于竞争的介质访问 5.3.1SMAC 5.3.2BMAC 5.3.3CCMAC协议 5.3.4其他基于竞争的MAC协议 5.3.5小结 5.4预留的介质访问 5.4.1TRAMA 5.4.2其他预留的MAC协议 5.4.3小结 5.5混合介质访问 5.5.1ZebraMAC 参考文献 第6章差错控制 6.1差错控制方案的分类 6.1.1功率控制 6.1.2ARQ 6.1.3FEC 6.1.4HARQ 6.2WSN中的差错控制 6.3跨层分析模型 6.3.1网络模型 6.3.2预期跳距 6.3.3功耗分析 6.3.4时延分析 6.3.5解码时延和功耗 6.3.6BER和PER 6.4差错控制方案的比较 6.4.1跳距延伸 6.4.2发射功率控制 6.4.3混合差错控制 6.4.4小结 参考文献 第7章网络层 7.1路由选择的挑战 7.1.1功耗 7.1.2可扩展性 7.1.3寻址技术 7.1.4鲁棒性 7.1.5拓扑结构 7.1.6应用 7.2以数据为中心和等级化的路由协议 7.2.1洪泛 7.2.2谣传 7.2.3信息协商机制 7.2.4定向扩散 7.2.5定性评价 7.3分层协议 7.3.1LEACH 7.3.2PEGASIS 7.3.3TEEN和APTEEN 7.3.4定性评价 7.4地理路由协议 7.4.1MECN和SMECN 7.4.2有损连接的地理转发方案 7.4.3PRADA 7.4.4定性评价 7.5基于QoS的协议 7.5.1SAR 7.5.2最小成本路径转发 7.5.3SPEED 7.5.4定性评价 参考文献 第8章传输层 8.1传输层的挑战 8.1.1端到端的通信方式 8.1.2应用相关性 8.1.3能量消耗 8.1.4非对称执行 8.1.5路由／寻址受限 8.2RMST 8.2.1定性评价 8.3PSFQ 8.3.1定性评价 8.4CODA 8.4.1定性评价 8.5ESRT协议 8.5.1定量评价 8.6GARUDA 8.6.1定性评价 8.7实时可靠性传输（RT）2协议 8.7.1定性评价 参考文献 第9章应用层 9.1信源编码（数据压缩） 9.1.1传感器LZW 9.1.2分布式信源编码 9.2查询处理 9.2.1查询表示 9.2.2数据融合 9.2.3COUGAR 9.2.4Fjords架构 9.2.5微融合服务 9.2.6TinyDB 9.3网络管理 9.3.1MANNA 9.3.2SNMS 参考文献 第10章跨层解决方案 10.1层间影响 10.2跨层的相互作用 10.2.1MAC层和网络层 10.2.2MAC层和应用层 10.2.3网络层和物理层 10.2.4传输层和物理层 10.3跨层模块 10.3.1启动判决 10.3.2传输启动 10.3.3汇聚节点竞争 10.3.4基于角度的路由 10.3.5局部跨层拥塞控制 10.3.6小结：XLP跨层的相互作用和性能 参考文献 第11章时间同步 11.1时间同步的挑战 11.1.1低成本的时钟 11.1.2无线通信 11.1.3资源受限 11.1.4高部署密度 11.1.5节点易失效 11.2NTP 11.3定义 11.4TPSN 11.4.1定性评价 11.5RBS 11.5.1定性评价 11.6ACS 11.6.1定性评价 11.7TDP 11.7.1定性评价 11.8RDP 11.8.1定性评价 11.9小型／微型同步协议 11.9.1定性评价 11.10其他协议 11.10.1LTS 11.10.2TSync 11.10.3渐进优化同步 11.10.4移动网络同步 参考文献 第12章定位 12.1定位中的挑战 12.1.1物理层的测量 12.1.2计算的约束 12.1.3全球定位系统的不足 12.1.4低端的传感器节点 12.2测距技术 12.2.1接收信号强度 12.2.2到达时间 12.2.3到达时间差 12.2.4到达角 12.3基于测距的定位协议 12.3.1Ad Hoc定位系统 12.3.2有噪测距定位 12.3.3基于时间的定位系统 12.3.4辅助移动定位 12.4基于预留的定位协议 12.4.1凸位置估计 12.4.2近似三角形内点系统 参考文献 第13章拓扑管理 13.1部署 13.2功率控制 13.2.1LMST 13.2.2LMA和LMN 13.2.3干扰感知功率控制 13.2.4CONREAP 13.3活动调度 13.3.1GAF 13.3.2ASCENT 13.3.3SPAN 13.3.4PEAS 13.3.5STEM 13.4分簇 13.4.1分层分簇 13.4.2HEED 13.4.3覆盖保持分簇 参考文献 第14章无线传感器和执行器网络 14.1WSAN的特点 14.1.1网络架构 14.1.2物理结构 14.2传感器节点与执行器节点协作 14.2.1传感器节点与执行器节点通信要求 14.2.2执行器节点的选举 14.2.3最优解决方案 14.2.4分布式事件驱动的分簇和路由协议 14.2.5性能 14.2.6传感器节点与执行器节点协作的挑战 14.3执行器节点与执行器节点协作 14.3.1任务分配 14.3.2最优解方案 14.3.3局部拍卖协议 14.3.4定性评价 14.3.5执行器节点与执行器节点协作的挑战 14.4WSAN协议栈 14.4.1管理域 14.4.2协作域 14.4.3通信域 参考文献 第15章无线多媒体传感器网络 15.1设计挑战 15.1.1多媒体信源编码 15.1.2高带宽要求 15.1.3具体应用服务质量要求 15.1.4多媒体网内处理 15.1.5功耗 15.1.6覆盖范围 15.1.7资源限制 15.1.8可变的信道容量 15.1.9跨层耦合功能 15.2网络结构 15.2.1单层结构 15.2.2多层结构 15.2.3覆盖 15.3多媒体传感器的硬件 15.3.1音频传感器 15.3.2低分辨率视频传感器 15.3.3中分辨率视频传感器 15.3.4多媒体传感器网络配置举例 15.4物理层 15.4.1THIRUWB 15.4.2MCUWB 15.4.3UWB测距 15.5MAC层 15.5.1FRASH MAC 15.5.2实时独立信道MAC 15.5.3MIMO技术 15.5.4开放研究问题 15.6差错控制 15.6.1联合信源信道编码和功率控制 15.6.2开放研究问题 15.7网络层 15.7.1MMSPEED 15.7.2开放研究问题 15.8传输层 15.8.1多跳缓冲和自适应性 15.8.2错误的鲁棒图像传输 15.8.3开放研究问题 15.9应用层 15.9.1流量管理和接入控制 15.9.2多媒体编码技术 15.9.3静态图像编码 15.9.4分布式信源编码 15.9.5开放研究问题 15.10跨层设计 15.10.1跨层控制单元 15.11进一步研究的问题 15.11.1网内处理的协作 15.11.2同步 参考文献 第16章水下无线传感器网络 16.1设计挑战 16.1.1陆上传感器网络与水下传感器网络 16.1.2实时网络与容迟网络 16.2水下传感器网络的组件 16.2.1水下传感器 16.2.2自主式水下航行器 16.3通信体系结构 16.3.1二维UWSN 16.3.2三维UWSN 16.3.3AUV传感器网络 16.4水声传播的基本要素 16.4.1Urick传播模型 16.4.2深水区信道模型 16.4.3浅水区信道模型 16.5物理层 16.6介质访问控制层 16.6.1基于CSMA的MAC协议 16.6.2基于CDMA的MAC协议 16.6.3混合MAC协议 16.7网络层 16.7.1集中式路由方案 16.7.2分布式路由方案 16.7.3混合路由方案 16.8传输层 16.8.1开放研究课题 16.9应用层 16.10跨层设计 参考文献 第17章地下无线传感网 17.1应用 17.1.1环境监测 17.1.2基础设施监测 17.1.3定位应用 17.1.4边境巡逻和安全监测 17.2设计方面的挑战 17.2.1能量效率问题 17.2.2网络拓扑设计 17.2.3天线设计 17.2.4恶劣环境 17.3网络架构 17.3.1土壤中的WUSN 17.3.2矿井隧道中的WUSN 17.4使用电磁波技术的地下无线信道 17.4.1地下信道的特性 17.4.2土壤特性对地下信道的影响 17.4.3土壤介电常数 17.4.4地下信号传播 17.4.5地面反射 17.4.6多径衰落及误码率 17.5地下无线信道的磁感应技术 17.5.1MI信道模型 17.5.2MI波导 17.5.3土壤中的MI波及MI波导特性 17.6矿井及公路／地铁隧道环境下的无线通信 17.6.1隧道环境 17.6.2房柱式环境 17.6.3与实验测量情况的对比 17.7通信架构 17.7.1物理层 17.7.2数据链路层 17.7.3网络层 17.7.4传输层 17.7.5跨层设计 参考文献 第18章主要挑战 18.1传感器网络和Internet的联合 18.2实时和多媒体通信 18.3协议栈 18.4同步和定位 18.5挑战环境中的WSN 18.6实际的考虑 18.7无线纳米传感器网络 参考文献 索引及中英文缩写对照表

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作者简介

《物联网工程与技术规划教材:无线传感器网络》讨论无线传感器平台和网络架构，军事和生活应用，设计影响因素；应用层的应用实例等，各章均指出了重要挑战和研究成果，剖析了无线传感器网络为什么，怎样和在哪些领域可以发挥重大作用。为解决当前问题提供了深刻而全面的指导，同时强调经济问题，市场趋势，正在出现的、前沿的应用。

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