无线传感网络第三章-第一节.pptVIP

* 在传统的无线通信系统中，在调制解调方面需要考虑的重要指标包含频谱效率、误码率、环境适应性，以及实现的难度和成本。 在WSN中，由于节点能量受限，因此我们的设计主要从节能和成本角度出发来选择调制机制。 常用的调制机制有下列四种：模拟调制、数字调制、扩频通信和UWB通信。 我们下面进行一一分析。 * 调频信号：高频载波的频率不是一个常数，是随调制信号而在一定范围内变化的调制方式，其幅值则是一个常数。 调幅信号：载频的频率是不变的，其幅值随调制信号而变。 调相信号：就是对信号相位进行调制，调相的同时一般会伴随调频和调幅。 图a是调幅信号，图B是调频信号，图c是调相信号 * 幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。 它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数字基带信号， * 如图2.2所示?，通过周期性移动PN码（共16个移位值）， 将信息以差分方式放置在每个通道的符号内，即信息是当前符号与前一个符号的移位值的差。 在一个符号传输时间内，M为16个移位值之一（每位包含4位信息），放置在I和Q通道中，每个符号传输1 B。 因为PN码采用的是32-chip，理论上可以设置M=32，每个符号发送5位，但是实现较为复杂。 更为简单的做法是，将8位分为4位而不是5位，这样较小数目的移位值也能简化接收器的实现。 由于分组的长度较短（小于100 B），因此符号的同步可以通过PHY分组的包头实现。 * 图示是自适应编码位置调制机制的体系结构图。 上述我们讲了模拟调制、数字调制和扩频通信， 下面我们接着讲UWB通信技术 * UWB通信技术被认为是未来短距离高数据通信最具潜力的技术。 * 5分为满分 * 对WSN来说，大多数通信节点之间距离短，传输功率低且一般距离地面比较近。 所以对于一般的场景来说，可以认为主要存在三条路径，即障碍物反射、直射以及地面反射。 通常我们分析时只考虑地面反射波对直射波的影响。 * * * 无线传感器节点由于使用时间较长，因此要求节点功耗在平均几个μW范围内， 但当前商业化通信芯片功耗仍在几十mW，对于能源受限的WSN节点来说，仍是难以接受的。 由于当前射频出去的能量远小于收发机电路自身的能量消耗， 所以如何有效降低收发机电路自身的功耗是当前无线传感器网络物理层设计要考虑的主要问题。 * * 无线信道中，数据包越长，传输时出错的概率越大； 反之，数据包越短，传输时出错的概率越小。 根据这一情况，S-MAC协议将长消息分成很多子段，只采用一次RTS/CTS握手， 就可以连续集中发送全部子段。这就是消息分段机制。 如图所示，每个子段的发送都需要接收者的答复(ACK)，假如发送者没收到某个子段的答复，则重传该子段。 整个发送过程只需要一次RTS/CTS，这样既减少控制开销，又可以提高发送成功率。 基于竞争的MAC协议有两种：T-MAC协议和Sift协议。先看T-MAC协议。 * T-MAC协议中，为了减少无用的空闲侦听，采用如图3.6所示的方式。 每个节点周期性的进行睡眠和被唤醒，从而进入激活状态，进行数据的收发，接着再进入睡眠，下一周期接着开始。 如果在一个周期内没有发现需要激活的事件，那么活动结束进入睡眠。 激活事件的定义为： 　周期定时器溢出，唤醒事件； 　物理层接收到数据； 　显示无线信道忙，接收信号强度指示； 　通过RTS/CTS帧的监听来确认邻居节点的数据交换是否已结束。 * 在T-MAC协议中，当一个节点准备向其邻居节点发送数据时，邻居节点进入了睡眠模式，那么我们称这种情况为早睡。 这是T-MAC协议主要解决的问题。 如图所示，AB\BC\CD是三对邻居节点可以相互通信，数据传输方向是A到B到C再到D。 当节点A通过竞争方式获得与节点B的通信权利后，节点A发送一个CTS分组给节点B，节点B接收到之后应答一个CTS分组给节点A，从而完成AB之间的通信。 当节点B发送CTS 分组时，节点C也可以接收到，从而触发一个新的侦听时段，在AB通信结束后C节点接收B发送来的数据。 节点D由于没有接收到CTS数据，因此节点D在BC通信的时候处于睡眠状态，这样节点C就只能等到下一个周期唤醒后才能发送数据。 解决早睡问题有两种办法，一种是满缓冲区优先，一种是未来请求发送。 * 我们先看未来请求发送方式。 * 接着我们看满缓冲区优先方式。 以上是T-MAC协议的内容，下面我们来讨论Sift协议。 * Sift协议存在以下几个问题： 1、多个节点侦听同一事件会在同一时刻发送数据，会造成信道忙并发生竞争。因此需要调整CW值来重新发送，造成大量时间的浪费。 2、若调整后CW值过大，但同时侦听的事件节点数目很少或没有，等待时间过久会导致传输延迟。 3、选择的CW值必须能保证需要发送的数据节点都有机