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第1章 绪论1

1.1引言1

1.2无线传感器网络概述2

1.2.1无线传感器网络定义2

1.2.2系统组成3

1.2.3网络模型4

1.3网络体系结构4

1.4网络节点6

1.5网络特点与性能评价9

1.5.1网络特点9

1.5.2性能评价11

1.6网络应用11

1.7无线传感器网络与物联网13

1.8主要研究内容14

1.9内容组织18

参考文献18

第2章 无线传感器网络部署19

2.1概述19

2.2覆盖及评价指标21

2.2.1基本假设21

2.2.2覆盖及优化21

2.2.3覆盖问题分类23

2.2.4网络覆盖评价指标25

2.3覆盖模型与区域覆盖概率29

2.3.1基本概念29

2.3.2感知、通信和连通覆盖的物理模型30

2.3.3感知、通信和连通覆盖的数学模型32

2.3.4区域随机覆盖概率与覆盖数34

2.3.5节点覆盖的随机分布函数35

2.3.6一维区域传感器节点覆盖的分布实验37

2.4一维区域节点覆盖模型38

2.4.1一维区域定义38

2.4.2节点覆盖模型39

2.4.3一维区域覆盖40

2.5二维区域节点覆盖模型44

2.5.1正六边形节点覆盖模型44

2.5.2节点通信半径45

2.5.3邻居节点数与连通图的分形47

2.5.4区域的最小覆盖51

2.6三维区域节点覆盖模型52

2.6.1正六面体节点覆盖模型52

2.6.2切顶八面体节点覆盖模型54

2.6.3相对于感知范围的通信半径55

参考文献55

第3章 网络拓扑控制58

3.1概述58

3.1.1网络拓扑结构及分类58

3.1.2拓扑控制研究内容59

3.2拓扑控制设计原则与算法评价60

3.2.1网络能耗模型60

3.2.2拓扑控制协议设计原则61

3.2.3拓扑控制算法评价62

3.3功率控制算法64

3.3.1相关研究64

3.3.2 XTC算法64

3.4睡眠调度算法65

3.4.1相关研究65

3.4.2 CCP算法66

3.4.3 SPAN算法67

3.4.4 HEED算法68

3.5层次型无线传感器网络拓扑控制69

3.5.1基本定义69

3.5.2分簇算法70

3.5.3求解连通支配集算法75

3.6能量高效的虚拟骨干网构造算法77

3.6.1问题背景77

3.6.2系统假设78

3.6.3算法模型及符号描述79

3.6.4骨干节点选举方法80

3.6.5 EVBC算法描述及实现82

3.6.6 EVBC算法的路由生成方法84

3.6.7算法性能仿真测试与分析85

参考文献86

第4章 节点定位89

4.1概述89

4.1.1定位研究的主要问题89

4.1.2定位算法性能评价90

4.2相关研究91

4.3节点定位原理96

4.3.1基本概念及定义96

4.3.2定位计算方法96

4.4 ADV-Hop定位算法研究101

4.4.1 DV-Hop算法描述101

4.4.2 DV-Hop算法改进思路102

4.4.3 ADV-Hop算法要旨103

4.4.4 ADV-Hop算法的实现105

4.4.5算法仿真实验分析108

4.5 GSAL定位算法研究110

4.5.1基于GA的定位算法及其局限110

4.5.2基于SA的定位算法及其局限115

4.5.3基于模拟退火思想的遗传算法119

4.5.4 GSAL定位算法实现120

4.5.5 GSAL算法仿真分析123

参考文献125

第5章 目标跟踪127

5.1概述127

5.1.1目标跟踪过程127

5.1.2目标跟踪关键技术128

5.2二进制传感器分类与跟踪算法评价129

5.2.1二进制传感器分类与通信模型129

5.2.2目标跟踪算法的评价指标131

5.3目标定位跟踪算法132

5.3.1质心算法132

5.3.2加权算法135

5.3.3线性拟合算法138

5.3.4解析算法139

5.3.5粒子滤波算法142

5.4动态成簇算法143

5.4.1动态成簇算法简介143

5.4.2网络部署方案144

5.4.3节点激活方式145

5.4.4簇头选举及成员选择方法145

5.4.5簇头移交方法146

5.5面向单目标跟踪的BWSN异步动态成簇算法148

5.5.1问题描述148

5.5.2目标发现及节点激活149

5.5.3动态跟踪簇构建及调整150

5.5.4异步跟踪时间的标定、传递及计算153

5.5.5 ADC算法的仿真实验及分析153

参考文献156

第6章 网络协议158

6.1概述158

6.1.1计算机网络协议158

6.1.2 WSN协议159

6.2网络层路由协议159

6.2.1路由算法评价指标161

6.2.2长链型路由协议162

6.2.3平面型路由协议165

6.2.4层次型路由协议169

6.25其他路由协议172

6.3数据链路层MAC协议173

6.3.1关于MAC协议173

6.3.2 IEEE 802.11和IEEE 802.15.4介绍175

6.3.3传感器网络MAC协议的差异和限制180

6.3.4非调度式MAC协议183

6.3.5调度式MAC协议186

6.3.6未来展望191

6.4时钟同步192

6.4.1传统时钟同步技术193

6.4.2传感器网络时钟同步基本原理193

6.4.3典型传感器网络时钟同步技术197

6.5服务质量QoS199

参考文献200

第7章 数据融合203

7.1概述203

7.2关于数据融合204

7.2.1多传感器数据融合204

7.2.2 WSN数据融合204

7.2.3数据融合模型205

7.2.4网络层中的数据融合208

7.2.5基于事件驱动的数据融合210

7.2.6数据融合技术难点211

7.3数据融合节点延时分配算法212

7.3.1经典延时分配算法212

7.3.2数据传输端到端延时分析216

7.4 SSF-M/G/1算法218

7.4.1算法思想218

7.4.2 ON/OFF模型及分组平均到达速率219

7.4.3 M/G/1队列及分组到达时间间隔220

7.4.4允许延时时间分配算法221

7.4.5算法伪代码223

7.5仿真实验及分析224

7.5.1评价指标224

7.5.2仿真参数设置224

7.5.3实验分析224

参考文献226

第8章 拥塞控制228

8.1概述228

8.2无线传感器网络拥塞控制机制229

8.2.1基于拥塞检测与处理的缓解机制230

8.2.2拥塞避免机制231

8.3网关节点拥塞控制232

8.3.1瓶颈网络模型232

8.3.2 AQM反馈控制系统模型234

8.3.3 RBF神经网络235

8.3.4灰色预测GM（1，1）模型237

8.3.5 RBF-GM算法238

8.3.6仿真及其结果239

8.4基于主动队列管理的拥塞控制机制241

8.4.1主动队列管理241

8.4.2自适应主动队列管理API算法245

8.4.3区分丢包的速率调节DR算法249

8.4.4 API-DR算法251

8.4.5 API-DR算法仿真实验及分析252

参考文献254

第9章 网络安全256

9.1概述256

9.1.1 WSN的安全威胁256

9.1.2安全体系结构257

9.1.3安全要求与目标258

9.2无线传感器网络安全技术260

9.2.1安全技术分类260

9.2.2密码技术260

9.2.3密钥确立和管理262

9.2.4路由安全263

9.2.5数据融合安全264

9.2.6入侵检测265

9.2.7 DoS攻击265

9.2.8访问控制和权限管理266

9.2.9无线传感器网络安全协议267

9.3链路层加密方案269

9.3.1 TinyOS的安全保护措施TinySec269

9.3.2链路层加密方案SenSec271

9.4无线传感器网络用户认证技术272

9.4.1认证技术分类272

9.4.2用户认证协议274

9.4.3基于μTPCT的广播认证协议276

9.5密钥管理技术279

9.5.1密钥管理的安全和性能评价279

9.5.2密钥管理方案和协议的分类280

9.5.3典型密钥管理方案和协议281

9.5.4层次型W SN动态密钥管理方法284

参考文献288

第10章 无线传感器网络操作系统289

10.1概述289

10.2 WSNOS设计原则290

10.3操作系统关键技术291

10.3.1体系结构291

10.3.2层次化技术293

10.3.3框架技术294

10.3.4节能通信模型295

10.3.5可裁减的构件技术295

10.3.6普适计算技术296

10.4 TinyOS操作系统297

10.4.1系统简介297

10.4.2体系结构与特点298

10.4.3组件模型和命名规则300

10.4.4 TinyOS的任务302

10.4.5 TinyOS调度器303

10.4.6系统启动和初始化304

10.4.7 TinyOS通信304

10.4.8并发模型305

10.4.9能量管理306

10.4.10模拟服务306

10.4.11 TinyOS系统的编程306

10.5 Mantis系统312

10.6 SenOS系统313

参考文献313

第11章 无线传感器网络工程设计314

11.1概述314

11.2监测区域分类314

11.3覆盖数计算315

11.3.1一维长线区域315

11.3.2二维平面区域316

11.3.3三维空间区域318

11.4无线传感器网络部署的工程设计320

11.4.1设计流程320

11.4.2技术参数设计320

11.5 ZigBee系统技术321

11.5.1 ZigBee技术特点321

11.5.2 ZigBee技术的协议构架322

11.5.3 ZigBee技术的网络拓扑结构323

11.6基于ZigBee技术的石油钻井现场WSN324

11.6.1系统结构设计324

11.6.2拓扑控制机制与节点定位方法327

11.6.3路由机制328

11.6.4系统工作模式328

11.7实验测试330

11.7.1实验方法330

11.7.2中断模式实验331

11.7.3周期性模式实验331

参考文献332