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内容简介

　　水下传感器网络采用声波进行通信，具有长时延、低带宽、高误码率、动态拓扑、能量受限等系列特性，节点的有限资源决定了其上运行的协议不能太复杂，而现有的通信协议栈难以满足水下传感器网络性能要求。
　　《水下传感器网络研究》分析了水下传感器网络的应用、通信特点，以及传统协议架构在水下传感网络的应用局限性，阐述了：Micro-ANP通信协议架构及水下传感器网络的各层协议与关键设计技术，并给出Micro-ANP架构的实现。
　　《水下传感器网络研究》的编写重视理论结合实际应用，使相关领域的读者能够比较容易地理解《水下传感器网络研究》内容。
　　《水下传感器网络研究》既可作为学习无线网络、传感器网络、物联网技术的本科生和研究生的参考书，也可作为从事物联网、水下传感器网络的工程技术及研究人员的参考书。

内页插图

目录

前言

第1章 水下传感器网络概述
1．1 水下传感器网络
1．2 水声通信的特点
1．3 水下传感器网络面临的问题与挑战
参考文献

第2章 Micro-ANP协议体系架构
2．1传统协议架构在水下传感器网络的局限性
2．1．1 FCP／IP应用层在UWSN的应用局限
2．1．2 TCP／IP传输层在UWSN的应用局限性
2．1．3 TCP／IP网络层在UWSN的应用局限性
2．1．4 FCP／IP数据链路层在UWSN的应用局限性
2．1．5 TCP／IP物理层在UWSN的应用局限性
2．1．6 ZigBee协议栈在UWSN网络中的局限性分析
2．2 Micro-ANP协议体系架构
2．3 Micro-ANP包负载优化
2．4 水下网络模拟器与试验床
2．4．1 主流网络仿真器简介
2．4．2 UWSN模拟器发展现状及分析
2．4．3 基于模块化的LIWSN模拟器平台设计
2．4．4 Aqua-Sim2性能评价
2．4．5 多功能水下网络试验床
2．5 基于NS2和Aqua-Sim的Micro-ANP架构模型仿真实现
2．5．1 NS2与Aqua-Sim仿真平台
2．5．2 Micro-ANP仿真中的结构定义
参考文献

第3章 水下传感器网络物理层
3．1 水声信道特性
3．1．1 水声信道衰减模型
3．1．2 水声信道时延及时延抖动
3．1．3 水声信道可用带宽
3．1．4 水声信道多径效应和多普勒效应
3．1．5 水声信道空间复用模型
3．2 水声通信技术
3．2．1 水声通信技术发展历史
3．2．2 相位相干水声通信的研究现状
3．2．3 多载波水声通信的研究现状
3．2．4 网络编码
3．2．5 水下网络网络编码面临挑战
3．3 水下认知声学网络
3．3．1 水下声学“系统”
3．3．2 水下频谱的不充分利用
3．3．3 频谱管理策略
3．3．4 环境感知
3．3．5 频谱共享
3．3．6 物理层参数重配置
3．3．7 LJCAN面临挑战
3．4 Micro-ANP架构的物理层仿真实现
3．4．1 UnderwaterPropagation类
3．4．2 EnergyModel类
3．4．3 I_JnderwaterChannel类
3．4．4 UnderwaterPhy类
参考文献

第4章 MAC协议
4．1 MAC协议概述
4．2 SlottedFAMA
4．2．1 Slotted FAMA工作流程
4．2．2 Slotted FAMA协议吞吐量分析
4．3 T-LOhi
4．4 U-PC．MAC
4．4．1 LJPC．MAC机制
4．4．2 功率控制算法
4．4．3 速率调整算法
4．5 多信道协议UMMAC
4．5．1 IJMMAC机制
4．5．2 多信道隐蔽终端问题
4．5．3 联合信道分配与功率控制算法
4．6 SFM-MAC
4．6．1 SFM．MAC概述
4．6．2 SFM-MAC分析与讨论
4．7 基于CDMA和节点状态的MAC协议
4．7．1 传统的基于CDMA的MAC协议
4．7．2 基于状态的MAC协议
4．8 MAC协议在Micro-ANP下的仿真实现
4．8．1 MAC协议的相关结构与类
4．8．2 LlnderwaterMac类的定义与实现
4．8．3 BoradcastMac类的定义与实现
4．8．4 基于CDMA与节点状态的MAC协议类的定义与实现
参考文献

第5章 路由协议
5．1 水下传感器网络路由协议分类
5．2 水下网络路由协议研究现状
5．2．1 基于矢量转发路由协议VBF_l
5．2．2 FBR
5．2．3 基于深度路由协议DBR．
5．2．4 水下DTN路由协议
5．3 基于层级的水下传感器网络自适应地理路由协议
5．3．1 基于层级的定向泛洪
5．3．2 上行流量自适应路由
5．3．3 基于层级和位置的下行路由机制
5．3．4 性能评估
5．4 Micro．砧帅架构下路由协议仿真实现
5．4．1 静态路由算法
5．4．2 LB-AGR路由协议与实现
参考文献

第6章 基于RLT的水声传感器网络逐跳可靠传输机制
6．1 传统的可靠传输机制在uwSN中的应用局限
6．2 RLT编码方案
6．2．1 RLT度分布
6．2．2 RLT编解码过程
6．2．3 RLT编码统计分析
6．3 基于RLT的水声传感器网络逐跳可靠传输机制
6．4 性能评估
6．4．1 仿真结果
6．4．2 性能对比
参考文献

第7章 水下节点定位技术
7．1 非测距定位技术
7．2 距离相关定位技术
7．2．1 测距技术
7．2．2 基于固定节点的距离相关定位技术
7．3 水中哺乳动物被动定位算法及运动预测算法
7．3．1 水下哺乳动物发声特性研究现状
7．3．2 双曲线被动定位算法
7．3．3 基于多普勒的海豚游速估计算法SMD
参考文献

第8章 Micro-ANP应用层仿真实现

缩略词表

前言/序言

　　无线传感器网络（WSN）将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，扩展了人们的信息获取和管控能力，在国防军事、环境监测、目标跟踪、抢险救灾、智能控制、生物医疗等领域具有广泛的应用前景，成为信息科学的重要研究领域。将传感器网络应用到水环境中的新型网络形式——水下传感器网络（UWSN）的研究与应用也逐渐受到各国工业界、学术界、科研机构等极大关注，水下传感器网络直接细粒度的实时数据为有效解决水下监测提供重要保障基础。
　　目前存在多种无线通信协议，不同生产厂家在硬件平台、操作系统等方面没有统一的标准。ZigBee协议栈在物理层与数据链路层基于IEEE802.15.4标准。IEEE802.15.4是为省电而设计的标准，要求短时间的数据传输操作，不能传输大量数据。IEEE802.11无线通信能够传送很大数据量，但是耗电量很多，不适用于长延时、低带宽、高错误率、有限能量、稀疏拓扑的UWSN网络要求。水声信道的独有特性使UWSN协议设计面临诸多挑战。目前UWSN研究正处于起步阶段，且多集中在路由和MAC层，针对UWSN的协议体系架构较少有人问津。
　　UWSN传感器节点的计算、存储、能量等资源十分有限，其上运行的协议栈不能太复杂。迄今为止的UWSN研究大多基于传统的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层的五层协议模型，基于该五层模型的研究表明，在水下信道复杂多变、节点资源有限的UWSN环境，网络高效性只有通过跨层设计来实现。为了克服分层设计带来信息不能共享的短板，根据具体应用将从物理层、MAC层，再到路由、传输和应用层，从传输功率控制、信道编码、路由实现到可靠传输等采用跨层优化设计，将某一层的性能变化、运行状况、字段信息等向隶属其他层的协议汇报并使其他层协议的决策做出合适调整，从而充分利用UWSN的有限资源，但过多的跨层设计会带来无法克服的复杂问题。
　　本书阐述了Micro-ANP通信协议架构及该协议架构下水下传感器的物理层和网络传输的关键设计。杜秀娟负责全书的设计、统稿和修改，编写了第1、第6和第8章，并与天津大学的苏毅珊博士合作编写了第2～第5章；第7章由苏毅珊博士负责撰写。感谢苏博士所做的大量工作，同时也感谢天津大学的金志刚教授，他为本书的撰写提出了很多宝贵意见。
　　由于水平有限，书中的不妥之处在所难免，希望广大读者惠于赐教。作者将在汲取大家意见和建议的基础上，不断完善书中内容，为推动该领域的进步尽一份绵薄之力。
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