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第一部分　绪论1

第1章　无线传感器网络概述1

1.1 无线传感器网络的概念和特点1

1.1.1 基本概念1

1.1.2　无线传感器网络的特点2

1.2　无线传感器网络的应用3

1.3　无线传感器网络的发展趋势4

1.3.1 无线多媒体传感器网络4

1.3.2　泛在传感器网络5

1.3.3　具有认知功能的传感器网络6

1.3.4　基于超宽带（UWB）技术的无线传感器网络7

1.3.5　基于协作通信技术的无线传感器网络7

1.4　无线传感器网络的协议分层和关键问题8

参考文献11

第二部分　分簇策略和优化14

第2章　分簇结构的无线传感器网络14

2.1　分簇算法的基本概念15

2.2　分簇算法基本目标及其性能评价17

2.3 WSN中分簇策略介绍18

2.3.1 最小ID分簇算法18

2.3.2　LEACH及其改进算法19

2.3.3 GAF及其后期改进算法20

2.3.4　基于图论的TopDisc算法21

2.3.5 非均匀分簇思想解决热区问题22

2.4　小结23

参考文献23

第3章　基于图论的能量有效的分簇算法25

3.1　经典的TopDisc算法25

3.2　无线传感器网络连通支配集算法26

3.3　基于团着色算法的分布式分簇算法29

3.4　基于图论聚合度的分簇策略32

3.5　基于代数连通度的虚拟骨干网构造方法34

3.6 小结35

参考文献36

第4章　安全可靠的分簇策略38

4.1 分簇结构中的安全问题38

4.2　安全分簇策略39

4.2.1 基于可信度评价的安全分簇39

4.2.2 移动自组网中一种安全的最高节点度分簇算法43

4.3 基于分簇结构的安全可靠策略44

4.3.1　基于可信分簇结构的安全可靠策略45

4.3.2　基于协同合作的可靠数据传输46

4.3.3　基于异常节点检测的可靠数据融合方案46

4.4 小结46

参考文献47

第三部分　密钥管理技术49

第5章　基于分布式体系结构的密钥管理方案49

5.1　密钥管理的性能评价49

5.2　随机密钥预分配方案50

5.3　q-Composite随机密钥预分配方案51

5.4　基于多项式的密钥预分配方案52

5.5　基于Blom的密钥预分配方案54

5.5.1　Blom密钥预分配方案54

5.5.2 多密钥空间随机密钥预分配方案55

5.6　基于对称BIBD的密钥预分配方案55

5.7　基于填充设计的密钥预分配方案56

5.8 小结60

参考文献60

第6章　基于分簇式的密钥管理62

6.1　低能耗密钥管理方案62

6.2　LEAP密钥管理方案63

6.3　基于横截设计的密钥预分配方案65

6.4　基于簇的密钥预分配方案66

6.5　分簇传感器网络中对密钥管理方案68

6.6 基于ECC的密钥管理方案70

6.7 小结71

参考文献72

第7章　无线传感器网络中组密钥管理73

7.1 基于本地协作的组密钥分发方案73

7.2　逻辑密钥层次LKH方案74

7.3　基于路由信息的组密钥分发方案76

7.4　基于节点稳定性的层次密钥管理方案77

7.5　基于对称密钥的组密钥更新方案80

7.6　小结81

参考文献81

第四部分　路由协议和安全82

第8章　无线传感器网络的路由协议82

8.1　无线传感器网络路由协议概述82

8.1.1 无线传感器网络路由协议的特点82

8.1.2　无线传感器网络路由协议的设计目标83

8.1.3 无线传感器网络路由协议的研究现状84

8.2　无线传感器网络的路由协议85

8.2.1　基于数据为中心的平面路由协议85

8.2.2　基于查询的路由协议87

8.2.3　层次路由协议89

8.2.4　地理位置路由协议92

8.2.5　能量感知路由协议94

8.3 小结96

参考文献96

第9章　无线传感器网络组播路由协议99

9.1 VMRRP99

9.1.1　源节点初始化99

9.1.2　邻居节点信息表的建立100

9.1.3　随机策略100

9.1.4　路由算法流程100

9.2　GridMulticast101

9.2.1 无线传感器网络的网格分布102

9.2.2　能量消耗模型102

9.2.3 GridMulticast协议103

9.3　基于网络编码的组播路由104

9.3.1 网络编码104

9.3.2　路由算法105

9.4　能量平衡的组播路由协议106

9.5 小结108

参考文献108

第10章　无线传感器网络安全路由协议110

10.1 无线传感器网络路由协议的安全威胁110

10.1.1 攻击类型110

10.1.2　典型路由协议的安全威胁111

10.2　无线传感器网络的安全路由协议112

10.2.1 SPINS安全协议112

10.2.2　基于能量优化的安全路由协议113

10.2.3　INSENSE容侵路由协议114

10.2.4　高效的匿名路由协议115

10.2.5　协作式安全路由协议117

10.3 小结119

参考文献119

第五部分　拓扑容错优化121

第11章　无线传感器网络拓扑容错优化121

11.1 无线传感器网络的拓扑控制121

11.1.1 集中式的拓扑控制122

11.1.2　分布式的拓扑控制122

11.1.3　拓扑控制面临的问题123

11.2　无线传感器网络的容错技术123

11.3　无线传感器网络的拓扑容错优化124

11.3.1 无线传感器网络容错拓扑控制124

11.3.2 小世界模型在无线传感器网络中的应用127

11.3.3 网络编码技术在无线传感器网络中的应用128

11.4 小结128

参考文献129

第12章　基于小世界的无线传感器网络拓扑优化131

12.1 小世界网络及其在无线网络中的应用简介131

12.2　基于小世界模型点集聚系数的簇优化132

12.2.1 RLOC算法采用的网络模型132

12.2.2　删除连边优化网络拓扑133

12.2.3 算法小结135

12.3 基于小世界模型边集聚系数的分簇算法135

12.3.1 SMCA算法基于的网络模型136

12.3.2　SMCA算法的主要步骤136

12.3.3　数据传输的路由方法与模型分析137

12.3.4　算法小结138

12.4　基于小世界模型的无线传感器网络拓扑优化138

12.4.1 网络模型138

12.4.2　线的放置方式139

12.4.3　数据传输方式判断139

12.4.4　算法小结140

12.5　无线传感器网络抗毁性研究140

12.5.1 网络模型与基本概念140

12.5.2 网络连通性测度140

12.5.3 网络抗毁性测度141

12.5.4　基于小世界模型的无线传感器网络抗毁性研究141

12.6 小结142

参考文献142

第13章　基于网络编码的拓扑容错研究144

13.1　数据内部编码144

13.2　数据之间编码147

13.2.1　基于网络编码的数据保护策略147

13.2.2　基于网络编码的分簇传感器网络链路容错策略148

13.3 小结153

参考文献153

第六部分　MAC协议和优化155

第14章　无线传感器网络MAC层协议155

14.1 WSN MAC协议与Ad Hoc网络MAC协议比较155

14.2　WSN MAC协议的设计因素156

14.3 WSN MAC协议分类158

14.4　WSN MAC协议分析159

14.4.1 基于竞争的MAC协议159

14.4.2　基于调度的MAC协议163

14.4.3　混合MAC协议164

14.5 小结167

参考文献167

第15章　无线传感器网络MAC层建模169

15.1 基于博弈论的MAC模型169

15.1.1　DCF博弈169

15.1.2　基于DCF博弈的接入方案170

15.2　单跳WSN的二维马尔可夫链模型171

15.2.1　单个节点的分组发送概率171

15.2.2　饱和吞吐量174

15.3 多跳WSN的等效带宽模型175

15.4　适合于时隙IEEE 802.15.4的一种新的分析模型177

15.5 小结178

参考文献178

第16章　无线传感器网络MAC层优化180

16.1　低延迟的WSN MAC协议180

16.1.1　AC-MAC协议180

16.1.2 自适应睡眠机制180

16.1.3　WiseMAC协议181

16.1.4　LEEM协议181

16.1.5　P-MAC协议182

16.1.6　CMMAC-SD协议183

16.1.7　LP-MAC协议186

16.2　高吞吐量的MAC协议186

16.2.1　ADEE-MAC协议186

16.2.2 LPDMAC协议187

16.2.3 自适应SMAC协议188

16.3　低丢包率的WSN MAC协议188

16.3.1 C-TDMA-SMAC协议188

16.3.2　R-MAC协议189

16.4　小结189

参考文献189

第七部分　节点定位技术191

第17章　无线传感器网络节点定位机制191

17.1 无线传感器网络节点定位机制概述191

17.1.1　节点定位机制的相关术语192

17.1.2　节点定位的基本原理192

17.1.3　无线传感器网络节点定位机制的分类193

17.2　基于测距及无须测距的经典定位算法194

17.2.1　基于测距的无线传感器网络节点定位技术194

17.2.2　无须测距的无线传感器网络节点定位技术196

17.3　无线传感器网络节点定位算法的评判要素199

17.4　节点定位技术在无线传感器网络的应用200

参考文献202

第18章　DV-Hop定位算法及其优化205

18.1 无须测距定位技术的优劣分析205

18.1.1 无须测距定位机制在无线传感器网络中的优劣205

18.1.2　无线传感器网络节点定位技术方案的选取206

18.2　DV-Hop定位算法206

18.2.1　DV-Hop定位算法介绍206

18.2.2　DV-Hop定位算法性能分析209

18.3　DV-Hop定位算法的定位精度改进213

18.3.1　基于邻居节点空间顺序序列优化的DV-Hop定位算法214

18.3.2　基于节点重叠度优化的DV-Hop定位算法215

18.4　无须测距的定位算法面临的挑战216

18.5　小结218

参考文献218

第19章　无线传感器网络节点安全定位技术220

19.1 无线传感器网络节点定位系统安全分析220

19.1.1 无线传感器网络节点定位系统安全性需求220

19.1.2　节点安全定位策略的分析222

19.2　基于恶意信标节点检测的安全策略225

19.2.1　基于检查点的信标筛选法方案226

19.2.2　检测率分析226

19.3　一种容忍攻击的传感器节点定位算法227

19.3.1 AtLoc算法模型的相关假设227

19.3.2　安全参照集的检验方法228

19.3.3　寻找最小安全参照集229

19.3.4　异常点的诊断229

19.3.5　相关实验结果分析230

19.4 小结231

参考文献231

第八部分　跨层协作与优化233

第20章　跨层协作设计基础233

20.1　跨层协作体系结构234

20.1.1 TinyCubus体系结构234

20.1.2 OA-CLD体系结构235

20.1.3 CiNET体系结构236

20.1.4　可编程跨层体系结构237

20.1.5 CRA-CCSS体系结构237

20.2　跨层协作建模238

20.2.1　基于效用与损耗优化的跨层建模238

20.2.2　基于凸优化的跨层建模240

20.3　跨层协作的安全与优化242

20.3.1　跨层协作安全机制242

20.3.2　跨层协作QoS机制243

20.3.3　跨层协作节能机制243

20.4　小结244

参考文献245

第21章　跨层协作MAC协议247

21.1 基于最佳中继的跨层MAC协议247

21.2　MCWTCP协议249

21.3　基于多包接收的跨层MAC协议250

21.4　多信道MAC跨层协议253

21.5　PRMAC协议256

21.6　CLEE-MAC协议258

21.7　小结259

参考文献259

第22章　基于跨层协作的路由协议261

22.1　基于时延优化的跨层协作路由协议261

22.1.1　机会中继选择技术261

22.1.2　协议实现262

22.2 基于TCP性能优化的跨层协作路由协议：RP-DSR265

22.3　基于节能和QoS保证的跨层协作路由协议266

22.3.1　模糊控制系统建模266

22.3.2　EQ-DSR路由协议描述269

22.4　基于多判据的路由协议ACRO270

22.5　小结272

参考文献273