無線傳感器網(wǎng)絡的安全和優(yōu)化

第一部分 緒論
第1章 無線傳感器網(wǎng)絡概述 1
1.1 無線傳感器網(wǎng)絡的概念和特點 1
1.1.1 基本概念 1
1.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡的特點 2
1.2 無線傳感器網(wǎng)絡的應用 3
1.3 無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢 4
1.3.1 無線多媒體傳感器網(wǎng)絡 4
1.3.2 泛在傳感器網(wǎng)絡 5
1.3.3 具有認知功能的傳感器網(wǎng)絡 6
1.3.4 基于超寬帶（UWB）技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡 7
1.3.5 基于協(xié)作通信技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡 7
1.4 無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議分層和關(guān)鍵問題 8
參考文獻 11
第二部分 分簇策略和優(yōu)化
第2章 分簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡 14
2.1 分簇算法的基本概念 15
2.2 分簇算法基本目標及其性能評價 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及其改進算法 19
2.3.3 GAF及其后期改進算法 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)問題 22
2.4 小結(jié) 23
參考文獻 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 無線傳感器網(wǎng)絡連通支配集算法 26
3.3 基于團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 36
第4章 安全可靠的分簇策略 38
4.1 分簇結(jié)構(gòu)中的安全問題 38
4.2 安全分簇策略 39
4.2.1 基于可信度評價的安全分簇 39
4.2.2 移動自組網(wǎng)中一種安全的最高節(jié)點度分簇算法 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)點檢測的可靠數(shù)據(jù)融合方案 46
4.4 小結(jié) 46
參考文獻 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 密鑰管理的性能評價 49
5.2 隨機密鑰預分配方案 50
5.3 q-Composite隨機密鑰預分配方案 51
5.4 基于多項式的密鑰預分配方案 52
5.5 基于Blom的密鑰預分配方案 54
5.5.1 Blom密鑰預分配方案 54
5.5.2 多密鑰空間隨機密鑰預分配方案 55
5.6 基于對稱BIBD的密鑰預分配方案 55
5.7 基于填充設(shè)計的密鑰預分配方案 56
5.8 小結(jié) 60
參考文獻 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)計的密鑰預分配方案 65
6.4 基于簇的密鑰預分配方案 66
6.5 分簇傳感器網(wǎng)絡中對密鑰管理方案 68
6.6 基于ECC的密鑰管理方案 70
6.7 小結(jié) 71
參考文獻 72
第7章 無線傳感器網(wǎng)絡中組密鑰管理 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)點穩(wěn)定性的層次密鑰管理方案 77
7.5 基于對稱密鑰的組密鑰更新方案 80
7.6 小結(jié) 81
參考文獻 81
第四部分 路由協(xié)議和安全
第8章 無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議 82
8.1 無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議概述 82
8.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的特點 82
8.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的設(shè)計目標 83
8.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的研究現(xiàn)狀 84
8.2 無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(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 96
第9章 無線傳感器網(wǎng)絡組播路由協(xié)議 99
9.1 VMRRP 99
9.1.1 源節(jié)點初始化 99
9.1.2 鄰居節(jié)點信息表的建立 100
9.1.3 隨機策略 100
9.1.4 路由算法流程 100
9.2 GridMulticast 101
9.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡的網(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)絡編碼的組播路由 104
9.3.1 網(wǎng)絡編碼 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 108
第10章 無線傳感器網(wǎng)絡安全路由協(xié)議 110
10.1 無線傳感器網(wǎng)絡路由協(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 無線傳感器網(wǎng)絡的安全路由協(xié)議 112
10.2.1 SPINS安全協(xié)議 112
10.2.2 基于能量優(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 119
第五部分 拓撲容錯優(yōu)化
第11章 無線傳感器網(wǎng)絡拓撲容錯優(yōu)化 121
11.1 無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲控制 121
11.1.1 集中式的拓撲控制 122
11.1.2 分布式的拓撲控制 122
11.1.3 拓撲控制面臨的問題 123
11.2 無線傳感器網(wǎng)絡的容錯技術(shù) 123
11.3 無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲容錯優(yōu)化 124
11.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡容錯拓撲控制 124
11.3.2 小世界模型在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用 127
11.3.3 網(wǎng)絡編碼技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用 128
11.4 小結(jié) 128
參考文獻 129
第12章 基于小世界的無線傳感器網(wǎng)絡拓撲優(yōu)化 131
12.1 小世界網(wǎng)絡及其在無線網(wǎng)絡中的應用簡介 131
12.2 基于小世界模型點集聚系數(shù)的簇優(yōu)化 132
12.2.1 RLOC算法采用的網(wǎng)絡模型 132
12.2.2 刪除連邊優(yōu)化網(wǎng)絡拓撲 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線傳感器網(wǎng)絡拓撲優(yōu)化 138
12.4.1 網(wǎng)絡模型 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 無線傳感器網(wǎng)絡抗毀性研究 140
12.5.1 網(wǎng)絡模型與基本概念 140
12.5.2 網(wǎng)絡連通性測度 140
12.5.3 網(wǎng)絡抗毀性測度 141
12.5.4 基于小世界模型的無線傳感器網(wǎng)絡抗毀性研究 141
12.6 小結(jié) 142
參考文獻 142
第13章 基于網(wǎng)絡編碼的拓撲容錯研究 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)絡編碼的數(shù)據(jù)保護策略 147
13.2.2 基于網(wǎng)絡編碼的分簇傳感器網(wǎng)絡鏈路容錯策略 148
13.3 小結(jié) 153
參考文獻 153
第六部分 MAC協(xié)議和優(yōu)化
第14章 無線傳感器網(wǎng)絡MAC層協(xié)議 155
14.1 WSN MAC協(xié)議與Ad Hoc網(wǎng)絡MAC協(xié)議比較 155
14.2 WSN MAC協(xié)議的設(shè)計因素 156
14.3 WSN MAC協(xié)議分類 158
14.4 WSN MAC協(xié)議分析 159
14.4.1 基于競爭的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 167
第15章 無線傳感器網(wǎng)絡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 單個節(jié)點的分組發(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 178
第16章 無線傳感器網(wǎng)絡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 自適應睡眠機制 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 189
第七部分 節(jié)點定位技術(shù)
第17章 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位機制 191
17.1 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位機制概述 191
17.1.1 節(jié)點定位機制的相關(guān)術(shù)語 192
17.1.2 節(jié)點定位的基本原理 192
17.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位機制的分類 193
17.2 基于測距及無須測距的經(jīng)典定位算法 194
17.2.1 基于測距的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位技術(shù) 194
17.2.2 無須測距的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位技術(shù) 196
17.3 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位算法的評判要素 199
17.4 節(jié)點定位技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡的應用 200
參考文獻 202
第18章 DV-HOP定位算法及其優(yōu)化 205
18.1 無須測距定位技術(shù)的優(yōu)劣分析 205
18.1.1 無須測距定位機制在無線傳感器網(wǎng)絡中的優(yōu)劣 205
18.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位技術(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 213
18.3.1 基于鄰居節(jié)點空間順序序列優(yōu)化的DV-Hop定位算法 214
18.3.2 基于節(jié)點重疊度優(yōu)化的DV-Hop定位算法 215
18.4 無須測距的定位算法面臨的挑戰(zhàn) 216
18.5 小結(jié) 218
參考文獻 218
第19章 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點安全定位技術(shù) 220
19.1 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位系統(tǒng)安全分析 220
19.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位系統(tǒng)安全性需求 220
19.1.2 節(jié)點安全定位策略的分析 222
19.2 基于惡意信標節(jié)點檢測的安全策略 225
19.2.1 基于檢查點的信標篩選法方案 226
19.2.2 檢測率分析 226
19.3 一種容忍攻擊的傳感器節(jié)點定位算法 227
19.3.1 AtLoc算法模型的相關(guān)假設(shè) 227
19.3.2 安全參照集的檢驗方法 228
19.3.3 尋找最小安全參照集 229
19.3.4 異常點的診斷 229
19.3.5 相關(guān)實驗結(jié)果分析 230
19.4 小結(jié) 231
參考文獻 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)作安全機制 242
20.3.2 跨層協(xié)作QoS機制 243
20.3.3 跨層協(xié)作節(jié)能機制 243
20.4 小結(jié) 244
參考文獻 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 259
第22章 基于跨層協(xié)作的路由協(xié)議 261
22.1 基于時延優(yōu)化的跨層協(xié)作路由協(xié)議 261
22.1.1 機會中繼選擇技術(shù) 261
22.1.2 協(xié)議實現(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 273