無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全和優(yōu)化

第一部分 緒論
第1章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 1
1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念和特點(diǎn) 1
1.1.1 基本概念 1
1.1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 2
1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 3
1.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì) 4
1.3.1 無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò) 4
1.3.2 泛在傳感器網(wǎng)絡(luò) 5
1.3.3 具有認(rèn)知功能的傳感器網(wǎng)絡(luò) 6
1.3.4 基于超寬帶（UWB）技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 7
1.3.5 基于協(xié)作通信技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 7
1.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議分層和關(guān)鍵問(wèn)題 8
參考文獻(xiàn) 11
第二部分 分簇策略和優(yōu)化
第2章 分簇結(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 14
2.1 分簇算法的基本概念 15
2.2 分簇算法基本目標(biāo)及其性能評(píng)價(jià) 17
2.3 WSN中分簇策略介紹 18
2.3.1 最小ID分簇算法 18
.2.3.2 LEACH及其改進(jìn)算法 19
2.3.3 GAF及其后期改進(jìn)算法 20
2.3.4 基于圖論的TopDisc算法 21
2.3.5 非均勻分簇思想解決熱區(qū)問(wèn)題 22
2.4 小結(jié) 23
參考文獻(xiàn) 23
第3章 基于圖論的能量有效的分簇算法 25
3.1 經(jīng)典的TopDisc算法 25
3.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通支配集算法 26
3.3 基于團(tuán)著色算法的分布式分簇算法 29
3.4 基于圖論聚合度的分簇策略 32
3.5 基于代數(shù)連通度的虛擬骨干網(wǎng)構(gòu)造方法 34
3.6 小結(jié) 35
參考文獻(xiàn) 36
第4章 安全可靠的分簇策略 38
4.1 分簇結(jié)構(gòu)中的安全問(wèn)題 38
4.2 安全分簇策略 39
4.2.1 基于可信度評(píng)價(jià)的安全分簇 39
4.2.2 移動(dòng)自組網(wǎng)中一種安全的最高節(jié)點(diǎn)度分簇算法 43
4.3 基于分簇結(jié)構(gòu)的安全可靠策略 44
4.3.1 基于可信分簇結(jié)構(gòu)的安全可靠策略 45
4.3.2 基于協(xié)同合作的可靠數(shù)據(jù)傳輸 46
4.3.3 基于異常節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的可靠數(shù)據(jù)融合方案 46
4.4 小結(jié) 46
參考文獻(xiàn) 47
第三部分 密鑰管理技術(shù)
第5章 基于分布式體系結(jié)構(gòu)的密鑰管理方案 49
5.1 密鑰管理的性能評(píng)價(jià) 49
5.2 隨機(jī)密鑰預(yù)分配方案 50
5.3 q-Composite隨機(jī)密鑰預(yù)分配方案 51
5.4 基于多項(xiàng)式的密鑰預(yù)分配方案 52
5.5 基于Blom的密鑰預(yù)分配方案 54
5.5.1 Blom密鑰預(yù)分配方案 54
5.5.2 多密鑰空間隨機(jī)密鑰預(yù)分配方案 55
5.6 基于對(duì)稱BIBD的密鑰預(yù)分配方案 55
5.7 基于填充設(shè)計(jì)的密鑰預(yù)分配方案 56
5.8 小結(jié) 60
參考文獻(xiàn) 60
第6章 基于分簇式的密鑰管理 62
6.1 低能耗密鑰管理方案 62
6.2 LEAP密鑰管理方案 63
6.3 基于橫截設(shè)計(jì)的密鑰預(yù)分配方案 65
6.4 基于簇的密鑰預(yù)分配方案 66
6.5 分簇傳感器網(wǎng)絡(luò)中對(duì)密鑰管理方案 68
6.6 基于ECC的密鑰管理方案 70
6.7 小結(jié) 71
參考文獻(xiàn) 72
第7章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中組密鑰管理 73
7.1 基于本地協(xié)作的組密鑰分發(fā)方案 73
7.2 邏輯密鑰層次LKH方案 74
7.3 基于路由信息的組密鑰分發(fā)方案 76
7.4 基于節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定性的層次密鑰管理方案 77
7.5 基于對(duì)稱密鑰的組密鑰更新方案 80
7.6 小結(jié) 81
參考文獻(xiàn) 81
第四部分 路由協(xié)議和安全
第8章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議 82
8.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議概述 82
8.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的特點(diǎn) 82
8.1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo) 83
8.1.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究現(xiàn)狀 84
8.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議 85
8.2.1 基于數(shù)據(jù)為中心的平面路由協(xié)議 85
8.2.2 基于查詢的路由協(xié)議 87
8.2.3 層次路由協(xié)議 89
8.2.4 地理位置路由協(xié)議 92
8.2.5 能量感知路由協(xié)議 94
8.3 小結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 96
第9章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由協(xié)議 99
9.1 VMRRP 99
9.1.1 源節(jié)點(diǎn)初始化 99
9.1.2 鄰居節(jié)點(diǎn)信息表的建立 100
9.1.3 隨機(jī)策略 100
9.1.4 路由算法流程 100
9.2 GridMulticast 101
9.2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格分布 102
9.2.2 能量消耗模型 102
9.2.3 GridMulticast協(xié)議 103
9.3 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的組播路由 104
9.3.1 網(wǎng)絡(luò)編碼 104
9.3.2 路由算法 105
9.4 能量平衡的組播路由協(xié)議 106
9.5 小結(jié) 108
參考文獻(xiàn) 108
第10章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全路由協(xié)議 110
10.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的安全威脅 110
10.1.1 攻擊類型 110
10.1.2 典型路由協(xié)議的安全威脅 111
10.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全路由協(xié)議 112
10.2.1 SPINS安全協(xié)議 112
10.2.2 基于能量?jī)?yōu)化的安全路由協(xié)議 113
10.2.3 INSENSE容侵路由協(xié)議 114
10.2.4 高效的匿名路由協(xié)議 115
10.2.5 協(xié)作式安全路由協(xié)議 117
10.3 小結(jié) 119
參考文獻(xiàn) 119
第五部分 拓?fù)淙蒎e(cuò)優(yōu)化
第11章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙蒎e(cuò)優(yōu)化 121
11.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂?121
11.1.1 集中式的拓?fù)淇刂?122
11.1.2 分布式的拓?fù)淇刂?122
11.1.3 拓?fù)淇刂泼媾R的問(wèn)題 123
11.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)技術(shù) 123
11.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淙蒎e(cuò)優(yōu)化 124
11.3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)拓?fù)淇刂?124
11.3.2 小世界模型在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 127
11.3.3 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 128
11.4 小結(jié) 128
參考文獻(xiàn) 129
第12章 基于小世界的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化 131
12.1 小世界網(wǎng)絡(luò)及其在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用簡(jiǎn)介 131
12.2 基于小世界模型點(diǎn)集聚系數(shù)的簇優(yōu)化 132
12.2.1 RLOC算法采用的網(wǎng)絡(luò)模型 132
12.2.2 刪除連邊優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?133
12.2.3 算法小結(jié) 135
12.3 基于小世界模型邊集聚系數(shù)的分簇算法 135
12.3.1 SMCA算法基于的網(wǎng)絡(luò)模型 136
12.3.2 SMCA算法的主要步驟 136
12.3.3 數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚煞椒ㄅc模型分析 137
12.3.4 算法小結(jié) 138
12.4 基于小世界模型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化 138
12.4.1 網(wǎng)絡(luò)模型 138
12.4.2 線的放置方式 139
12.4.3 數(shù)據(jù)傳輸方式判斷 139
12.4.4 算法小結(jié) 140
12.5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)抗毀性研究 140
12.5.1 網(wǎng)絡(luò)模型與基本概念 140
12.5.2 網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)度 140
12.5.3 網(wǎng)絡(luò)抗毀性測(cè)度 141
12.5.4 基于小世界模型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)抗毀性研究 141
12.6 小結(jié) 142
參考文獻(xiàn) 142
第13章 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的拓?fù)淙蒎e(cuò)研究 144
13.1 數(shù)據(jù)內(nèi)部編碼 144
13.2 數(shù)據(jù)之間編碼 147
13.2.1 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)保護(hù)策略 147
13.2.2 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的分簇傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路容錯(cuò)策略 148
13.3 小結(jié) 153
參考文獻(xiàn) 153
第六部分 MAC協(xié)議和優(yōu)化
第14章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議 155
14.1 WSN MAC協(xié)議與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議比較 155
14.2 WSN MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)因素 156
14.3 WSN MAC協(xié)議分類 158
14.4 WSN MAC協(xié)議分析 159
14.4.1 基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議 159
14.4.2 基于調(diào)度的MAC協(xié)議 163
14.4.3 混合MAC協(xié)議 164
14.5 小結(jié) 167
參考文獻(xiàn) 167
第15章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層建模 169
15.1 基于博弈論的MAC模型 169
15.1.1 DCF博弈 169
15.1.2 基于DCF博弈的接入方案 170
15.2 單跳WSN的二維馬爾可夫鏈模型 171
15.2.1 單個(gè)節(jié)點(diǎn)的分組發(fā)送概率 171
15.2.2 飽和吞吐量 174
15.3 多跳WSN的等效帶寬模型 175
15.4 適合于時(shí)隙IEEE 802.15.4的一種新的分析模型 177
15.5 小結(jié) 178
參考文獻(xiàn) 178
第16章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層優(yōu)化 180
16.1 低延遲的WSN MAC協(xié)議 180
16.1.1 AC-MAC協(xié)議 180
16.1.2 自適應(yīng)睡眠機(jī)制 180
16.1.3 WiseMAC協(xié)議 181
16.1.4 LEEM協(xié)議 181
16.1.5 P-MAC協(xié)議 182
16.1.6 CMMAC-SD協(xié)議 183
16.1.7 LP-MAC協(xié)議 186
16.2 高吞吐量的MAC協(xié)議 186
16.2.1 ADEE-MAC協(xié)議 186
16.2.2 LPDMAC協(xié)議 187
16.2.3 自適應(yīng)SMAC協(xié)議 188
16.3 低丟包率的WSN MAC協(xié)議 188
16.3.1 C-TDMA-SMAC協(xié)議 188
16.3.2 R-MAC協(xié)議 189
16.4 小結(jié) 189
參考文獻(xiàn) 189
第七部分 節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)
第17章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位機(jī)制 191
17.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位機(jī)制概述 191
17.1.1 節(jié)點(diǎn)定位機(jī)制的相關(guān)術(shù)語(yǔ) 192
17.1.2 節(jié)點(diǎn)定位的基本原理 192
17.1.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位機(jī)制的分類 193
17.2 基于測(cè)距及無(wú)須測(cè)距的經(jīng)典定位算法 194
17.2.1 基于測(cè)距的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù) 194
17.2.2 無(wú)須測(cè)距的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù) 196
17.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法的評(píng)判要素 199
17.4 節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 200
參考文獻(xiàn) 202
第18章 DV-HOP定位算法及其優(yōu)化 205
18.1 無(wú)須測(cè)距定位技術(shù)的優(yōu)劣分析 205
18.1.1 無(wú)須測(cè)距定位機(jī)制在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)劣 205
18.1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)方案的選取 206
18.2 DV-Hop定位算法 206
18.2.1 DV-Hop定位算法介紹 206
18.2.2 DV-Hop定位算法性能分析 209
18.3 DV-Hop定位算法的定位精度改進(jìn) 213
18.3.1 基于鄰居節(jié)點(diǎn)空間順序序列優(yōu)化的DV-Hop定位算法 214
18.3.2 基于節(jié)點(diǎn)重疊度優(yōu)化的DV-Hop定位算法 215
18.4 無(wú)須測(cè)距的定位算法面臨的挑戰(zhàn) 216
18.5 小結(jié) 218
參考文獻(xiàn) 218
第19章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安全定位技術(shù) 220
19.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)安全分析 220
19.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)安全性需求 220
19.1.2 節(jié)點(diǎn)安全定位策略的分析 222
19.2 基于惡意信標(biāo)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的安全策略 225
19.2.1 基于檢查點(diǎn)的信標(biāo)篩選法方案 226
19.2.2 檢測(cè)率分析 226
19.3 一種容忍攻擊的傳感器節(jié)點(diǎn)定位算法 227
19.3.1 AtLoc算法模型的相關(guān)假設(shè) 227
19.3.2 安全參照集的檢驗(yàn)方法 228
19.3.3 尋找最小安全參照集 229
19.3.4 異常點(diǎn)的診斷 229
19.3.5 相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 230
19.4 小結(jié) 231
參考文獻(xiàn) 231
第八部分 跨層協(xié)作與優(yōu)化
第20章 跨層協(xié)作設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 233
20.1 跨層協(xié)作體系結(jié)構(gòu) 234
20.1.1 TinyCubus體系結(jié)構(gòu) 234
20.1.2 OA-CLD體系結(jié)構(gòu) 235
20.1.3 CiNET體系結(jié)構(gòu) 236
20.1.4 可編程跨層體系結(jié)構(gòu) 237
20.1.5 CRA-CCSS體系結(jié)構(gòu) 237
20.2 跨層協(xié)作建模 238
20.2.1 基于效用與損耗優(yōu)化的跨層建模 238
20.2.2 基于凸優(yōu)化的跨層建模 240
20.3 跨層協(xié)作的安全與優(yōu)化 242
20.3.1 跨層協(xié)作安全機(jī)制 242
20.3.2 跨層協(xié)作QoS機(jī)制 243
20.3.3 跨層協(xié)作節(jié)能機(jī)制 243
20.4 小結(jié) 244
參考文獻(xiàn) 245
第21章 跨層協(xié)作MAC協(xié)議 247
21.1 基于最佳中繼的跨層MAC協(xié)議 247
21.2 MCWTCP協(xié)議 249
21.3 基于多包接收的跨層MAC協(xié)議 250
21.4 多信道MAC跨層協(xié)議 253
21.5 PRMAC協(xié)議 256
21.6 CLEE-MAC協(xié)議 258
21.7 小結(jié) 259
參考文獻(xiàn) 259
第22章 基于跨層協(xié)作的路由協(xié)議 261
22.1 基于時(shí)延優(yōu)化的跨層協(xié)作路由協(xié)議 261
22.1.1 機(jī)會(huì)中繼選擇技術(shù) 261
22.1.2 協(xié)議實(shí)現(xiàn) 262
22.2 基于TCP性能優(yōu)化的跨層協(xié)作路由協(xié)議：RP-DSR 265
22.3 基于節(jié)能和QoS保證的跨層協(xié)作路由協(xié)議 266
22.3.1 模糊控制系統(tǒng)建模 266
22.3.2 EQ-DSR路由協(xié)議描述 269
22.4 基于多判據(jù)的路由協(xié)議ACRO 270
22.5 小結(jié) 272
參考文獻(xiàn) 273