物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)-無線傳感網(wǎng)-第二課-徐憲清74(存儲(chǔ)版)
【正文】 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 。 ② 電氣特性 。 (1)介質(zhì)和頻段選擇 無線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。如果采用較低頻率，則它能輕易地通過障礙物，但電波能量隨著與信號(hào)源距離 r的增大而急劇減小，大致為 1/r3。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 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著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 20世紀(jì) 80年代以來，人們十分重視調(diào)制技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，以尋求頻譜利用率更高、頻譜特性更好的數(shù)字調(diào)制方式。 因此，如很窄的脈沖序列被所傳信息調(diào)制，則可產(chǎn)生很寬頻帶的信號(hào)。 ?信道編碼（差錯(cuò)控制）的目的是增加信息在信道傳輸中的冗余度，使其具有檢錯(cuò)或糾錯(cuò)的能力，以提高信道的傳輸質(zhì)量?？梢詫?shí)現(xiàn)碼分多址 。 ISM頻段的優(yōu)點(diǎn)在于它是自由頻段，無須注冊(cè)，可選頻譜范圍大，實(shí)現(xiàn)起來靈活方便。 紅外通信的主要缺點(diǎn)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。幀頭與前導(dǎo)碼構(gòu)成了同步頭。在這三個(gè)頻段都使用了直接序列擴(kuò)頻方式。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 (1) 采用分布式控制還是集中控制； (2) 使用單一共享信道還是多個(gè)信道； (3) 采用固定分配信道方式還是隨機(jī)訪問信道方式。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)訪問 MAC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)據(jù)時(shí)，通過競(jìng)爭(zhēng)方式使用無線信道，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。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 CSMA/CA 載波偵聽多路訪問／沖突避免 （ Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance， CSMA/CA） 此種方案采用主動(dòng)避免碰撞而非被動(dòng)偵測(cè)的方式來解決沖突問題 。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 在 IEEE MAC協(xié)議基礎(chǔ)上，人們?cè)O(shè)計(jì)出適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的多種 MAC協(xié)議。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 根據(jù) CSMA/CA協(xié)議，當(dāng)節(jié)點(diǎn)要傳輸一個(gè)分組時(shí)，它首先偵聽信道狀態(tài)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)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)間的節(jié)點(diǎn)作為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勝者。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供良好的擴(kuò)展性，減少節(jié)點(diǎn)能耗。 為了適應(yīng)新加入節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)要定期廣播自己的調(diào)度信息，使新節(jié)點(diǎn)可以與已經(jīng)存在的相鄰節(jié)點(diǎn)保持同步。由于無線信道的傳輸差錯(cuò)與消息長(zhǎng)度成正比，短消息傳輸成功的概率要大于長(zhǎng)消息。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 （ 2）基于查詢的路由協(xié)議 在諸如環(huán)境檢測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)評(píng)估等應(yīng)用中，需要不斷查詢傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)。但傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線鏈路穩(wěn)定性一般難以保證，通信信道質(zhì)量比較低，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，要滿足用戶的某些方面的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)，需要考慮可靠的路由協(xié)議設(shè)計(jì)技術(shù)。每個(gè)興趣可能對(duì)應(yīng)多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)梯度信息。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 演講完畢，謝謝觀看！ 。興趣消息中含有任務(wù)類型、目標(biāo)區(qū)域、數(shù)據(jù)發(fā)送速率、時(shí)間戳等參數(shù)。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 （ 4）可靠的路由協(xié)議 傳感器網(wǎng)絡(luò)的某些應(yīng)用對(duì)通信的服務(wù)質(zhì)量有較高要求，可能在可靠性和實(shí)時(shí)性等方面有特別要求。為了強(qiáng)調(diào)高效利用能量的重要性，這里將它們劃分為能量感知路由協(xié)議。兩者的區(qū)別在于當(dāng)鄰居節(jié)點(diǎn)處于通信過程時(shí)，執(zhí)行 SMAC協(xié)議的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 具有相同調(diào)度的節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)所謂的虛擬簇，邊界節(jié)點(diǎn)記錄兩個(gè)或多個(gè)調(diào)度。這種協(xié)議是在 MAC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。在退避狀態(tài)下，只有當(dāng)檢測(cè)到信道空閑時(shí)才進(jìn)行計(jì)時(shí)。 （ 2） PIFS (PCF IFS)： PCF方式下節(jié)點(diǎn)使用的幀間間隔。同時(shí)由于 RTS幀與 CTS幀都很小 ， 讓傳送的無效開銷變小 。 ? p持續(xù) CSMA（ ppersistent CSMA） ? 當(dāng)要發(fā)送幀的設(shè)備偵聽到線路忙或發(fā)生沖突時(shí)，會(huì)持續(xù)偵聽；若發(fā)現(xiàn)不忙，則根據(jù)一個(gè)事先指定的概率 p來決定是發(fā)送幀還是繼續(xù)偵聽（以 p的概率發(fā)送， 1p的概率繼續(xù)偵聽）；此種策略可以達(dá)到一定的平衡，但對(duì)于參數(shù) p的配置會(huì)涉及比較復(fù)雜的考量。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 (3) 競(jìng)爭(zhēng)與固定分配相結(jié)合的接入方式 。為了解決這些問題，就需要設(shè)計(jì)介質(zhì)訪問控制(Medium Access Control， MAC)協(xié)議。一般用單個(gè)比特的收發(fā)能耗來定義數(shù)據(jù)傳輸對(duì)能量的效率，單比特能耗越小越好。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 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 4，用于收發(fā)器進(jìn)行碼片或者符號(hào)的同步。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通信的另一種手段是紅外技術(shù)。 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信傳輸介質(zhì)主要是 無線電波 、 紅外線 和 光波 三種類型?？垢蓴_性強(qiáng)，誤碼率低 。 圖 2 典型的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型 擴(kuò)頻通信的工作原理 信道 由圖 2可看出，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)主要由原始信息、信息調(diào)制（信源編譯碼、信道編譯碼）、載波調(diào)制與解調(diào)、擴(kuò)頻調(diào)制與解調(diào)和信道六大部分組成。而擴(kuò)頻通信的信號(hào)帶寬與信息帶寬之比則高達(dá) 100～ 1000，屬于寬帶通信。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 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 Modulation, AM）、 頻率調(diào)制 （ Frequency Modulation, FM）和 相位調(diào)制 （ Phase Modulation, PM）?；鶐盘?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)，以便于進(jìn)行信道傳輸。無線電波是全方向傳播信號(hào)的，它能向任意方向發(fā)送無線信號(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)。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程，包括各信號(hào)線的工作規(guī)則和時(shí)序。 如信道狀態(tài)評(píng)估、能量檢測(cè)等等 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 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： ① 機(jī)械特性 。集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) The Inter of Things Technology 徐憲清
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