分层无线传感器网络关键技术9787564738563 电子科技大学出版社 王佳昊 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王佳昊 著

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出版社： 电子科技大学出版社

ISBN：9787564738563

商品编码：29453251257

包装：平装-胶订

出版时间：2017-01-01

图书基本信息
图书名称	分层无线传感器网络关键技术
作者	王佳昊
定价	59.00元
出版社	电子科技大学出版社
ISBN	9787564738563
出版日期	2017-01-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装-胶订
开本	16开
商品重量	0.4Kg

内容简介

分层结构凭借良好的效率和易于管理等优势成为无线传感器网络中的一个重要分支，在科学研究和实际应用中都受到高度重视。《分层无线传感器网络关键技术》在对分层路由算法归类的基础上比较深入地分析和总结了分层无线传感器网络结构和特点，从安全、效率和应用的角度出发对其中的分层路由、密钥管理、数据融合、节点定位、多目标跟踪和位置隐私6个关键问题进行了深入探讨。汇集了相关内容*典型的代表性成果，并融合外*研究进展进行了总结。

作者简介

目录

章分层无线传感器网络 1.1无线传感器网络 1.1.1无线传感器网络的组成 1.1.2无线传感器网络的特点 1.1.3无线传感器网络的体系结构 1.2基于分层的无线传感器网络 1.2.1分层无线传感器网络的结构 1.2.2分层无线传感器网络的关键技术 1.2.3特点及性能指标 1.3分层无线传感器网络研究及发展 1.4分层无线传感器网络的应用 1.5本书章节安排 第2章分层路由协议 2.1分层路由协议概述 2.1.1分层路由协议的概念 2.1.2组播技术 2.1.3分层路由协议的分类 2.1.4分层路由协议评估指标 2.2静态分层路由 2.2.1基于选举的分簇协议 2.2.2基于树的分簇协议 2.2.3基于能量的分簇协议 2.2.4基于地理位置信息的分簇协议 2.3动态的分层路由 2.3.1基于网格划分的动态分簇路由协议 2.3.2基于三角划分的分簇路由协议 2.3.3基于动态移动组播的动态分簇路由协议 2.4分簇协议比较 2.5本章小结 第3章组密钥管理协议 3.1组密钥管理概述 3.1.1组密钥管理机制 3.1.2组密钥管理协议面临的安全威胁 3.1.3组密钥管理协议的分类 3.1.4组密钥安全性的基本要求 3.1.5传感器网络加密机制 3.2集中式的组密钥管理协议 3.2.1GKMP协议 3.2.2HMKM协议 3.2.3BHEK协议 3.3分布式的组密钥管理协议 3.3.1DFKM协议 3.3.2B—PCGR协议 3.3.3LKH协议 3.4分层式组密钥管理协议 3.4.1Iolus协议 3.4.2密钥预分配方案 3.4.3基于多项式求解的群组密钥管理协议 3.4.4基于剩余定理与密钥树的群组密钥管理协议 3.5本章小结 第4章数据融合 4.1数据融合概述 4.1.1数据融合的作用 4.1.2数据融合的层次 4.2数据融合算法 4.2.1数据融合算法分类 4.2.2基于处理结构的分类 4.2.3基于路由的数据融合算法 4.2.4基于生成树的数据融合算法 4.2.5基于时域预测的数据融合算法 4.2.6基于隐私保护的安全数据融合算法 4.3多传感器数据融合 4.3.1多传感器数据融合原理 4.3.2多传感器数据融合关键问题 4.3.3多传感器数据融合方法 4.4本章小结 第5章定位技术 5.1定位技术概述 5.1.1定位技术的应用 5.1.2定位技术相关术语 5.1.3基本定位方法 5.1.4定位算法性能评价指标 5.1.5定位技术方法分类 5.2基本定位方法 5.2.1基于测距的定位算法 5.2.2基于非测距的定位算法 5.3基于移动锚节点的定位 5.3.1典型的路径规划算法 5.3.2基于凹凸网络的路径规划算法 5.4基于复杂场景下的定位算法 5.4.1基于网络分割的定位 5.4.2立体空间网络 5.4.3三维表面网络 5.4.4NLOS环境下的定位 5.5安全定位算法 5.5.1定位系统安全性分析 5.5.2安全定位模型 5.6本章小结 第6章多目标跟踪 6.1多目标跟踪概述 6.1.1多目标跟踪问题 6.1.2跟踪算法分类 6.1.3目标跟踪的性能指标 6.2基于树状的目标跟踪算法 6.3基于簇状的目标跟踪算法 6.4基于区域事件的目标跟踪算法 6.5基于卡尔曼滤波的目标跟踪算法 6.6基于多边形边权重值的多目标跟踪算法 6.7本章小结 第7章位置隐私保护 7.1位置隐私保护概述 7.1.1位置隐私面临的安全威胁 7.1.2位置隐私保护的分类 7.1.3位置隐私性能评价 7.2节点身份匿名 7.2.1简单匿名机制 7.2.2加密匿名机制 7.2.3基于单向加密哈希链的机制 7.3源节点位置隐私 7.3.1基于局部攻击者模型的方法 7.3.2基于全局攻击者模型的方法 7.3.3内部攻击者方法 7.4汇聚节点位置隐私保护 7.4.1局部攻击者模型 7.4.2全局攻击者模型 7.5基于时空匿名的位置隐私保护协议 7.5.1KNN协议 7.5.2L2P2协议 7.5.3基于Casper框架方法 7.6本章小结

编辑推荐

文摘

序言

分层无线传感器网络中的关键技术研究 引言 无线传感器网络（WSN）作为一种新兴的技术，凭借其分布式、自组织、低功耗等特性，在环境监测、智能家居、工业控制、医疗健康等众多领域展现出巨大的应用潜力。然而，随着网络规模的不断扩大和应用场景的日益复杂，WSNs面临着诸多挑战，例如有限的节点能量、网络拓扑的动态变化、数据传输的可靠性以及海量数据的处理能力等。为了克服这些挑战，提高网络的性能和效率，分层（Clustering）思想应运而生，并成为WSN研究中至关重要的一环。 本文将深入探讨分层无线传感器网络中的关键技术，重点关注如何通过合理的分层机制，优化网络结构，提升数据收集、路由、节能和安全等方面的性能。我们将从分层算法、簇内通信、簇间通信、能量管理以及安全防护等多个维度，系统地梳理和分析当前研究的热点与难点，并展望未来的发展方向。 一、 分层算法的设计与优化 分层是WSN实现高效运作的基础。其核心思想是将网络划分为若干个簇（Cluster），每个簇由一个簇头（Cluster Head，CH）和若干个成员节点（Member Node）组成。簇头负责收集簇内成员节点的数据，并将其汇聚或转发给下一级簇头或汇聚节点。合理的分层算法能够均衡节点能量消耗，延长网络寿命，并降低通信开销。 簇头选择算法： 基于概率的算法： 如LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）及其改进算法，通过随机概率选择节点作为簇头，能够周期性地轮转簇头，避免能量消耗过快。然而，LEACH在簇头分布的随机性以及簇的规模均衡性方面存在不足。 基于能量的算法： 重点考虑节点的剩余能量，优先选择能量较高的节点作为簇头，以延长网络寿命。例如，EECS（Energy-Efficient Clustering Scheme）算法。 基于位置的算法： 利用节点的空间位置信息，将地理位置相近的节点划分为同一簇，以减小通信距离，节省能量。例如，K-means聚类算法。 基于剩余寿命的算法： 结合节点的剩余能量和工作时间，预测节点的生命周期，选择更有可能长期稳定工作的节点作为簇头。 混合型算法： 融合多种因素，如能量、位置、剩余寿命、节点度等，设计更鲁棒的分层算法。例如，CHOOSE（Cluster Head Election for Wireless Sensor Networks）算法。 分层分簇算法： 在大规模网络中，可以采用多层分簇，即先进行一级分簇，然后对簇头进行二次分簇，形成多级层级结构，进一步提高可扩展性和效率。 簇形成与维护： 簇形成阶段： 节点在网络初始化阶段或周期性地执行簇头选举和加入簇的操作。 簇维护阶段： 随着节点的加入、离开或失效，簇的拓扑结构会发生变化，需要及时地进行簇重组或调整，以保持网络的连通性和稳定性。这包括动态更新簇头、成员节点的重新分配等。 簇头调度： 簇头需要合理规划其工作周期，包括数据收集、数据压缩、数据转发等，并与成员节点进行同步，以避免冲突和提高效率。 分层体系结构： 扁平网络： 所有节点地位相同，直接与汇聚节点通信。 分层网络： 节点被组织成簇，每个簇有簇头，簇头负责数据汇聚和转发。 多层分层网络（Hierarchical Clustering）： 进一步将簇头组织成更高层的簇，形成多级分层结构，适用于大规模、区域覆盖的网络。 二、 簇内通信技术 簇内通信是指成员节点与簇头之间的数据传输。由于簇内节点通常距离较近，其通信设计重点在于节能、冲突避免和数据可靠性。 多址接入技术： TDMA（Time Division Multiple Access）： 将通信时隙分配给不同的节点，避免碰撞。在簇内通信中，簇头可以为每个成员节点分配特定的发送时隙，以实现有序的数据传输。 FDMA（Frequency Division Multiple Access）： 为不同节点分配不同的频段。 CDMA（Code Division Multiple Access）： 利用正交码区分不同节点，允许节点在同一时间和频段上通信。 CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）： 节点在发送数据前先监听信道，若信道空闲则发送，否则等待一段时间再尝试。在簇内，簇头可以协调成员节点的CSMA/CA访问。 数据汇聚与压缩： 数据汇聚： 簇头接收到簇内成员节点的数据后，需要对其进行汇聚处理，减少冗余信息。 数据压缩： 在传输之前，对收集到的数据进行压缩，可以有效减少传输的数据量，从而节省能量。常用的压缩技术包括： 采样与平均： 直接对传感器读数进行采样和平均。 阈值聚合（Threshold Aggregation）： 仅当传感器读数超过某个预设阈值时才报告。 推断编码（Inferential Coding）： 利用统计模型预测传感器读数，仅发送预测误差。 数据摘要（Data Summarization）： 利用统计量（如均值、方差）来表示一组数据。 簇内路由： 直接传输： 成员节点直接将数据发送给簇头。 中继传输： 在某些情况下，可能需要成员节点之间进行中继，但通常为了节能，会尽量避免。 三、 簇间通信技术 簇间通信是指簇头之间或簇头与汇聚节点之间的数据传输。簇间通信的距离通常较远，通信开销较大，因此其设计重点在于高效、可靠地将数据传递到汇聚节点，以完成网络整体的数据收集任务。 路由协议： 基于簇头的分层路由： 簇头之间通过预先建立的路由路径进行通信。 单跳路由： 簇头直接将数据发送给汇聚节点（适用于网络规模较小的情况）。 多跳路由： 簇头将数据传输给下一个邻近的簇头，逐级转发，直至到达汇聚节点。 HEED（Hybrid Energy-Efficient Distributed Clustering）： 也是一种分层路由协议，通过能量和距离的权衡来选择簇头，并建立最优的路由。 PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）： 一种链式结构的路由协议，将节点组织成一个链，数据沿链逐级传递，最后汇聚到汇聚节点，但其不属于严格的分层结构。 MSEEH（Multi-hop Self-adaptive Energy-Efficient Hierarchical Clustering）： 考虑了多跳通信的能量消耗，并具备自适应分层能力。 QoS（Quality of Service）感知路由： 在保证数据传输延迟、可靠性等服务质量要求的前提下，优化路由选择。 数据传输策略： 数据聚合： 在簇头之间进行二次数据聚合，进一步减少传输量。 数据融合： 将来自不同簇的数据进行融合，提取更有价值的信息。 路由优化： 动态调整路由，避开能量较低的簇头或网络拥塞区域。 四、 能量管理与节能技术 能量是WSN中最宝贵的资源，节点能量耗尽意味着网络功能的丧失。分层网络在节能方面具有天然优势，但仍需精细化的能量管理策略。 簇头轮换机制： 通过周期性地让不同的节点担任簇头，可以均衡能量消耗，延长整个网络的寿命。LEACH算法中的簇头轮换是典型代表。 休眠/唤醒调度： 非簇头节点在不需要发送数据时可以进入休眠状态，仅在需要发送数据或被唤醒时才激活，从而大幅降低能量消耗。簇头可以调度其成员节点的休眠/唤醒时间。 传输功率控制： 根据节点之间的距离和通信质量要求，动态调整节点的传输功率，避免不必要的能量浪费。 节点部署优化： 合理规划节点的部署位置，可以减少通信距离，提高网络的连通性和能量效率。 能量收集（Energy Harvesting）： 利用环境中的能量（如太阳能、振动能）为节点供电，可以显著延长网络寿命，甚至实现能量自给。分层结构可以集中管理能量收集节点，并将其收集的能量分配给其他节点。 五、 安全性保障 WSN面临着严峻的安全挑战，如数据窃听、篡改、拒绝服务攻击等。分层结构虽然可以提高网络的管理效率，但也可能引入新的安全隐患。 安全威胁分析： 窃听（Eavesdropping）： 攻击者截获通信数据。 篡改（Tampering）： 攻击者修改数据内容。 重放攻击（Replay Attacks）： 攻击者重复发送合法数据包，欺骗接收方。 节点注入（Node Injection）： 攻击者引入恶意节点。 拒绝服务攻击（Denial of Service, DoS）： 攻击者通过消耗节点资源或阻塞通信，导致网络无法正常工作。 簇头攻击： 攻击者控制或伪造簇头，可能导致整个簇的数据被窃取或篡改。 安全机制与对策： 加密技术： 对传输的数据进行加密，保护数据的机密性。常用的有对称加密（如AES）和非对称加密（如RSA）。在WSN中，由于资源限制，通常优先考虑轻量级的加密算法。 认证技术： 确保通信双方的身份合法性，防止伪造节点。 密钥管理： 在分布式WSN中，安全有效地管理密钥是关键。可以采用分布式密钥生成、多播密钥分发等技术。 入侵检测： 检测网络中的异常行为和潜在的攻击。 安全路由： 在路由选择过程中考虑安全性，避免将数据发送到可能存在攻击的路径上。 分层安全设计： 在不同层次（簇内、簇间）采用不同的安全策略，例如，簇内采用更轻量级的加密，簇间采用更强大的加密和认证。 信任管理： 节点之间建立信任关系，恶意节点的信任度会降低。 六、 未来的研究方向与挑战 尽管分层无线传感器网络的研究已经取得显著进展，但仍存在许多值得深入探索的领域。 面向异构WSN的分层技术： 随着WSN中节点的异构性（如计算能力、感知能力、通信能力等）日益增强，如何设计适应异构环境的分层算法，充分发挥不同类型节点的优势，是一个重要的研究方向。 面向大规模WSN的可扩展性： 随着网络规模的指数级增长，现有的分层算法在可扩展性方面仍面临挑战，需要更高效、更具动态适应性的分层机制。 融合人工智能与机器学习： 利用AI和ML技术，可以实现更智能的簇头选择、路由优化、异常检测以及能量预测等，进一步提升WSN的性能。例如，使用强化学习来动态调整分层策略。 面向新兴应用的分层设计： 针对物联网（IoT）、边缘计算等新兴应用场景，需要设计更加轻量级、更加灵活、更具服务质量保证的分层WSN。 低功耗安全与隐私保护： 在保证网络安全性的同时，如何进一步降低安全机制的能量开销，保护用户隐私，是持续的挑战。 基于软件定义网络（SDN）的分层WSN： 将SDN的思想引入WSN，可以实现更集中化的网络控制和管理，为分层策略的动态调整和优化提供新的可能。 能量收集网络的能量分配与管理： 在能量收集WSN中，如何高效地分配收集到的能量，实现网络的最优工作，是亟待解决的问题。 结论 分层是提升无线传感器网络性能的关键技术之一。通过精细化的分层算法设计，优化簇内和簇间通信，实施高效的能量管理策略，并构建 robust 的安全防护体系，可以显著提高WSN网络的寿命、效率、可靠性和安全性。未来的研究将更加注重网络的智能化、可扩展性、异构适应性以及与其他新兴技术的融合，以应对日益复杂多样的应用需求。深入理解和掌握分层无线传感器网络中的关键技术，对于推动WSN技术的进步和广泛应用具有重要的理论和实践意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书我最近入手，刚翻了几页就被深深吸引住了。虽然我不是这方面的专业人士，但是作者的叙述方式非常平易近人，将一些原本可能晦涩的技术概念阐释得清晰易懂。我尤其欣赏的是书中对无线传感器网络（WSN）在分层结构下的应用场景的描绘，那些生动的案例分析，让我切实感受到了WSN在物联网、环境监测、智能交通等领域扮演着多么关键的角色。它不像很多技术书籍那样枯燥乏味，而是通过巧妙的结构设计，层层递进地揭示出WSN分层技术的优势和挑战。从最初的网络拓扑构建，到数据采集、传输、处理，再到最后的能源管理和安全保障，每一个环节都被梳理得井井有条。作者在讲解理论知识的同时，也穿插了大量的实际应用案例，让我能够更好地理解技术在现实世界中的落地情况。我感觉自己仿佛置身于一个庞大的传感器网络之中，亲眼见证着数据的流动和处理过程。这种沉浸式的阅读体验，让我对WSN的理解又上了一个台阶。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的深度和广度都超出了我的预期。作者在深入剖析分层无线传感器网络关键技术时，并没有停留在表面的介绍，而是对其中的各种算法、协议以及优化策略进行了细致的讲解。我尤其对其中关于能源效率的设计和研究部分印象深刻。在WSN中，节点的能源是极其宝贵的资源，如何最大限度地延长网络的生命周期，一直是一个核心难题。书中对各种能量收集、节能路由、休眠调度等技术的探讨，既有理论上的严谨性，也有实践上的指导意义。同时，作者还针对网络的可扩展性、可靠性以及安全性等问题，提出了多种解决方案，并且对这些方案的优缺点进行了详细的比较分析。我能够感受到作者在研究过程中所付出的心血，以及他对这一领域的深刻洞察。对于有志于深入研究WSN技术的读者来说，这本书无疑是一笔宝贵的财富。它不仅能够帮助我们建立起扎实的理论基础，更能启发我们对未来WSN发展方向的思考。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的技术爱好者，我一直对新兴技术领域保持着高度的关注。最近，我偶然发现了这本关于分层无线传感器网络关键技术的书籍，便立刻被其独特的视角和前沿的内容所吸引。在阅读过程中，我发现作者对WSN网络架构的理解非常透彻，尤其是在分层设计方面，将复杂的网络功能进行了逻辑上的划分，大大提高了网络的管理效率和资源利用率。书中对不同层级之间协同工作的机制，以及各层级所承担的关键任务，都有着详尽的阐述。我特别欣赏作者在探讨网络分层模型时，所采用的案例研究。这些案例生动地展示了分层WSN在实际应用中所展现出的优越性能，例如在灾难救援、环境监测等场景下，能够快速部署、高效协作，并具备一定的自适应能力。这本书不仅让我对WSN有了更全面的认识，也为我提供了新的技术思路和灵感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容结构非常清晰，循序渐进，即使是初学者也能轻松上手。作者从最基础的WSN概念讲起，逐步深入到分层网络的设计原理和关键技术。我最喜欢的部分是关于节点部署和覆盖优化的章节。在实际的WSN部署中，如何合理地规划节点的位置，以达到最佳的覆盖范围和数据采集效果，是一个非常实际的问题。书中对多种部署策略的介绍，包括随机部署、几何部署等，以及对这些策略的优劣势分析，让我对这一问题有了更深入的理解。同时，作者还探讨了如何根据不同的应用场景，选择合适的部署方案。此外，书中对数据融合和节点协同通信的讲解也十分到位，让我明白了分层设计如何在保证数据准确性的同时，提高网络的整体效率。这本书就像一个详尽的指南，为我提供了理解和应用分层WSN的完整框架。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，填补了我一直在寻找的一块技术空白。作为一名对无线传感器网络应用充满兴趣的读者，我一直希望能找到一本能够全面、深入地介绍其核心技术的书籍。这本书在分层无线传感器网络的关键技术方面，做了非常出色的工作。从网络生命周期管理，到安全与隐私保护，再到新兴应用场景的探讨，几乎涵盖了所有我关心的问题。我特别注意到，书中在讨论网络安全时，并没有仅仅停留在理论层面，而是提出了一些实用的防护机制和应对策略，这对于保障WSN系统的可靠运行至关重要。此外，作者还对未来WSN的发展趋势进行了一些前瞻性的预测，这让我对这一技术领域充满了期待。总而言之，这是一本集理论深度、实践指导和前瞻视野于一体的优秀技术专著，值得所有对WSN感兴趣的读者深入研读。