1無線通信物理層的主要技術(shù)：介質(zhì)和頻段的選擇、調(diào)制和擴(kuò)頻技術(shù)介質(zhì)：電磁波和聲波；電磁波包括：無線電波、微波、紅外線、毫米波、光波；頻段：無線電波傳輸距離與頻率有關(guān)，頻率低，容易穿過障礙物，但能量損耗快；頻率高，不容易穿過障礙物，傳輸距離受限。ISM頻段調(diào)制：基帶信號經(jīng)過調(diào)制，轉(zhuǎn)換為調(diào)制信號，在通道中傳輸。模擬/數(shù)字調(diào)制：用模擬/數(shù)字基帶信號對高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著模擬/數(shù)字基帶信號的變化而變化。目前通信系統(tǒng)都在由模擬制式向數(shù)字制式過渡，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)制方式：數(shù)字信號的調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相分別又被稱為幅移鍵控(AmplitudeShiftKeying,ASK)、頻移鍵控(FrequencyShiftKeying,FSK)和相移鍵控(PhaseShiftKeying,PSK)。擴(kuò)頻技術(shù)：擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；方法：頻帶的擴(kuò)展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(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)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：直接序列擴(kuò)頻(DirectSequenceSpreadSpectrum,DSSS)、跳頻(FrequencyHoppingSpreadSpectrum,FHSS)、跳時(TimeHoppingSpreadSpectrum,THSS)寬帶線性調(diào)頻擴(kuò)頻(chirpSpreadSpectrum,chirp-SS，簡稱切普擴(kuò)頻)。擴(kuò)頻技術(shù)的優(yōu)點包括：易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率;抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低；隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小;可以實現(xiàn)碼分多址;抗多徑干擾;能精確地定時和測距;適針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點，維現(xiàn)有的物理層設(shè)計基本采用結(jié)構(gòu)簡單的調(diào)制方式，在頻段選擇上主要集中在433~464MHz、902~928MHz和2.4~2.5GHz的ISM波段。MAC協(xié)議：介質(zhì)訪問控制(MediumAccessControl，MAC)協(xié)議目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議可以按照下列條件進(jìn)行分類：⑴采用分布式控制還是集中控制；⑵使用單一共享信道還是多個信道；⑶采用固定分配信道方式還是隨機(jī)訪問信道方式。分類：(1)時分復(fù)用無競爭接入方式。無線信道時分復(fù)用(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA)方式給每個傳感器節(jié)點分配固定的無線信道使用時段，避免節(jié)點之間相互干擾。隨機(jī)競爭接入方式。節(jié)點在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時隨機(jī)使用無線信道，盡量減少節(jié)點間的干擾。典型的方法是采用載波偵聽多路訪問(CarrierSenseMultipleAccess，CSMA)的MAC協(xié)議。競爭與固定分配相結(jié)合的接入方式。通過混合采用頻分復(fù)用或者碼分復(fù)用等方式，實現(xiàn)節(jié)點間無沖突的無線信道分配。所謂的CSMA/CA機(jī)制是指在信號傳輸之前，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)退避一段時間后重新檢測信道。這種介質(zhì)訪問控制層的方案簡化了實現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的過程。IEEE802.11MAC協(xié)議分為分布式協(xié)調(diào)功能(DistributedCoordinationFunction,DCF)點協(xié)調(diào)功能(PointCoordinationFunction，PCF)兩種訪問控制方式，其中DCF方式是IEEE802.11協(xié)議的基本訪問控制方式。IEEE802.11MAC協(xié)議規(guī)定了三種基本幀間間隔(InterFrameSpace，IFS)，用來提供訪問無線信道的優(yōu)先級：SIFS(shortIFS):最短幀間間隔。PIFS(PCFIFS)：PCF方式下節(jié)點使用的幀間間隔。DIFS(DCFIFS)：DCF方式下節(jié)點使用的幀間問隔。根據(jù)CSMA/CA協(xié)議，當(dāng)節(jié)點要傳輸一個分組時，它首先偵聽信道狀態(tài)。如果信道空閑，而且經(jīng)過一個幀間間隔時間DIFS后，信道仍然空閑，則站點立即開始發(fā)送信息。如果信道忙，則站點始終偵聽信道，直到信道的空閑時間超過DIFS。當(dāng)信道最終空閑下來的時候，節(jié)點進(jìn)一步使用二進(jìn)制退避算法，進(jìn)入退避狀態(tài)來避免發(fā)生碰撞。隨機(jī)退避時間按下面公式進(jìn)行計算：退避時間=Random()XaSlottime其中，Random()是在競爭窗口［0，CW］內(nèi)均勻分布的偽隨機(jī)整數(shù)；CW是整數(shù)隨機(jī)數(shù)，它的數(shù)值位于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的aCWmin和aCWmax之間；aSlottime是一個時槽時間，包括發(fā)射啟動時間、介質(zhì)傳播時延、檢測信道的響應(yīng)時間等。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在進(jìn)入退避狀態(tài)時，啟動一個退避計時器，當(dāng)計時達(dá)到退避時間后結(jié)束退避狀態(tài)。在退避狀態(tài)下，只有當(dāng)檢測到信道空閑時才進(jìn)行計時。如果信道忙，退避計時器中止計時，直到檢測到信道空閑時間大于DIFS后才繼續(xù)計時。當(dāng)多個節(jié)點推遲且進(jìn)入隨機(jī)退避時，利用隨機(jī)函數(shù)選擇最小退避時間的節(jié)點作為競爭優(yōu)勝者節(jié)如節(jié)翎節(jié)點C節(jié)，初節(jié)點冗口節(jié)如節(jié)翎節(jié)點C節(jié)，初節(jié)點冗口退誨時間■剩余1函跑間;;競爭窗口， 門貞1: 1802.11MAC協(xié)議通過立即主動確認(rèn)機(jī)制和預(yù)留機(jī)制業(yè)提高性能。在主動確認(rèn)機(jī)制中，當(dāng)目標(biāo)節(jié)點收到一個發(fā)送給它的有效數(shù)據(jù)幀(DATA)時，必須向源節(jié)點發(fā)送一個應(yīng)答幀(ACK)，確認(rèn)數(shù)據(jù)已被正確接收到。為了保證目標(biāo)節(jié)點在發(fā)送ACK過程中不與其它節(jié)點發(fā)生沖突，目標(biāo)節(jié)點使用SIFS幀間隔。主動確認(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文傳輸。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的比較典型的MAC協(xié)議，即S-MAC協(xié)議(SensorMAC)。通常無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無效能耗主要來源于如下四種原因：空閑監(jiān)聽數(shù)據(jù)沖突串?dāng)_控制開銷（1） 周期性偵聽和睡眠機(jī)制S-MAC協(xié)議將時間分為幀，幀長度由應(yīng)用程序決定。幀內(nèi)分監(jiān)聽工作階段和睡眠階段。監(jiān)聽/睡眠階段的持續(xù)時間要根據(jù)應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)節(jié)點處于睡眠階段時，關(guān)閉無線電波，以節(jié)省能量。當(dāng)然節(jié)點需要緩存這期間收到的數(shù)據(jù)，以便工作階段集中發(fā)送。（2） 流量自適應(yīng)偵聽機(jī)制流量自適應(yīng)偵聽機(jī)制的基本思想是在一次通信過程中，通信節(jié)點的鄰居在通信結(jié)束后不立即進(jìn)入睡眠狀態(tài)，而是保持偵聽一段時間。如果節(jié)點在這段時間內(nèi)接收到RTS分組，則可以立刻接收數(shù)據(jù)，無須等到下一次調(diào)度偵聽周期，從而減少了數(shù)據(jù)分組的傳輸延遲。如果在這段時間內(nèi)沒有接收到RTS分組，則轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)直到下一次調(diào)度偵聽周期。（3） 沖突和串音避免機(jī)制為了減少沖突和避免串音，S-MAC協(xié)議采用了與802.11MAC協(xié)議類似的虛擬和物理載波監(jiān)聽機(jī)制，以及RTS/CTS握手交互機(jī)制。兩者的區(qū)別在于當(dāng)鄰居節(jié)點處于通信過程時，執(zhí)行S-MAC協(xié)議的節(jié)點進(jìn)入睡眠狀態(tài)。（4） 消息傳遞機(jī)制S-MAC協(xié)議采用了消息傳遞機(jī)制，可以很好地支持長消息的發(fā)送。由于無線信道的傳輸差錯與消息長度成正比，短消息傳輸成功的概率要大于長消息。消息傳遞機(jī)制根據(jù)這一原理，將長消息分為若干個短消息，采用一次RTS/CTS交互的握手機(jī)制預(yù)約這個長消息發(fā)送的時間，集中連續(xù)發(fā)送全部短消息。這樣既可以減少控制報文的開銷，又可以提高消息發(fā)送的成功率。路由協(xié)議概述1路由選擇（routing）是指選擇互連網(wǎng)絡(luò)從源節(jié)點向目的節(jié)點傳輸信息的行為，并且信息至少通過一個中間節(jié)點。路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點，它包括兩個功能：尋找源節(jié)點和目的節(jié)點間的優(yōu)化路徑；將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。2應(yīng)用的角度出發(fā)，將路由協(xié)議分為四類（1） 能量感知路由協(xié)議：討論最少能量消耗和最長網(wǎng)絡(luò)生存期等問題（2） 基于查詢的路由協(xié)議：，通信流量主要是查詢節(jié)點和傳感器探測節(jié)點之間的命令和數(shù)據(jù)傳輸，同時傳感器探測節(jié)點的采集信息通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，通過減少通信流量來節(jié)省能量，即數(shù)據(jù)融合技術(shù)與路由協(xié)議的設(shè)計相結(jié)合。（3） 地理位置路由協(xié)議：這類與坐標(biāo)位置有關(guān)的應(yīng)用問題中，通常需要知道目的節(jié)點的精確或者大致地理位置。把節(jié)點的位置信息作為路由選擇的依據(jù)，不僅能夠完成節(jié)點的路由選擇功能，還可以降低系統(tǒng)專門維護(hù)路由協(xié)議的能耗。（4） 可靠的路由協(xié)議：傳感器網(wǎng)絡(luò)的某些應(yīng)用對通信的服務(wù)質(zhì)量有較高要求，可能在可靠性和實時性等方面有特別要求典型路由協(xié)議：定向擴(kuò)散路由定向擴(kuò)散路由機(jī)制可以分為周期性的興趣擴(kuò)散、梯度建立和路徑加強(qiáng)三個階段:國興建傳精 （W榜度建立 遍加倒控（1）興趣擴(kuò)散階段在路由協(xié)議的興趣擴(kuò)散階段，匯聚節(jié)點周期性地向鄰居節(jié)點廣播興趣消息。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、時間戳等參數(shù)。每個節(jié)點在本地保存一個興趣列表，對于每一個興趣內(nèi)容，列表中都有一個表項記錄發(fā)來該興趣消息的鄰居節(jié)點、數(shù)據(jù)發(fā)送速率和時間戳等任務(wù)相關(guān)信息，以建立該節(jié)點向匯聚節(jié)點傳遞數(shù)據(jù)的梯度關(guān)系。每個興趣可能對應(yīng)多個鄰居節(jié)點，每個鄰居節(jié)點對應(yīng)一個梯度信息。（2） 數(shù)據(jù)傳播階段當(dāng)傳感器探測節(jié)點采集到與興趣匹配的數(shù)據(jù)時，把數(shù)據(jù)發(fā)送到梯度上的鄰居節(jié)點，并按照