做到目视千里、耳听八方是人类长久的梦想，现代卫星技术的出现 虽然使人们离这一目标前进了很多，但卫星高高在上，洞察全局在行， 明察细微就勉为其难了。将大量的传感器节点遍撒指定区域，数据通过 无线电波传回监控中心，监控区域内的所有信息就会尽收观察者的眼中 了。这就是人们对无线传感器网络技术应用的美好展望，它的实现依赖 于优秀的数据传输方法，需要新型的网络通信技术。 通常传感器节点的通信覆盖范围只有几十米到几百米，人们要考虑 如何在有限的通信能力条件下，完成探测数据的传输。无线通信是传感 器网络的关键技术之一。

物理层的主要功能如下：①为数据终端设备(Data Terminal Equipment ,DTE) 提供传送数据的通路。②传输数据。

③其他管理工作。

无线电波是容易产生，可以传播很远，可以穿过建筑物，

因而被广泛地用于室内或室外的无线通信。无线电波是全方向传播信号的，它能向任意方向发送无线信号，所以发 射方和接收方的装置在位置上不必要求很精确的对准。

无线电波的传播特性与频率相关。如果采用较低频率，则它能轻 易地通过障碍物，但电波能量随着与信号源距离r的增大而急剧减小， 大致为1/r3。如果采用高频传输，则它趋于直线传播，且受障碍物阻 挡的影响。无线电波易受发动机和其它电子设备的干扰。 另外，由于无线电波的传输距离较远，用户之间的相互串扰也是

需要关注的问题，所以每个国家和地区都有关于无线频率管制方面的使用授权规定。

根据原始信号所控制参量的不同，调制分为幅度调制(Amplitude Modulation, AM)、频率调制(Frequency Modulation, FM)和相位 调制(Phase Modulation, PM)。 当数字调制信号为二进制矩形全占空脉冲序列时，由于该序列只存 在“有电”和“无电”两种状态，因而可以采用电键控制，被称为键 控信号，所以上述数字信号的调幅、调频、调相分别又被称为幅移键 控(Amplitude Shift Keying, ASK) 、频移键控(Frequency Shift Keying, FSK)和相移键控(Phase Shift Keying, PSK)。

扩频技术按照工作方式的不同，可以分为以下四种：直接序列 扩频(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) 、跳频(Frequency

Hopping Spread Spectrum, FHSS) 、跳时(Time Hopping SpreadSpectrum, THSS)和宽带线性调频扩频(chirp Spread Spectrum, chirp-SS,简称切普扩频)。

3、无线传感器网络物理层的特点无线传感器网络作为无线通信网络中的一种类型，因此它包含了上述介 绍的无线通信物理层技术的特点。 目前无线传感器网络的通信传输介质主要是无线电波、红外线和光波三 种类型。无线电波的通信限制较少，通常人

们选择“工业、科学和医 疗”(Industrial,Scientific and Medical, ISM)频段。ISM频段的优点在 于它是自由频段，无须注册，可选频谱范围大，实现起来灵活方便。ISM频

段的缺点主要是功率受限，另外与现有多种无线通信应用存在相互干扰问题。

无线传感器网络节点之间通信的另一种手段是红外技术。红外通信的优点是无须注册，并且抗干扰能力强。 红外通信的主要缺点是穿透能力差，要求发送者和接 收者之间存在视距关系。这导致了红外难以成为无线传感 器网络的主流传输介质，而只能在一些特殊场合得到应用。

3、物理层设计技术物理层需要考虑编码调制技术、通信速率和通信频段等问题： ① 编码调制技术影响占用频率带宽、通信速率、收发机结构和

功率等一系列的技术参数。比较常见的编码调制技术包括幅移键控、频移键控、相移键控和各种扩频技术。 ② 提高数据传输速率可以减少数据收发的时间，对于节能具有

意义，但需要同时考虑提高网络速度对误码的影响。一般用单个比特的收发能耗来定义数据传输对能量的效率，单比特能耗越小越好。

3.23.2.1 MAC协议概述

MAC协议

无线频谱是无线通信的介质，这种广播介质属于稀缺资源。在无线传感器网络中，可能有多个节点设备同时接入信道，导致分组之间 相互冲突，使接收方难以分辨出接收到的数据，从而浪费了信道资源，

导致网络吞吐量下降。为了解决这些问题，就需要设计介质访问控制(Medium Access Control,MAC)协议。所谓MAC协议就是通过一组规 则和过程来有效、有序和公平地使用共享介质。

(2) 随机竞争接入方式。如果采用无线信道的随机 竞争接入方式，节点在需要发送数据时随机使用无线信 道，尽量减少节点间的干扰。典型的方法是采用载波侦 听多路访问(Carrier Sense Multiple Access,CSMA) 的MAC协议。

3.2.2

IEEE 802.11 MAC协议IEEE 802.11 MAC协议分为分布式协调功能

(Distributed Coordination Function, DCF)和点协 调功能(Point Coordination Function,PCF)两种访

问控制方式，其中DCF方式是IEEE 802.11协议的基本访问控制方式。

IEEE 802.11 MAC协议规定了三种基本帧间间隔(InterFrame Space,IFS),用来提供访问无线信道的优先级：(1)SIFS (short IFS):最短帧间间隔。 (2)PIFS (PCF IFS):PCF方式下节点使用的帧间间隔。 (3)DIFS (DCF IFS):DCF方式下节点使用的帧间问隔。

网络节点在进入退避状态 时，启动一个退避计时器， 当计时达到退避时间后结束 退避状态。在退避状态下， 只有当检测到信道空闲时才

DIFS 节点A 节点B 节点C 推迟 节点D 推迟 节点E …… 此处隐藏：797字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……