第4章WSN通信与组网技术.pptVIP

第4章;学习目标;4.1无线传感器网络协议结构;4.1.2无线传感器网络协议的分层结构;1.网络通信协议;是针对低速无线个域网(Low-RateWirelessPersonalAreaNetwork，LR-WPAN)制定的标准。

该标准把低能量消耗、低速率传输、低本钱作为重点目标，旨在为个人或家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。

IEEE的网络特征与无线传感器网络存在很多相似之处，所以许多研究机构把它作为无线传感器网络的无线通信平台。;(1)物理层。传感器网络的物理层负责信号的调制和数据的收发，所采用的传输介质主要有无线电、红外线、光波等。

(2)数据链路层。传感器网络的数据链路层负责数据成帧、帧检测、介质访问和过失控制。介质访问协议保证可靠的点对点和点对多点通信，过失控制保证源结点发出的信息可以完整无误地到达目标结点。;(3)网络层。传感器网络的网络层负责路由发现和维护，通常大多数结点无法直接与网络通信，需要通过中间结点以多跳路由的方式将数据传送至会聚结点。

(4)传输层。传感器网络的传输层负责数据流的传输控制，主要通过会聚结点采集传感器网络内的数据，并使用卫星、移动通信网络、因特网或者其他的链路与外部网络通信，是保证通信效劳质量的重要局部。;2.网络管理平台;(2)效劳质量管理。效劳质量管埋在各协议层设计队列管理、优先级机制或者带宽预留等机制，并对特定应用的数据给予特别处理。它是网络与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质量约定。为了满足用户的要求，传感器网络必须能够为用户提供足够的资源，以用户可接受的性能指标工作。

(3)能量管理。在传感器网络中电源能量是各个结点最珍贵的资源。为了使传感器网络的使用时间尽可能长，需要合理、有效地控制结点对能量的使用。每个协议层次中都要增加能量控制代码，并提供给操作系统进行能量分配决策。;;;3.应用支撑平台;4.2物理层;物理层的主要功能如下：

(1)为数据终端设备(DataTerminalEquipment，DTE)提供传送数据的通路；

(2)传输数据；

(3)其他管理工作。物理层还负责其他一些管理工作，如信道状态评估、能量检测等。

;1．介质选择和频??分配

无线通信的介质包括电磁波和声波。电磁波是主要的无线通信介质，而声波一般仅用于水下无线通信。

按照波长进行分类，电磁波可分为无线电波、微波、红外线、毫米波以及光波等。

2．通信信道分配

通信信道是数据传输的通路，在计算机网络中信道分为物理信道和逻辑信道。

物理信道按传输数据类型的不同分为数字信道和模拟信道，还可根据传输介质的不同分为有线信道和无线信道。;;4.2.4WSN物理层的设计;2．物理层帧结构;;在低速无线个域网(LR-PAN)的标准中，定义的物理层是在868MHz、915MHz、2.4GHz三个载波频段收发数据。在这三个频段都使用了直接序列扩频方式。标准非常适合无线传感器网络的特点。是传感器网络物理层协议标准的最有力竞争者之一。目前基于该标准的射频芯片也相继推出，例如Chipcon公司的CC2420无线通信芯片。

总的来看，针对无线传感器网络的特点，现有的物理层设计根本采用结构简单的调制方式，在频段选择上主要集中在433～464MHz、902～928MHz和2.4～2.5GHz的ISM波段。;4.3数据链路层协议;多跳自组织无线传感网络MAC层协议需要实现两个目标：

〔1)对于感知区域内密集布置节点的多跳无线通信，需要建立数据通信链接以获得根本的网络根底设施。

〔2)为了使无线传感节点公平有效地共享通信资源，需要对共享媒体的访问进行管理。

无线传感网络的MAC协议必须具有固定能量保护、移动性管理和失效恢复策略。

考虑现有的MAC解决方案，主要包含以下几种访问方式：

(1)基于TDMA的媒体访问

(2)基于混合TDMA/FDMA的媒体访问

(3)基于CSMA媒体访问;一般而基于ARQ的误差控制主要采用重新传送恢复丧失的数据包/帧。虽然其他无线网络的数据链路层利用了基于ARQ的误差控制方案，但由于无线传感节点能量与处理资源的缺乏，无线传感网络应用中ARQ的有效性受到了限制。另外，FEC方案具有固有的解码复杂性，需要无线传感节点消耗大量处理资源。因此，具有低复杂度编码与解码方式的简单误差控制码可能是无线传感网络中误差控制的最正确解决方案。;4.4网络层协议;图3-4中无线传感节点E聚集无线传感节点A和B的数据，而无线传感节点F聚集无线传感节点C和D的数据。;网络层设计原那么之一是易于与其他网络相结合，如图3-5所示，Sink节点作为其他网络的网关，是通信中枢。用户可根据查询目的或应用类型通过Internet或卫星网络查询无线传感网络。;;4.5