物联网技术-无线传感网-第二课-徐宪清.pptx

物联网技术The Internet of Things Technology徐宪清friends002@126.com 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。无线传感器网络分层结构：应 用 优 化移 动 管 理应 用 层能 量 分 配传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层第一部分 传感器网络的通信与组网技术物理层一MAC层协议二路由协议三第一部分 传感器网络的通信与组网技术物理层一MAC层二路由协议三1. 物理层1.1 物理层概述1、物理层的基本概念 在计算机网络中物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输介质上传输数据的比特流。国际标准化组织(International Organization for Standardization, IOS)对开放系统互联(Open System Interconnection，OSI)参考模型中物理层的定义如下：物理层为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接，提供机械的、电气的、功能的和规程性的特性。从定义可以看出，物理层的特点是负责在物理连接上传输二进制比特流，并提供为建立、维护和释放物理连接所需要的机械、电气、功能和规程的特性。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。 如信道状态评估、能量检测等等通常物理接口标准对物理接口的四个特性进行了描述： ①机械特性。它规定了物理连接时使用的可接插连接器的形状和尺寸，连接器中的引脚数量和排列情况等。 ②电气特性。它规定了在物理连接上传输二进制比特流时，线路上信号电平高低、阻抗以及阻抗匹配、传输速率与距离限制。 ③功能特性。它规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口信号线一般分为数据线、控制线、定时线和地线。 ④规程特性。它定义了信号线进行二进制比特流传输线的一组操作过程，包括各信号线的工作规则和时序。2、无线通信物理层的主要技术 无线通信物理层的主要技术包括介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术。 (1)介质和频段选择 无线通信的介质包括电磁波和声波。电磁波是最主要的无线通信介质，而声波一般仅用于水下的无线通信。根据波长的不同，电磁波分为无线电波、微波、红外线、毫米波和光波等，其中无线电波在无线网络中使用最广泛。无线电按用途分：民用、商用、军用 民用：一般指我们听得无线广播，一般没有太高的波段 商用：机场、通讯运营商使用的无线电 军用：军事用途。 无线电按波长和频率分 　长波：波长1000，频率300KHz-30KHz 　中波：波长100M-1000M,频率300KHz-3000KHz 　短波:波长100M-10M，频率3MHz～30MHz 　超短波：波长1M-10M，频率30MHz-300MHz,亦称甚高频（VHF）波、米波 　微波:波长1M-1MM,频率300MHz-300KMHz。 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。ISM频段(2)调制技术 调制和解调技术是无线通信系统的关键技术之一。通常信号源的编码信息（即信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因而要将基带信号转换为相对基带频率而言频率非常高的带通信号，以便于进行信道传输。通常将带通信号称为已调信号，而基带信号称为调制信号。 调制对通信系统的有效性和可靠性有很大的影响，采用什么方法调制和解调往往在很大程度上决定着通信系统的质量。根据调制中采用的基带信号的类型，可以将调制分为模拟调制和数字调制。 模拟调制是用模拟基带信号对高频载波的某一参量进行控制，使高频载波随着模拟基带信号的变化而变化。 数字调制是用数字基带信号对高频载波的某一参量进行控制，使高频载波随着数字基带信号的变化而变化。目前通信系统都在由模拟制式向数字制式过渡，因此数字调制已经成为了主流的调制技术。该参量可以是信号的幅度、频率或相位。 根据原始信号所控制参量的不同，调制分为幅度调