《无线传感器网络简明教程(第二版)》,教学幻灯片第3章概述.pptVIP

无线传感器网络简明教程（第2版）;第 3 章 传感器网络的通信与组网技术;*;*;;物理层的主要功能：;物理接口的四个特性：;无线通信物理层的主要技术： ;无线传感器网络物理层的特点 传输介质主要是无线电波、红外线和光波三种类型。 ISM频段的优点在于它是自由频段，无须注册，可选频谱范围大，实现起来灵活方便。 ISM频段的缺点主要是功率受限，另外与现有多种无线通信应用存在相互干扰问题。;1、传输介质;2、物理层帧结构;3、物理层设计技术;3.2 MAC 协议; 无线频谱是无线通信的介质，这种广播介质属于稀缺资源。在无线传感器网络中，可能有多个节点设备同时接入信道，导致分组之间相互冲突，使接收方难以分辨出接收到的数据，从而浪费了信道资源，导致网络吞吐量下降。为了解决这些问题，就需要设计介质访问控制(Medium Access Control，MAC)协议。所谓MAC协议就是通过一组规则和过程来有效、有序和公平地使用共享介质。;目前无线传感器网络MAC协议可以按照下列条件进行分类：; 本书根据上述的第三种分类方法，将传感器网络的MAC协议分为以下三种：; IEEE 802.11 MAC协议两种访问控制方式，其中DCF方式是IEEE 802.11协议的基本访问控制方式。; 在DCF工作方式下，载波侦听机制通过物理载波侦听和虚拟载波侦听来确定无线信道的状态。物理载波侦听由物理层提供，虚拟载波侦听由MAC层提供。; IEEE 802.11 MAC协议规定了三种基本帧间间隔(InterFrame Space，IFS)，用来提供访问无线信道的优先级：; 根据CSMA/CA协议，当节点要传输一个分组时，它首先侦听信道状态。如果信道空闲，而且经过一个帧间间隔时间DIFS后，信道仍然空闲，则站点立即开始发送信息。如果信道忙，则站点始终侦听信道，直到信道的空闲时间超过DIFS。当信道最终空闲下来的时候，节点进一步使用二进制退避算法，进入退避状态来避免发生碰撞。; 随机退避时间按下面公式进行计算： 退避时间=Random()×aSlottime 其中，Random()是在竞争窗口[0，CW]内均匀分布的伪随机整数；CW是整数随机数，它的数值位于标准规定的aCWmin和aCWmax之间；aSlottime是一个时槽时间??包括发射启动时间、介质传播时延、检测信道的响应时间等。;; 802.11 MAC协议通过立即主动确认机制和预留机制业提高性能。在主动确认机制中，当目标节点收到一个发送给它的有效数据帧(DATA)时，必须向源节点发送一个应答帧(ACK)，确认数据已被正确接收到。为了保证目标节点在发送ACK过程中不与其它节点发生冲突，目标节点使用SIFS帧间隔。主动确认机制只能用于有明确目标地址的帧，不能用于组播和广播报文传输。; 通常无线传感器网络的无效能耗主要来源于如下四种原因：;（1）周期性侦听和睡眠机制 S-MAC协议将时间分为帧，帧长度由应用程序决定。帧内分监听工作阶段和睡眠阶段。监听/睡眠阶段的持续时间要根据应用情况进行调整。当节点处于睡眠阶段时，关闭无线电波，以节省能量。当然节点需要缓存这期间收到的数据，以便工作阶段集中发送。 ;（2）流量自适应侦听机制 流量自适应侦听机制的基本思想是在一次通信过程中，通信节点的邻居在通信结束后不立即进入睡眠状态，而是保持侦听一段时间。如果节点在这段时间内接收到RTS分组，则可以立刻接收数据，无须等到下一次调度侦听周期，从而减少了数据分组的传输延迟。如果在这段时间内没有接收到RTS分组，则转入睡眠状态直到下一次调度侦听周期。 （3）冲突和串音避免机制 为了减少冲突和避免串音，S-MAC协议采用了与802.11 MAC协议类似的虚拟和物理载波监听机制，以及RTS/CTS握手交互机制。两者的区别在于当邻居节点处于通信过程时，执行S-MAC协议的节点进入睡眠状态。 ;（4）消息传递机制 S-MAC协议采用了消息传递机制，可以很好地支持长消息的发送。由于无线信道的传输差错与消息长度成正比，短消息传输成功的概率要大于长消息。;3.3 路由协议; 路由选择(routing)是指选择互连网络从源节点向目的节点传输信息的行为，并且信息至少通过一个中间节点。 包括两个功能：;;我们从各种应用的角度出发，将路由协议分为四类：; 定向扩散（Directed Diffusion，DD）路由协议是一种基于查询的路由机制。 定向扩散路由机制可以分为周期性的兴趣扩散、梯度建立和路径加强三个阶段: ; 每个节点在本地保存一个兴趣列表，对于