无线传感器网络-传感器网络的通信与组网技术ppt课件.ppt

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1、第三章传感器网络的通信与组网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。无线传感器网络物理层对节点能耗的影响通信单元在不同工作状态下的功耗传感器节点的大部分能量消耗在无线通信模块。OSI分层结构功能提供电气连接和信号标准控制系统与另一端的系统之间的数据流层次应用层表示层会话层传输层数据链路层物理层网络层决定数据传输的物理通道IP路径确定、传输质量控制TCP、UDP通信进程间安全性操作、名字识别、登录等最终数据反映形式。如字符、图形、语音网络操作系统及应用程序OSI分层结构功能提供电气连接

2、和信号标准控制系统与另一端的系统之间的数据流层次应用层表示层会话层传输层数据链路层物理层网络层决定数据传输的物理通道IP路径确定、传输质量控制TCP、UDP通信进程间安全性操作、名字识别、登录等最终数据反映形式。如字符、图形、语音网络操作系统及应用程序一、物理层1.物理层概念物理层：为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的手段。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。物理层的主要功能①为数据终端设备(DataTerminalEquipment，DTE)提供传送数

3、据的通路。②传输数据。③其他管理工作。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。物理接口的四个特性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、解调技术超宽带和扩频技术无线通信物理层的主要技术无线通信的主要技术无线

4、通信物理层协议介质、频段选择调制、解调技术扩频技术电磁波声波无线电波(包括微波)红外线可见光波模拟调制数字调制直接序列扩频跳频跳时线性调频典型通信技术超宽带技术（UWB）不同频段电磁波的比较名称波长频率伽马射线小于0.01 nm大于10EHzX光0.01to10 nm30PHz-30EHz紫外线10 nm-400 nm30EHz-790THz可见光390 nm-750 nm790THz-405THz红外线750 nm-1 mm405THz-300 GHz微波1 mm-1meter300 GHz-300 MHz无线电波1 mm-km300GHz-3Hz1、介质和频段选择无线通信的介质包括电

5、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（包括微波（包括毫米波））、红外线、可见光波等，其中无线电波在无线网络中使用最广泛。2.无线通信物理层的主要技术无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。无线电波的概念电磁波的传播电场电场电场振子电波传输方向磁场磁场电场和磁场在空间是相互垂直的，同时两者又都垂直于传播方向无线电波容易产生，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

6、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（v=fλ），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。无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用Ｃ＝３０００００公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖ＝Ｃ/（ε）1/2，式中ε为传播媒

7、质的相对介电常数。无线电波类似一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。无线电波的波长、频率和传播速度的关系可用式λ＝Ｖ/ｆ表示。在公式中，Ｖ为速度，单位为米/秒；ｆ为频率，单位为赫兹；λ为波长，单位为米。由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。波长无线电波的极化无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。什么是天线把从导线上传下来的电信号做为无