無線感測網 物理層通訊技術

2021-07-24 18:06:42 字數 1456 閱讀 9807

1.概述

網路的物理層主要關心數位化資料的調製與解調問題,這個任務是由收發機來完成的。在感測器網路中,主要的挑戰性工作是確定調製方式和收發機的體系結構,使之具有簡單、低成本、低能耗的特性,並且能夠提供所需的足夠穩健的活動。

由於無線感測網節點採用電池供電,能量有限,且不易更換。因此,能量效率是無線感測網無法迴避的問題。從最基礎的物理層開始到應用層,幾乎所有通訊協議的設計都要考慮到能效因素,保持高能效以延長網路的使用壽命是無線感測網設計的重要前提。無線感測網使用無線通訊,鏈路極易受到干擾,鏈路通訊質量往往隨著時間推移而改變,因此研究如何保障穩定高效的通訊鏈路是必要的。

從無線感測網三層體系結構模型來分析,其上層可採用常見的遠距離通訊方式,包括gprs、edge、wimax、3g、4g等;其下層大多採用短距離通訊方式,典型的短距離無線通訊技術包括藍芽、wi-fi、irda、uwb、zigbee等。無線感測網大多採用低功耗的短距離通訊方式,目前zigbee被公認為典型的無線感測網通訊技術,其物理協議層基於ieee802.15.4標準。

2.鏈路特徵

對於無線感測網的鏈路特性,主要可從頻率分配、無線通訊通道和調製解調技術三方面進行描述

2.1通訊頻率

常用的ism波段頻率分配 頻率 說明

13.553~13.567mhz

26.957~27.283mhz

40.66~40.70mhz

433~464mhz 歐洲

902~928mhz 美國

2.4~2.5ghz wlan/wpan技術使用

5.725~5.875ghz wlan技術使用

24~24.25ghz

選擇頻段時主要考慮以下兩點:

(1)在公用的ism頻段,由於沒有使用限制,任何系統可能會對其他系統產生雜訊干擾。例如,許多系統公用的2.4ghz的ism頻段。因此,在這些頻段中的所有系統有強大的防干擾能力。共存需要涉及物理層和mac層,但要求分配一些特定的適合感測網的獨家頻譜是相當困難的事情。

(2)在傳輸系統的乙個重要引數是天線的效率,其定義為天線輻射功率與總輸入功率之比。外形小巧的無線感測器節點期望的是只允許採用小型天線,例如,2.4ghz的無線電波波長為12.5cm,比大多數感測器節點期望的尺寸要長。在一般情況下,由於天線尺寸小於波長,因此效率會有所降低,必須採取一定措施才能事先固定的輻射頻率。

2.2 無線通訊通道

無線感測網採用無線通訊方式,感測網的資料資訊可以通過各種各樣複雜的無線方式傳送的目的節點。無線通道是無線通訊傳送端和接收端之間的通訊鏈路,它們是以電磁波的形式在空間傳播,通道的電波傳播特性與電波所處的實際傳播環境有關。

2.3 調製解調技術

調製解調的目的是為了能夠在容忍的天線長度內實現遠距離的無線資訊傳輸,它在通訊系統中有重要的地位。從早期的模擬調製到數字調製,再到不用載波的uwb調製技術,為了滿足人們對資訊互動的日益需求,調製技術也一直在不斷發展。由於調製解調方式直接決定了收發機結構、成本和功耗,所以對他們的選擇也是乙個折中的過程。

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