無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(1)

1、.第第3 3章章傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信與組網(wǎng)技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信與組網(wǎng)技術(shù). 目視千里、耳聽八方是人類長(zhǎng)久的夢(mèng)想，現(xiàn)代衛(wèi)星目視千里、耳聽八方是人類長(zhǎng)久的夢(mèng)想，現(xiàn)代衛(wèi)星技術(shù)的出現(xiàn)使人們離這一目標(biāo)前進(jìn)了很多，但衛(wèi)星高高技術(shù)的出現(xiàn)使人們離這一目標(biāo)前進(jìn)了很多，但衛(wèi)星高高在上，洞察全局在行，明察細(xì)微就勉為其難了。在上，洞察全局在行，明察細(xì)微就勉為其難了。 將大量傳感器節(jié)點(diǎn)遍撒指定區(qū)域，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電將大量傳感器節(jié)點(diǎn)遍撒指定區(qū)域，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電傳回監(jiān)控中心，監(jiān)控區(qū)域內(nèi)信息盡收觀察者的眼中。傳回監(jiān)控中心，監(jiān)控區(qū)域內(nèi)信息盡收觀察者的眼中。 這是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的目標(biāo)，其實(shí)現(xiàn)依賴這是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的目標(biāo)

2、，其實(shí)現(xiàn)依賴于優(yōu)秀的數(shù)據(jù)傳輸方法，需要新型的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。于優(yōu)秀的數(shù)據(jù)傳輸方法，需要新型的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。. 通常傳感器節(jié)點(diǎn)的通信覆蓋范圍只有幾十米到幾通常傳感器節(jié)點(diǎn)的通信覆蓋范圍只有幾十米到幾百米，人們要考慮如何在有限的通信能力條件下，完百米，人們要考慮如何在有限的通信能力條件下，完成探測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。成探測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。 無(wú)線通信是傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。無(wú)線通信是傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。.通信與組網(wǎng)技術(shù)通信與組網(wǎng)技術(shù)n通信處于傳感器網(wǎng)絡(luò)的最底層，包括通信處于傳感器網(wǎng)絡(luò)的最底層，包括物理層物理層及及MAC層；層；n主要解決實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的主要解決實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的點(diǎn)到點(diǎn)點(diǎn)到點(diǎn)或則或則點(diǎn)到多點(diǎn)點(diǎn)到多點(diǎn)的傳的

3、傳輸問(wèn)題，為上層組網(wǎng)提供通信服務(wù)；輸問(wèn)題，為上層組網(wǎng)提供通信服務(wù)；n同時(shí)滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模大規(guī)模、低成本低成本、低功耗低功耗及及魯棒性魯棒性等要求。等要求。.通信與組網(wǎng)技術(shù)通信與組網(wǎng)技術(shù)n組網(wǎng)技術(shù)以底層通信技術(shù)為基礎(chǔ)，建立一個(gè)組網(wǎng)技術(shù)以底層通信技術(shù)為基礎(chǔ)，建立一個(gè)可可靠且具有嚴(yán)格功耗預(yù)算靠且具有嚴(yán)格功耗預(yù)算的通信網(wǎng)絡(luò)，向用戶提的通信網(wǎng)絡(luò)，向用戶提供服務(wù)支持；供服務(wù)支持；n網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)路由轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)，傳輸層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量保障服務(wù)質(zhì)量保障；n在資源消耗與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能之間平衡在資源消耗與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能之間平衡。.3.1 3

4、.1 物理層物理層3.1.1 3.1.1 物理層概述物理層概述1 1、物理層的基本概念、物理層的基本概念 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸介質(zhì)上在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)的比特流。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)開放系統(tǒng)互聯(lián)傳輸數(shù)據(jù)的比特流。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)(OSI)參考模型中物理層的參考模型中物理層的定義如下：物理層為建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間的二進(jìn)制比特傳輸?shù)亩x如下：物理層為建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間的二進(jìn)制比特傳輸?shù)奈锢磉B接，提供物理連接，提供機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程性的機(jī)械的、電氣的、功能的

5、和規(guī)程性的特性。特性。 從定義可以看出，物理層的特點(diǎn)是負(fù)責(zé)在從定義可以看出，物理層的特點(diǎn)是負(fù)責(zé)在物理連接上傳輸二進(jìn)制比特流物理連接上傳輸二進(jìn)制比特流，并提供為建立、維護(hù)和釋放物理連接所需要的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程的特性。并提供為建立、維護(hù)和釋放物理連接所需要的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程的特性。.n網(wǎng)絡(luò)中物理設(shè)備與傳輸介質(zhì)的種類很多，通信網(wǎng)絡(luò)中物理設(shè)備與傳輸介質(zhì)的種類很多，通信也有不同的方式；也有不同的方式；n物理層要盡可能屏蔽掉這些差異，使數(shù)據(jù)鏈路物理層要盡可能屏蔽掉這些差異，使數(shù)據(jù)鏈路層感覺不到這種差異層感覺不到這種差異；n確保數(shù)據(jù)鏈路層只需要考慮如何完成本層的協(xié)確保數(shù)據(jù)鏈路層只需要考慮如何完成

6、本層的協(xié)議和服務(wù)，而不必考慮網(wǎng)絡(luò)具體的傳輸介質(zhì)。議和服務(wù)，而不必考慮網(wǎng)絡(luò)具體的傳輸介質(zhì)。.n物理層處于最底層，是整個(gè)開放系統(tǒng)的基礎(chǔ)，向下直物理層處于最底層，是整個(gè)開放系統(tǒng)的基礎(chǔ)，向下直接與物理傳輸介質(zhì)相連接接與物理傳輸介質(zhì)相連接; ;n物理層協(xié)議是各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)時(shí)遵守的底層協(xié)議物理層協(xié)議是各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)時(shí)遵守的底層協(xié)議; ;n實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備之間的二進(jìn)制比特流的透明傳輸實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備之間的二進(jìn)制比特流的透明傳輸; ;n負(fù)責(zé)主機(jī)間傳輸數(shù)據(jù)位，為物理介質(zhì)上傳輸?shù)谋忍亓髫?fù)責(zé)主機(jī)間傳輸數(shù)據(jù)位，為物理介質(zhì)上傳輸?shù)谋忍亓鹘⒁?guī)則，及需何種傳送技術(shù)在傳輸介質(zhì)上發(fā)送數(shù)據(jù)建立規(guī)則，及需何種傳送技術(shù)在傳輸介質(zhì)上

7、發(fā)送數(shù)據(jù); ;n對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽物理傳輸介質(zhì)的特性，以便對(duì)高層對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽物理傳輸介質(zhì)的特性，以便對(duì)高層協(xié)議有最大的透明性，但定義了數(shù)據(jù)鏈路層所使用的協(xié)議有最大的透明性，但定義了數(shù)據(jù)鏈路層所使用的訪問(wèn)方法訪問(wèn)方法 .物理層的主要功能如下：物理層的主要功能如下： 為數(shù)據(jù)終端設(shè)備為數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Data Terminal Equipment(Data Terminal Equipment，DTE)DTE)提供傳送數(shù)據(jù)的通路。提供傳送數(shù)據(jù)的通路。 數(shù)據(jù)通路可以是一個(gè)物理介質(zhì)，也可由多個(gè)物理介質(zhì)數(shù)據(jù)通路可以是一個(gè)物理介質(zhì)，也可由多個(gè)物理介質(zhì)連接而成的。連接而成的。 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸包括激活物理連

8、接、傳送數(shù)據(jù)和一次完整的數(shù)據(jù)傳輸包括激活物理連接、傳送數(shù)據(jù)和終止物理鏈接。終止物理鏈接。 所謂所謂“激活物理鏈接激活物理鏈接”就是不管有多少物理介質(zhì)參與，就是不管有多少物理介質(zhì)參與，都需將通信的兩個(gè)數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來(lái)，形成一通路。都需將通信的兩個(gè)數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來(lái)，形成一通路。.物理層的主要功能如下：物理層的主要功能如下：傳輸數(shù)據(jù)。傳輸數(shù)據(jù)。 物理層要形成適合傳輸需要的實(shí)體，為數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，物理層要形成適合傳輸需要的實(shí)體，為數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，保證數(shù)據(jù)能在物理層正確通過(guò)，并提供保證數(shù)據(jù)能在物理層正確通過(guò)，并提供足夠的帶寬足夠的帶寬，以，以減減少信道的擁塞少信道的擁塞。 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞侥軡M足點(diǎn)到點(diǎn)

9、、一點(diǎn)到多點(diǎn)、串行或數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞侥軡M足點(diǎn)到點(diǎn)、一點(diǎn)到多點(diǎn)、串行或并行、半雙工或全雙工、同步或異步傳輸?shù)男枰?。并行、半雙工或全雙工、同步或異步傳輸?shù)男枰?.物理層的主要功能如下：物理層的主要功能如下：其他管理工作其他管理工作 如如信道狀態(tài)評(píng)估信道狀態(tài)評(píng)估、能量檢測(cè)能量檢測(cè)等等 .n具體的物理層協(xié)議比較復(fù)雜具體的物理層協(xié)議比較復(fù)雜 物理鏈接的方式很多物理鏈接的方式很多：可以是點(diǎn)到點(diǎn)的，也：可以是點(diǎn)到點(diǎn)的，也可以是多點(diǎn)連接或廣播連接?？梢允嵌帱c(diǎn)連接或廣播連接。 傳輸介質(zhì)種類非常多傳輸介質(zhì)種類非常多：如架空明線、平衡電：如架空明線、平衡電纜、同軸電纜、光纖、雙絞線和無(wú)線信道等。纜、同軸電纜、光纖、

10、雙絞線和無(wú)線信道等。 .n通信所用的互連設(shè)備是指通信所用的互連設(shè)備是指數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備和和數(shù)據(jù)電路終數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備間的互連設(shè)備端設(shè)備間的互連設(shè)備。n具有一定數(shù)據(jù)處理能力和發(fā)送、接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備具有一定數(shù)據(jù)處理能力和發(fā)送、接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備稱為稱為“數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備”，也稱為，也稱為“物理設(shè)備物理設(shè)備”，如，如計(jì)計(jì)算機(jī)算機(jī)、I IO O設(shè)備設(shè)備終端等；終端等；n介于數(shù)據(jù)終端設(shè)備和傳輸介質(zhì)之間的數(shù)據(jù)通信設(shè)備或介于數(shù)據(jù)終端設(shè)備和傳輸介質(zhì)之間的數(shù)據(jù)通信設(shè)備或電路連接設(shè)備，稱為電路連接設(shè)備，稱為“數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備”，如，如調(diào)制調(diào)制解調(diào)器解調(diào)器等。等。 .n物理層通信過(guò)

11、程中，物理層通信過(guò)程中，數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備和和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備備之間應(yīng)該既有之間應(yīng)該既有數(shù)據(jù)信息傳數(shù)據(jù)信息傳輸，也有輸，也有控制信息控制信息傳輸；傳輸；n制定相互之間的接口標(biāo)準(zhǔn)來(lái)協(xié)調(diào)工作。這些標(biāo)準(zhǔn)就是制定相互之間的接口標(biāo)準(zhǔn)來(lái)協(xié)調(diào)工作。這些標(biāo)準(zhǔn)就是物理接口標(biāo)準(zhǔn)。物理接口標(biāo)準(zhǔn)。.通常物理接口標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理接口的四個(gè)特性進(jìn)行了描述：通常物理接口標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理接口的四個(gè)特性進(jìn)行了描述： 機(jī)械特性。機(jī)械特性。它規(guī)定了物理連接時(shí)使用的可接插連接器的形狀和尺寸，它規(guī)定了物理連接時(shí)使用的可接插連接器的形狀和尺寸，連接器中的引腳數(shù)量和排列情況等。連接器中的引腳數(shù)量和排列情況等。 電氣特性。電氣特性。

12、它規(guī)定了在物理連接上傳輸二進(jìn)制比特流時(shí)，線路上信號(hào)它規(guī)定了在物理連接上傳輸二進(jìn)制比特流時(shí)，線路上信號(hào)電平高低、阻抗以及阻抗匹配、傳輸速率與距離限制。電平高低、阻抗以及阻抗匹配、傳輸速率與距離限制。 功能特性。功能特性。它規(guī)定了物理接口上各條信號(hào)線的功能分配和確切定義。它規(guī)定了物理接口上各條信號(hào)線的功能分配和確切定義。物理接口信號(hào)線一般分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線和地線。物理接口信號(hào)線一般分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線和地線。 規(guī)程特性。規(guī)程特性。它定義了信號(hào)線進(jìn)行二進(jìn)制比特流傳輸線的一組操作過(guò)程，它定義了信號(hào)線進(jìn)行二進(jìn)制比特流傳輸線的一組操作過(guò)程，包括各信號(hào)線的工作規(guī)則和時(shí)序。包括各信號(hào)線的工作規(guī)則

13、和時(shí)序。.2 2、無(wú)線通信物理層的主要技術(shù)、無(wú)線通信物理層的主要技術(shù) 無(wú)線通信物理層的主要技術(shù)包括無(wú)線通信物理層的主要技術(shù)包括介質(zhì)的選擇介質(zhì)的選擇、頻段的頻段的選擇選擇、調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)和和擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)。 (1)(1)介質(zhì)和頻段選擇介質(zhì)和頻段選擇 無(wú)線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要無(wú)線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無(wú)線通信介質(zhì)，而聲波一般僅用于水下的無(wú)線通信。根的無(wú)線通信介質(zhì)，而聲波一般僅用于水下的無(wú)線通信。根據(jù)波長(zhǎng)的不同，電磁波分為無(wú)線電波、微波、紅外線、毫據(jù)波長(zhǎng)的不同，電磁波分為無(wú)線電波、微波、紅外線、毫米波和光波等，其中米波和光波等，其中無(wú)線電波無(wú)線電波在無(wú)

14、線網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛。. 無(wú)線電波是容易產(chǎn)生，可以傳播很遠(yuǎn)，可以穿過(guò)建筑無(wú)線電波是容易產(chǎn)生，可以傳播很遠(yuǎn)，可以穿過(guò)建筑物，因而被廣泛地用于室內(nèi)或室外的無(wú)線通信。物，因而被廣泛地用于室內(nèi)或室外的無(wú)線通信。 無(wú)線電波是全方向傳播信號(hào)的，它能向任意方向發(fā)送無(wú)線電波是全方向傳播信號(hào)的，它能向任意方向發(fā)送無(wú)線信號(hào)，所以發(fā)射方和接收方的裝置在位置上不必要求無(wú)線信號(hào)，所以發(fā)射方和接收方的裝置在位置上不必要求很精確的對(duì)準(zhǔn)很精確的對(duì)準(zhǔn)。. 無(wú)線電波的傳播特性與頻率相關(guān)。如果采用較低頻率，則它能輕無(wú)線電波的傳播特性與頻率相關(guān)。如果采用較低頻率，則它能輕易地通過(guò)障礙物，但電波能量隨著與信號(hào)源距

15、離易地通過(guò)障礙物，但電波能量隨著與信號(hào)源距離r r的增大而急劇減小，的增大而急劇減小，大致為大致為1/r1/r3 3。如果采用高頻傳輸，則它趨于直線傳播如果采用高頻傳輸，則它趨于直線傳播，且受障礙物阻，且受障礙物阻擋的影響。無(wú)線電波易受發(fā)動(dòng)機(jī)和其它電子設(shè)備的干擾。擋的影響。無(wú)線電波易受發(fā)動(dòng)機(jī)和其它電子設(shè)備的干擾。 另外，由于無(wú)線電波的傳輸距離較遠(yuǎn)，用戶之間的相互串?dāng)_也是另外，由于無(wú)線電波的傳輸距離較遠(yuǎn)，用戶之間的相互串?dāng)_也是需要關(guān)注的問(wèn)題，所以每個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有關(guān)于無(wú)線頻率管制方面的需要關(guān)注的問(wèn)題，所以每個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有關(guān)于無(wú)線頻率管制方面的使用授權(quán)規(guī)定。使用授權(quán)規(guī)定。.(2)(2)調(diào)制技術(shù)調(diào)

16、制技術(shù) 調(diào)制和解調(diào)調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通技術(shù)是無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通常信號(hào)源的編碼信息（即信源）含有直流分量和頻率較低常信號(hào)源的編碼信息（即信源）含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號(hào)。的頻率分量，稱為基帶信號(hào)。 基帶信號(hào)往往不能作為傳輸信號(hào)，因而要將基帶信號(hào)基帶信號(hào)往往不能作為傳輸信號(hào)，因而要將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號(hào)，以便于轉(zhuǎn)換為相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號(hào)，以便于進(jìn)行信道傳輸。通常將帶通信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，而基帶信進(jìn)行信道傳輸。通常將帶通信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。.n調(diào)制技術(shù)通過(guò)改變高

17、頻載波的調(diào)制技術(shù)通過(guò)改變高頻載波的幅度幅度、相位相位或或頻頻率率，使其隨著基帶信號(hào)幅度的變化而變化。，使其隨著基帶信號(hào)幅度的變化而變化。n解調(diào)是將基帶信號(hào)從載波中提取出來(lái)以便預(yù)定解調(diào)是將基帶信號(hào)從載波中提取出來(lái)以便預(yù)定的接收者的接收者(信宿信宿)處理和理解的過(guò)程。處理和理解的過(guò)程。. 調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有很大的影調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有很大的影響，采用什么方法調(diào)制和解調(diào)往往在很大程度上決定響，采用什么方法調(diào)制和解調(diào)往往在很大程度上決定著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。 根據(jù)調(diào)制中采用的基帶信號(hào)的類型，可以將調(diào)制根據(jù)調(diào)制中采用的基帶信號(hào)的類型，可以將調(diào)制分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)

18、制。分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。 . 模擬調(diào)制是用模擬基帶信號(hào)對(duì)高頻載波的某一參模擬調(diào)制是用模擬基帶信號(hào)對(duì)高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著模擬基帶信號(hào)的變化而量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著模擬基帶信號(hào)的變化而變化。變化。 數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)高頻載波的某一參數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著數(shù)字基帶信號(hào)的變化而量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。目前通信系統(tǒng)都在由模擬制式向數(shù)字制式過(guò)渡，變化。目前通信系統(tǒng)都在由模擬制式向數(shù)字制式過(guò)渡，因此因此數(shù)字調(diào)制已經(jīng)成為了主流的調(diào)制技術(shù)數(shù)字調(diào)制已經(jīng)成為了主流的調(diào)制技術(shù)。. 根據(jù)原始信號(hào)所控制參量的不

19、同，調(diào)制分為幅度調(diào)制（根據(jù)原始信號(hào)所控制參量的不同，調(diào)制分為幅度調(diào)制（Amplitude Amplitude Modulation, AMModulation, AM）、頻率調(diào)制（）、頻率調(diào)制（Frequency Modulation, FMFrequency Modulation, FM）和相位）和相位調(diào)制（調(diào)制（Phase Modulation, PMPhase Modulation, PM）。）。 當(dāng)數(shù)字調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制矩形全占空脈沖序列時(shí)，由于該序列只存當(dāng)數(shù)字調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制矩形全占空脈沖序列時(shí)，由于該序列只存在在“有電有電”和和“無(wú)電無(wú)電”兩種狀態(tài)，因而可以采用電鍵控制，被稱為鍵兩種

20、狀態(tài)，因而可以采用電鍵控制，被稱為鍵控信號(hào)，所以上述數(shù)字信號(hào)的調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相分別又被稱為幅移鍵控信號(hào)，所以上述數(shù)字信號(hào)的調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相分別又被稱為幅移鍵控控(Amplitude Shift Keying, (Amplitude Shift Keying, ASKASK) )、頻移鍵控、頻移鍵控(Frequency Shift (Frequency Shift Keying, Keying, FSKFSK) )和相移鍵控和相移鍵控(Phase Shift Keying, (Phase Shift Keying, PSKPSK) )。. 20 20世紀(jì)世紀(jì)8080年代以來(lái)，人們十分重視調(diào)制技術(shù)

21、在無(wú)線年代以來(lái)，人們十分重視調(diào)制技術(shù)在無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，以尋求頻譜利用率更高、頻譜特性通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，以尋求頻譜利用率更高、頻譜特性更好的數(shù)字調(diào)制方式。更好的數(shù)字調(diào)制方式。 由于振幅鍵控信號(hào)的抗噪聲性能不夠理想，因而目由于振幅鍵控信號(hào)的抗噪聲性能不夠理想，因而目前在無(wú)線通信中廣泛應(yīng)用的調(diào)制方法是前在無(wú)線通信中廣泛應(yīng)用的調(diào)制方法是頻率鍵控和相位頻率鍵控和相位鍵控。鍵控。.(3)(3)擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù) 擴(kuò)頻又稱為擴(kuò)展頻譜，定義如下：擴(kuò)頻又稱為擴(kuò)展頻譜，定義如下：是一種信息傳輸方式是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；于所傳信息必需

22、的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的碼序列來(lái)完成，用編碼頻帶的擴(kuò)展是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的碼序列來(lái)完成，用編碼及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)；在接收端用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)和恢復(fù)在接收端用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)和恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。所傳信息數(shù)據(jù)。. 擴(kuò)頻技術(shù)按照工作方式的不同，可以分為以下四種：擴(kuò)頻技術(shù)按照工作方式的不同，可以分為以下四種：直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)；跳頻跳頻(Frequ

23、ency Hopping Spread Spectrum, FHSS)(Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS)；跳時(shí)跳時(shí)(Time Hopping Spread Spectrum, THSS)(Time Hopping Spread Spectrum, THSS)；寬帶線性調(diào)頻擴(kuò)頻寬帶線性調(diào)頻擴(kuò)頻(chirp Spread Spectrum, chirp-SS(chirp Spread Spectrum, chirp-SS，簡(jiǎn)稱切普，簡(jiǎn)稱切普擴(kuò)頻擴(kuò)頻) )。. 擴(kuò)頻通信與一般無(wú)線通信系統(tǒng)相比，主要是在發(fā)射端增加了擴(kuò)擴(kuò)頻通信與一般無(wú)線通信系統(tǒng)相比，主要是

24、在發(fā)射端增加了擴(kuò)頻調(diào)制，而在接收端增加了擴(kuò)頻解調(diào)。頻調(diào)制，而在接收端增加了擴(kuò)頻解調(diào)。 擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：易于重復(fù)使用頻率，提高了無(wú)線頻譜利用易于重復(fù)使用頻率，提高了無(wú)線頻譜利用率率; ;抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低; ;隱蔽性好，對(duì)各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾隱蔽性好，對(duì)各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小很小; ;可以實(shí)現(xiàn)碼分多址可以實(shí)現(xiàn)碼分多址; ;抗多徑干擾抗多徑干擾; ;能精確地定時(shí)和測(cè)距能精確地定時(shí)和測(cè)距; ;適合數(shù)適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通信業(yè)務(wù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通信業(yè)務(wù); ;安裝簡(jiǎn)便，易于維護(hù)。安裝簡(jiǎn)便，易于維護(hù)。.3 3、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

25、物理層的特點(diǎn)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層的特點(diǎn) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的一種類型，因無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的一種類型，因此它包含了上述介紹的無(wú)線通信物理層技術(shù)的特點(diǎn)。此它包含了上述介紹的無(wú)線通信物理層技術(shù)的特點(diǎn)。 由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)是成本和功耗，因而由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)是成本和功耗，因而物理層的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成功運(yùn)行來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。物理層的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成功運(yùn)行來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。 采用了不適宜的調(diào)制方式、工作頻帶和編碼方案，即采用了不適宜的調(diào)制方式、工作頻帶和編碼方案，即使設(shè)計(jì)出的網(wǎng)絡(luò)能夠勉強(qiáng)完成預(yù)定的功能，也未必滿足推使設(shè)計(jì)出的網(wǎng)絡(luò)能夠勉強(qiáng)完成預(yù)定的功能

26、，也未必滿足推廣應(yīng)用所需的成本和電池壽命方面的要求。廣應(yīng)用所需的成本和電池壽命方面的要求。.3 3、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層的特點(diǎn)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層的特點(diǎn) 目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信傳輸介質(zhì)主要是目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信傳輸介質(zhì)主要是無(wú)線電波無(wú)線電波、紅外線紅外線和和光波光波三種類型。三種類型。 無(wú)線電波的通信限制較少，通常人們選擇無(wú)線電波的通信限制較少，通常人們選擇“工業(yè)、科工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療學(xué)和醫(yī)療”(Industrial(Industrial，Scientific and Medical, ISM)Scientific and Medical, ISM)頻段。頻段。 ISM ISM頻段的優(yōu)點(diǎn)

27、：自由頻段，無(wú)須注冊(cè)，可選頻譜范頻段的優(yōu)點(diǎn)：自由頻段，無(wú)須注冊(cè)，可選頻譜范圍大，實(shí)現(xiàn)起來(lái)靈活方便。圍大，實(shí)現(xiàn)起來(lái)靈活方便。ISMISM頻段的缺點(diǎn)主要是功率受頻段的缺點(diǎn)主要是功率受限，另外與現(xiàn)有多種無(wú)線通信應(yīng)用存在相互干擾問(wèn)題限，另外與現(xiàn)有多種無(wú)線通信應(yīng)用存在相互干擾問(wèn)題。. 盡管傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)其它方式實(shí)現(xiàn)通信，譬如盡管傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)其它方式實(shí)現(xiàn)通信，譬如各種電磁波（如射頻和紅外）、聲波，但無(wú)線電波是當(dāng)各種電磁波（如射頻和紅外）、聲波，但無(wú)線電波是當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)的主流通信方式，在很多領(lǐng)域得到了廣泛前傳感器網(wǎng)絡(luò)的主流通信方式，在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用應(yīng)用。.n調(diào)制是無(wú)線通信系統(tǒng)的重要技術(shù)，

28、它使得信號(hào)調(diào)制是無(wú)線通信系統(tǒng)的重要技術(shù)，它使得信號(hào)與信道匹配，增強(qiáng)電波的有效輻射，可以方便與信道匹配，增強(qiáng)電波的有效輻射，可以方便頻率分配、減小信號(hào)干擾；頻率分配、減小信號(hào)干擾；n擴(kuò)頻通信具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可進(jìn)行多址擴(kuò)頻通信具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可進(jìn)行多址通信，通信，安全性強(qiáng)安全性強(qiáng)，難以被敵方竊聽；，難以被敵方竊聽；n對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制解調(diào)和對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制解調(diào)和擴(kuò)頻機(jī)制是實(shí)現(xiàn)可靠通信傳輸?shù)年P(guān)鍵擴(kuò)頻機(jī)制是實(shí)現(xiàn)可靠通信傳輸?shù)年P(guān)鍵。 .物理層設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問(wèn)題物理層設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問(wèn)題 n調(diào)制機(jī)制：調(diào)制機(jī)制：低能耗和低成本的特點(diǎn)要求調(diào)制機(jī)制盡量低能耗和低成本的特點(diǎn)要求

29、調(diào)制機(jī)制盡量設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使得能量消耗最低。但另一方面無(wú)線通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使得能量消耗最低。但另一方面無(wú)線通信本身的不可靠性，傳感器網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有無(wú)線設(shè)備之間的本身的不可靠性，傳感器網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有無(wú)線設(shè)備之間的無(wú)線電干擾，以及具體應(yīng)用的特殊需要使得調(diào)制機(jī)制無(wú)線電干擾，以及具體應(yīng)用的特殊需要使得調(diào)制機(jī)制必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力。必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力。n與上層協(xié)議結(jié)合的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)：與上層協(xié)議結(jié)合的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)：物理層位于協(xié)議最物理層位于協(xié)議最底層，是整個(gè)協(xié)議棧的基礎(chǔ)。它的設(shè)計(jì)對(duì)各上層內(nèi)容底層，是整個(gè)協(xié)議棧的基礎(chǔ)。它的設(shè)計(jì)對(duì)各上層內(nèi)容的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的影響，而跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)是的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的影響

30、，而跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)是傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。n硬件設(shè)計(jì)：硬件設(shè)計(jì)：在傳感器網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)協(xié)議棧中，物理層與在傳感器網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)協(xié)議棧中，物理層與硬件的關(guān)系最為密切，微型化、低功耗、低成本的傳硬件的關(guān)系最為密切，微型化、低功耗、低成本的傳感器單元、處理器單元和通信單元的有機(jī)集成是非常感器單元、處理器單元和通信單元的有機(jī)集成是非常必要的。必要的。.3.1.2 3.1.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層的設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層的設(shè)計(jì)1 1、傳輸介質(zhì)、傳輸介質(zhì) 目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的主要傳輸介質(zhì)包括無(wú)線電、紅目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的主要傳輸介質(zhì)包括無(wú)線電、紅外線和光波等。外線和光波等。

31、在無(wú)線電頻率選擇方面，在無(wú)線電頻率選擇方面，ISMISM頻段是一個(gè)很好的選擇。因?yàn)轭l段是一個(gè)很好的選擇。因?yàn)镮SMISM頻段在大多數(shù)國(guó)家屬于無(wú)須注冊(cè)的公用頻段。頻段在大多數(shù)國(guó)家屬于無(wú)須注冊(cè)的公用頻段。.ISM頻段的主要優(yōu)點(diǎn)頻段的主要優(yōu)點(diǎn)nISM是自由頻段，可用頻帶寬，并且在全球范是自由頻段，可用頻帶寬，并且在全球范圍內(nèi)都具有可用性圍內(nèi)都具有可用性；n沒有特定的標(biāo)準(zhǔn)，給設(shè)計(jì)適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)沒有特定的標(biāo)準(zhǔn)，給設(shè)計(jì)適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能策略帶來(lái)了更多的設(shè)計(jì)靈活性和空間。的節(jié)能策略帶來(lái)了更多的設(shè)計(jì)靈活性和空間。nISM頻段存在一些使用上的問(wèn)題，例如功率限頻段存在一些使用上的問(wèn)題，例如功率限制以及與

32、現(xiàn)有的其他無(wú)線電應(yīng)用之間存在相互制以及與現(xiàn)有的其他無(wú)線電應(yīng)用之間存在相互干擾等。干擾等。.ISM可用頻段可用頻段. 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通信的另一種手段是紅外技無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通信的另一種手段是紅外技術(shù)。紅外通信的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須注冊(cè)，并且抗干擾能力強(qiáng)。術(shù)。紅外通信的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須注冊(cè)，并且抗干擾能力強(qiáng)。 紅外通信的主要缺點(diǎn)紅外通信的主要缺點(diǎn)是穿透能力差，要求發(fā)送者和接是穿透能力差，要求發(fā)送者和接收者之間存在視距關(guān)系。這導(dǎo)致紅外難以成為無(wú)線傳感器收者之間存在視距關(guān)系。這導(dǎo)致紅外難以成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主流傳輸介質(zhì)，而只能在一些特殊場(chǎng)合得到應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)的主流傳輸介質(zhì)，而只能在一些特殊場(chǎng)合得到應(yīng)用。.

33、 對(duì)于一些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用情況，傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信傳輸介質(zhì)可對(duì)于一些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用情況，傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信傳輸介質(zhì)可能有特別的要求。例如，艦船應(yīng)用可能要求使用水性傳輸介質(zhì)，譬能有特別的要求。例如，艦船應(yīng)用可能要求使用水性傳輸介質(zhì)，譬如能穿透水面的長(zhǎng)波。復(fù)雜地形和戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用會(huì)遇到信道不可靠和嚴(yán)如能穿透水面的長(zhǎng)波。復(fù)雜地形和戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用會(huì)遇到信道不可靠和嚴(yán)重干擾等問(wèn)題重干擾等問(wèn)題。 另外，一些傳感器節(jié)點(diǎn)的天線可能在高度和發(fā)射功率方面比不另外，一些傳感器節(jié)點(diǎn)的天線可能在高度和發(fā)射功率方面比不上周圍的其它無(wú)線設(shè)備，為了保證這些低發(fā)射功率的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)上周圍的其它無(wú)線設(shè)備，為了保證這些低發(fā)射功率的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)正常

34、完成通信任務(wù)，要求所選擇的傳輸介質(zhì)能支持健壯的編碼和點(diǎn)正常完成通信任務(wù)，要求所選擇的傳輸介質(zhì)能支持健壯的編碼和調(diào)制機(jī)制。調(diào)制機(jī)制。.2 2、物理層幀結(jié)構(gòu)、物理層幀結(jié)構(gòu) 物理幀的第一個(gè)字段是前導(dǎo)碼，字節(jié)數(shù)一般取物理幀的第一個(gè)字段是前導(dǎo)碼，字節(jié)數(shù)一般取4 4，用于收發(fā)器進(jìn)行碼片，用于收發(fā)器進(jìn)行碼片或者符號(hào)的同步。第二個(gè)字段是幀頭，長(zhǎng)度通常為一個(gè)字節(jié)，表示同步結(jié)束，或者符號(hào)的同步。第二個(gè)字段是幀頭，長(zhǎng)度通常為一個(gè)字節(jié)，表示同步結(jié)束，數(shù)據(jù)包開始傳輸。幀頭與前導(dǎo)碼構(gòu)成了同步頭。數(shù)據(jù)包開始傳輸。幀頭與前導(dǎo)碼構(gòu)成了同步頭。 幀長(zhǎng)度字段通常由一個(gè)字節(jié)的低幀長(zhǎng)度字段通常由一個(gè)字節(jié)的低7 7位表示，其值就是后續(xù)的

35、物理層位表示，其值就是后續(xù)的物理層PHYPHY負(fù)負(fù)載的長(zhǎng)度，因此它的后續(xù)載的長(zhǎng)度，因此它的后續(xù)PHYPHY負(fù)載的長(zhǎng)度不會(huì)超過(guò)負(fù)載的長(zhǎng)度不會(huì)超過(guò)127127個(gè)字節(jié)。個(gè)字節(jié)。 物理幀物理幀PHYPHY的負(fù)載長(zhǎng)度可變，稱為物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元的負(fù)載長(zhǎng)度可變，稱為物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元(PHY Service Data (PHY Service Data Unite, PSDU)Unite, PSDU)，攜帶，攜帶PHYPHY數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)，PSDUPSDU域是物理層的載荷域是物理層的載荷 。.3 3、物理層設(shè)計(jì)技術(shù)、物理層設(shè)計(jì)技術(shù) 物理層需要考慮物理層需要考慮編碼調(diào)制技術(shù)編碼調(diào)制技術(shù)、通信速率通信

36、速率和和通信頻段通信頻段等問(wèn)題：等問(wèn)題： 編碼調(diào)制技術(shù)影響占用頻率帶寬、通信速率、收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)和編碼調(diào)制技術(shù)影響占用頻率帶寬、通信速率、收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)和功率等一系列的技術(shù)參數(shù)。比較常見的編碼調(diào)制技術(shù)包括幅移鍵控、功率等一系列的技術(shù)參數(shù)。比較常見的編碼調(diào)制技術(shù)包括幅移鍵控、頻移鍵控、相移鍵控和各種擴(kuò)頻技術(shù)。頻移鍵控、相移鍵控和各種擴(kuò)頻技術(shù)。 提高數(shù)據(jù)傳輸速率可減少數(shù)據(jù)收發(fā)的時(shí)間提高數(shù)據(jù)傳輸速率可減少數(shù)據(jù)收發(fā)的時(shí)間，對(duì)于節(jié)能具有意，對(duì)于節(jié)能具有意義，但需要同時(shí)考慮提高網(wǎng)絡(luò)速度對(duì)誤碼的影響。一般用單個(gè)比特義，但需要同時(shí)考慮提高網(wǎng)絡(luò)速度對(duì)誤碼的影響。一般用單個(gè)比特的收發(fā)能耗來(lái)定義數(shù)據(jù)傳輸對(duì)能量的效率，單比特

37、能耗越小越好。的收發(fā)能耗來(lái)定義數(shù)據(jù)傳輸對(duì)能量的效率，單比特能耗越小越好。. 在低速無(wú)線個(gè)域網(wǎng)在低速無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(LR-PAN)(LR-PAN)的的802.15.4802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中，定義的物理層是標(biāo)準(zhǔn)中，定義的物理層是在在868MHz868MHz、915MHz915MHz、2.4GHz2.4GHz三個(gè)載波頻段收發(fā)數(shù)據(jù)。在這三個(gè)頻段都三個(gè)載波頻段收發(fā)數(shù)據(jù)。在這三個(gè)頻段都使用了直接序列擴(kuò)頻方式。使用了直接序列擴(kuò)頻方式。 IEEE 802.15.4 IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)非常適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，是傳感器網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)非常適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，是傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的最有力競(jìng)爭(zhēng)者之一。

38、目前基于該標(biāo)準(zhǔn)的射頻芯片絡(luò)物理層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的最有力競(jìng)爭(zhēng)者之一。目前基于該標(biāo)準(zhǔn)的射頻芯片也相繼推出，例如也相繼推出，例如ChipconChipcon公司的公司的CC2420CC2420無(wú)線通信芯片。無(wú)線通信芯片。. 總的來(lái)看，針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，現(xiàn)有的物理總的來(lái)看，針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，現(xiàn)有的物理層設(shè)計(jì)基本采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的調(diào)制方式，在頻段選擇上主要層設(shè)計(jì)基本采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的調(diào)制方式，在頻段選擇上主要集中在集中在433433464MHz464MHz、902902928MHz928MHz和和2.42.42.5GHz2.5GHz的的ISMISM波波段。段。.3.2 MAC3.2 MAC協(xié)議協(xié)議3.

39、2.1 MAC3.2.1 MAC協(xié)議概述協(xié)議概述 無(wú)線頻譜是無(wú)線通信的介質(zhì)，這種廣播介質(zhì)屬于稀缺資源。在無(wú)無(wú)線頻譜是無(wú)線通信的介質(zhì)，這種廣播介質(zhì)屬于稀缺資源。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可能有多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備同時(shí)接入信道，導(dǎo)致分組之間線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可能有多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備同時(shí)接入信道，導(dǎo)致分組之間相互沖突，使接收方難以分辨出接收到的數(shù)據(jù)，從而浪費(fèi)了信道資源，相互沖突，使接收方難以分辨出接收到的數(shù)據(jù)，從而浪費(fèi)了信道資源，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降。導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量下降。 為了解決這些問(wèn)題，就需要設(shè)計(jì)介質(zhì)訪問(wèn)控制為了解決這些問(wèn)題，就需要設(shè)計(jì)介質(zhì)訪問(wèn)控制(Medium Access (Medium Access Contro

40、lControl，MAC)MAC)協(xié)議。所謂協(xié)議。所謂MACMAC協(xié)議就是通過(guò)一組規(guī)則和過(guò)程來(lái)有效、協(xié)議就是通過(guò)一組規(guī)則和過(guò)程來(lái)有效、有序和公平地使用共享介質(zhì)有序和公平地使用共享介質(zhì)。.n無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，MAC協(xié)議決定著無(wú)線信道協(xié)議決定著無(wú)線信道的使用方式，用來(lái)在傳感器結(jié)點(diǎn)之間的使用方式，用來(lái)在傳感器結(jié)點(diǎn)之間分配有限分配有限的無(wú)線通信資源的無(wú)線通信資源，構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的底層，構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)。nMAC協(xié)議處于傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的底層部分，對(duì)協(xié)議處于傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的底層部分，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有較大影響，是保證傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)性能有較大影響，是保證傳感器網(wǎng)絡(luò)高

41、效高效通信的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一之一。.n傳感器結(jié)點(diǎn)的能量、存儲(chǔ)、計(jì)算和通信帶寬等傳感器結(jié)點(diǎn)的能量、存儲(chǔ)、計(jì)算和通信帶寬等資源有限，單個(gè)結(jié)點(diǎn)的功能比較弱，而資源有限，單個(gè)結(jié)點(diǎn)的功能比較弱，而傳感器傳感器網(wǎng)絡(luò)的豐富功能是由眾多結(jié)點(diǎn)協(xié)作實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)的豐富功能是由眾多結(jié)點(diǎn)協(xié)作實(shí)現(xiàn)的；n多點(diǎn)通信在多點(diǎn)通信在局部范圍局部范圍需要需要MAC協(xié)議協(xié)調(diào)相互之協(xié)議協(xié)調(diào)相互之間的無(wú)線信道分配，在設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的間的無(wú)線信道分配，在設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)義時(shí)，需要著重考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：協(xié)義時(shí)，需要著重考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：.n節(jié)省能量：節(jié)省能量：結(jié)點(diǎn)一般以干電池等提供能量，能量通常結(jié)點(diǎn)一般以干電池等提供能

42、量，能量通常難以補(bǔ)充，為長(zhǎng)時(shí)間保證網(wǎng)絡(luò)有效工作，難以補(bǔ)充，為長(zhǎng)時(shí)間保證網(wǎng)絡(luò)有效工作，MAC協(xié)議在協(xié)議在滿足應(yīng)用要求前提下，應(yīng)盡量節(jié)省使用結(jié)點(diǎn)的能量。滿足應(yīng)用要求前提下，應(yīng)盡量節(jié)省使用結(jié)點(diǎn)的能量。n可擴(kuò)展性：可擴(kuò)展性：傳感器結(jié)點(diǎn)數(shù)目、分布密度等在網(wǎng)絡(luò)生存?zhèn)鞲衅鹘Y(jié)點(diǎn)數(shù)目、分布密度等在網(wǎng)絡(luò)生存過(guò)程中不斷變化，結(jié)點(diǎn)位置也可能移動(dòng)，還有新結(jié)點(diǎn)過(guò)程中不斷變化，結(jié)點(diǎn)位置也可能移動(dòng)，還有新結(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有動(dòng)態(tài)性。加入網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有動(dòng)態(tài)性。MAC協(xié)議應(yīng)具有可擴(kuò)展性，適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。協(xié)議應(yīng)具有可擴(kuò)展性，適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。n網(wǎng)絡(luò)效率：網(wǎng)絡(luò)效率：網(wǎng)絡(luò)效率包括網(wǎng)絡(luò)的公

43、平性、實(shí)時(shí)性、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)效率包括網(wǎng)絡(luò)的公平性、實(shí)時(shí)性、網(wǎng)絡(luò)吞吐量和帶寬利用率等。絡(luò)吞吐量和帶寬利用率等。n上述問(wèn)題重要性依次遞減。由于傳感器結(jié)點(diǎn)本身不能上述問(wèn)題重要性依次遞減。由于傳感器結(jié)點(diǎn)本身不能自動(dòng)補(bǔ)充能量或能量補(bǔ)充不足，節(jié)約能量成為傳感器自動(dòng)補(bǔ)充能量或能量補(bǔ)充不足，節(jié)約能量成為傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)的首要考慮因素。協(xié)議設(shè)計(jì)的首要考慮因素。.與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的差異協(xié)議的差異n傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)點(diǎn)能連續(xù)獲得能量供應(yīng)，整個(gè)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)點(diǎn)能連續(xù)獲得能量供應(yīng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)的變化范圍和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)的變化范圍和變化頻率都比較小，變化頻率都比較小，MAC

44、協(xié)議協(xié)議重點(diǎn)考慮結(jié)點(diǎn)使重點(diǎn)考慮結(jié)點(diǎn)使用帶寬的公平性，提高帶寬的利用率和增加網(wǎng)用帶寬的公平性，提高帶寬的利用率和增加網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性絡(luò)的實(shí)時(shí)性。n傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)協(xié)議所注重的因素不同，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的議所注重的因素不同，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議不協(xié)議不適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，需要設(shè)計(jì)適用于傳感器網(wǎng)適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，需要設(shè)計(jì)適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的絡(luò)的MAC協(xié)議。協(xié)議。.網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)無(wú)線通信模塊的狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)無(wú)線通信模塊的狀態(tài)n發(fā)送狀態(tài)、接收狀態(tài)、偵聽狀態(tài)和睡眠狀態(tài)發(fā)送狀態(tài)、接收狀態(tài)、偵聽狀態(tài)和睡眠狀態(tài)；n單位時(shí)間內(nèi)消耗能量按照上述順序依次減少，單位時(shí)間內(nèi)消耗能量按照上述順

45、序依次減少，無(wú)線通信模塊在發(fā)送狀態(tài)消耗能量最多，在睡無(wú)線通信模塊在發(fā)送狀態(tài)消耗能量最多，在睡眠狀態(tài)消耗能量最少，接收狀態(tài)和偵聽狀態(tài)下眠狀態(tài)消耗能量最少，接收狀態(tài)和偵聽狀態(tài)下的能量消耗稍小于發(fā)送狀態(tài)。的能量消耗稍小于發(fā)送狀態(tài)。 .傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議無(wú)線信道使用策略協(xié)議無(wú)線信道使用策略n為減少能量消耗，采用為減少能量消耗，采用“偵聽偵聽/睡眠睡眠”交替策略，有數(shù)交替策略，有數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，開啟通信模塊進(jìn)行發(fā)送或偵聽；沒有數(shù)據(jù)據(jù)收發(fā)時(shí)，開啟通信模塊進(jìn)行發(fā)送或偵聽；沒有數(shù)據(jù)需要收發(fā)，控制通信模塊進(jìn)入睡眠狀態(tài)，減少空閑偵需要收發(fā)，控制通信模塊進(jìn)入睡眠狀態(tài)，減少空閑偵聽造成的能量消耗。聽造成的能量

46、消耗。n為使結(jié)點(diǎn)睡眠時(shí)不錯(cuò)過(guò)發(fā)送給它的數(shù)據(jù)，或減少結(jié)點(diǎn)為使結(jié)點(diǎn)睡眠時(shí)不錯(cuò)過(guò)發(fā)送給它的數(shù)據(jù)，或減少結(jié)點(diǎn)的過(guò)度偵聽，的過(guò)度偵聽，結(jié)點(diǎn)間需協(xié)調(diào)它們的偵聽和睡眠周期結(jié)點(diǎn)間需協(xié)調(diào)它們的偵聽和睡眠周期。n采用基于競(jìng)爭(zhēng)的采用基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議，要考慮發(fā)送協(xié)議，要考慮發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞的可能的可能，根據(jù)信道使用信息調(diào)整發(fā)送時(shí)機(jī)。，根據(jù)信道使用信息調(diào)整發(fā)送時(shí)機(jī)。MAC協(xié)議協(xié)議應(yīng)簡(jiǎn)單高效，避免協(xié)議本身開銷大、消耗過(guò)多能量。應(yīng)簡(jiǎn)單高效，避免協(xié)議本身開銷大、消耗過(guò)多能量。 .(1) (1) 采用分布式控制還是集中控制；采用分布式控制還是集中控制；(2) (2) 使用單一共享信道還是多個(gè)信道；使用單一共享信

47、道還是多個(gè)信道；(3) (3) 采用固定分配信道方式還是隨機(jī)訪問(wèn)信道方式。采用固定分配信道方式還是隨機(jī)訪問(wèn)信道方式。傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)MACMAC協(xié)議可以按照下列條件進(jìn)行分類：協(xié)議可以按照下列條件進(jìn)行分類：.本書根據(jù)上述的第三種分類方法，將傳感器本書根據(jù)上述的第三種分類方法，將傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)的MACMAC協(xié)議分為以下三種：協(xié)議分為以下三種： (1) (1) 時(shí)分復(fù)用無(wú)競(jìng)爭(zhēng)接入方式。時(shí)分復(fù)用無(wú)競(jìng)爭(zhēng)接入方式。 無(wú)線信道時(shí)分復(fù)用無(wú)線信道時(shí)分復(fù)用(TDMA)(TDMA)方式給每個(gè)傳方式給每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分配感器節(jié)點(diǎn)分配固定的無(wú)線信道固定的無(wú)線信道使用時(shí)段，避使用時(shí)段，避免節(jié)點(diǎn)之間相互干擾。免節(jié)點(diǎn)之間

48、相互干擾。. (2) (2) 隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入方式。如果采用無(wú)線信隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入方式。如果采用無(wú)線信道的隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入方式，節(jié)點(diǎn)在需要發(fā)送數(shù)據(jù)道的隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入方式，節(jié)點(diǎn)在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)隨機(jī)使用無(wú)線信道，盡量減少節(jié)點(diǎn)間的干擾。時(shí)隨機(jī)使用無(wú)線信道，盡量減少節(jié)點(diǎn)間的干擾。 典型的方法是采用載波偵聽多路訪問(wèn)典型的方法是采用載波偵聽多路訪問(wèn)(CSMA)(CSMA)的的MACMAC協(xié)議。協(xié)議。. (3) (3) 競(jìng)爭(zhēng)與固定分配相結(jié)合的接入方式。通競(jìng)爭(zhēng)與固定分配相結(jié)合的接入方式。通過(guò)混合采用頻分復(fù)用或者碼分復(fù)用等方式，實(shí)現(xiàn)過(guò)混合采用頻分復(fù)用或者碼分復(fù)用等方式，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間無(wú)沖突的無(wú)線信道分配。節(jié)點(diǎn)間無(wú)沖突的無(wú)線信道分

49、配。. 基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)訪問(wèn)基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)訪問(wèn)MACMAC協(xié)議采用按需使用協(xié)議采用按需使用信道的方式，它的基本思想是當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)信道的方式，它的基本思想是當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式使用無(wú)線信道；據(jù)時(shí)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式使用無(wú)線信道； 如果發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了碰撞，就按照某種策如果發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了碰撞，就按照某種策略重發(fā)數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送成功或放棄發(fā)送。略重發(fā)數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送成功或放棄發(fā)送。. 典型的基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)訪問(wèn)典型的基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)訪問(wèn)MACMAC協(xié)議是載波協(xié)議是載波偵聽多路訪問(wèn)偵聽多路訪問(wèn)(CSMA)(CSMA)接入方式。接入方式。 在無(wú)線局域網(wǎng)在無(wú)線局域網(wǎng)IEEE 802.11 MA

50、CIEEE 802.11 MAC協(xié)議的分布協(xié)議的分布式協(xié)調(diào)工作模式中，就采用了帶沖突避免的載波式協(xié)調(diào)工作模式中，就采用了帶沖突避免的載波偵聽多路訪問(wèn)偵聽多路訪問(wèn)(CSMA/CA)(CSMA/CA)協(xié)議，它是基于競(jìng)爭(zhēng)的協(xié)議，它是基于競(jìng)爭(zhēng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)MACMAC協(xié)議的典型代表。協(xié)議的典型代表。. CSMA/CACSMA/CA機(jī)制：機(jī)制： 在信號(hào)傳輸之前，發(fā)射機(jī)先偵聽介質(zhì)中是否在信號(hào)傳輸之前，發(fā)射機(jī)先偵聽介質(zhì)中是否有同信道載波，若不存在，意味著信道空閑，將有同信道載波，若不存在，意味著信道空閑，將直接進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)；直接進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)； 若存在載波，則在隨機(jī)退避一段時(shí)間后重新若存在載波，則

51、在隨機(jī)退避一段時(shí)間后重新檢測(cè)信道。這種介質(zhì)訪問(wèn)控制層的方案簡(jiǎn)化了實(shí)檢測(cè)信道。這種介質(zhì)訪問(wèn)控制層的方案簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的過(guò)程?，F(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的過(guò)程。 .n在在IEEE 802.11 MAC協(xié)議基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)協(xié)議基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的多種出適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的多種MAC協(xié)議。協(xié)議。.3.2.2 IEEE 802.11 MAC3.2.2 IEEE 802.11 MAC協(xié)協(xié)議議 IEEE 802.11 MAC IEEE 802.11 MAC協(xié)議分為協(xié)議分為分布式協(xié)調(diào)功能分布式協(xié)調(diào)功能(Distributed Coordination Function, DCF)(Distributed

52、 Coordination Function, DCF)和和點(diǎn)協(xié)點(diǎn)協(xié)調(diào)功能調(diào)功能(Point Coordination Function(Point Coordination Function，PCF)PCF)兩種訪兩種訪問(wèn)控制方式，其中問(wèn)控制方式，其中DCFDCF方式是方式是IEEE 802.11IEEE 802.11協(xié)議的基本協(xié)議的基本訪問(wèn)控制方式。訪問(wèn)控制方式。.n由于無(wú)線信道中難以檢測(cè)到信號(hào)的碰撞，只能由于無(wú)線信道中難以檢測(cè)到信號(hào)的碰撞，只能采用采用隨機(jī)退避的方式隨機(jī)退避的方式來(lái)減少數(shù)據(jù)碰撞的概率來(lái)減少數(shù)據(jù)碰撞的概率;n在在DCF工作方式下，結(jié)點(diǎn)偵聽到無(wú)線信道忙之工作方式下，結(jié)點(diǎn)偵聽到

53、無(wú)線信道忙之后，采用后，采用CSMACA機(jī)制和隨機(jī)退避時(shí)間，機(jī)制和隨機(jī)退避時(shí)間，實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道的共享實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道的共享;n定向通信采用立即的主動(dòng)確認(rèn)定向通信采用立即的主動(dòng)確認(rèn)(ACK幀幀)機(jī)制，機(jī)制，如果沒有收到如果沒有收到ACK幀，發(fā)送方會(huì)重傳數(shù)據(jù)。幀，發(fā)送方會(huì)重傳數(shù)據(jù)。. 在在DCFDCF工作方式工作方式下，載波偵聽機(jī)制下，載波偵聽機(jī)制通過(guò)物理載波偵聽通過(guò)物理載波偵聽和虛擬載波偵聽來(lái)和虛擬載波偵聽來(lái)確定無(wú)線信道的狀確定無(wú)線信道的狀態(tài)。物理載波偵聽?wèi)B(tài)。物理載波偵聽由物理層提供，虛由物理層提供，虛擬載波偵聽由擬載波偵聽由MACMAC層層提供。提供。ABCDRTS數(shù) 據(jù)CTSA CKN A VN

54、A V. IEEE 802.11 MAC IEEE 802.11 MAC協(xié)議規(guī)定了三種基本幀間間隔協(xié)議規(guī)定了三種基本幀間間隔(InterFrame (InterFrame SpaceSpace，IFS)IFS)，用來(lái)提供訪問(wèn)無(wú)線信道的優(yōu)先級(jí)：，用來(lái)提供訪問(wèn)無(wú)線信道的優(yōu)先級(jí)： （1 1）SIFS (short IFS)SIFS (short IFS)：最短幀間間隔。：最短幀間間隔。 （2 2）PIFS (PCF IFS)PIFS (PCF IFS)：PCFPCF方式下節(jié)點(diǎn)使用的幀間間隔。方式下節(jié)點(diǎn)使用的幀間間隔。 （3 3）DIFS (DCF IFS)DIFS (DCF IFS)：DCFDCF方

55、式下節(jié)點(diǎn)使用的幀間問(wèn)隔。方式下節(jié)點(diǎn)使用的幀間問(wèn)隔。. 根據(jù)根據(jù)CSMA/CACSMA/CA協(xié)議，當(dāng)節(jié)點(diǎn)要傳輸一個(gè)分組時(shí)，它首先偵聽信道狀協(xié)議，當(dāng)節(jié)點(diǎn)要傳輸一個(gè)分組時(shí)，它首先偵聽信道狀態(tài)。如果信道空閑，而且經(jīng)過(guò)一個(gè)幀間間隔時(shí)間態(tài)。如果信道空閑，而且經(jīng)過(guò)一個(gè)幀間間隔時(shí)間DIFSDIFS后，信道仍然空后，信道仍然空閑，則站點(diǎn)立即開始發(fā)送信息。如果信道忙，則站點(diǎn)始終偵聽信道，閑，則站點(diǎn)立即開始發(fā)送信息。如果信道忙，則站點(diǎn)始終偵聽信道，直到信道的空閑時(shí)間超過(guò)直到信道的空閑時(shí)間超過(guò)DIFSDIFS。當(dāng)信道最終空閑下來(lái)的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)進(jìn)。當(dāng)信道最終空閑下來(lái)的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步使用二進(jìn)制退避算法，進(jìn)入退避狀態(tài)來(lái)避免

56、發(fā)生碰撞。一步使用二進(jìn)制退避算法，進(jìn)入退避狀態(tài)來(lái)避免發(fā)生碰撞。當(dāng)信道空閑時(shí)間大于DIF時(shí) 使用信道DIFSPIFSSIFS信道忙競(jìng)爭(zhēng)窗口退避窗口下一幀時(shí)間槽時(shí)間DIFS推遲發(fā)送. 隨機(jī)退避時(shí)間按下面公式進(jìn)行計(jì)算：隨機(jī)退避時(shí)間按下面公式進(jìn)行計(jì)算： 退避時(shí)間退避時(shí)間=Random()=Random()aSlottime aSlottime 其中，其中，Random()Random()是在競(jìng)爭(zhēng)窗口是在競(jìng)爭(zhēng)窗口00，CWCW內(nèi)均勻分布的偽內(nèi)均勻分布的偽隨機(jī)整數(shù)隨機(jī)整數(shù)；CWCW是整數(shù)隨機(jī)數(shù)，它的數(shù)值位于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是整數(shù)隨機(jī)數(shù)，它的數(shù)值位于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的aCWminaCWmin和和aCWmaxaCWmax之

57、間；之間；aSlottimeaSlottime是一個(gè)時(shí)槽時(shí)間，包括發(fā)是一個(gè)時(shí)槽時(shí)間，包括發(fā)射啟動(dòng)時(shí)間、介質(zhì)傳播時(shí)延、檢測(cè)信道的響應(yīng)時(shí)間等。射啟動(dòng)時(shí)間、介質(zhì)傳播時(shí)延、檢測(cè)信道的響應(yīng)時(shí)間等。. 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入退避狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在進(jìn)入退避狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)退避計(jì)時(shí)器，時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)退避計(jì)時(shí)器，當(dāng)計(jì)時(shí)達(dá)到退避時(shí)間后結(jié)束當(dāng)計(jì)時(shí)達(dá)到退避時(shí)間后結(jié)束退避狀態(tài)。在退避狀態(tài)下，退避狀態(tài)。在退避狀態(tài)下，只有當(dāng)檢測(cè)到信道空閑時(shí)才只有當(dāng)檢測(cè)到信道空閑時(shí)才進(jìn)行計(jì)時(shí)。如果信道忙，退進(jìn)行計(jì)時(shí)。如果信道忙，退避計(jì)時(shí)器中止計(jì)時(shí)，直到檢避計(jì)時(shí)器中止計(jì)時(shí)，直到檢測(cè)到信道空閑時(shí)間大于測(cè)到信道空閑時(shí)間大于DIFSDIFS后才繼續(xù)計(jì)時(shí)。當(dāng)多個(gè)節(jié)

58、點(diǎn)后才繼續(xù)計(jì)時(shí)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)推遲且進(jìn)入隨機(jī)退避時(shí)，利推遲且進(jìn)入隨機(jī)退避時(shí)，利用隨機(jī)函數(shù)選擇最小退避時(shí)用隨機(jī)函數(shù)選擇最小退避時(shí)間的節(jié)點(diǎn)作為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勝者。間的節(jié)點(diǎn)作為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勝者。節(jié)點(diǎn)A節(jié)點(diǎn)B節(jié)點(diǎn)C節(jié)點(diǎn)D推遲推遲推遲競(jìng)爭(zhēng)窗口幀幀節(jié)點(diǎn)EDIFS推遲競(jìng)爭(zhēng)窗口幀競(jìng)爭(zhēng)窗口幀幀競(jìng)爭(zhēng)窗口退避時(shí)間剩余退避時(shí)間. 802.11 MAC 802.11 MAC協(xié)議通過(guò)立即主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制和預(yù)留機(jī)制業(yè)提高性能。在主動(dòng)協(xié)議通過(guò)立即主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制和預(yù)留機(jī)制業(yè)提高性能。在主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制中，當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)發(fā)送給它的有效數(shù)據(jù)幀確認(rèn)機(jī)制中，當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)發(fā)送給它的有效數(shù)據(jù)幀(DATA)(DATA)時(shí)，必須向時(shí)，必須向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答幀

59、源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答幀(ACK)(ACK)，確認(rèn)數(shù)據(jù)已被正確接收到。為了保證目標(biāo)節(jié)，確認(rèn)數(shù)據(jù)已被正確接收到。為了保證目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送點(diǎn)在發(fā)送ACKACK過(guò)程中不與其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)使用過(guò)程中不與其它節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)使用SIFSSIFS幀間隔。主幀間隔。主動(dòng)確認(rèn)機(jī)制只能用于有明確目標(biāo)地址的幀，不能用于組播和廣播報(bào)文傳輸。動(dòng)確認(rèn)機(jī)制只能用于有明確目標(biāo)地址的幀，不能用于組播和廣播報(bào)文傳輸。RTSDATACTSACK競(jìng) 爭(zhēng) 窗 口下 一 幀DIFSDIFS源 站 點(diǎn)SIFS目 的 站 點(diǎn)NAV(RTS)NAV(CTS)其 他 站 點(diǎn).3.2.3 3.2.3 典型典型MACMAC協(xié)議：協(xié)議：S

60、-MACS-MAC協(xié)議協(xié)議 一種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的比較典型的一種適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的比較典型的MACMAC協(xié)議，即協(xié)議，即S-MACS-MAC協(xié)議協(xié)議(Sensor MAC)(Sensor MAC)。這種協(xié)議是在。這種協(xié)議是在802.1l MAC802.1l MAC協(xié)議的協(xié)議的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)省能量需求而提出的?；A(chǔ)上，針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)省能量需求而提出的。 S-MAC S-MAC協(xié)議適用條件：傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議適用條件：傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量不大數(shù)據(jù)傳輸量不大，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和融合以減少數(shù)據(jù)通信量，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和融合以減少數(shù)據(jù)通信量，網(wǎng)絡(luò)能容忍一定程度