移動Ad Hoc網絡：前沿研究方向(第2版)（簡體書）

本書詳細深入介紹了移動Ad Hoc網絡最前沿的研究方向，共分5部分。第1部分為總體介紹，包括第1～6章，主要介紹多跳Ad Hoc網絡的演進路線，移動多跳無線網絡技術標準及應用場景，Ad Hoc網絡的安全性問題，終端用戶移動性架構的解決方案，移動Ad Hoc網絡研究成果的實驗及仿真等內容；第2部分為Mesh網絡，包含第7～8章，主要介紹多頻點多通道無線Mesh網絡中的資源優化和Mesh網絡中的服務質量等內容；第3部分為機會網絡，包括第9～13章，主要介紹容延遲網絡和機會網絡的應用、機會網絡中的移動模型，機會路由，機會網絡中的數據傳播及數據運算中的群體計算等內容；第4部分為車載自組織網絡，包括第14～19章，主要介紹車載自組織網絡數據通信協議的分類，VANET移動模型、拓撲結構和VANET仿真，VANET實驗，VANET的MAC協議，認知無線電車載Ad Hoc網絡：設計、實施及未來的挑戰，以及下一種範式轉變：從車載網絡到汽車雲；第5部分為傳感器網絡，包括第20～23章，主要介紹無線傳感器網絡的能量採集技術，機器人輔助的無線傳感器網絡：近期應用及未來面臨的挑戰，移動受限的水下網絡：算法、系統和實驗，以及水聲網絡的進展等內容。本書可以作為從事移動Ad Hoc網絡及相關領域研究的系統設計師、算法設計師、軟硬件工程師的業務工具書，同時對高等院校相關專業師生及其他科技工作者也有重要參考價值。

原著作者簡介：斯特凡諾•巴薩尼，於1991年從意大利比薩大學獲得計算機科學學士學位，1998年5月從意大利米蘭大學獲得計算機科學博士學位，2002年12月從德克薩斯大學達拉斯分校獲得電機工程博士學位。2002年1月起，在位於波士頓的東北大學電氣和計算機工程系任計算機專業助理教授。 譯者簡介：于鵬，遼寧大連人，現為中國洛陽電子裝備試驗中心高級工程師。長期從事通信及相關設備試驗方法研究工作。出版譯著3部，論文數十篇。

譯 者 序

移動Ad Hoc網絡是複雜的分布式網絡系統，是自組織、自愈網絡，由無線移動節點組成。無線移動節點可以自由而動態地自組織成任意臨時性Ad Hoc網絡拓撲，從而允許人們和設備在沒有通信基礎設施的環境中進行無縫互聯互通。移動Ad Hoc網絡中，每個節點具有足夠的智能進行連續偵聽和尋找其他鄰近節點，動態地確定數據包的最佳傳輸路徑，從而把數據包逐跳地轉發到網絡中的任何其他節點，避免因網絡節點的移動、RF傳播條件變化、節點被毀等原因造成網絡結構性損傷。
移動Ad Hoc網絡幾乎涉及所有方面：從戰機、戰艦、坦克、士兵的裝備到普通家庭消費類產品，如汽車、筆記本電腦、佩戴式數字設備及蜂窩電話等。事實上，即使很小的傳感器也可能包含Ad Hoc通信節點。因此，移動Ad Hoc網絡的應用領域非常寬廣，是當前移動通信和計算機網絡的一個研究熱點，也是譯者非常感興趣的一個技術方向。
眾多科技人員和院校學生非常需要一些介紹移動Ad Hoc網絡基礎理論並關注技術應用設計方面的參考書籍。此書的翻譯者就是一群從事移動Ad Hoc技術研究、應用與測試的技術人員。在學習和工作過程中，譯者切身感受到文獻的重要性，找到合適的技術參考資料，學習和工作的效率就會大大提高。因此，我們根據自身在科研試驗中的工作經驗和應用感受，對自己參考過的一些比較優秀、比較有特色的外文技術書籍進行了翻譯，希望能夠和廣大讀者共同分享和深入交流，這也是譯者翻譯本書的重要動力來源。
本書的特點在於其全面性和系統性。傳統移動Ad Hoc網絡相關書籍可能只關注資源分配或路由機制等某一方面的研究難點，本書則是以Ad Hoc網絡的整個發展歷程為主線，詳細介紹了目前四種成熟的網絡範式，包括Mesh網絡、機會網絡、車載自組織網絡和傳感器網絡。作者針對每種網絡範式的移動模型、資源優化、路由協議、實驗仿真等研究內容進行了深入分析，展望了相關網絡技術在未來發展中可能面臨的挑戰，對應用理論知識解決實際問題時的技術思路具有示範意義。本書是一本適合高等院校相關專業師生教學參考和相關領域科研人員閱讀的 書籍。
本書由於鵬、申振、陳軍、賈甯甯、蔣攀攀和安新源合作翻譯。參加翻譯的還有朱徐誠、蔣天宇、盧施旭、陳瑞等。
由於譯者水平有限，對書中的有些術語難免把握不准，翻譯不到位，不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。

譯 者
前 言

隨著大量移動用戶對因特網業務的需求，移動多跳Ad Hoc網絡應運而生。在這些網絡中，如經常提及的MANET（移動Ad Hoc 網絡），無線網絡節點（如用戶移動設備）之間能夠在無任何網絡基礎設施的條件下實現數據傳輸：相鄰用戶可通過其移動設備在Ad Hoc模式下的無線信道直接通信。因此，在MANET支持下，用戶設備能夠通過相互協作提供因特網接入服務，這些服務以前通常是由網絡基礎設施（如路由器、交換機和服務器）提供的。
在出版我們的前一本書Mobile Ad Hoc Networking（IEEE-Wiley，2004）時，移動Ad Hoc網絡被視為無線網絡技術中最具創新性和挑戰性的技術之一，已穩步成為電信界日益普及的最主要技術之一。為此，我們在前一本書中從物理層到應用層詳細介紹了MANET。大約10年後，我們發現移動Ad Hoc網絡的預期並未完全實現，MANET技術在人們的生活中並未應用。發生了什麼？為什麼？我們帶著這些問題編寫了本書。我們主要的關注點包括：
? 分析MANET失敗的原因；
? 舉例說明移動Ad Hoc網絡如何產生一些前沿的研究方向；
? 介紹從MANET中衍生的新興技術，包括其當前的發展和面臨的挑戰；
? 闡述那些已成功滲入每個人生活中的新技術。
我們首先分析了通用Ad Hoc技術缺乏成功案例的原因，並介紹了一些新興技術是如何規避這些錯誤的：
? 引入一些基礎設施對多跳Ad Hoc網絡範式自身進行了擴展，提供高性價比的無線寬帶因特網接入。Mesh網絡章節包含了此方法最相關的例子。
? 不把節點移動性作為一個問題看待，而是作為一個特性加以利用，設計全新的網絡範式。機會網絡章節包含了這方面最相關的例子。
? 把多跳Ad Hoc網絡范式應用於特定的場景中，在這些場景中網絡的自組織特性和無需預部署基礎設施的特性是一個亮點而不是硬性條件。應用驅動型網絡的相關章節，如車載網絡和傳感器網絡等，包含了相關的 例子。
本書所描述的新興網絡技術引入了新的挑戰與應對措施，為了便於理解這些新挑戰與應對措施，我們選擇了從實現技術、標準、應用場景、通信安全需求和移動架構方案等多個方面逐一加以描述。
本書也同時列舉了Mesh網絡、機會網絡、車載網絡和傳感器網絡面臨的新挑戰和最新研究成果。
本書適用於計算機科學和電氣工程專業的學生、通信行業的研究人員和開發人員，以及所有能夠從本書的最新解決方案中受益的移動網絡領域的從業人員。基於頂級研究者的專業知識，我們相信本書中所覆蓋的主題均極具創新性。此外，本書對移動Ad Hoc網絡領域的熱門主題和尖端技術在相關章節中均進行了闡述。
我們借此機會對本書的所有作者表達深深的謝意，他們為本書貢獻了所有高質量的章節。感謝所有的修訂者，雖然時間緊迫，但他們仍為本書做了寶貴的工作。此外，特別感謝WILEY-IEEE的聯合作者Mary Hatcher及Wiley和Thomson Digital團隊，他們參與了本書的所有階段並做出了卓越貢獻。

目 錄
第1部分 總 體 介 紹
第1章 多跳Ad Hoc網絡的演進路線 2
摘要 2
1.1 引言 2
1.2 MANET研究的主要成就和教訓 3
1.2.1 MANET研究的主要成就 3
1.2.2 MANET研究存在的問題和經驗教訓 11
1.3 多跳Ad Hoc網絡：從理論到現實 12
1.3.1 Mesh網絡 13
1.3.2 機會網絡 14
1.3.3 車載Ad Hoc網絡（VANET） 17
1.3.4 傳感器網絡 18
1.4 小結與結論 20
參考文獻 21
第2章　支持移動多跳無線網絡技術和標準 29
摘要 29
2.1 引言 29
2.2 寬帶無線接入技術 31
2.2.1 IEEE 802.16 Mesh 31
2.2.2 IEEE 802.16j 34
2.3 無線局域網絡技術 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 個域網技術 46
2.4.1 IEEE 802.15.5標準 46
2.4.2 ZigBee的工業標準 49
2.4.3 基於IPv6的WPAN 51
2.5 異構場景的移動性支持 56
2.6 結論 59
參考文獻 60
第3章　應用場景 68
摘要 68
3.1 引言 68
3.2 軍事應用 70
3.2.1 通信 70
3.2.2 協同 71
3.3 網絡連接 72
3.3.1 星際互聯網 72
3.3.2 農村地區 73
3.3.3 市/社區系統 74
3.4 無線傳感器網絡 74
3.4.1 身體和健康監測 75
3.4.2 智能住宅 75
3.4.3 工業監控 76
3.4.4 環境監測 77
3.4.5 動物監測 77
3.5 搜救 79
3.5.1 搜索和救援無人機 79
3.5.2 未知區域的多主體探測 80
3.6 車載自組織網絡 82
3.6.1 駕駛安全支持系統 82
3.6.2 車輛協調 83
3.6.3 通知系統 83
3.6.4 智能交通系統 84
3.7 個人信息傳輸 85
3.8 結論 87
參考文獻 87
第4章　Ad Hoc網絡的安全性問題 94
摘要 94
4.1 引言 94
4.1.1 無線Ad Hoc網絡的安全挑戰 95
4.1.2 WSN、UWSN、WMN、DTN和VANET 96
4.2 無線傳感器網絡 97
4.2.1 對網絡可用性和服務完整性的攻擊 99
4.2.2 對隱私性和保密性的攻擊 107
4.2.3 對數據完整性的攻擊 108
4.2.4 WSN中的安全威脅和對策概要 110
4.3 無人值守無線傳感器網絡 110
4.3.1 數據生存能力 111
4.3.2 Self-Key自愈和入侵恢復 113
4.3.3 認證 114
4.3.4 UWSN安全威脅和對策概述 114
4.4 無線Mesh網絡 115
4.4.1 安全面臨的挑戰和現有對策 116
4.4.2 無線Mesh網絡中的安全威脅和對策摘要 117
4.5 容延遲網絡 118
4.5.1 DTN的應用 119
4.5.2 DTN的安全問題 119
4.5.3 總結 120
4.6 車載Ad Hoc網絡（VANET） 121
4.6.1 VANET的優勢及存在的問題 121
4.6.2 VANET的設計目標和挑戰 122
4.6.3 VANET的可測量性和服務完整性 123
4.6.4 VANET的安全和隱私 124
4.6.5 摘要和展望 126
4.7 結論和開放性的研究問題 126
參考文獻 127
第5章　終端用戶移動性架構的解決方案 137
摘要 137
5.1 引言 137
5.2 Mesh網絡 138
5.2.1 Mesh技術和終端用戶移動性 139
5.2.2 定義和挑戰 139
5.2.3 微移動性支持 140
5.2.4 微移動和宏移動支持 149
5.3 無線傳感器網絡 161
5.3.1 基於接收器的移動性問題 162
5.3.2 FLEXOR：移動支持軟件體系結構 164
5.4 結論 166
參考文獻 167
第6章　移動Ad Hoc網絡研究成果的實驗及仿真 170
摘要 170
6.1 引言 170
6.2 移動Ad Hoc網絡仿真工具和實驗平臺概述 171
6.2.1 仿真工具 171
6.2.2 實驗平臺 172
6.3 仿真和實驗的區別：問題和參數 177
6.3.1 物理層問題 178
6.3.2 移動性建模 185
6.3.3 MAC層的注意事項 187
6.3.4 影響上層的因素和其他問題 191
6.3.5 模擬器性能的比較 192
6.4 完善的仿真：確認、驗證和校準 194
6.5 模擬器和測試平臺的前景展望 197
6.6 結論 199
參考文獻 199
第2部分 Mesh網絡
第7章 多頻點多通道無線Mesh網絡中的資源優化 212
摘要 212
7.1 引言 212
7.2 網絡和干擾模型 214
7.3 SINR模型下的最大化鏈路激活 215
7.4 最優鏈路調度 217
7.4.1 優化公式化表述 218
7.4.2 列生成 220
7.4.3 功率控制和速率自適應的擴展 221
7.5 聯合路由和調度 223
7.5.1 流量守恆路由 224
7.5.2 路徑生成路由 224
7.6 處理信道分配和定向天線 225
7.6.1 信道分配 226
7.6.2 定向天線 229
7.7 協作網絡 230
7.7.1 k-協作圖表 230
7.7.2 超級鏈路分類 232
7.7.3 應用於k-協作的列生成 235
7.8 結論和未來展望 236
參考文獻 237
第8章 Mesh網絡中的服務質量 241
摘要 241
8.1 引言 241
8.2 QoS的定義 243
8.3 現有QoS路由方法的分類 243
8.4 基於優化路徑選擇的路由協議 245
8.4.1 彈性需求優化 248
8.4.2 固定需求優化 249
8.4.3 基於無關路由的魯棒性優化 250
8.4.4 隨機需求優化 252
8.4.5 飽和數據流優化 253
8.4.6 未解決問題 253
8.5 最小權值路徑選擇的路由度量 254
8.5.1 設計原則 255
8.5.2 已有方法 257
8.5.3 未解決問題 266
8.6 基於反饋的路徑選擇 267
8.7 結論 268
參考文獻 268
第3部分 機 會 網 絡

第9章 容延遲網絡和機會網絡的應用 276
摘要 276
9.1 應用場景 276
9.1.1 受限區域場景 276
9.1.2 市區場景 278
9.2 基於DTN的應用面臨的挑戰 280
9.2.1 案例研究：基於消息的應用――電子郵件 281
9.2.2 案例研究：基於流的應用――XMPP 284
9.3 DTN應用的關鍵機制 285
9.3.1 DTN應用程序的安全性 286
9.3.2 與傳統應用程序的交互 288
9.3.3 用戶界面 290
9.4 DTN應用（案例研究） 292
9.4.1 網頁 292
9.4.2 內容搜索 296
9.4.3 地下採礦中的應用 301
9.4.4 浮動內容 307
9.5 結論：DTN應用的反思 311
參考文獻 312
第10章　機會網絡中的移動模型 314
摘要 314
10.1 引言 314
10.2 基於接觸的度量、分析和建模 315
10.2.1 度量 315
10.2.2 基於接觸的數據集 317
10.2.3 相互接觸時間分析 319
10.2.4 相互接觸時間特性 320
10.2.5 接觸點數量及持續時間 326
10.3 軌跡模型 328
10.3.1 第一步：測量 328
10.3.2 自由空間模型 337
10.3.3 與空間有關的模型 337
10.3.4 與時間有關的模型 345
10.4 網絡協議設計的含義 348
10.4.1 冪律相互接觸時間 348
10.4.2 社會結構 350
10.5 新模式：延遲-資源權衡 353
10.5.1 延遲-容量權衡 353
10.5.2 延遲-負載均衡權衡 355
10.5.3 延遲-能量權衡 359
參考文獻 360
第11章　機會路由 365
摘要 365
11.1 引言 365
11.2 機會網絡基礎 367
11.2.1 連通性 367
11.2.2 移動性 369
11.2.3 節點資源 371
11.2.4 高效的機會轉發：機會與挑戰並存 372
11.3 不確定性處理：基於冗余的路由 373
11.3.1 基於泛洪的方案 373
11.3.2 受控的複製方案 375
11.3.3 基於編碼的方案 377
11.3.4 基於複製轉發的討論 379
11.4 利用結構優勢：基於效用的轉發 380
11.4.1 基於連接的效用 380
11.4.2 基於未連接的效用 387
11.5 混合解決方案：結合冗余和效用 388
11.5.1 基於效用的泛洪 389
11.5.2 噴射和基於效用的噴射 389
11.5.3 智能複製 390
11.5.4 DTN-MANET的混合環境 390
11.6 結論 391
參考文獻 391
第12章　機會網絡中的數據傳播 397
摘要