水下傳感器網(wǎng)絡(luò)采用聲波進(jìn)行通信，具有長時延、低帶寬、高誤碼率、動態(tài)拓?fù)洹⒛芰渴芟薜认盗刑匦裕?jié)點的有限資源決定了其上運(yùn)行的協(xié)議不能太復(fù)雜，現(xiàn)有通信協(xié)議棧難以滿足水下傳感器網(wǎng)絡(luò)性能要求。本書分析了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用、通信特點，傳統(tǒng)協(xié)議架構(gòu)在水下傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用局限性，闡述了MicroANP通信協(xié)議架構(gòu)及水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的各層協(xié)議與關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)，并進(jìn)一步給出MicroANP架構(gòu)的實現(xiàn)。本書的編寫重視理論結(jié)合實際應(yīng)用，使相關(guān)領(lǐng)域的讀者能夠比較容易的理解該書內(nèi)容。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）將客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡(luò)連接在一起，擴(kuò)展了人們的信息獲取和管控能力，在國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、目標(biāo)跟蹤、搶險救災(zāi)、智能控制、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，成為信息科學(xué)的重要研究領(lǐng)域。將傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到水環(huán)境中的新型網(wǎng)絡(luò)形式——水下傳感器網(wǎng)絡(luò)（UWSN）的研究與應(yīng)用也逐漸受到各國工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、科研機(jī)構(gòu)等極大關(guān)注，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)直接細(xì)粒度的實時數(shù)據(jù)為有效解決水下監(jiān)測提供重要保障基礎(chǔ)。 目前存在多種無線通信協(xié)議，不同生產(chǎn)廠家在硬件平臺、操作系統(tǒng)等方面沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee協(xié)議棧在物理層與數(shù)據(jù)鏈路層基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.4是為省電而設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，要求短時間的數(shù)據(jù)傳輸操作，不能傳輸大量數(shù)據(jù)。IEEE802.11無線通信能夠傳送很大數(shù)據(jù)量，但是耗電量很多，不適用于長延時、低帶寬、高錯誤率、有限能量、稀疏拓?fù)涞腢WSN網(wǎng)絡(luò)要求。水聲信道的獨有特性使UWSN協(xié)議設(shè)計面臨諸多挑戰(zhàn)。目前UWSN研究正處于起步階段，且多集中在路由和MAC層，針對UWSN的協(xié)議體系架構(gòu)較少有人問津。 UWSN傳感器節(jié)點的計算、存儲、能量等資源十分有限，其上運(yùn)行的協(xié)議棧不能太復(fù)雜。迄今為止的UWSN研究大多基于傳統(tǒng)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層的五層協(xié)議模型，基于該五層模型的研究表明，在水下信道復(fù)雜多變、節(jié)點資源有限的UWSN環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)高效性只有通過跨層設(shè)計來實現(xiàn)。為了克服分層設(shè)計帶來信息不能共享的短板，根據(jù)具體應(yīng)用將從物理層、MAC層，再到路由、傳輸和應(yīng)用層，從傳輸功率控制、信道編碼、路由實現(xiàn)到可靠傳輸?shù)炔捎每鐚觾?yōu)化設(shè)計，將某一層的性能變化、運(yùn)行狀況、字段信息等向隸屬其他層的協(xié)議匯報并使其他層協(xié)議的決策做出合適調(diào)整，從而充分利用UWSN的有限資源，但過多的跨層設(shè)計會帶來無法克服的復(fù)雜問題。 本書闡述了Micro-ANP通信協(xié)議架構(gòu)及該協(xié)議架構(gòu)下水下傳感器的物理層和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)計。杜秀娟負(fù)責(zé)全書的設(shè)計、統(tǒng)稿和修改，編寫了第1、第6和第8章，并與天津大學(xué)的蘇毅珊博士合作編寫了第2～第5章；第7章由蘇毅珊博士負(fù)責(zé)撰寫。感謝蘇博士所做的大量工作，同時也感謝天津大學(xué)的金志剛教授，他為本書的撰寫提出了很多寶貴意見。 由于水平有限，書中的不妥之處在所難免，希望廣大讀者惠于賜教。作者將在汲取大家意見和建議的基礎(chǔ)上，不斷完善書中內(nèi)容，為推動該領(lǐng)域的進(jìn)步盡一份綿薄之力。
前言
第1章 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)概述
1．1 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)
1．2 水聲通信的特點
1．3 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的問題與挑戰(zhàn)
參考文獻(xiàn)
第2章 Micro-ANP協(xié)議體系架構(gòu)
2．1傳統(tǒng)協(xié)議架構(gòu)在水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的局限性
2．1．1 FCP／IP應(yīng)用層在UWSN的應(yīng)用局限
2．1．2 TCP／IP傳輸層在UWSN的應(yīng)用局限性
2．1．3 TCP／IP網(wǎng)絡(luò)層在UWSN的應(yīng)用局限性
2．1．4 FCP／IP數(shù)據(jù)鏈路層在UWSN的應(yīng)用局限性
2．1．5 TCP／IP物理層在UWSN的應(yīng)用局限性
2．1．6 ZigBee協(xié)議棧在UWSN網(wǎng)絡(luò)中的局限性分析
2．2 Micro-ANP協(xié)議體系架構(gòu)
2．3 Micro-ANP包負(fù)載優(yōu)化
2．4 水下網(wǎng)絡(luò)模擬器與試驗床
2．4．1 主流網(wǎng)絡(luò)仿真器簡介
2．4．2 UWSN模擬器發(fā)展現(xiàn)狀及分析
2．4．3 基于模塊化的LIWSN模擬器平臺設(shè)計
2．4．4 Aqua-Sim2性能評價
2．4．5 多功能水下網(wǎng)絡(luò)試驗床
2．5 基于NS2和Aqua-Sim的Micro-ANP架構(gòu)模型仿真實現(xiàn)
2．5．1 NS2與Aqua-Sim仿真平臺
2．5．2 Micro-ANP仿真中的結(jié)構(gòu)定義
參考文獻(xiàn)
第3章 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層
3．1 水聲信道特性
3．1．1 水聲信道衰減模型
3．1．2 水聲信道時延及時延抖動
3．1．3 水聲信道可用帶寬
3．1．4 水聲信道多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)
3．1．5 水聲信道空間復(fù)用模型
3．2 水聲通信技術(shù)
3．2．1 水聲通信技術(shù)發(fā)展歷史
3．2．2 相位相干水聲通信的研究現(xiàn)狀
3．2．3 多載波水聲通信的研究現(xiàn)狀
3．2．4 網(wǎng)絡(luò)編碼
3．2．5 水下網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)編碼面臨挑戰(zhàn)
3．3 水下認(rèn)知聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)
3．3．1 水下聲學(xué)“系統(tǒng)”
3．3．2 水下頻譜的不充分利用
3．3．3 頻譜管理策略
3．3．4 環(huán)境感知
3．3．5 頻譜共享
3．3．6 物理層參數(shù)重配置
3．3．7 LJCAN面臨挑戰(zhàn)
3．4 Micro-ANP架構(gòu)的物理層仿真實現(xiàn)
3．4．1 UnderwaterPropagation類
3．4．2 EnergyModel類
3．4．3 I_JnderwaterChannel類
3．4．4 UnderwaterPhy類
參考文獻(xiàn)
第4章 MAC協(xié)議
4．1 MAC協(xié)議概述
4．2 SlottedFAMA
4．2．1 Slotted FAMA工作流程
4．2．2 Slotted FAMA協(xié)議吞吐量分析
4．3 T-LOhi
4．4 U-PC．MAC
4．4．1 LJPC．MAC機(jī)制
4．4．2 功率控制算法
4．4．3 速率調(diào)整算法
4．5 多信道協(xié)議UMMAC
4．5．1 IJMMAC機(jī)制
4．5．2 多信道隱蔽終端問題
4．5．3 聯(lián)合信道分配與功率控制算法
4．6 SFM-MAC
4．6．1 SFM．MAC概述
4．6．2 SFM-MAC分析與討論
4．7 基于CDMA和節(jié)點狀態(tài)的MAC協(xié)議
4．7．1 傳統(tǒng)的基于CDMA的MAC協(xié)議
4．7．2 基于狀態(tài)的MAC協(xié)議
4．8 MAC協(xié)議在Micro-ANP下的仿真實現(xiàn)
4．8．1 MAC協(xié)議的相關(guān)結(jié)構(gòu)與類
4．8．2 LlnderwaterMac類的定義與實現(xiàn)
4．8．3 BoradcastMac類的定義與實現(xiàn)
4．8．4 基于CDMA與節(jié)點狀態(tài)的MAC協(xié)議類的定義與實現(xiàn)
參考文獻(xiàn)
第5章 路由協(xié)議
5．1 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類
5．2 水下網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究現(xiàn)狀
5．2．1 基于矢量轉(zhuǎn)發(fā)路由協(xié)議VBF_l
5．2．2 FBR
5．2．3 基于深度路由協(xié)議DBR．
5．2．4 水下DTN路由協(xié)議
5．3 基于層級的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)地理路由協(xié)議
5．3．1 基于層級的定向泛洪
5．3．2 上行流量自適應(yīng)路由
5．3．3 基于層級和位置的下行路由機(jī)制
5．3．4 性能評估
5．4 Micro．砧帥架構(gòu)下路由協(xié)議仿真實現(xiàn)
5．4．1 靜態(tài)路由算法
5．4．2 LB-AGR路由協(xié)議與實現(xiàn)
參考文獻(xiàn)
第6章 基于RLT的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)逐跳可靠傳輸機(jī)制
6．1 傳統(tǒng)的可靠傳輸機(jī)制在uwSN中的應(yīng)用局限
6．2 RLT編碼方案
6．2．1 RLT度分布
6．2．2 RLT編解碼過程
6．2．3 RLT編碼統(tǒng)計分析
6．3 基于RLT的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)逐跳可靠傳輸機(jī)制
6．4 性能評估
6．4．1 仿真結(jié)果
6．4．2 性能對比
參考文獻(xiàn)
第7章 水下節(jié)點定位技術(shù)
7．1 非測距定位技術(shù)
7．2 距離相關(guān)定位技術(shù)
7．2．1 測距技術(shù)
7．2．2 基于固定節(jié)點的距離相關(guān)定位技術(shù)
7．3 水中哺乳動物被動定位算法及運(yùn)動預(yù)測算法
7．3．1 水下哺乳動物發(fā)聲特性研究現(xiàn)狀
7．3．2 雙曲線被動定位算法
7．3．3 基于多普勒的海豚游速估計算法SMD
參考文獻(xiàn)
第8章 Micro-ANP應(yīng)用層仿真實現(xiàn)
縮略詞表
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