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第1部分 总体介绍2

第1章 多跳Ad Hoc网络的演进路线2

摘要2

1.1 引言2

1.2 MANET研究的主要成就和教训3

1.2.1 MANET研究的主要成就3

1.2.2 MANET研究存在的问题和经验教训11

1.3 多跳Ad Hoc网络：从理论到现实12

1.3.1 Mesh网络13

1.3.2 机会网络14

1.3.3 车载Ad Hoc网络（VANET）17

1.3.4 传感器网络18

1.4 小结与结论20

参考文献21

第2章 支持移动多跳无线网络技术和标准29

摘要29

2.1 引言29

2.2 宽带无线接入技术31

2.2.1 IEEE 802.16Mesh31

2.2.2 IEEE 802.16j34

2.3 无线局域网络技术37

2.3.1 IEEE 802.11s37

2.3.2 IEEE 802.11n和IEEE 802.11z41

2.3.3 IEEE 802.11p/WAVE43

2.4 个域网技术46

2.4.1 IEEE 802.15.5标准46

2.4.2 ZigBee的工业标准49

2.4.3 基于IPv6的WPAN51

2.5 异构场景的移动性支持56

2.6 结论59

参考文献60

第3章 应用场景68

摘要68

3.1 引言68

3.2 军事应用70

3.2.1 通信70

3.2.2 协同71

3.3 网络连接72

3.3.1 星际互联网72

3.3.2 农村地区73

3.3.3 市/社区系统74

3.4 无线传感器网络74

3.4.1 身体和健康监测75

3.4.2 智能住宅75

3.4.3 工业监控76

3.4.4 环境监测77

3.4.5 动物监测77

3.5 搜救79

3.5.1 搜索和救援无人机79

3.5.2 未知区域的多主体探测80

3.6 车载自组织网络82

3.6.1 驾驶安全支持系统82

3.6.2 车辆协调83

3.6.3 通知系统83

3.6.4 智能交通系统84

3.7 个人信息传输85

3.8 结论87

参考文献87

第4章 Ad Hoc网络的安全性问题94

摘要94

4.1 引言94

4.1.1 无线Ad Hoc网络的安全挑战95

4.1.2 WSN、UWSN、WMN、DTN和VANET96

4.2 无线传感器网络97

4.2.1 对网络可用性和服务完整性的攻击99

4.2.2 对隐私性和保密性的攻击107

4.2.3 对数据完整性的攻击108

4.2.4 WSN中的安全威胁和对策概要110

4.3 无人值守无线传感器网络110

4.3.1 数据生存能力111

4.3.2 Self-Key自愈和入侵恢复113

4.3.3 认证114

4.3.4 UWSN安全威胁和对策概述114

4.4 无线 Mesh网络115

4.4.1 安全面临的挑战和现有对策116

4.4.2 无线Mesh网络中的安全威胁和对策摘要117

4.5 容延迟网络118

4.5.1 DTN的应用119

4.5.2 DTN的安全问题119

4.5.3 总结120

4.6 车载Ad Hoc网络（VANET）121

4.6.1 VANET的优势及存在的问题121

4.6.2 VANET的设计目标和挑战122

4.6.3 VANET的可测量性和服务完整性123

4.6.4 VANET的安全和隐私124

4.6.5 摘要和展望126

4.7 结论和开放性的研究问题126

参考文献127

第5章 终端用户移动性架构的解决方案137

摘要137

5.1 引言137

5.2 Mesh网络138

5.2.1 Mesh技术和终端用户移动性139

5.2.2 定义和挑战139

5.2.3 微移动性支持140

5.2.4 微移动和宏移动支持149

5.3 无线传感器网络161

5.3.1 基于接收器的移动性问题162

5.3.2 FLEXOR：移动支持软件体系结构164

5.4 结论166

参考文献167

第6章 移动Ad Hoc网络研究成果的实验及仿真170

摘要170

6.1 引言170

6.2 移动Ad Hoc网络仿真工具和实验平台概述171

6.2.1 仿真工具171

6.2.2 实验平台172

6.3 仿真和实验的区别：问题和参数177

6.3.1 物理层问题178

6.3.2 移动性建模185

6.3.3 MAC层的注意事项187

6.3.4 影响上层的因素和其他问题191

6.3.5 模拟器性能的比较192

6.4 完善的仿真：确认、验证和校准194

6.5 模拟器和测试平台的前景展望197

6.6 结论199

参考文献199

第2部分 Mesh网络212

第7章 多频点多通道无线Mesh网络中的资源优化212

摘要212

7.1 引言212

7.2 网络和干扰模型214

7.3 SINR模型下的最大化链路激活215

7.4 最优链路调度217

7.4.1 优化公式化表述218

7.4.2 列生成220

7.4.3 功率控制和速率自适应的扩展221

7.5 联合路由和调度223

7.5.1 流量守恒路由224

7.5.2 路径生成路由224

7.6 处理信道分配和定向天线225

7.6.1 信道分配226

7.6.2 定向天线229

7.7 协作网络230

7.7.1 k-协作图表230

7.7.2 超级链路分类232

7.7.3 应用于k-协作的列生成235

7.8 结论和未来展望236

参考文献237

第8章 Mesh网络中的服务质量241

摘要241

8.1 引言241

8.2 QoS的定义243

8.3 现有QoS路由方法的分类243

8.4 基于优化路径选择的路由协议245

8.4.1 弹性需求优化248

8.4.2 固定需求优化249

8.4.3 基于无关路由的鲁棒性优化250

8.4.4 随机需求优化252

8.4.5 饱和数据流优化253

8.4.6 未解决问题253

8.5 最小权值路径选择的路由度量254

8.5.1 设计原则255

8.5.2 己有方法257

8.5.3 未解决问题266

8.6 基于反馈的路径选择267

8.7 结论268

参考文献268

第3部分 机会网络276

第9章 容延迟网络和机会网络的应用276

摘要276

9.1 应用场景276

9.1.1 受限区域场景276

9.1.2 市区场景278

9.2 基于DTN的应用面临的挑战280

9.2.1 案例研究：基于消息的应用——电子邮件281

9.2.2 案例研究：基于流的应用——XMPP284

9.3 DTN应用的关键机制285

9.3.1 DTN应用程序的安全性286

9.3.2 与传统应用程序的交互288

9.3.3 用户界面290

9.4 DTN应用（案例研究）292

9.4.1 网页292

9.4.2 内容搜索296

9.4.3 地下采矿中的应用301

9.4.4 浮动内容307

9.5 结论：DTN应用的反思311

参考文献312

第10章 机会网络中的移动模型314

摘要314

10.1 引言314

10.2 基于接触的度量、分析和建模315

10.2.1 度量315

10.2.2 基于接触的数据集317

10.2.3 相互接触时间分析319

10.2.4 相互接触时间特性320

10.2.5 接触点数量及持续时间326

10.3 轨迹模型328

10.3.1 第一步：测量328

10.3.2 自由空间模型337

10.3.3 与空间有关的模型337

10.3.4 与时间有关的模型345

10.4 网络协议设计的含义348

10.4.1 幂律相互接触时间348

10.4.2 社会结构350

10.5 新模式：延迟-资源权衡353

10.5.1 延迟-容量权衡353

10.5.2 延迟-负载均衡权衡355

10.5.3 延迟-能量权衡359

参考文献360

第11章 机会路由365

摘要365

11.1 引言365

11.2 机会网络基础367

11.2.1 连通性367

11.2.2 移动性369

11.2.3 节点资源371

11.2.4 高效的机会转发：机会与挑战并存372

11.3 不确定性处理：基于冗余的路由373

11.3.1 基于泛洪的方案373

11.3.2 受控的复制方案375

11.3.3 基于编码的方案377

11.3.4 基于复制转发的讨论379

11.4 利用结构优势：基于效用的转发380

11.4.1 基于连接的效用380

11.4.2 基于未连接的效用387

11.5 混合解决方案：结合冗余和效用388

11.5.1 基于效用的泛洪389

11.5.2 喷射和基于效用的喷射389

11.5.3 智能复制390

11.5.4 DTN-MANET的混合环境390

11.6 结论391

参考文献391

第12章 机会网络中的数据传播397

摘要397

12.1 引言397

12.2 初步设想：PodNET399

12.2.1 数据组织400

12.2.2 内容为中心的传播策略400

12.2.3 性能结果401

12.2.4 要点总结402

12.3 社会意识方案403

12.3.1 社会意识效用403

12.3.2 社会意识传输策略405

12.3.3 性能结果405

12.3.4 要点总结406

12.4 发布/订阅方案406

12.4.1 群体检测408

12.4.2 叠置处理409

12.4.3 性能结果410

12.4.4 要点总结411

12.5 全局优化411

12.5.1 系统模型411

12.5.2 延迟效用函数412

12.5.3 最优缓存配置413

12.5.4 从全局到局部的决策414

12.5.5 性能结果414

12.5.6 要点总结415

12.6 基于基础设施的方案415

12.6.1 推动-追踪系统416

12.6.2 性能结果418

12.6.3 要点总结419

12.7 由无结构P2P系统启发的方法419

12.7.1 系统模型420

12.7.2 稳定区域420

12.7.3 最优策略421

12.7.4 要点总结422

12.8 拓展阅读422

12.8.1 社会意识方案422

12.8.2 发布/订阅方案423

12.8.3 全局最优化424

12.8.4 基于基础设施的方法425

12.8.5 P2P系统启发的解决方案426

参考文献426

第13章 数据运算中的群体计算432

摘要432

13.1 引言432

13.2 理想的并行操作模型434

13.2.1 定义434

13.2.2 现实世界的轨迹435

13.3 数据运算437

13.4 社会意识的数据运算440

13.4.1 群体结构440

13.4.2 工作设备和主设备的选择442

13.4.3 限制任务寿命445

13.4.4 主设备选择：团体和日期中心446

13.4.5 展望448

13.5 相关工作448

13.6 结论和下-步工作449

致谢450

参考文献450

第4部分 车载自组织网络454

第14章 车载自组织网络数据通信协议的分类454

摘要454

14.1 引言454

14.2 VANET通信协议分类456

14.2.1 定义和命名问题456

14.2.2 公路尺寸457

14.2.3 邻居信息458

14.2.4 确认458

14.2.5 选择开始转发车辆458

14.2.6 转发竞争459

14.2.7 连接性460

14.2.8 紧迫性460

14.2.9 消息内容460

14.3 面向可靠性的地域群播协议461

14.3.1 VANET中可靠、高效的广播协议（ackPBSM）461

14.3.2 持久性协议463

14.4 基于关键时刻的地域群播协议463

14.4.1 多跳车载广播（Multihop Vehicular Broadcast，MHVB）464

14.4.2 带确认的紧急信息传播-侦听转发（Emergency MessageDissemination with ACK-Overhearing Based Retransmission，EMDOR）464

14.4.3 分布式平均功率调整协议（Distributed Fair Power Adjustment Protocol，D-FPAV）465

14.4.4 接收机共识（Receiver Consensus，ReC）465

14.5 小规模路由协议465

14.5.1 DPP和OPERA466

14.5.2 二进制划分辅助广播（Binary-Partition-Assisted Broadcast，BPAB）467

14.5.3 跟踪检测及距离延迟传输协议（Track Detection and Distance Defer Transmission，TRADE＆DDT）468

14.5.4 基于连接受限的转发（Connection-Based Restricted Forwarding，CBRF）469

14.5.5 分布式车载广播（Distributed Vehicular Broadcast，DV-CAST）469

14.5.6 基于车辆密度的紧急广播（Vehicle Density-Based Emergency Broadcasting，VDEB）469

14.5.7 辅助拓扑地理机会路由（Topology-Assisted Geo-Opportunistic Routing，TO-GO）469

14.6 大规模路由470

14.6.1 距离感知传染路由（Distance-Aware Epidemic Routing，DAER）470

14.6.2 连接感知路由（Connectivity-Aware Routing，CAR）470

14.6.3 VANET中的有限延迟路由（延迟-贪婪）471

14.6.4 VANET中的车辆辅助数据交付（Vehicle-Assisted Data Delivery，VADD）472

14.6.5 VANET的低负荷交通中基于轨迹的数据传递（Trajectory-Based Data Forwarding，TBD）472

14.6.6 VANET中的一种静态节点辅助的自适应路由协议（SADV）473

14.6.7 位置和延迟感知交叉层通信（Location-and Delay-Aware Cross-Layer Communication，LD-CROP）473

14.6.8 地理机会路由（Geographical Opportunistic Routing，GeOpps）474

14.6.9 基于道路的车载交通路由（Road-Based Vehicular Traffic Routing，RBVT）474

14.6.10 改进的贪婪流量感知路由协议（Improved Greedy Traffic-AwareRouting Protocol，GyTAR）474

14.6.11 依据二相路由协议的访问覆盖路由（TOPO）475

14.7 小结475

14.8 结论与未来工作477

参考文献478

第15章 VANET移动模型、拓扑结构和VAN ET仿真481

摘要481

15.1 引言与动机481

15.2 移动模型482

15.2.1 汽车跟随模型483

15.2.2 多车道交通模型484

15.3 移动模拟器486

15.3.1 商用移动模拟器486

15.3.2 非商用移动模拟器488

15.4 综合模拟器491

15.5 车载通信建模495

15.5.1 无线链路495

15.5.2 无线信号传播496

15.5.3 通信技术497

15.6 公路上的连通性分析499

15.6.1 无线电通信距离的计算500

15.6.2 单车道时的连接性502

15.6.3 双车道时的连接性505

15.7 结论与未来工作506

参考文献507

第16章 VANET实验510

摘要510

16.1 引言510

16.2 麻省理工学院：车载电话（CARTEL）512

16.2.1 概述512

16.2.2 测试平台设置512

16.2.3 研究和实验512

16.3 马萨诸塞大学：DieselNet514

16.3.1 概述514

16.3.2 测试平台设置514

16.3.3 研究和实验515

16.4 上海交通大学：上海网格（ShanghaiGrid）517

16.4.1 概述517

16.4.2 测试平台设置517

16.4.3 研究和实验518

16.5 台湾交通大学：VANET测试平台519

16.5.1 概述519

16.5.2 研究和实验520

16.6 洛杉矶加州大学：CVeT521

16.6.1 概述521

16.6.2 研究和实验521

16.7 通用汽车公司：DSRC FLEET522

16.7.1 概述522

16.7.2 研究和实验523

16.8 FleetNet项目523

16.8.1 概述523

16.8.2 测试平台配置524

16.8.3 研究和实验524

16.9 车轮上的网络项目（Network On Wheels，NOW）524

16.9.1 概述524

16.9.2 系统安装525

16.9.3 研究和实验525

16.10 先进的安全车辆（Advanced Safety Vehicle，ASV）525

16.10.1 概述525

16.10.2 每个阶段的任务526

16.11 日本汽车研究所（Japan Automobile Research Institute，JARI）527

16.11.1 概述527

16.11.2 与VANET相关的任务527

参考文献528

第17章 VANET的MAC协议532

摘要532

17.1 引言532

17.2 MAC度量534

17.3 车载MAC协议的IEEE标准534

17.3.1 IEEE1609 WAVE标准535

17.3.2 IEEE 1609.4标准536

17.3.3 IEEE 802.11p标准537

17.3.4 WAVE MAC的挑战与问题538

17.4 VANET的备用MAC协议538

17.4.1 信道分配538

17.4.2 随机接入543

17.4.3 轮流接入546

17.5 结论547

参考文献547

第18章 认知无线电车载Ad Hoc网络：设计、实施及未来的挑战550

摘要550

18.1 引言550

18.2 认知无线电车载网络的特性552

18.2.1 从CR网络继承的特性553

18.2.2 从VANET继承的特性554

18.2.3 新特性和假设555

18.3 认知无线电车载网络的应用558

18.4 CRV网络架构558

18.5 CRV网络现有工作的分类和描述559

18.5.1 频谱感测560

18.5.2 频谱选择和接入563

18.6 CRV中的研究问题565

18.6.1 车辆移动性对频谱管理的影响565

18.6.2 CRV的安全方面566

18.6.3 CRV的建模与仿真566

18.7 结论568

参考文献568

第19章 下一种范式转变：从车载网络到汽车云573

摘要573

19.1 动机573

19.2 车辆模型575

19.3 车载网络576

19.4 云计算577

19.5 汽车云579

19.6 汽车云的独特特性580

19.6.1 新型服务类型581

19.6.2 汽车云的安全和隐私583

19.7 可行的汽车云实例583

19.7.1 机场数据中心583

19.7.2 停车场数据云584

19.7.3 商场数据中心584

19.7.4 特殊事件管理585

19.7.5 交通信号灯动态同步585

19.8 更多应用场景586

19.8.1 动态优化交通信号灯586

19.8.2 动态分配HOV车道587

19.8.3 有计划的疏散管理587

19.8.4 意外情况的疏散管理588

19.8.5 共享道路安全信息589

19.8.6 自动缓解经常性拥堵589

19.8.7 动态管理停车设施590

19.8.8 国土安全应用590

19.8.9 发展中国家的汽车云591

19.9 汽车云的安全和隐私问题591

19.9.1 概述591

19.9.2 攻击模型593

19.9.3 威胁分类594

19.9.4 信任关系594

19.9.5 高机动节点的认证595

19.9.6 VC消息596

19.9.7 要求597

19.9.8 数据隔离和清理598

19.9.9 数字签名598

19.9.10 加密599

19.9.11 认证599

19.9.12 授权或访问控制599

19.9.13 位置验证600

19.9.14 用户身份验证600

19.9.15 问题检测和资源验证600

19.9.16 防篡改装置和算法600

19.9.17 抵御和过滤攻击600

19.9.18 化名600

19.9.19 系统维护601

19.10 密钥管理601

19.10.1 匿名密钥601

19.10.2 密钥分配和重新输入601

19.10.3 密钥验证602

19.10.4 密钥撤销603

19.11 相关挑战研究603

19.12 汽车云架构604

19.12.1 静态架构604

19.12.2 连接静态基础设施605

19.12.3 一种简单的动态架构605

19.12.4 安全和功能挑战606

19.13 汽车云中的资源汇聚607

19.13.1 虚拟化方法608

19.13.2 负载均衡方法609

19.14 VC仿真研究612

19.14.1 仿真方案612

19.14.2 仿真度量613

19.14.3 仿真结果613

19.15 下一步工作614

19.16 未来发展615

致谢616

参考文献616

第5部分 传感器网络624

第20章 无线传感器网络的能量采集技术624

摘要624

20.1 引言624

20.2 节点平台625

20.2.1 能量采集传感器节点的体系架构625

20.2.2 能量采集硬件模型625

20.2.3 电池模型628

20.3 能量采集技术629

20.4 预测模型633

20.5 EHWSN协议636

20.5.1 任务分配636

20.5.2 采集感知通信协议：MAC和路由641

致谢647

参考文献647

第21章 机器人辅助的无线传感器网络：近期应用及未来面临的挑战656

摘要656

21.1 引言656

21.2 机器人辅助的传感器布设659

21.2.1 基于折返的传感器布设660

21.2.2 利用静态中继的多机器人搜索和监测662

21.2.3 重点覆盖模式664

21.3 机器人辅助的传感器搬移670

21.3.1 随机的机器人运动场景672

21.3.2 确定的机器人运动场景：ACO方法673

21.3.3 确定的机器人运动场景：混合方法676

21.4 机器人辅助的传感器维护680

21.5 未来挑战681

21.5.1 机器人辅助的无线传感器网络681

21.5.2 依靠机器人的无线传感器网络682

参考文献683

第22章 移动受限的水下网络：算法、系统和实验688

摘要688

22.1 引言688

22.2 相关成果691

22.2.1 传感器布设691

22.2.2 传感器网络平台692

22.3 分布式控制算法693

22.3.1 问题陈述和相关知识693

22.3.2 目标函数694

22.3.3 通用的分布式控制器694

22.3.4 高斯感测函数695

22.3.5 基于高斯函数的分布式控制器696

22.3.6 控制器的收敛性696

22.4 通用系统结构和设计697

22.4.1 处理698

22.4.2 通信699

22.4.3 感测700

22.4.4 电源管理700

22.4.5 数据存储701

22.4.6 配置701

22.4.7 用户界面702

22.5 程序架构和设计的应用特例703

22.6 实验及结果706

22.6.1 采样应用程序706

22.6.2 算法实现707

22.6.3 实验室和水池的硬件实验708

22.6.4 协方差可变的河流硬件实验710

22.6.5 系统分析712

22.7 结论716

致谢716

参考文献716

第23章 水声网络的进展720

摘要720

23.1 引言720

23.2 通信体系架构721

23.3 水下通信基础知识722

23.4 物理层728

23.4.1 非相干调制728

23.4.2 相干调制729

23.4.3 信道均衡730

23.4.4 直接序列扩频732

23.4.5 多载波调制733

23.4.6 空间调制734

23.5 MAC层736

23.5.1 基于ALOHA的MAC协议736

23.5.2 基于CSMA的MAC协议737

23.5.3 基于CDMA的MAC协议739

23.6 网络层741

23.6.1 基于位置的路由协议742

23.6.2 基于非定位的路由协议744

23.7 跨层设计745

23.8 实验平台简介746

23.8.1 商用声学调制解调器747

23.8.2 实验性的声学调制解调器749

23.8.3 实验平台751

23.9 UW-BUFFALO：布法罗大学水声网络测试平台754

23.10 结论755

致谢755

参考文献755