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无线Ad_Hoc_和传感器网络——协议、性能及控制

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标签: 传感器

传感器

无线

无线

本书面向数据网络和无线通信领域的初学者介绍了数据网络和无线通信的基本概念,在此基础上分析讨论了ATM网络、蜂窝网络、对等网,无线传感器网络以及RFID网络的服务质量控制的基本问题、方法和技术,具体包括网络的拥塞控制、接入允许控制以及功率控制,同时包括网络的MAC技术和路由技术。比较全面地介绍了各种网络中的相关技术,提供了作者独有的相关研究成果。另外,书中给出了大量手的参考文献,对读者阅读理解会起到直接的帮助。

本书可供通信、电子及计算机及相关领域的研究人员、工程技术人员以及高年级本科生和研究生学习参考。

译者序

作者献辞

原书前言

第1章网络背景1

1.1计算机网络1

1.1.1集成服务(Intserv)3

1.1.2区分服务(Diffserv)4

1.1.3多协议标签交换(MPLS)5

1.1.4Internet和ATM网络的QoS参数5

1.2QoS控制6

1.2.1接入允许控制7

1.2.2业务访问控制7

1.2.3分组调度7

1.2.4缓存管理8

1.2.5流量和拥塞控制8

1.2.6QoS路由8

1.3无线网络概述9

1.3.1蜂窝无线网络9

1.3.2信道分配17

1.3.3切换策略17

1.3.4近远问题17

1.3.5CDMA功率控制18

1.4移动Ad  Hoc网络(MANET)18

1.4.1IEEE  802.11标准19

1.4.2IEEE  802.11物理层规范19

1.4.3IEEE  802.11版本20

1.4.4IEEE  802.11网络类型20

1.4.5IEEE  802.11  MAC协议21

1.4.6功率控制方案和协议的必要性23

1.4.7网络仿真器24

1.4.8应用NS实现MAC  802.11的功率控制25

1.5无线传感器网络27

1.5.1相关研究31

1.5.2IEEE  1451和智能传感器31

1.5.3智能环境中的传感器32

1.5.4商用无线传感器系统32

1.5.5自组织和定位33

1.6总结34

参考文献34

第2章背景知识36

2.1动态系统36

2.1.1离散时间系统36

2.1.2Brunovsky范式37

2.1.3线性系统38

2.2数学基础39

2.2.1矢量和矩阵范数39

2.2.2连续性和函数范数41

2.3动态系统特性42

2.3.1渐进稳定性42

2.3.2李雅普诺夫稳定性42

2.3.3有界性43

2.3.4关于自治系统和线性系统的说明43

2.4非线性稳定性分析和控制设计44

2.4.1自治系统的李雅普诺夫分析44

2.4.2应用李雅普诺夫技术设计控制器47

2.4.3线性系统的李雅普诺夫分析和控制器设计48

2.4.4稳定性分析48

2.4.5LTI反馈控制器的李雅普诺夫设计49

2.4.6非自治系统的李雅普诺夫分析50

2.4.7李雅普诺夫方法扩展和有界稳定性51

参考文献53

习题54

第3章ATM网络和Internet中的拥塞控制56

3.1ATM网络拥塞控制56

3.2背景58

3.2.1神经网络和逼近性质58

3.2.2系统稳定性59

3.2.3网络建模59

3.3ATM网络的业务速率控制设计62

3.3.1控制器结构63

3.3.2权重更新64

3.3.3仿真案例65

3.4Internet端到端拥塞控制器设计77

3.4.1网络模型79

3.4.2端到端拥塞控制方案81

3.5仿真实现85

3.5.1NS2实现85

3.5.2开销分析87

3.5.3实现的一般性讨论88

3.6仿真结果88

3.6.1网络拓扑和业务信源88

3.6.2NewReno  TCP方法88

3.6.3性能指标89

3.6.4仿真方案89

3.6.5结果讨论98

3.7总结和结论98

参考文献99

习题101

附录3.A102

第4章高速网络接入允许控制器设计:混合系统方法104

4.1引言104

4.2网络模型106

4.3自适应业务估计器设计109

4.3.1估计器的结构109

4.3.2确保型估计的权重更新110

4.4带宽估计、分配和可用容量确定111

4.5接入允许控制113

4.6仿真结果116

4.6.1自适应估计器模型116

4.6.2网络模型117

4.6.3业务信源117

4.6.4仿真举例118

4.7结论122

参考文献123

习题124

附录4.A124

第5章无线蜂窝和对等网络分布式功率控制127

5.1引言128

5.2存在路径损耗时的分布式功率控制129

5.2.1Bambos功率控制方案130

5.2.2受限的二阶功率控制131

5.2.3基于状态空间的控制设计131

5.2.4分布式功率控制:蜂窝网络中的应用136

5.3无线网络用户接入允许控制145

5.3.1带有活动链路保护和接入允许控制的DPC148

5.3.2DPC/ALP和接入允许控制器的算法149

5.4衰减信道中的分布式功率控制154

5.4.1无线信道的不确定性155

5.4.2分布式功率控制方案研究156

5.5结论169

参考文献169

习题170

第6章无线Ad  Hoc网络分布式功率控制和速率调整172

6.1DPC简介172

6.2信道不确定性174

6.2.1信干比174

6.2.2存在不确定性的无线信道模型174

6.3分布式自适应功率控制175

6.4DPC实现176

6.4.1DPC反馈177

6.4.2802.11类型的Ad  Hoc网络的DPC算法177

6.4.3重传和功率重置177

6.4.4DPC算法178

6.5功率控制MAC协议179

6.5.1隐藏终端问题179

6.5.2协议设计181

6.5.3信道利用率181

6.5.4竞争时间182

6.5.5开销分析182

6.5.6NS2实现183

6.6仿真参数184

6.7速率调整的相关基础187

6.7.1速率调整189

6.7.2协议比较190

6.8启发式速率调整191

6.8.1概述192

6.8.2信道状态的估计193

6.8.3可用速率193

6.8.4小可用速率194

6.8.5克服拥塞的调制速率196

6.8.6基于速率的功率选择197

6.8.7退避机制197

6.8.8MAC协议设计198

6.9基于动态规划的速率调整198

6.9.1缓存占用状态方程199

6.9.2代价函数199

6.9.3黎卡提方程201

6.9.4选择调制的附加条件202

6.9.5实现考虑203

6.10仿真结果203

6.10.1单跳拓扑204

6.10.2两跳拓扑204

6.10.3包含50个节点的随机拓扑206

6.10.4两跳结果206

6.11DPC的硬件实现208

6.11.1硬件结构210

6.11.2软件结构212

6.11.3实验结果214

6.11.4慢变干扰215

6.11.5缓慢更新的突变信道216

6.11.6快速更新的突变信道218

6.12结论220

参考文献220

习题222

第7章无线Ad  Hoc和传感器网络分布式公平调度225

7.1公平调度和服务质量225

7.2加权公平准则226

7.3自适应和分布式公平调度227

7.3.1波动受限和指数界波动227

7.3.2公平性协议开发228

7.3.3公平性保证230

7.3.4吞吐量保证234

7.3.5时延保证235

7.3.6开销分析238

7.4性能评估239

7.5硬件实现247

7.5.1UMR节点说明248

7.5.2传感器节点硬件248

7.5.3G4SSN功能249

7.5.4硬件实现结果249

7.5.5传感器节点的未来方向251

7.6无线传感器网络能量敏感MAC协议251

7.6.1休眠模式253

7.6.2带休眠模式的ADFC255

7.6.3能量敏感MAC协议257

7.6.4仿真258

7.7结论263

参考文献263

习题265

第8章无线Ad  Hoc和传感器网络能量和延时路由266

8.1无线Ad  Hoc网络路由267

8.2链路状态路由(OLSR)协议268

8.3能量时延路由(OEDR)协议270

8.3.1邻居检测和能量时延测度计算270

8.3.2多点中继(MPR)选择271

8.3.3MPR和能量时延信息声明273

8.3.4路由表的计算274

8.3.5OEDR协议总结276

8.4OEDR的化分析277

8.5性能评估279

8.6无线传感器网络路由285

8.7应用子网协议自组织287

8.8能量时延子网路由(OEDSR)协议289

8.8.1中继节点选择289

8.8.2中继节点选择算法292

8.8.3OEDSR优化分析295

8.9性能评估297

8.10OEDSR实现313

8.10.1硬件实现说明314

8.10.2软件结构315

8.11性能评估317

8.11.1实验场景说明318

8.11.2实验结果318

8.11.3未来的工作320

8.12结论320

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