无线传感器网络物理层设计
第三章
物理层：在物理传输介质之间为比特流传输所需 物理连接的建立，维护和释放提供机械的、电气的、 功能的和规程性的手段。
机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目 和排列、固定和锁定装置等。这很像平时常见的各种规格的 电源插头的尺寸都有严格的规定。
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
移动通信中，电波主要以空间波的形式传播。
（3）天波—电离层波
发射天线发出的电磁波，在高空被电离层反射 回来到达接收点的传播方式。 电离层是指分布在地球周围的大气层中，60km 以上的电离区域。
（4）散射波 利用大气层中对流层和电离层的不均匀性来 散射传播的电波，使电波到达视线以外的地方。 对流层在地球上方约16公里处，反射指数随 着高度的增加而减小。
表面波、天波、自由空间波、散射波和外层空 间波等5种传播方式。 （1）表面波（地波）：电波沿着地球表面到达 接收点的传播方式，波长与障碍物高度相当时， 产生绕射。
5种电磁波传播方式
①地波 ②空间波
③散射波
④电离层波
⑤外层空间波
2）空间波
直接波—电磁波从发射天线直接传播到接收天 线
反射波—经地面反射而到达接收天线 传播的距离受到地球曲率的影响，最大距离被 限制在视线范围内，增加天线高度。
内容提要 1.1.概述 1.2.无线通信的特点 1.3.无线通信的能耗 1.4.小结 1.5.主要参考文献
无线通信的特点
无线信道的特性
接收信号功率与距离的关系分析
接收信号强度分类
几点结论
一些问题的探讨
无线信道的特性
作为一种信息获取为目的无线通信网络，无线传感器网络性能 在很大程度上受到无线信道特性的制约。由于无线传感器网络有非 常广阔的应用前景，其信号传播路径也非常复杂，从简单的视线传 播，到包括建筑、山脉等各种各样障碍物阻挡传播等。因此，其信 道特性比较复杂且具有一定的随机性。主要有以下几个特点：
2 电磁波
1.电磁波频谱
根据波长不同形成无线通信的多种类型
频率和波长的关系：波长=光速/频率 中波：沿地面传播，绕射能力强，广播和海上通信。 短波：较强的电离层反射能力，环球通信。 超短波和微波（频率高于300MHz）：绕射能力差，视距 或超视距中继通信
频段分配表
名称 符号 波段 波长 频率 传播 特性 主要 用途 甚低频 VLF 超长波 1000-100KM （3-30）kHz 空间波为主 海岸潜艇通信； 远距离通信；超 远距离导航 低频 LF 长波 10-1KM (30300)kHz 地波为主 越洋通信 ；中距离 通信；地 下岩层通 信；远距 离导航 中频 MF 中波 1KM100M (0.33)MHz 地波与天 波 船用通信 ；业余无 线电通信 ；移动通 信；中距 离导航 高频 HF 短波 100-10M (330)MHz 天波与地 波 远距离短 波通信； 国际定点 通信 甚高频 VHF 米波 10-1M (30300)MHz 空间波 电离层散 射，流星 余迹通信 ；人造电 离层通信 ；对空间 飞行体通 信；移动 通信 超高频 UHF 分米波 1-0.1M (0.33)GHz 空间波 小容量微 波中继通 信，对流 层散射通 信；中容 量微波通 信 特高频 SHF 厘米波 10-1CM (330)GHz 空间波 大容量微 波中继通 信；大容 量微波中 继通信； 数字通信 ；卫星通 信；国际 海事卫星 极高频 EHF 毫米波 10-1MM (30-300)GHz 空间波 再入大气层时的 通信；波导通信
无线通信系统使用的频段一般都必须要获得相应的无 线电管理委员会授权，但是，只有ISM波段—工业、科学 和医学频段例外。目前已报道的单信道无线传感器网络节 点基本都采用ISM波段。主要是因为ISM波段属自由频段， 无须注册，但是也存在功率的限制、相互干扰严重等。
无线网络传感节点的硬件限制以及无线效率和功率消 耗之间的权衡，使得无线传感器网载波频率难以选择超高 频率段。欧洲人使用的433 （433~436） MHz ISM中心 频率，在美国使用915 （902~928） MHz ISM中心频段。
概述
本章节研究无线传感器网络中无线通信的特点， 研究内容主要包括无线通信基本特性及无线传感通 信能耗特性两部分。利用无线通信传输信息是无线 传感器网络的基本特征，无线传感器网络的上层通 信协议设计往往对底层无线通信（物理层）做了许 多隐含的假设，这些假设都是对实际环境的一种近 似简化，本章节的目的在于提供面向上层协议研究 的无线通信基本特点、相关假设及这些假设存在的 问题，仅希望为上层协议设计提供一定帮助。
（1）信道环境的复杂性
（2）信道环境的随机性
（3）信道环境的时变性
1 无线传输媒体
传输媒体指的是数据传输系统中发送器和接收器之 间的物理路径。可以分为导向的（guided）和非导向性 （unguided ）。对导向媒体而言，电磁波被引导沿某 一固定媒体前进，例如双绞线、同轴电缆和光纤。非导 向的媒体如大气层和外层空间，他们提供了传输电磁波 信号的手段，但不引导他们传播，这种传播形式通常称 为无线传播。 无线通信介质为电磁波，传播速度等于光速。可按频 率或波长来分类和命名并具有不同的传输特性。
ISM波段说明
频率 说明
13.553-13.567MHz
26.957-27.283MHz 40.66-40.70MHz
433-464MHz
902-928MHz 2.4-2.5GHz 5.725-5.875GHz
欧洲标准
美国标准 全球N/WLAN 全球WPAN/WLAN
24-24.25GHz
3 传播方式
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种 意义。 规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
第三章
主要功能有： 为数据终端设备提供传送数据的通路，数据通路 可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒体连接 而成。 传输数据
其他管理 如信道状态的评估、能量检测等.
内容提要 1.1.概述 1.2.无线通信的特点 1.3.无线通信的能耗 1.4.小结 1.5.主要参考文献