第2章
無線傳感器網絡物理層設計

2.1　無線傳感器網絡物理層概述

Akyildiz I F等人提出了無線傳感器網絡（WSN）協議棧的五層模型，分別對應OSI參考模型的物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層。國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）對開放系統互聯（Open System Interconnection，OSI）參考模型中物理層的定義：物理層為建立、維護和釋放數據鏈路實體之間的二進制比特傳輸的物理連接，提供機械的、電氣的、功能的和規程性的特性。從定義中可以看出，物理層的特點是負責在物理連接上傳輸二進制比特流，并提供為建立、維護和釋放物理連接所需要的機械、電氣、功能和規程的特性。

物理層是WSN協議的重要組成部分，它位于最底層，是整個開放系統的基礎，向下直接與物理傳輸介質相連接，主要負責數據的調制、發送與接收，是決定WSN的節點體積、成本和能耗的關鍵環節，也是WSN的研究重點之一。其主要功能包括：為數據終端設備提供傳輸數據的通路；傳輸數據；其他管理工作，如信道狀態評估、能量監測等。隨著集成電路工藝的發展，處理器和傳感器模塊的功耗變得越來越小，通信模塊能量消耗占的比重卻越來越大。節點各單元的功耗對比如圖2.1所示。

圖2.1　節點各單元的功耗對比圖

物理層為設備之間的數據通信提供傳輸媒體和互連設備，為數據傳輸提供可靠的環境。物理層的媒體包括平衡電纜、光纖、無線信道等。通信用的互連設備指DTE和DCE間的互連設備。數據終端設備（Data Terminal Equipment，DTE）又稱物理設備，如計算機、終端等；而DCE則是數據通信設備或電路連接設備（Data Circuit Terminal Equipment），如調制解調器等。數據傳輸通常是經過DTE→DCE，再經過DCE→DTE的路徑。