移動AdHoc網絡：前沿研究方向（第2版）

目    录
第1部分  总 体 介 绍
第1章  多跳Ad Hoc网络的演进路线    2
摘要    2
1.1  引言    2
1.2  MANET研究的主要成就和教训    3
1.2.1  MANET研究的主要成就    3
1.2.2  MANET研究存在的问题和经验教训    11
1.3  多跳Ad Hoc网络：从理论到现实    12
1.3.1  Mesh网络    13
1.3.2  机会网络    14
1.3.3  车载Ad Hoc网络（VANET）    17
1.3.4  传感器网络    18
1.4  小结与结论    20
参考文献    21
第2章　支持移动多跳无线网络技术和标准    29
摘要    29
2.1  引言    29
2.2  宽带无线接入技术    31
2.2.1  IEEE 802.16 Mesh    31
2.2.2  IEEE 802.16j    34
2.3  无线局域网络技术    37
2.3.1  IEEE 802.11s    37
2.3.2  IEEE 802.11n和IEEE 802.11z    41
2.3.3  IEEE 802.11p/WAVE    43
2.4  个域网技术    46
2.4.1  IEEE 802.15.5标准    46
2.4.2  ZigBee的工业标准    49
2.4.3  基于IPv6的WPAN    51
2.5  异构场景的移动性支持    56
2.6  结论    59
参考文献    60
第3章　应用场景    68
摘要    68
3.1  引言    68
3.2  军事应用    70
3.2.1  通信    70
3.2.2  协同    71
3.3  网络连接    72
3.3.1  星际互联网    72
3.3.2  农村地区    73
3.3.3  市/社区系统    74
3.4  无线传感器网络    74
3.4.1  身体和健康监测    75
3.4.2  智能住宅    75
3.4.3  工业监控    76
3.4.4  环境监测    77
3.4.5  动物监测    77
3.5  搜救    79
3.5.1  搜索和救援无人机    79
3.5.2  未知区域的多主体探测    80
3.6  车载自组织网络    82
3.6.1  驾驶安全支持系统    82
3.6.2  车辆协调    83
3.6.3  通知系统    83
3.6.4  智能交通系统    84
3.7  个人信息传输    85
3.8  结论    87
参考文献    87
第4章　Ad Hoc网络的安全性问题    94
摘要    94
4.1  引言    94
4.1.1  无线Ad Hoc网络的安全挑战    95
4.1.2  WSN、UWSN、WMN、DTN和VANET    96
4.2  无线传感器网络    97
4.2.1  对网络可用性和服务完整性的攻击    99
4.2.2  对隐私性和保密性的攻击    107
4.2.3  对数据完整性的攻击    108
4.2.4  WSN中的安全威胁和对策概要    110
4.3  无人值守无线传感器网络    110
4.3.1  数据生存能力    111
4.3.2  Self-Key自愈和入侵恢复    113
4.3.3  认证    114
4.3.4  UWSN安全威胁和对策概述    114
4.4  无线Mesh网络    115
4.4.1  安全面临的挑战和现有对策    116
4.4.2  无线Mesh网络中的安全威胁和对策摘要    117
4.5  容延迟网络    118
4.5.1  DTN的应用    119
4.5.2  DTN的安全问题    119
4.5.3  总结    120
4.6  车载Ad Hoc网络（VANET）    121
4.6.1  VANET的优势及存在的问题    121
4.6.2  VANET的设计目标和挑战    122
4.6.3  VANET的可测量性和服务完整性    123
4.6.4  VANET的安全和隐私    124
4.6.5  摘要和展望    126
4.7  结论和开放性的研究问题    126
参考文献    127
第5章　终端用户移动性架构的解决方案    137
摘要    137
5.1  引言    137
5.2  Mesh网络    138
5.2.1  Mesh技术和终端用户移动性    139
5.2.2  定义和挑战    139
5.2.3  微移动性支持    140
5.2.4  微移动和宏移动支持    149
5.3  无线传感器网络    161
5.3.1  基于接收器的移动性问题    162
5.3.2  FLEXOR：移动支持软件体系结构    164
5.4  结论    166
参考文献    167
第6章　移动Ad Hoc网络研究成果的实验及仿真    170
摘要    170
6.1  引言    170
6.2  移动Ad Hoc网络仿真工具和实验平台概述    171
6.2.1  仿真工具    171
6.2.2  实验平台    172
6.3  仿真和实验的区别：问题和参数    177
6.3.1  物理层问题    178
6.3.2  移动性建模    185
6.3.3  MAC层的注意事项    187
6.3.4  影响上层的因素和其他问题    191
6.3.5  模拟器性能的比较    192
6.4  完善的仿真：确认、验证和校准    194
6.5  模拟器和测试平台的前景展望    197
6.6  结论    199
参考文献    199
第2部分  Mesh网络 
第7章  多频点多通道无线Mesh网络中的资源优化    212
摘要    212
7.1  引言    212
7.2  网络和干扰模型    214
7.3  SINR模型下的最大化链路激活    215
7.4  最优链路调度    217
7.4.1  优化公式化表述    218
7.4.2  列生成    220
7.4.3  功率控制和速率自适应的扩展    221
7.5  联合路由和调度    223
7.5.1  流量守恒路由    224
7.5.2  路径生成路由    224
7.6  处理信道分配和定向天线    225
7.6.1  信道分配    226
7.6.2  定向天线    229
7.7  协作网络    230
7.7.1  k-协作图表    230
7.7.2  超级链路分类    232
7.7.3  应用于k-协作的列生成    235
7.8  结论和未来展望    236
参考文献    237
第8章  Mesh网络中的服务质量    241
摘要    241
8.1  引言    241
8.2  QoS的定义    243
8.3  现有QoS路由方法的分类    243
8.4  基于优化路径选择的路由协议    245
8.4.1  弹性需求优化    248
8.4.2  固定需求优化    249
8.4.3  基于无关路由的鲁棒性优化    250
8.4.4  随机需求优化    252
8.4.5  饱和数据流优化    253
8.4.6  未解决问题    253
8.5  最小权值路径选择的路由度量    254
8.5.1  设计原则    255
8.5.2  已有方法    257
8.5.3  未解决问题    266
8.6  基于反馈的路径选择    267
8.7  结论    268
参考文献    268
第3部分  机 会 网 络

第9章  容延迟网络和机会网络的应用    276
摘要    276
9.1  应用场景    276
9.1.1  受限区域场景    276
9.1.2  市区场景    278
9.2  基于DTN的应用面临的挑战    280
9.2.1  案例研究：基于消息的应用——电子邮件    281
9.2.2  案例研究：基于流的应用——XMPP    284
9.3  DTN应用的关键机制    285
9.3.1  DTN应用程序的安全性    286
9.3.2  与传统应用程序的交互    288
9.3.3  用户界面    290
9.4  DTN应用（案例研究）    292
9.4.1  网页    292
9.4.2  内容搜索    296
9.4.3  地下采矿中的应用    301
9.4.4  浮动内容    307
9.5  结论：DTN应用的反思    311
参考文献    312
第10章　机会网络中的移动模型    314
摘要    314
10.1  引言    314
10.2  基于接触的度量、分析和建模    315
10.2.1  度量    315
10.2.2  基于接触的数据集    317
10.2.3  相互接触时间分析    319
10.2.4  相互接触时间特性    320
10.2.5  接触点数量及持续时间    326
10.3  轨迹模型    328
10.3.1  第一步：测量    328
10.3.2  自由空间模型    337
10.3.3  与空间有关的模型    337
10.3.4  与时间有关的模型    345
10.4  网络协议设计的含义    348
10.4.1  幂律相互接触时间    348
10.4.2  社会结构    350
10.5  新模式：延迟-资源权衡    353
10.5.1  延迟-容量权衡    353
10.5.2  延迟-负载均衡权衡    355
10.5.3  延迟-能量权衡    359
参考文献    360
第11章　机会路由    365
摘要    365
11.1  引言    365
11.2  机会网络基础    367
11.2.1  连通性    367
11.2.2  移动性    369
11.2.3  节点资源    371
11.2.4  高效的机会转发：机会与挑战并存    372
11.3  不确定性处理：基于冗余的路由    373
11.3.1  基于泛洪的方案    373
11.3.2  受控的复制方案    375
11.3.3  基于编码的方案    377
11.3.4  基于复制转发的讨论    379
11.4  利用结构优势：基于效用的转发    380
11.4.1  基于连接的效用    380
11.4.2  基于未连接的效用    387
11.5  混合解决方案：结合冗余和效用    388
11.5.1  基于效用的泛洪    389
11.5.2  喷射和基于效用的喷射    389
11.5.3  智能复制    390
11.5.4  DTN-MANET的混合环境    390
11.6  结论    391
参考文献    391
第12章　机会网络中的数据传播    397
摘要    397
12.1  引言    397
12.2  初步设想：PodNET    399
12.2.1  数据组织    400
12.2.2  内容为中心的传播策略    400
12.2.3  性能结果    401
12.2.4  要点总结    402
12.3  社会意识方案    403
12.3.1  社会意识效用    403
12.3.2  社会意识传输策略    405
12.3.3  性能结果    405
12.3.4  要点总结    406
12.4  发布/订阅方案    406
12.4.1  群体检测    408
12.4.2  叠置处理    409
12.4.3  性能结果    410
12.4.4  要点总结    411
12.5  全局优化    411
12.5.1  系统模型    411
12.5.2  延迟效用函数    412
12.5.3  最优缓存配置    413
12.5.4  从全局到局部的决策    414
12.5.5  性能结果    414
12.5.6  要点总结    415
12.6  基于基础设施的方案    415
12.6.1  推动-追踪系统    416
12.6.2  性能结果    418
12.6.3  要点总结    419
12.7  由无结构P2P系统启发的方法    419
12.7.1  系统模型    420
12.7.2  稳定区域    420
12.7.3  最优策略    421
12.7.4  要点总结    422
12.8  拓展阅读    422
12.8.1  社会意识方案    422
12.8.2  发布/订阅方案    423
12.8.3  全局最优化    424
12.8.4  基于基础设施的方法    425
12.8.5  P2P系统启发的解决方案    426
参考文献    426
第13章　数据运算中的群体计算    432
摘要    432
13.1  引言    432
13.2  理想的并行操作模型    434
13.2.1  定义    434
13.2.2  现实世界的轨迹    435
13.3  数据运算    437
13.4  社会意识的数据运算    440
13.4.1  群体结构    440
13.4.2  工作设备和主设备的选择    442
13.4.3  限制任务寿命    445
13.4.4  主设备选择：团体和日期中心    446
13.4.5  展望    448
13.5  相关工作    448
13.6  结论和下一步工作    449
致谢    450
参考文献    450
第４部分  车载自组织网络
第14章　车载自组织网络数据通信协议的分类    454
摘要    454
14.1  引言    454
14.2  VANET通信协议分类    456
14.2.1  定义和命名问题    456
14.2.2  公路尺寸    457
14.2.3  邻居信息    458
14.2.4  确认    458
14.2.5  选择开始转发车辆    458
14.2.6  转发竞争    459
14.2.7  连接性    460
14.2.8  紧迫性    460
14.2.9  消息内容    460
14.3  面向可靠性的地域群播协议    461
14.3.1  VANET中可靠、高效的广播协议（ackPBSM）    461
14.3.2  持久性协议    463
14.4  基于关键时刻的地域群播协议    463
14.4.1  多跳车载广播（Multihop Vehicular Broadcast，MHVB）    464
14.4.2  带确认的紧急信息传播-侦听转发（Emergency Message 
Dissemination with ACK-Overhearing Based Retransmission，EMDOR）    464
14.4.3  分布式平均功率调整协议（Distributed Fair Power Adjustment Protocol，
D-FPAV）    465
14.4.4  接收机共识（Receiver Consensus，ReC）    465
14.5  小规模路由协议    465
14.5.1  DPP和OPERA    466
14.5.2  二进制划分辅助广播（Binary-Partition-Assisted Broadcast，BPAB）    467
14.5.3  跟踪检测及距离延迟传输协议（Track Detection and Distance Defer
Transmission，TRADE＆DDT）    468
14.5.4  基于连接受限的转发（Connection-Based Restricted Forwarding，CBRF）    469
14.5.5  分布式车载广播（Distributed Vehicular Broadcast，DV-CAST）    469
14.5.6  基于车辆密度的紧急广播（Vehicle Density-Based Emergency 
Broadcasting，VDEB）    469
14.5.7  辅助拓扑地理机会路由（Topology-Assisted Geo-Opportunistic Routing，
TO-GO）    469
14.6  大规模路由    470
14.6.1  距离感知传染路由（Distance-Aware Epidemic Routing，DAER）    470
14.6.2  连接感知路由（Connectivity-Aware Routing，CAR）    470
14.6.3  VANET中的有限延迟路由（延迟-贪婪）    471
14.6.4  VANET中的车辆辅助数据交付（Vehicle-Assisted Data Delivery，VADD）    472
14.6.5  VANET的低负荷交通中基于轨迹的数据传递（Trajectory-Based
Data Forwarding，TBD）    472
14.6.6  VANET中的一种静态节点辅助的自适应路由协议（SADV）    473
14.6.7  位置和延迟感知交叉层通信（Location-and Delay-Aware 
Cross-Layer Communication，LD-CROP）    473
14.6.8  地理机会路由（Geographical Opportunistic Routing，GeOpps）    474
14.6.9  基于道路的车载交通路由（Road-Based Vehicular Traffic Routing，RBVT）    474
14.6.10  改进的贪婪流量感知路由协议（Improved Greedy Traffic-Aware 
Routing Protocol，GyTAR）    474
14.6.11  依据二相路由协议的访问覆盖路由（TOPO）    475
14.7  小结    475
14.8  结论与未来工作    477
参考文献    478
第15章　VANET移动模型、拓扑结构和VANET仿真    481
摘要    481
15.1  引言与动机    481
15.2  移动模型    482
15.2.1  汽车跟随模型    483
15.2.2  多车道交通模型    484
15.3  移动模拟器    486
15.3.1  商用移动模拟器    486
15.3.2  非商用移动模拟器    488
15.4  综合模拟器    491
15.5  车载通信建模    495
15.5.1  无线链路    495
15.5.2  无线信号传播    496
15.5.3  通信技术    497
15.6  公路上的连通性分析    499
15.6.1  无线电通信距离的计算    500
15.6.2  单车道时的连接性    502
15.6.3  双车道时的连接性    505
15.7  结论与未来工作    506
参考文献    507
第16章　VANET实验    510
摘要    510
16.1  引言    510
16.2  麻省理工学院：车载电话（CARTEL）    512
16.2.1  概述    512
16.2.2  测试平台设置    512
16.2.3  研究和实验    512
16.3  马萨诸塞大学：DieselNet    514
16.3.1  概述    514
16.3.2  测试平台设置    514
16.3.3  研究和实验    515
16.4  上海交通大学：上海网格（ShanghaiGrid）    517
16.4.1  概述    517
16.4.2  测试平台设置    517
16.4.3  研究和实验    518
16.5  台湾交通大学：VANET 测试平台    519
16.5.1  概述    519
16.5.2  研究和实验    520
16.6  洛杉矶加州大学：CVeT    521
16.6.1  概述    521
16.6.2  研究和实验    521
16.7  通用汽车公司：DSRC FLEET    522
16.7.1  概述    522
16.7.2  研究和实验    523
16.8  FleetNet项目    523
16.8.1  概述    523
16.8.2  测试平台配置    524
16.8.3  研究和实验    524
16.9  车轮上的网络项目（Network On Wheels，NOW）    524
16.9.1  概述    524
16.9.2  系统安装    525
16.9.3  研究和实验    525
16.10  先进的安全车辆（Advanced Safety Vehicle，ASV）    525
16.10.1  概述    525
16.10.2  每个阶段的任务    526
16.11  日本汽车研究所（Japan Automobile Research Institute，JARI）    527
16.11.1  概述    527
16.11.2  与VANET相关的任务    527
参考文献    528
第17章　VANET的MAC协议    532
摘要    532
17.1  引言    532
17.2  MAC 度量    534
17.3  车载MAC协议的IEEE标准    534
17.3.1  IEEE1609 WAVE标准    535
17.3.2  IEEE1609.4标准    536
17.3.3  IEEE 802.11p标准    537
17.3.4  WAVE MAC的挑战与问题    538
17.4  VANET的备用MAC协议    538
17.4.1  信道分配    538
17.4.2  随机接入    543
17.4.3  轮流接入    546
17.5  结论    547
参考文献    547
第18章　认知无线电车载Ad Hoc网络：设计、实施及未来的挑战    550
摘要    550
18.1  引言    550
18.2  认知无线电车载网络的特性    552
18.2.1  从CR网络继承的特性    553
18.2.2  从VANET继承的特性    554
18.2.3  新特性和假设    555
18.3  认知无线电车载网络的应用    558
18.4  CRV网络架构    558
18.5  CRV网络现有工作的分类和描述    559
18.5.1  频谱感测    560
18.5.2  频谱选择和接入    563
18.6  CRV中的研究问题    565
18.6.1  车辆移动性对频谱管理的影响    565
18.6.2  CRV的安全方面    566
18.6.3  CRV的建模与仿真    566
18.7  结论    568
参考文献    568
第19章　下一种范式转变：从车载网络到汽车云    573
摘要    573
19.1  动机    573
19.2  车辆模型    575
19.3  车载网络    576
19.4  云计算    577
19.5  汽车云    579
19.6  汽车云的独特特性    580
19.6.1  新型服务类型    581
19.6.2  汽车云的安全和隐私    583
19.7  可行的汽车云实例    583
19.7.1  机场数据中心    583
19.7.2  停车场数据云    584
19.7.3  商场数据中心    584
19.7.4  特殊事件管理    585
19.7.5  交通信号灯动态同步    585
19.8  更多应用场景    586
19.8.1  动态优化交通信号灯    586
19.8.2  动态分配HOV车道    587
19.8.3  有计划的疏散管理    587
19.8.4  意外情况的疏散管理    588
19.8.5  共享道路安全信息    589
19.8.6  自动缓解经常性拥堵    589
19.8.7  动态管理停车设施    590
19.8.8  国土安全应用    590
19.8.9  发展中国家的汽车云    591
19.9  汽车云的安全和隐私问题    591
19.9.1  概述    591
19.9.2  攻击模型    593
19.9.3  威胁分类    594
19.9.4  信任关系    594
19.9.5  高机动节点的认证    595
19.9.6  VC消息    596
19.9.7  要求    597
19.9.8  数据隔离和清理    598
19.9.9  数字签名    598
19.9.10  加密    599
19.9.11  认证    599
19.9.12  授权或访问控制    599
19.9.13  位置验证    600
19.9.14  用户身份验证    600
19.9.15  问题检测和资源验证    600
19.9.16  防篡改装置和算法    600
19.9.17  抵御和过滤攻击    600
19.9.18  化名    600
19.9.19  系统维护    601
19.10  密钥管理    601
19.10.1  匿名密钥    601
19.10.2  密钥分配和重新输入    601
19.10.3  密钥验证    602
19.10.4  密钥撤销    603
19.11  相关挑战研究    603
19.12  汽车云架构    604
19.12.1  静态架构    604
19.12.2  连接静态基础设施    605
19.12.3  一种简单的动态架构    605
19.12.4  安全和功能挑战    606
19.13  汽车云中的资源汇聚    607
19.13.1  虚拟化方法    608
19.13.2  负载均衡方法    609
19.14  VC仿真研究    612
19.14.1  仿真方案    612
19.14.2  仿真度量    613
19.14.3  仿真结果    613
19.15  下一步工作    614
19.16  未来发展    615
致谢    616
参考文献    616
第5部分  传感器网络
第20章　无线传感器网络的能量采集技术    624
摘要    624
20.1  引言    624
20.2  节点平台    625
20.2.1  能量采集传感器节点的体系架构    625
20.2.2  能量采集硬件模型    625
20.2.3  电池模型    628
20.3  能量采集技术    629
20.4  预测模型    633
20.5  EHWSN协议    636
20.5.1  任务分配    636
20.5.2  采集感知通信协议：MAC和路由    641
致谢    647
参考文献    647
第21章　机器人辅助的无线传感器网络：近期应用及未来面临的挑战    656
摘要    656
21.1  引言    656
21.2  机器人辅助的传感器布设    659
21.2.1  基于折返的传感器布设    660
21.2.2  利用静态中继的多机器人搜索和监测    662
21.2.3  重点覆盖模式    664
21.3  机器人辅助的传感器搬移    670
21.3.1  随机的机器人运动场景    672
21.3.2  确定的机器人运动场景：ACO方法    673
21.3.3  确定的机器人运动场景：混合方法    676
21.4  机器人辅助的传感器维护    680
21.5  未来挑战    681
21.5.1  机器人辅助的无线传感器网络    681
21.5.2  依靠机器人的无线传感器网络    682
参考文献    683
第22章　移动受限的水下网络：算法、系统和实验    688
摘要    688
22.1  引言    688
22.2  相关成果    691
22.2.1  传感器布设    691
22.2.2  传感器网络平台    692
22.3  分布式控制算法    693
22.3.1  问题陈述和相关知识    693
22.3.2  目标函数    694
22.3.3  通用的分布式控制器    694
22.3.4  高斯感测函数    695
22.3.5  基于高斯函数的分布式控制器    696
22.3.6  控制器的收敛性    696
22.4  通用系统结构和设计    697
22.4.1  处理    698
22.4.2  通信    699
22.4.3  感测    700
22.4.4  电源管理    700
22.4.5  数据存储    701
22.4.6  配置    701
22.4.7  用户界面    702
22.5  程序架构和设计的应用特例    703
22.6  实验及结果    706
22.6.1  采样应用程序    706
22.6.2  算法实现    707
22.6.3  实验室和水池的硬件实验    708
22.6.4  协方差可变的河流硬件实验    710
22.6.5  系统分析    712
22.7  结论    716
致谢    716
参考文献    716
第23章　水声网络的进展    720
摘要    720
23.1  引言    720
23.2  通信体系架构    721
23.3  水下通信基础知识    722
23.4  物理层    728
23.4.1  非相干调制    728
23.4.2  相干调制    729
23.4.3  信道均衡    730
23.4.4  直接序列扩频    732
23.4.5  多载波调制    733
23.4.6  空间调制    734
23.5  MAC层    736
23.5.1  基于ALOHA的MAC协议    736
23.5.2  基于CSMA的MAC协议    737
23.5.3  基于CDMA的MAC协议    739
23.6  网络层    741
23.6.1  基于位置的路由协议    742
23.6.2  基于非定位的路由协议    744
23.7  跨层设计    745
23.8  实验平台简介    746
23.8.1  商用声学调制解调器    747
23.8.2  实验性的声学调制解调器    749
23.8.3  实验平台    751
23.9  UW-BUFFALO：布法罗大学水声网络测试平台    754
23.10  结论    755
致谢    755
参考文献    755