1.3.2 物理层协议

无线传感器网络的物理层主要实现信号调制解调和收发等最为基础的功能，采用诸如无线电、红外线、蓝牙、光波、微波等介质进行传输。物理层实现对硬件进行控制和调度，所以在该层的设计中，传感器节点的功耗优化设计是最为重要的。此外，节点的接收信号强度可以表示为传播距离函数，在离节点不同的距离上，其接收信号强度是不同的，这一个特性就决定了无线传感器节点的传播范围。如果信号强度小于一定的门限，节点就无法正确监听信号，从而就从整个无线传感器网络中脱离出来了。在接收和发送信号时，无线传感器节点作为接收机时，其信号强弱的灵敏度决定了信号传播的范围和距离。当信号强度减小到接收机灵敏度时，此时的临界距离称为最大通信距离，或称为最大传感器节点传播距离[4]。

无线电传输是目前无线传感器网络采用的主流传输方式，需要解决的问题有频段选择、节能的编码方式、调制算法设计等。在频段选择方面，I S M频段由于具有无须注册、具有大范围的可选频段、没有特定的标准、可以灵活使用等优点，被人们普遍采用。与无线电传输相比，红外线、光波传输具有不需要复杂的调制、解调机制，接收器电路简单，单位数据传输功耗小等优点，但由于不能穿透非透明物体，只能在一些特殊的无线传感器网络系统中使用。另外，光束通信容易受周围环境中的光线及阳光干扰，但它比无线电通信更加高效，SmartDust中就以光束为通信介质。声波和超声波通信主要应用在水下等特殊环境下。根据网络应用环境的不同，无线传感器网络可能同时采用几种方式作为通信手段。目前，对无线传感器网络物理层的研究迫切需要解决的问题有：在降低硬件成本方面需要研究集成化、全数字化、通用化的电路设计方法；在节能方面需要设计具有高数据率、低符号率的编码、调制算法。