第2章 无线传感器网络物理层设计

2.1 无线传感器网络物理层概述

Lan F.Akyildiz[1] 等人提出了WSN协议栈的五层模型，分别对应OSI参考模型的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。ISO（International Orgnazation for Standarization）对开放系统互联（Open System Interconnection，OSI）参考模型中物理层的定义为：物理层为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接，提供机械的、电气的、功能的和规程性的特性。从定义可以看出，物理层的特点是负责在物理连接上传输二进制比特流，并提供为建立、维护和释放物理连接所需要的机械、电气、功能和规程的特性[2-3]。

物理层是无线传感器网络（WSN）协议的重要组成部分，它位于最低层，是整个开放系统的基础，向下直接与物理传输介质相连接，主要负责数据的调制、发送与接收，是决定WSN的节点体积、成本以及能耗的关键环节，也是WSN的研究重点之一。其主要功能包括[3]：为数据终端设备提供传送数据的通路；传输数据；其他管理工作，如信道状态评估、能量检测等。随着集成电路工艺的发展，处理器和传感器模块的功耗变得越来越小，通信模块能量消耗占的比重却越来越大。节点各单元的功能对比如图2.1所示。

图2.1 节点各单元功耗对比图

物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体和互连设备，为数据传输提供可靠的环境。物理层的媒体包括平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）又称为物理设备，如计算机、终端等；而DCE则是数据通信设备或电路连接设备（Data Circuit Terminal Equipment），如调制解调器等。数据传输通常是经过DTE─DCE，再经过DCE─DTE的路径。