無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

內(nèi)容概要

　　本書較為全面地介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，特別是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計及傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合等領(lǐng)域的核心技術(shù)，重點研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議、數(shù)據(jù)融合算法及水下路由通信算法。全書共分為10章，以全新的視野、翔實的資料，深刻闡述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一些新問題、解決問題的方案和工程應(yīng)用開發(fā)的設(shè)計方法。書中大部分內(nèi)容是作者近年來在本領(lǐng)域的研究成果，并提供了詳細(xì)的參考文獻(xiàn)。本書共分為三部分：
　　第一部分是傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)內(nèi)容，主要包括第1章，介紹傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、與其關(guān)系密切的無線短距離通信標(biāo)準(zhǔn)等。
　　第二部分是傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及傳感器網(wǎng)絡(luò)通信算法研究，包括第2～8章，介紹具有能量效率的通信協(xié)議、具有QoS機(jī)制的通信協(xié)議、水下通信協(xié)議及數(shù)據(jù)融合技術(shù)等內(nèi)容。
　　第三部分是傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用，包括第9、10章，介紹物聯(lián)網(wǎng)、云計算及超寬帶技術(shù)等，同時列舉了一些較為典型的應(yīng)用。

書籍目錄

第1章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
1.1 引言
1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)介紹
1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點和關(guān)鍵技術(shù)
1.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用
1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法
1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法研究的主要思路
1.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的分類
1.3.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS路由算法研究的基本思想
1.3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS路由算法研究的分類
1.3.5 平面路由的主流算法
1.3.6 分簇路由的主流算法
1.4 ZigBee技術(shù)
1.4.1 ZigBee技術(shù)的特點
1.4.2 ZigBee協(xié)議框架
1.4.3 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
1.5 無線傳感器安全研究
1.5.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全需求
1.5.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的研究進(jìn)展
1.5.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的研究方向
1.6 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)
1.7 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位
1.7.1 存在的問題
1.7.2 性能評價
1.7.3 基于測距的定位方法
1.7.4 非測距定位算法
1.7.5 移動節(jié)點定位
參考文獻(xiàn)
第2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式能量有效非均勻成簇算法
2.1 引言
2.2 相關(guān)研究工作
2.2.1 單跳成簇算法
2.2.2 多跳成簇算法
2.3 DEEUC成簇路由算法
2.3.1 網(wǎng)絡(luò)模型
2.3.2 DEEUC成簇算法
2.3.3 候選簇頭的產(chǎn)生
2.3.4 估計平均能量
2.3.5 最終簇頭的產(chǎn)生
2.3.6 平衡簇頭區(qū)節(jié)點能量
2.3.7 算法分析
2.4 仿真和分析
2.5 結(jié)論及下一步工作
參考文獻(xiàn)
第3章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇多跳能量均衡路由算法
3.1 無線傳輸能量模型
3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由策略研究
3.2.1 平面路由
3.2.2 單跳分簇路由算法研究
3.2.3 多跳層次路由算法研究
3.3 LEACH-L算法
3.3.1 LEACH-L的改進(jìn)思路
3.3.2 LEACH-L算法模型
3.3.3 LEACH-L描述
3.4 LEACH-L的分析
3.5 實驗仿真
3.5.1 評價參數(shù)
3.5.2 仿真環(huán)境
3.5.3 仿真結(jié)果
3.6 總結(jié)及未來的工作
3.6.1 總結(jié)
3.6.2 未來的工作
參考文獻(xiàn)
第4章 基于生成樹的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇通信協(xié)議
4.1 引言
4.2 無線傳輸能量模型
4.3 基于時間延遲機(jī)制的分簇算法（CHTD）
4.3.1 CHTD的改進(jìn)思路
4.3.2 CHTD簇頭的產(chǎn)生
4.3.3 CHTD簇頭數(shù)目的確定
4.3.4 CHTD最優(yōu)簇半徑
4.3.5 CHTD描述
4.3.6 CHTD的特性
4.4 CHTD簇數(shù)據(jù)傳輸研究
4.4.1 引言
4.4.2 改進(jìn)的CHTD算法（CHTD-M）
4.4.3 CHTD-M的分析
4.5 仿真分析
4.5.1 生命周期
4.5.2 接收數(shù)據(jù)包量
4.5.3 能量消耗
4.5.4 負(fù)載均衡
4.6 總結(jié)及未來的工作
4.6.1 總結(jié)
4.6.2 未來的工作
參考文獻(xiàn)
第5章 基于自適應(yīng)蟻群系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS路由算法
5.1 引言
5.2 蟻群算法
5.3 APAS算法的信息素自適應(yīng)機(jī)制
5.4 APAS算法的揮發(fā)系數(shù)自適應(yīng)機(jī)制
5.5 APAS算法的QoS改進(jìn)參數(shù)
5.6 APAS算法的信息素分發(fā)機(jī)制
5.7 APAS算法的定向廣播機(jī)制
5.8 仿真實驗及結(jié)果分析
5.8.1 仿真環(huán)境
5.8.2 仿真結(jié)果及分析
5.9 總結(jié)及未來的工作
5.9.1 總結(jié)
5.9.2 未來的工作
參考文獻(xiàn)
第6章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇頭選擇算法
6.1 引言
6.2 LEACH NEW算法
6.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型
6.2.2 LEACH NEW簇頭選擇機(jī)制
6.2.3 簇的生成
6.2.4 簇頭間多跳路徑的建立
6.3 仿真實現(xiàn)
6.4 結(jié)論及未來的工作
參考文獻(xiàn)
第7章 水下無線傳感網(wǎng)絡(luò)中基于向量的低延遲轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議
7.1 引言
7.2 相關(guān)工作
7.3 網(wǎng)絡(luò)模型
7.3.1 問題的數(shù)學(xué)描述
7.3.2 網(wǎng)絡(luò)模型
7.4 基于向量的低延遲轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議
7.4.1 基于向量轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的分析
7.4.2 基于向量的低延遲轉(zhuǎn)發(fā)算法
7.5 仿真實驗
7.5.1 仿真環(huán)境
7.5.2 仿真分析
7.6 總結(jié)
參考文獻(xiàn)
第8章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法研究
8.1 引言
8.2 節(jié)能路由算法
8.2.1 平面式路由算法
8.2.2 層狀式路由算法
8.3 數(shù)據(jù)融合模型
8.3.1 數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)
8.3.2 LEACH簇頭選擇算法
8.3.3 簇內(nèi)融合路徑
8.3.4 環(huán)境設(shè)定和能耗公式
8.4 數(shù)據(jù)融合仿真
8.4.1 仿真分析
8.4.2 仿真結(jié)果分析
8.5 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
第9章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)
9.1 超寬帶技術(shù)
9.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)比較簡單
9.1.2 空間傳輸容量大
9.1.3 多徑分辨能力強(qiáng)
9.1.4 安全性高
9.1.5 定位精確
9.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
9.2.1 物聯(lián)網(wǎng)原理
9.2.2 物聯(lián)網(wǎng)的背景與前景
9.3 云計算技術(shù)
9.3.1 SaaS軟件即服務(wù)
9.3.2 公用/效用計算
9.3.3 云計算領(lǐng)域的Web服務(wù)
9.4 認(rèn)知無線電技術(shù)
9.4.1 傳統(tǒng)的Ad-hoc方式中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的不足
9.4.2 在ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第10章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
10.1 軍事應(yīng)用
10.2 農(nóng)業(yè)應(yīng)用
10.3 環(huán)保監(jiān)測
10.4 建筑應(yīng)用
10.5 醫(yī)療監(jiān)護(hù)
10.6 工業(yè)應(yīng)用
10.6.1 工業(yè)安全
10.6.2 先進(jìn)制造
10.6.3 交通控制管理
10.6.4 倉儲物流管理
10.7 空間、海洋探索
10.8 智能家居應(yīng)用
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　水下傳感網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為具有廣泛的應(yīng)用前景，如實時或者延時的空間連續(xù)水生監(jiān)控系統(tǒng)在海洋學(xué)資料收集、水生環(huán)境監(jiān)控、海洋科學(xué)考察、水下考古探險和近海岸保護(hù)、污染監(jiān)控、海上勘探、地震圖像傳輸、海洋環(huán)境檢測、災(zāi)難預(yù)防和輔助導(dǎo)航等領(lǐng)域的應(yīng)用有著極為重要的意義。水下無線傳感網(wǎng)絡(luò)是使用飛行器、潛艇或水面艦艇將大量的廉價微型傳感器節(jié)點隨機(jī)布放在指定的感興趣水域，節(jié)點通過水聲無線通信方式形成的一個多跳的自組織、分布式、多節(jié)點、大面積覆蓋的水下網(wǎng)絡(luò)，協(xié)作對信息進(jìn)行采集、處理、分類和壓縮，并可通過水聲傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或中繼方式發(fā)送到陸基或船基的信息控制中心的綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。　　水下傳感網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個開放的研究領(lǐng)域，目前研究的水下無線傳感網(wǎng)絡(luò)有二維、三維靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)和帶有AUVs的三維網(wǎng)絡(luò)。二維靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點被固定在海底，自組成簇，節(jié)點采集的信息直接或多跳地傳給簇首，通過簇首傳送給水面中繼站或船基接收站，然后與岸基接收站通信，到達(dá)數(shù)據(jù)處理中心。三維靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點通過錨鏈被錨定在海底，通過調(diào)整錨鏈的長度形成分布在海底的三維網(wǎng)絡(luò)，每個傳感器節(jié)點必須能夠中繼采集的信息到水面會聚節(jié)點，因此要求每個節(jié)點到水面中繼站至少有一個鏈路存在，它比二維網(wǎng)絡(luò)更好地獲得了水下采樣，兩者的特點是不影響航行，不易被發(fā)現(xiàn)但布置和維護(hù)難度大?；谒娓?biāo)的三維靜態(tài)水下無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的每個傳感器節(jié)點帶有一個水面浮標(biāo)，與三維靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)中每個傳感器節(jié)點的浮標(biāo)不同，開始傳感器節(jié)點位于漂浮在水面的浮標(biāo)里，這些浮標(biāo)被投放后，傳感器節(jié)點被放置到水下已經(jīng)計算好的深度，形成三維的傳感器節(jié)點分布空間。每個傳感器節(jié)點由一群傳感器組成，屬于一個傳感器節(jié)點的傳感器在水下同一深度，傳感器和浮標(biāo)通過纜繩通信，傳感器節(jié)點間通過無線信號通信，數(shù)據(jù)采集浮標(biāo)收集傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)。該結(jié)構(gòu)的特點是：便于布置和維護(hù)，成本低，容易被發(fā)現(xiàn)，對外界的天氣變化敏感，傳感器節(jié)點會流動等。帶有AUVs的三維水下通信網(wǎng)絡(luò)是對靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)功能的擴(kuò)展。AUVs可以在沒有纜繩、遠(yuǎn)程控制的情況下進(jìn)行工作，所以它在海洋學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、水下資源開發(fā)中有著廣泛的應(yīng)用。使用AUVs可以增強(qiáng)水下通信網(wǎng)絡(luò)的能力。這種網(wǎng)絡(luò)通過命令A(yù)UVs到網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點處完成網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)采樣和網(wǎng)絡(luò)自我配置。設(shè)計AUVs的目標(biāo)之一是使它們依靠自身的智能，而較少依靠岸上控制中心在線控制?！　?.2 相關(guān)工作　　目前ADHOC網(wǎng)路和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)有了很大的發(fā)展，但是對于水下環(huán)境及其新應(yīng)用的特殊性，這些協(xié)議不適合解決水下通信的路由問題。目前的路由協(xié)議大致可分為三類：先應(yīng)式路由（Proactive）、反應(yīng)式路由（Reactive）、基于地理位置的路由（Geographical）。　　……

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《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議》編者尚鳳軍等經(jīng)過近5年對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和研究，積累了一定的成果，為本書的出版奠定了扎實的基礎(chǔ)。我們首先從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作原理出發(fā)，通過吸收國內(nèi)外大學(xué)和研究所的研究成果，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信進(jìn)行了研究，提出自己的看法和思路；接著從通信協(xié)議中的節(jié)能方面進(jìn)行了研究，取得一定的研究成果，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的深入，多媒體傳感器應(yīng)運(yùn)而生，因此研究適合于多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的QoS通信協(xié)議勢在必行；最后我們研究了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，并收到了一定的效果。隨著不斷地研究開發(fā)積累，通過對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的理論研究和技術(shù)實踐經(jīng)驗總結(jié)，構(gòu)成了本書全部的內(nèi)容。根據(jù)當(dāng)前國家有關(guān)部門對自組織網(wǎng)絡(luò)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用的密切關(guān)注程度，以及國家未來15年中長期科技發(fā)展戰(zhàn)略部署和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃綱要的主題，本書劃分為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述等10章。

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