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浅谈无线传感器网络

浅谈无线传感器网络

点击数:7929 次   录入时间:03-04 12:04:03   整理:http://www.55dianzi.com   传感-检测-采集电路
无线传感器网络是一个开放系统互联,按照国际标准化组织(ISO)的规定,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、功能和规程性的模块就叫做物理层。从这个定义可以看出,物理层需要承担为数据终端提供数据传输通路、传输数据和完成管理工作的职责。具体到无线传感器网络就是介质的选择、频段的选择、调制技术以及扩频技术。因为是无线网络,传输介质自然要选电磁波了。不过,源信号要依靠电磁波传输必需要通过调制技术变成高频信号,当抵达接受端时,又通过解调技术还原成原始信号。目前采用的调制方法分为模拟调制和数字调制两种。它们的区别就在于调制信号所用的基带信号的模式不同而已(一为数字,一为模拟)。

        信号仅经过调制是不行的,还需要进行扩频。扩频,顾名思义,就是将待传输数据进行频谱扩展的技术。它的好处是:增强了抗干扰能力,可进行多地址通信,保密性提高。常见的扩频技术包括直接序列扩频、跳频、跳时以及线性调频。

        在物理层面上,无线传感器网络遵从的主要是IEEE 802.15.4标准。依照此标准,物理层主要进行如下工作:激活和去活无线收发器,检测当前信道的能量,发送指示,信道频率的选择,数据发送与接收。

        IEEE 802.15.4标准规划了几个工作频段。其中,2.4GHz频段的物理层可提供250Kb/s的数据传输率,适用于高吞吐量、低延时或低作业周期的场合;工作在869/915MHz频段的物理层则能提供20Kb/s的数据传输率,适用于低速率、高灵敏度和大覆盖面积的场合。

        依据IEEE 802.15.4标准的协议被称为Zigbee,其传输带宽虽然没有Wi-FiBlue Tooth大,但是能耗较低,非常适合无线传感器网络。

 

● MAC层协议

 

        信号的传输要靠信道,因此信道也就成为了一种宝贵的资源。怎样合理有效的分配信道,就是数据链路层中的MAC子层要解决的问题了。

        无线传感器网络经常使用的有三种MAC协议:传感器协议(S-MAC),分布式能量意识协议(DE-MAC)和协调设备协议。S-MAC协议通过调配节点的休眠方式来有效地分配信道;DE-MAC则采用周期性监听和休眠机制,避免空闲监听和串音,其目的是减少能耗和增加网络的生存周期;MD协议则能为大规模、低占空比运行的节点提供了不需要高精度时钟的可靠通信。

        总体来说,无线传感器网络的MAC协议在分配信道的同时还要保证系统的能耗最低。

 

路由

 

        在具备底层传输协议的保障后,信息怎样快速地从源传输到目的地就是由路由协议来解决了。简单来说,路由要实现两个基本功能:确定最佳路径和通过网络传输信息。数据传输的途径存于路由表,由路由算法初始化并负责维护。

        无线传感器网络与普通的网络不同,它有自己的特点:比如能量受限,通信方式以数据为中心,相邻节点的数据有着相似性,拓扑结构也在不断的变化等。与此对应,常规网络的路由并不一定能适应无线传感器网络。

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