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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Carlos De Morais Cordeiro

出品人:

页数:641

译者:

出版时间:2006-05-01

价格:USD 55.00

装帧:Paperback

isbn号码:9789812566829

丛书系列:

图书标签:

• 无线传感器网络
• Ad Hoc网络
• 移动Ad Hoc网络
• 无线通信
• 网络协议
• 路由协议
• 安全
• 能量管理
• MAC协议
• 网络拓扑

Ad Hoc 与传感器网络：原理、应用与前沿探索 面向对象： 本书适合计算机科学、电子工程、通信工程等相关专业的本科生、研究生，以及从事无线通信、物联网、嵌入式系统和网络安全领域的研究人员和工程师。 核心主题： 本书深入探讨了Ad Hoc 网络（无中心化网络）和无线传感器网络（WSN）这两大关键技术领域。它不仅涵盖了基础理论和经典协议，更着眼于当前面临的挑战与未来的发展方向，强调系统设计、性能评估和实际部署的综合视角。 --- 第一部分：基础架构与自组织特性 本部分为读者建立坚实的理论基础，详细解析 Ad Hoc 和 WSN 的独特运行环境和设计约束。 第一章：网络范式概述与挑战 本章首先界定了 Ad Hoc 网络和 WSN 的核心概念，区分了它们在拓扑结构、能源约束和应用场景上的异同。重点分析了动态拓扑、资源受限性、安全脆弱性以及缺乏基础设施这四大核心挑战，这些挑战决定了后续所有协议和算法的设计思路。 Ad Hoc 网络的分类： 移动自组织网络（MANETs）的演进与特性。 WSN 的独特约束： 节点密度、异构性以及极度受限的能源预算。 性能指标的重新定义： 吞吐量、延迟、覆盖率与生命周期（Lifetime）的权衡。 第二章：MAC 层协议与介质访问控制 聚焦于如何在共享的无线信道上实现高效、公平的介质访问。由于能源是关键，本章深入研究了针对低功耗环境优化的 MAC 机制。 基于竞争的协议改进： 对 IEEE 802.11（Wi-Fi）在 Ad Hoc 环境下的局限性分析，以及 CSMA/CA 协议的节能优化，例如周期性监听和休眠调度。 基于调度的协议： 探讨 TDMA（时分多址）在保证低冲突率和高确定性方面的应用，特别是如何处理节点的移动性导致的同步问题。 能量感知 MAC（Energy-Aware MAC）： 详细介绍周期性侦听-休眠机制（S-MAC, T-MAC）的原理、协议栈集成和能耗模型分析。 第三章：网络层路由协议：动态与适应性 路由是 Ad Hoc 和 WSN 的核心难题。本章分类介绍各类路由协议，并评估它们在不同规模和移动性场景下的表现。 表驱动路由（Table-Driven）： 如 DSDV（Destination Sequenced Distance Vector），分析其在维护路由信息方面的开销和延迟。 按需路由（On-Demand）： 详细解析 AODV（Ad hoc On-Demand Distance Vector）和 DSR（Dynamic Source Routing），重点讨论路由发现（Route Discovery）和路由维护（Route Maintenance）的机制与开销平衡。 多播路由（Multicast Routing）： 针对群体通信的需求，介绍基于树形结构和网状结构的 Ad Hoc 多播协议。 WSN 专用路由： 引入地理位置辅助路由（如 GPSR）和基于能量/成本的路由，着重分析如何利用网络拓扑信息进行高效转发。 --- 第二部分：无线传感器网络的专业化技术 本部分专门针对 WSN 的特点，深入探讨数据采集、聚集和能源管理等关键技术。 第四章：拓扑控制与网络部署 本章讨论如何高效地在目标区域内部署传感器节点，并维持一个功能性的、低冗余的网络拓扑。 拓扑控制目标： 覆盖率最大化、节点冗余最小化和连通性保证。 基于通信范围的协议： 如何通过调整发射功率或选择性地激活节点，形成一个最小连通子图（MCS）。 基于传感范围的协议： 确保所有感兴趣区域都被至少一个传感器有效监测。 自组织与重构： 在节点失效或环境变化时，网络如何自动调整和修复拓扑结构。 第五章：数据收集与汇聚（Data Aggregation） 数据汇聚是 WSN 节能的关键技术，它通过在数据传输路径上合并、压缩数据，以减少传输次数和能耗。 汇聚树的构建： 介绍如何利用 LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）等分簇协议构建高效的汇聚树结构。 数据处理模型： 讨论过滤、平均、最大值/最小值提取等不同的数据处理函数及其对原始数据保真度的影响。 可靠性和时效性： 平衡数据冗余消除与数据丢失的风险，以及如何保证关键数据的及时传输。 第六章：能源管理与网络生命周期优化 能源是 WSN 的核心瓶颈。本章系统地分析各种能源管理策略，旨在最大化网络的服务时间。 能耗建模： 详细介绍无线电传输和接收的二次方路径损耗模型，以及电路休眠和唤醒的能耗分析。 异构网络中的能量平衡： 针对不同能力（电池容量、处理能力）的节点，如何设计路由和任务分配以防止“能量热点”导致的过早死亡。 基于任务的调度： 传感器节点如何根据当前任务优先级动态调整采样率、传输功率和休眠周期。 --- 第三部分：安全、定位与前沿研究 本部分转向当前研究的热点和实际应用中必须解决的关键问题。 第七章：Ad Hoc 与 WSN 的安全威胁与防御 由于节点的物理暴露和无中心化的特性，安全问题尤为突出。本章剖析针对无线网络的特定攻击模型。 可用性攻击： 路由阻塞（Blackhole/Grayhole Attack）、资源耗尽（DoS）攻击对路由协议的破坏。 机密性与完整性： 针对数据包的窃听、篡改和重放攻击的防御机制。 轻量级加密与认证： 探讨适用于资源受限设备的密码学原语和密钥管理方案，如基于证书的轻量级认证和信任模型。 第八章：定位、跟踪与地理路由 在许多应用中（如环境监测、军事侦察），节点的位置信息至关重要。 定位技术： 比较基于到达时间（ToA）、到达角度（AoA）和接收信号强度（RSSI）的定位方法。 定位精度与成本的权衡： 讨论如何利用少量锚点节点实现大规模网络的相对或绝对定位。 地理位置辅助路由： 如何将精确或近似的地理信息集成到网络层协议中，以简化路由发现过程。 第九章：与新兴技术的融合与未来展望 本章探讨 Ad Hoc/WSN 技术栈如何与其他前沿领域交叉融合，驱动下一代网络的发展。 与物联网（IoT）的集成： 分析 WSN 作为 IoT 边缘感知层的功能，重点讨论低功耗广域网（LPWAN）标准（如 LoRa, NB-IoT）对传统 WSN 协议的影响。 软件定义网络（SDN）在 Ad Hoc 中的应用： 如何利用集中控制的优势来优化动态网络中的全局资源分配和安全策略。 基于机器学习的优化： 探索使用强化学习或深度学习技术来动态调整 MAC 层的参数、优化路由决策或进行异常数据检测，以应对高度不确定的环境。 --- 全书特色： 本书强调理论与实践的结合，每章后附有深入的案例分析和性能仿真对比，使用业界主流的仿真工具（如 NS-3 或 OMNeT++）结果来验证协议的性能，帮助读者不仅理解“如何工作”，更理解“为何有效”和“何时失效”。

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这本书的封面设计和排版风格，给我的第一印象是相当的**学术化和严谨**。它采用了深沉的蓝色调，配以简洁的白色字体，给人一种专业、可靠的感觉。我翻阅了目录，发现内容结构划分得非常细致，从基础理论的铺陈到前沿技术的探讨，逻辑线索清晰可见。特别是关于**网络拓扑的动态构建与优化**那几章，作者似乎投入了大量的篇幅来阐述不同环境下的适应性策略，这对于我们实际进行系统部署时至关重要。书中穿插了许多**数学模型和算法推导**，虽然初看起来有些晦涩，但结合附带的图示和实例分析，便能逐步理解其背后的原理。我尤其欣赏作者在讲解复杂概念时，总能适当地引入**现实世界中的应用场景**作为佐证，这极大地增强了阅读的代入感，让人能够跳出纯理论的框架，去思考这些技术如何解决实际问题。总而言之，这是一本**深度足够，兼具理论深度与工程实践指导意义**的专著，适合那些希望深入研究网络底层机制的专业人士。

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说实话，我最初拿到这本书时，是抱着一种**寻找快速入门指南**的心态，但很快我意识到自己可能误判了它的定位。这本书的内容深度远超我的预期，它更像是一部**详尽的参考手册或进阶教程**，而非面向初学者的导览。书中对于**能效管理和资源分配**这块的论述，简直可以说是详尽到令人咋舌的地步。作者不仅罗列了现有的几种主流协议，还对它们的**性能瓶颈进行了深入的剖析**，甚至提出了若干改进方向，这些分析往往需要读者具备扎实的概率论和优化理论基础才能完全领会。我特别注意到，作者在讨论**数据融合与可靠性传输**时，引用了大量近五年的顶尖会议论文作为支撑，这表明了其内容的**时效性和前沿性**。阅读过程中，我常常需要停下来，查阅一些背景知识，这虽然慢，但每一次的停顿都让我感觉自己对整个领域的理解又加深了一层。这本书无疑是**硬核的**，但对于渴望在专业领域深耕的人来说，这种“硬核”恰恰是其最大的价值所在。

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我尝试从**工程实现的视角**来审视这本书，发现它在**软硬件结合点**的描述上存在一定的留白，这或许是其作为理论导向型著作的必然取向。例如，书中对**硬件选型对网络性能的影响**着墨不多，更多关注的是算法和协议层面的优化。然而，这本书在**协议栈分层设计**的论述上，却达到了教科书级别的标准。作者对于每一层的职责划分，以及层间接口的规范性要求，都阐述得极其清晰，这对于正在构建自定义网络协议栈的团队来说，无疑是一份宝贵的蓝图。我最欣赏的一点是，它并不回避**现有技术的局限性**，而是坦诚地指出了在**极端环境（如高干扰、高密度）下**主流方案的衰退曲线，并提供了几种**理论上最优但实现复杂度极高**的替代方案作为对比。这种**批判性思维**贯穿始终，使得这本书不仅仅是知识的罗列，更像是对整个领域发展方向的一次深刻反思。

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这本书的**可读性**，说实话，是一个双刃剑。一方面，它在对**大规模网络分布式协同**问题的探讨上，展现了极高的学术水准，其对**异构网络间的互操作性**的处理逻辑，构建了一个非常完整的理论框架。另一方面，对于非计算机科学背景的读者来说，阅读门槛稍显陡峭。我发现书中大量的**流程图和状态机描述**，虽然精准，但在初次接触时需要花费大量精力去梳理其状态转移关系。我个人认为，如果能在关键章节后增加一些**“思维导图”或“核心概念总结”**的小板块，或许能有效缓解读者的认知负担。尽管如此，书中对**安全性和隐私保护**的章节处理得相当到位，它没有停留在概念层面，而是深入探讨了**基于信任模型的加密和认证机制**在资源受限环境下的可行性。这部分内容对于需要设计高安全系统的人来说，是极具参考价值的实战指导，充分体现了作者的**跨学科视野**。

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这本书的篇幅相当可观，拿在手上颇有分量，这直接反映了其内容的**广博与深入**。我特别感兴趣的是它对于**自组织网络（SONet）中“涌现行为”的建模**。作者引入了非线性动力学的方法来描述节点间的相互影响，这种跨领域的借鉴非常精彩，让原本看似随机的网络行为有迹可循。阅读过程中，我仿佛置身于一个大型的实验场，作者如同一个经验丰富的总工程师，引导我观察不同参数变化时网络整体表现的微妙差异。虽然书中许多公式的推导过程相当繁复，需要读者具备扎实的数学功底才能跟上节奏，但作者在**结论部分的总结陈词**总是能将复杂的数学语言提炼成简洁的工程指导原则，这一点做得非常出色。这本书的价值在于，它**重塑了我们理解网络动态性的思维框架**，而非仅仅提供一套即插即用的解决方案。它教会你如何**“思考”网络**，而不是简单地“操作”网络。

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