无线传感网——物理层通信技术

1.概述 
网络的物理层主要关心数字化数据的调制与解调问题,这个任务是由收发机来完成的。在传感器网络中,主要的挑战性工作是确定调制方式和收发机的体系结构,使之具有简单、低成本、低能耗的特性,并且能够提供所需的足够稳健的活动。 

由于无线传感网节点采用电池供电,能量有限,且不易更换。因此,能量效率是无线传感网无法回避的问题。从最基础的物理层开始到应用层,几乎所有通信协议的设计都要考虑到能效因素,保持高能效以延长网络的使用寿命是无线传感网设计的重要前提。无线传感网使用无线通信,链路极易受到干扰,链路通信质量往往随着时间推移而改变,因此研究如何保障稳定高效的通信链路是必要的。 

从无线传感网三层体系结构模型来分析,其上层可采用常见的远距离通信方式,包括GPRS、EDGE、WiMAX、3G、4G等;其下层大多采用短距离通信方式,典型的短距离无线通信技术包括蓝牙、Wi-Fi、IrDA、UWB、ZigBee等。无线传感网大多采用低功耗的短距离通信方式,目前ZigBee被公认为典型的无线传感网通信技术,其物理协议层基于IEEE802.15.4标准。 

2.链路特征 
对于无线传感网的链路特性,主要可从频率分配、无线通信信道和调制解调技术三方面进行描述 

2.1通信频率 
常用的ISM波段频率分配 频率 说明 
13.553~13.567MHz 
26.957~27.283MHz 
40.66~40.70MHz 
433~464MHz 欧洲 
902~928MHz 美国 
2.4~2.5GHz WLAN/WPAN技术使用 
5.725~5.875GHz WLAN技术使用 
24~24.25GHz

选择频段时主要考虑以下两点: 

(1)在公用的ISM频段,由于没有使用限制,任何系统可能会对其他系统产生噪声干扰。例如,许多系统公用的2.4GHz的ISM频段。因此,在这些频段中的所有系统有强大的防干扰能力。共存需要涉及物理层和MAC层,但要求分配一些特定的适合传感网的独家频谱是相当困难的事情。 

(2)在传输系统的一个重要参数是天线的效率,其定义为天线辐射功率与总输入功率之比。外形小巧的无线传感器节点期望的是只允许采用小型天线,例如,2.4GHz的无线电波波长为12.5cm,比大多数传感器节点期望的尺寸要长。在一般情况下,由于天线尺寸小于波长,因此效率会有所降低,必须采取一定措施才能事先固定的辐射频率。 

2.2 无线通信信道 
无线传感网采用无线通信方式,传感网的数据信息可以通过各种各样复杂的无线方式传送的目的节点。无线信道是无线通信发送端和接收端之间的通信链路,它们是以电磁波的形式在空间传播,信道的电波传播特性与电波所处的实际传播环境有关。 

2.3 调制解调技术 
调制解调的目的是为了能够在容忍的天线长度内实现远距离的无线信息传输,它在通信系统中有重要的地位。从早期的模拟调制到数字调制,再到不用载波的UWB调制技术,为了满足人们对信息交互的日益需求,调制技术也一直在不断发展。由于调制解调方式直接决定了收发机结构、成本和功耗,所以对他们的选择也是一个折中的过程。

文章转载于:csdn

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