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第一章　绪论1

1.1　无线传感器网络研究概述1

1.1.1　基本概念和特点1

1.1.2　协议层次6

1.1.3　主要应用6

1.1.4　研究现状7

1.2　无线传感器网络的高效传输9

1.2.1　高效传输的研究意义10

1.2.2　高效传输的关键技术问题12

1.2.3　高效传输面临的挑战15

1.2.4　现有工作的不足17

1.3　本书的主要工作19

1.4　全文组织23

第二章　相关研究25

2.1　高效传输概述及分类25

2.2　信息分发26

2.2.1　单播27

2.2.2　广播33

2.2.3　多播37

2.3　数据收集41

2.3.1　数据聚合基本特征42

2.3.2　数据聚合研究现状44

2.4　信息分发与数据收集的协同47

2.4.1　基本特征47

2.4.2　研究现状49

2.5　小结52

第三章　基站模式下的可扩展多播技术3.1　引言53

3.2　问题描述57

3.2.1　基本假设57

3.2.2　问题建模58

3.3　SenCast协议设计60

3.3.1　初始化61

3.3.2　计算多播树62

3.3.3　路由转发65

3.3.4　多播树的维护67

3.3.5　协议扩展70

3.4　性能分析73

3.4.1　模拟实验74

3.4.2　真实节点实验81

3.5　小结84

第四章　实时的“释放／捕获”采样技术4.1　引言87

4.1.1　现有工作评述87

4.1.2　本章基本思路89

4.2　问题描述91

4.2.1　问题形式化定义92

4.2.2　问题假设92

4.3　FLAKE协议设计93

4.3.1　释放：自适应的快速种子分发94

4.3.2　捕获：轻量级的逆采样97

4.3.3　算法描述99

4.4　FLAKE协议分析100

4.4.1　种子分发的均匀性100

4.4.2　逆采样精度和开销之间的折中105

4.4.3　延迟和消息开销理论结果分析110

4.4.4　测量事件规模112

4.5　性能模拟与分析112

4.5.1　估算精度误差和延迟114

4.5.2　通信开销116

4.5.3　事件规模估计118

4.6　小结120

第五章　层次化网络结构下的紧急报文实时传输5.1　引言122

5.2　问题描述124

5.2.1　簇内聚合延迟124

5.2.2　簇间路由延迟126

5.3　簇内延迟敏感的控制反馈模型DSFC126

5.3.1　报文的分类和区分服务127

5.3.2　延迟敏感的控制反馈模型127

5.3.3　稳定状态130

5.4　簇间紧急报文信道预留机制EPCR130

5.5　性能模拟与分析132

5.5.1　DSFC控制模型性能133

5.5.2　DSFC+EPCR性能137

5.6　小结138

第六章　非结构化的实时数据存储和查询6.1　引言141

6.2　问题描述143

6.2.1　问题假设145

6.2.2　问题建模146

6.3　问题求解147

6.3.1　存储不受限147

6.3.2　存储受限148

6.4　Bubble Geocast算法149

6.4.1　精确自适应快速分发150

6.4.2　基于拒绝的均匀分发153

6.4.3　算法描述153

6.5　分析154

6.5.1　均匀随机分发及门限值的选取155

6.5.2　通信开销和延迟155

6.5.3　成功查询概率158

6.6　性能模拟与分析159

6.6.1　通信开销160

6.6.2　延迟161

6.6.3　基于拒绝的均匀随机分发162

6.7　小结164

第七章　结束语165

7.1　本书工作的总结165

7.2　课题研究展望168

致谢171

参考文献173

表2-1　无线传感器网络广播算法的分类比较36

表3-1　Mica2节点能耗54

表3-2　模拟实验参数设置74

表4-1　逆采样理论中V(？)/n值107

表4-2　延迟和消息开销比较111

表4-3　ELEPHANT/FLAKE在不同网络拓扑中的误差比较120

表5-1　模拟实验参数设置133

表6-1　查询和复本的相遇概率143

表6-2　模拟实验参数设置159

表6-3　215个节点随机部署163

图1-1　传感器节点结构图1

图1-2　一个典型的无线传感器网络体系结构图3

图1-3　无线传感器网络中的双向信息传输11

图1-4　传感器节点能量消耗15

图1-5　本书主要研究内容20

图2-1　Fjord查询系统结构29

图2-2　多播技术分类38

图3-1　SenCast和uCast的不同应用领域56

图3-2　两类不同多播树的比较58

图3-3　SenCast协议图61

图3-4　组件化思想计算近似最优MNN多播树62

图3-5　基于GPSR的SRL机制66

图3-6　HLB机制67

图3-7　节点失效和报文丢失时采取的机制68

图3-8　三阶段流水线调度原理图70

图3-9　三阶段流水线调度状态图71

图3-10　不同类节点多播树的建立和代码分发72

图3-11　不同模块多播树的建立和代码分发72

图3-12　目标分布角度变化时的能耗比较76

图3-13　目标总数变化时的能耗比较76

图3-14　目标分布半径变化时的能耗比较77

图3-15　节点密度变化时的能耗比较77

图3-16　目标分布角度变化时的路径长度比较78

图3-17　节点密度变化时的路径长度比较79

图3-18　SPT,GIT和SenCast多播路径和开销比较79

图3-19　总延迟比较80

图3-20　可靠性比较81

图3-21　SenCast与uCast多播路径比较82

图3-22　多播开销比较83

图3-23　多播能耗比较84

图4-1　“释放／捕获”采样原理类比图：测量湖水总体积90

图4-2　FLAKE“释放”17条消息种子（VMT算法分发种子过程）96

图4-3　FLAKE“释放”4000条消息种子到40个节点上98

图4-4　节点Voronoi单元正规化后的报文接受概率102

图4-5　基于拒绝的均匀分发102

图4-6　逆采样理论中V(？)/n值（P1=m/n,P2=m′/n）107

图4-7　选择最优的〈m,m′〉的值108

图4-8　FLAKE测量事件规模113

图4-9　测得的相对误差vs．用户要求的相对误差114

图4-10　总的延迟vs．用户要求的相对误差115

图4-11　通信开销vs．用户要求的相对误差116

图4-12　通信开销vs．种子数目（B=0.14）117

图4-13　不同网络拓扑下的误差比较119

图5-1　DSFC模型结构图129

图5-2　DSFC模型和EPCR机制原理示意图132

图5-3　DSFC模型控制过程示意图134

图5-4　不同场景下的聚合等待延迟135

图5-5　不同场景下的聚合误差136

图5-6　不同场景下的簇内聚合能耗136

图5-7　采用和没有采用EPCR机制时的平均端到端延迟比较137

图5-8　采用和没有采用EPCR机制时的报文丢包率比较138

图6-1　无线传感器网络网内查询和复本相遇概率144

图6-2　网内查询和复本相遇集合144

图6-3　BubbleGeocast扩散17个复本151

图6-4　节点的Voronoi单元图152

图6-5　网络连通性（r(n)=√5a(n)）156

图6-6　复本和查询相遇的概率158

图6-7　通信开销比较160

图6-8　复本分发总延迟比较161

图6-9　查询总延迟比较162