Topology Control in Wireless AD Hoc and Sensor Networks pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Santi, Paolo

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2005-9

价格:868.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780470094532

丛书系列:

图书标签:

无线Ad Hoc网络
传感器网络
拓扑控制
路由协议
网络优化
无线通信
分布式算法
能量效率
网络覆盖
连通性

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具体描述

Topology control is fundamental to solving scalability and capacity problems in large-scale wireless ad hoc and sensor networks. Forthcoming wireless multi-hop networks such as ad hoc and sensor networks will allow network nodes to control the communication topology by choosing their transmitting ranges. Briefly, topology control (TC) is the art of co-ordinating nodes’ decisions regarding their transmitting ranges, to generate a network with the desired features. Building an optimized network topology helps surpass the prevalent scalability and capacity problems. Topology Control in Wireless Ad Hoc and Sensor Networks makes the case for topology control and provides an exhaustive coverage of TC techniques in wireless ad hoc and sensor networks, considering both stationary networks, to which most of the existing solutions are tailored, and mobile networks. The author introduces a new taxonomy of topology control and gives a full explication of the applications and challenges of this important topic. Topology Control in Wireless Ad Hoc and Sensor Networks: Defines topology control and explains its necessity, considering both stationary and mobile networks. Describes the most representative TC protocols and their performance. Covers the critical transmitting range for stationary and mobile networks, topology optimization problems such as energy efficiency, and distributed topology control. Discusses implementation and ‘open issues’, including realistic models and the effect of multi-hop data traffic. Presents a case study on routing protocol design, to demonstrate how TC can ease the design of cooperative routing protocols. This invaluable text will provide graduate students in Computer Science, Electrical and Computer Engineering, Applied Mathematics and Physics, researchers in the field of ad hoc networking, and professionals in wireless telecoms as well as networking system developers with a single reference resource on topology control.

移动自组网与传感器网络中的覆盖与连接：优化资源利用的理论与实践本书聚焦于无线自组网络（Wireless Ad Hoc Networks, MANETs）和无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSNs）中的核心挑战——如何高效地在特定拓扑结构下实现网络的连通性与覆盖率，同时最大限度地节约有限的能量和通信资源。本书并非关于拓扑控制的直接论述，而是深入探讨了在网络结构动态变化或资源受限的场景下，维持网络功能所必需的覆盖优化、路由效率、以及能量感知设计等关键议题。我们将从网络部署、拓扑维持、信息传输效率等多个维度，构建一个全面的理论框架和实践指导。 --- 第一部分：网络基础与覆盖度量本部分旨在为后续的优化问题奠定坚实的理论基础，重点关注网络覆盖的定义、量化方法，以及在资源受限环境下部署网络的初始挑战。第一章：无线网络模型与性能指标本章首先回顾了无线通信模型（如路径损耗模型、阴影衰落）在分析大规模网络时的适用性。随后，我们将详细阐述衡量网络性能的两个核心指标： 1. 覆盖率（Coverage）：定义了网络中哪些区域被至少一个传感器节点“感知”到。我们将区分完全覆盖（Full Coverage）、概率覆盖（Probabilistic Coverage），并探讨如何建立精确的覆盖度量函数，特别是针对具有不同感知半径的异构节点。 2. 连通性（Connectivity）：确保网络中所有节点（或至少是所有目标区域）之间存在一条可通信的路径。讨论了从连通性到$k$-连通性的要求，以及如何在能耗约束下保证连通性的鲁棒性。第二章：网络部署与初始拓扑生成在实际部署场景中，如何决定节点的放置位置是影响后续性能的关键。本章探讨了随机部署模型（如泊松点过程）下的覆盖与连通概率分析，并引入了最小节点覆盖问题（Minimum Set Cover）的变体在传感器网络中的应用。几何覆盖问题：讨论如何通过优化部署密度来达到预定的覆盖阈值。鲁棒性初步分析：介绍在节点随机失效或通信中断的情况下，初始拓扑如何影响网络的抗毁性。 --- 第二部分：能量效率与网络生命周期管理能耗是无线传感器网络面临的最根本制约。本部分将探讨如何设计算法以延长网络整体的生存时间，而非仅仅关注单个节点的通信效率。第三章：能耗建模与优化目标详细分析了无线电能耗模型，区分传输能耗和接收能耗，并考虑了电路开关的待机能耗。本章的核心是定义网络生命周期的优化目标： 1. 最大化生存时间（Maximizing Lifetime）：通过负载均衡和周期性休眠机制，确保网络在尽可能长的时间内保持必要的覆盖或连通性。 2. 能量感知路由（Energy-Aware Routing）：介绍如何将剩余能量作为路由决策的关键因素，避免“热点”区域的过早死亡。第四章：周期性休眠与时间同步机制为了节约能量，节点必须周期性地进入休眠状态。本章深入研究了如何协调休眠和唤醒时间：覆盖维持下的休眠调度：确保即使在休眠期间，目标区域的关键覆盖点仍由活跃节点承担。这涉及到时间覆盖（Temporal Coverage）的概念。基于时间的连通性维护：讨论如何利用同步机制保证在不同时间轮次（Time Slot）中，网络关键路径上的节点能够按时唤醒以传递数据。 --- 第三部分：路由效率与数据传输架构本部分将重点放在如何设计高效的路由协议，使得数据能够在保持网络覆盖和连通的前提下，快速、可靠地传输到Sink（汇聚点）。第五章：基于拓扑结构的路由选择虽然本书不侧重于拓扑控制，但理解路由协议如何利用（或忽略）底层拓扑结构至关重要。本章分析了传统MANETs中的路由算法（如AODV、DSR）在能耗和开销上的局限性。结构化路由的挑战：当网络拓扑高度动态变化时，维护全局视图的开销巨大。最小生成树（MST）与最短路径路由：讨论在静态或准静态网络中，如何利用计算出的逻辑连通结构来指导数据流，以最小化跳数或能耗。第六章：数据汇聚与冗余消除在传感器网络中，收集到的数据往往具有很高的冗余性。本章关注如何通过高效的数据汇聚策略来减少不必要的传输开销： 1. 数据聚合（Data Aggregation）：在网络中间节点进行数据的汇总、过滤和压缩，以减少传输到Sink的数据量。 2. 路由中的冗余路径管理：探讨如何识别并抑制网络中多余的连接，确保数据流仅通过最优路径（基于能耗或延迟），从而间接降低不必要的接收和干扰。 --- 第四部分：异构网络与跨层设计考量现代无线网络通常由不同能力、不同密度的节点组成。本部分探讨了如何应对网络异构性，并强调了跨层优化设计的重要性。第七章：异构网络的覆盖与连通性挑战当节点具有不同的感知半径、通信范围或能量储备时，传统的均匀模型失效。能力感知部署：讨论如何利用高能力节点（如高能耗节点或大传输范围节点）来桥接低能力节点之间的通信鸿沟。保护关键节点：针对核心功能节点（如Sink或关键的Relay节点），设计特殊的能量保护机制，确保网络关键部分的持续运作。第八章：跨层交互对网络性能的影响网络的性能优化往往需要在物理层（信号强度）、链路层（冲突避免）、网络层（路由）之间进行权衡。链路层反馈对路由的修正：讨论如何利用实时的误码率（BER）或丢包率信息，动态调整路由选择，避免选择质量差的链路，即使这些链路看起来在能量上更优。物理层功率控制与拓扑隐性影响：分析功率调节如何直接改变邻居集合（即底层拓扑），进而影响上层路由的连通性和覆盖的稳定性。 --- 总结与展望：本书通过对覆盖、连通性、能量管理和路由效率的综合分析，为构建高效、可持续的无线自组网和传感器网络提供了深入的洞察。我们强调，网络的性能优化是一个整体性的跨层工程，任何单一层次的激进优化都可能以牺牲整体的鲁棒性或生命周期为代价。最终目标是在满足应用需求（如延迟、覆盖率）的同时，实现对有限无线频谱和能量资源的最佳利用。本书为研究人员和高级工程师提供了必要的高级分析工具和设计范例。