无线传输网络

2024-10-04

无线传输网络（精选12篇）

无线传输网络篇1

随着计算机技术和现代通讯技术的发展, 计算机已经被作为工具得到广泛的应用, 在进行数据的传输时, 为了避免传统的有限网络在传输过程中线路铺设复杂、供电耗能大、升级改造困难等弱点, 无线传输技术被无线传感网络广泛采用, 无线传感网络是由计算机、通信、传感器技术三者相融合的产物, 它融合了无线通信技术、基于微电子的传感器技术、分布式信息处理技术, 是二十一世纪最重要的技术之一。随着经济的发展。对于无线传感技术的要求越来越高, 对于无线传感网络中的无线系统的传输有效性及安全稳定性要求越来越高, 因此对于无线传感网络中的无线传输系统的研究是十分有必要的。

1 无线传感网络中的无线传输系统的研究现状

无线传感网络已经被广泛的应用于军事领域与国防领域以及其他一些相关领域, 传感器网络是指集定位、监视、情报、计算机、通信、控制、指挥为一体作为一个战斗指挥系统的一个组成部分, 传感器技术的应用可以大大降低战争的伤亡率。在农业领域, 无线传感网络的应用可以代替人类去到一些危险的地方进行数据的采集和收集;同样在很多大型仓库、建筑物、大型工业园区都有用到无线传感器网络。无线传感器网络是由很多传感器节点连接在一起组成, 对这些节点实施自动的数据采集和监控, 并通过无线传输系统将相关数据传输到受人类控制的计算机上。我国对于无线传感网络的研究虽然相对于发达国家起步较晚, 单也取得了一些科技成果。通过各种无线通信技术的研究, 增大了无线传输的距离, 也使得无线传输的稳定性越来越高。

2 无线传感网络中的无线传输系统的总体设计

无线传感网络中的无线传输系统主要是要设计一个应用了无线通信技术, 从而实现数据高速回读并且能够将数据通过无线传输系统传输出去的远程无线通信系统。该系统可以分为上位机、从控与主控系统三大部分。各个测试传感器节点负责测量数据, 从控系统将传感器节点测量的数据从Flash存储中读取出来, 然后通过无线传输系统传输给主控系统, 用户可以实现在远程的计算机上对测量数据进行读取、检测、查询等操作。

在无线通信系统中, 从控系统的主要组成部分有:数据回读电路、内部时间同步电路、系统控制模块、无线收发模块几部分。上位机信号是以无线电广播信号的形式对主控机进行触发, 系统随即进入工作准备就绪状态。主控系统在接收到触发信号后, 向从控系统发送时间同步指令和控制指令, 保证所有的从控系统从Flash存储中读取数据的时间是同步的, 数据读取结束后, 为了避免码间串扰和无线信道堵塞, 从控系统按照通信协议中节点的编号次序依次向主控系统周期性的发送数据包。

无线传感网络中的无线传输系统的设计主要可以分为三大模块:上位机, 由计算机与无线传输电台组成;主控站, 串口与计算机及数字传输电台连接组成;从控站, 由多个从控节点组成。

3 无线传感网络中的无线传输系统的硬件设计

在无线传感网络的无线传输系统的设计时, 大多对无线通信系统中的功耗、传输距离、无线传输速率、数据回读速率有要求, 这就需要在进行无线传感网络中的而无线传输系统的硬件设计时, 要选择各项指标都能达到相应要求的器件。

微控制器选用MSP430f169, 这是一种低功耗的16位微控制器, 它的编程方法相对简单, 可以快速的处理数据, 对于系统对数据的处理效率有了很大的提高, MSP430f169有着丰富的I/O接口电路, 能够接看门狗电路、硬件乘法器、AD转换器、时钟系统等外围模块, 通过数据总线和地址总线与它们相连。

无线通信系统中通常采用n RF24L01无线收发芯片, 它里面包括解调器、调制器、晶体振荡器、功率放大器、增强型模式控制器、功率发生器等器件。主控系统主要由计算机、RS232电路、数字传输电台、n RF24L01、MSP430f169组成。从控系统主要是通过USB接口从外部存储设备中将数据读回到MCU, MCU将数据通过SPI串行接口写入到无线收发模块n RF24L01, n RF24L01再将数据发送到主控站。

4 无线传感网络中的无线传输系统的软件设计

上位机, 在计算机里编译程序, 从而实现对从控系统和主控系统的控制触发, 并且具有接受数据、存储数据、分析数据的功能。从控系统主要作用是作为探测节点对数据进行高速回读, 然后再通过无线传输系统将数据发送给主机。主控系统接收到数据, 向从控系统发送控制指令。

在对无线传输系统的软件进行设计时, 首先数据的传输需要遵循各种不同的传输协议, 通过不同的协议内容选择不同的传输方式。软件设计的内容主要包括:上位机的软件设计、中继控制程序的设计、探测节点收发程序的设计、时间统一同步软件设计, 在此不再一一做以介绍。

5 结束语

随着时代的发展, 人们对于数据传输的要求, 已经从复杂的有线传输变为无线传输, 传感器技术的应用, 无线传感网络的组建, 在各行各业的生产实际中都得到了广泛的应用, 并且起到了简化劳动过程、节省劳动力、增加安全可靠性、大大节省工作效率的作用, 由此可见, 对于无线传感网络的研究是有必要的, 而无线传感网络的数据传输的有效性和稳定性则离不开无线传输系统的研究。

摘要：无线传感网络是一种新型的数据信息获取与处理技术, 无线传感网络的组建, 综合了分布式信息处理技术、微电子传感器技术以及无线通信技术, 在很多工业控制中被广泛使用, 无线传感网络中在对数据进行传输时主要采用的技术有蓝牙、GPRS、WIFI等技术, 但是这些技术在进行数据传输时往往又存在传输距离近、传输速率低、传输安全性能不高的问题。随之无线传输系统应运而生, 本文就将探讨无线传感网络中的无线传输系统。

关键词：无线传感网络,无线传输系统,计算机技术

参考文献

[1]王焱, 马朋飞, 单欣欣.遗传算法在电力传输温度监测系统中的应用[J].计算机应用研究, 2011 (6) .

[2]卢建申, 胡军国.基于GPRS无线传感网的大气C02浓度采集系统研究与设计[J].成都信息工程学院学报, 2011 (6) .

[3]王瑞花, 罗丹羽, 闫艳梅.机动车尾气在线采集和无线传输系统研制[J].仪表技术与传感器, 2008 (10) .

[4]魏连花, 赖松林, 程树英, 陆培民.一种静态图像的采集传输系统[J].电子技术, 2013 (1) .

[5]刘继旺, 胡艳军, 许耀华, 夏韫韬.一种基于无线传感网的图像传输系统[J].通信技术, 2010 (5) .

无线传输网络篇2

摘要：文章介绍了目前两种第3代移动通信系统中的宽带无线传输技术方案――以欧洲为代表的W-CDMA和以美国为代表的CDMA2000。

关键词：移动通信宽带码分多址直接扩频无线传输技术

信息时代对通信系统的依赖越来越强，随着人们对移动通信需求和业务类型的增加，现有的移动通信系统已面临许多问题。由于用户的不断增加，现有系统的容量越来越显得不够，且现有系统很难提供新业务，全球覆盖、漫游业务更难以实现。为此，国际电联(ITU)提出了全球用一个统一的标准来实现第3代移动通信系统，即后来的IMT-2000。

日本于1997年初就着手第3代系统的标准化过程，并提出了一种基于宽带CDMA的方案，日本的行动促进了欧洲和美国的标准化进程。由于日本自然条件的限制，为了使自己能在未来的第3代移动通信市场中占有较大的份额，日本倾向于欧洲提出的宽带CDMA方案W-CDMA，日本方案将可能与欧洲方案统一，形成以欧日为代表的W-CDMA方案。在美国和韩国等国，由于基于IS-95标准的CD-MA第2代系统的研制成功，提出了以IS-95为基础向宽带发展的第3代移动通信系统，具有代表性的是宽带CDMAOne，后来改为CDMA2000。因此目前有关第3代移动通信系统无线传输技术(RTT)方案基本上分为以上两大派别。这两种方案中除了扩频码速率和下行链路结构上的不同之外，网络同步问题是两者的又一区别，W-CDMA系统中各小区是异步操作的，而CDMA2000中各小区是同步操作的，后者采取同步操作的一个原因是考虑到与IS-95的兼容问题。当然在IMT-2000无线传输技术方案提交的过程中也有其它一些方案，但本文主要介绍W-CDMA和CDMA 2000这两种方案。

1 CDMA2000

CDMA2000方案中主要考虑到空中接口与IS-95的兼容问题，最大限度地沿用了IS-95的主要技术和技术思路。CDMA2000的扩频带宽为N×1.25MHz(N=1，3，6，9，12)，即1.25MHz，3.75MHz，7.5MHz，11.25MHz和15MHz。在该方案中，当N=1时，就是IS-95所支持的扩频带宽。在其它带宽上，为了和现存的IS-95系统载波正交地并存，除了采用直接扩频的方式外，还使用了多载波方式。从整个方案看，CDMA 2000可以看作为IS-95的升级版，所有IS-95的信令系统可以看作是CDMA 2000的一个子集，因此CDMA 2000与IS-95的信令系统、空中接口尽可能地保持一致或相似或共存，系统可以覆盖IS-95的工作频段。

CDMA2000中定义了如下一些物理信道：前向、反向基本信道，前向、反向增补信道，前向、反向专用控制信道，前向、反向公共控制信道，前向、反向导频信道，前向寻呼信道，反向接入信道，前向专用辅助导频信道，前向公共辅助导频信道，前向同步信道。按照信道所传输的信息可以将这些物理信道分为专用信道和公共信道两类。前向专用物理信道以点对点的方式从基站向一个移动台传输信息。反向专用物理信道用来传输从某个移动台到基站的信息。公共物理信道也分为前向和反向公共物理信道，前向公共物理信道主要是以点对多点的形式由基站向一组移动台传输两种信息：广播式的管理信息(如系统参数)和发送给指定用户的定向信息(如寻呼信息)。反向公共物理信道包括反向接入信道和反向公共控制信道，主要以竞争方式向基站传输来自多个移动台的信息。

在前向链路中，考虑到和IS-95的兼容，CDMA2000的前向同步和寻呼信道具有两种方式：共享同步和寻呼信道、宽带同步和寻呼信道。共享方式所提供的信道可以供CDMA2000和IS-95使用，显然这种信道只能用在系统配置为覆盖方式情形下。而宽带信道方式是作为前向公共物理信道的一部分，并在整个信道带宽上进行调制，这种信道可以应用在覆盖配置和非覆盖配置的系统中。CDMA2000中，系统为所有用户提供了一个前向公共导频信道。该导频信道是以0号Walsh码扩频过的全0序列。公共导频信道在基站以广播形式通过天线扇区传输，需要导频信号和用户数据能通过同样的路径传输，因此一个天线波束需要一个单独的辅助导频信道。在CDMA 2000中，当在基站使用天线阵列时，前向辅助导频信道就是为了这个目的而引入的，该信道和其它前向信道使用正交Walsh码码分复用在物理信道上。由于辅助导频信道上传输的是全0，而且该信道的引入占用了一个Walsh码道，减少了用于业务信道的可用正交Walsh码，所以辅助导频信道可以使用较长的Walsh序列。在保持码正交性的前提下，可用增加Walsh码长度的方法增加用于辅助导频信道的码数目。

CDMA2000前向链路支持N×1.2288Mcps(N=1，3，6，9，12)。N=1时，与IS-95相似，但是使用了四相相移键控(QPSK)调制和快速闭环功率控制。当N≠1时，可以采用N个1.25MHz载波进行多载波传输，每个载波上的扩频切谱速率为1.2288Mcps(Mcps为每秒兆切谱数);也可以用切谱速率为N×1.2288Mcps在一个载波上对数据进行直接扩频。CDMA2000中提供了两种前向数据信道：基本信道和增补信道。这两种信道使用正交码将它们分开，而且一般传输功率也不相同。CDMA2000就是利用这两种信道处理用户同时发起的多业务问题的。前向基本信道上传输的是和IS-95中一样的变速率业务，在接收端需要进行速率检测，每种速率的业务用正交码道传输，帧周期为20ms和5ms两种。其中20ms帧可以支持IS-95中业务速率集合RS1和RS2。前向增补信道支持两种工作模式：第1种模式用于数据速率不超过14.4kbit/s的业务，在接收端用盲速率检测数据速率。该模式下所支持的数据速率是由IS-95中业务速率集合RS1和RS2所派生出来的业务速率。帧结构和20ms的前向基本信道相同;第2种模式是提供数据速率信息的。前向基本信道和增补信道的第1种模式所传输的数据用循环编码，而在增补信道的第2种模式中，高速数据可以采用循环码或Turbo Code的编码方式。值得一提的是前向增补信道可以根据实际情况有多个增补信道。

CDMA2000系统中，数据采用了调整编码速率，符合重复以及序列重复等多种速率匹配的方法。系统中，每个基站可以有多个前向寻呼信道，各个寻呼信道用经过掩膜算法的长码加以区分。前向专用控制信道的帧周期也是5ms和20ms两种，并采用循环编码。CDMA2000中为了减少小区内干扰，每个前向物理信道都经过正交的Walsh码调制。不同的信道使用的Walsh码字是不同的，所有经过Walsh正交复用的各个信道经过速率匹配、信道编码(循环码和Tur-boCode)以及交织等处理后，通过用户长码进行扰码，再映射到I、Q路(对于多载波方式，首先将数据分为N路)，分别进行信道增益、功控信息插入及Walsh扩频等处理。经过脉冲整形滤波器和射频调制后发射出去。如前所述，当N=1时，系统可以在现有的IS-95频段上进行射频调制，也可以在其它频段上调制，而其它新的CDMA 2000信道则要求和现有的IS-95信道正交地存在。

在反向链路上，反向专用信道除了反向导频信道常用外，反向基本信道、增补信道及专用信道根据实际业务需要可用可不用。各信道用正交Walsh码分开。导频信道和专用控制信道映射到I路，基本信道和增补信道映射到Q路。I、Q路的数据用伪随机数(PN)序列扩频。经脉冲整形滤波后，调制到射频发射。增补信道一般用2比特的Walsh码扩频，当需要用两个增补信道时，则采用4bit的Walsh码。如再需要增补信道，则可通过增加Walsh码的长度(最长为8bit)，同时将其分别映射到I、Q路。反向导频信道上发送的是经过时分复用的功率控制信息和一个固定的参考值。基本信道传输IS-95支持的RS1和RS2速率。反向增补信道与前向增补信道一样，也是两种模式。基本信道和增补信道的信道编码方式与前向的编码方式相同。反向公共信道中，反向控制信道扩展了反向接入信道的能力，公共信道以时隙ALOHA方式工作。每个反向接入信道或反向公共控制信道都由一个接入前导部分和接入消息封装组成。前导部分为无数据承载的反向导频信道，长度为N×1.25ms(N≠0)，N由基站指定。前导部分的长度由基站搜索PN码的速率、小区半径以及小区的多径特性所决定;接入消息封装包含接入或公共控制数据以及相关的导频信号。当移动台以某一种方式和基站通信时，与接入信道相关的反向导频信道和与反向公共控制信道相关的反向导频信道在结构上是相同的。它们的主要区别在于与接入信道相关的反向导频信道没有功率控制子信道，它传输的是全0。反向接入信道是以固定的9600kbit/s或4800kbit/s发送的，通常是9600kbit/s。基站可以通过广播信号指定移动台接入信道的发送速率。而当移动台发送功率受限时，移动台也可以自动地将接入信道的速率降低到4 800kbit/s。但是在一个接入周期内，该速率保持不变。反向公共控制信道的数据速率为9.6kbit/s、19.2kbit/s和38.4kbit/s，在后2种速率下的发射功率分别比9.6kbit/s的发射功率高3dB和6dB。同样基站可以指定其发送速率，移动台可根据本身发射功率自动调制发送速率。

2W-CDMA

1998年元月，欧洲电信标准委员会(ETSI)从各家公司提出的5种候选方案中选出两种方案：基于频分双工(FDD)的WCDMA和基于时分双工(TDD)的TD-CDMA方案，

显然这两种方案不可能同时独立地提交给ITU(ITU起先的意图是实现全球标准统一化)。但是这两种方案各有优缺点，因此ET-SI正努力试图将这两种方案融为一体，形成一个FDD、TDD双模式共存的方案，期望这种方案能够灵活地适应不同环境、数据速率的变化以及各个运营商的要求。WCD-MA可能工作在覆盖面积较大的区域，提供中、低速业务，而TD-CDMA则主要侧重于业务繁重的小范围内，提供速率高达2Mbit/s的业务。该方案的基本参数为：1920～1980MHz频段分配给FDD上行链路，2110～2 170MHz频段分配给FDD下行链路，而没有镜像频率的1 900～1 920MHz频段分配给TDD双工模式使用。基本带宽为5MHz，但其实际值可以200kHz为步长，根据需要在4.4MHz到5.2MHz之间调整。基本带宽可以扩展到10MHz、20MHz。基本扩频码速率为4.096Mcps，扩频码速率同样也可以扩展到8.192Mcps、16.384Mcps。下行链路通过时隙边界来划分。

2.1W-CDMA的FDD模式――WCDMA

WCDMA定义了5种物理信道：专用物理数据信道，用于传输第2层以上的专用数据;专用物理控制信道，用于传输第1层产生的控制信息，如用于信道估计和相干检测的导频信息、功率控制信息、速率指示信息等;普通控制物理主信道和次信道，产生固定速率的下行信息，不产生功控信息和速率信息;物理随机接入信道，用于移动台向基站传输随机接入信息;主同步信道和次同步信道，主要用于小区搜索，该下行同步信号在每个时隙发送一次。

移动台通过物理随机接入信道向基站发送随机接入信息，它是以时隙ALOHA的方式工作。移动台仅在相对于小区广播控制信息帧的边界处，在一个固定时延后发送一个随机接入突发信息发起接入尝试。该信息由1ms前导部分和10ms消息部分组成，两者之间有0.25ms的间隙。因此用户发起随机接入时，相对于小区广播控制信息帧边界的时差为N×1.25ms，N=1，2，…，8，代表了随机接入时隙号，也就是说一帧内有8个随机接入时隙，在一个小区中，哪些特征序列可以使用的消息通过基站下行信道予以广播。前导部分由16个复数符号组成，消息部分的结构与上行专用物理信道相同，也分为数据和控制两部分，数据部分的扩频增益SF为256、128、64、32，而控制部分为256。数据部分包含16比特的移动台标识符(由移动台在发起随机接入时随机地选择)、服务要求和CRC校验等，也可以携带短用户信息。

在第3代移动通信系统中，存在对多业务的支持问题。多业务的设计是要求在保证频谱利用率的前提下，灵活地将不同服务质量(QOS)要求的各连接复接起来。WCDMA方案中采用了对不同QOS要求的业务进行不同的信道编码策略，以编码增益来换取对不同QOS要求的业务进行同样的处理方法，标准业务仅采用卷积编码，高质量业务在卷积编码的基础上增加了RS编码或选用TurboCode的编码方法，而对于特定业务则在第1层不采用纠错编码而完全由高层采取差错控制。这样处理的结果使得各种业务变化为同一种数据，使后级的扩频和调制过程得到简化。

在宽带CDMA中，用来对付多径衰落的有效方法是采用RAKE接收机。WCDMA中，上下行信道都有导频信号，因而可以在接收端通过准确同步，利用本地导频信号和接收到的导频信号进行相关运算，估计信道，实现相干解调。

2.2W-CDMA的TDD模式――TD-CDMA

大部分第3代移动通信系统的空中接口方案都是基于FDD模式的，也有一些是TDD模式的，如基于TDD的TD-CDMA。TD-CDMA中使用CDMA的目的是为了将不同的信道复用到一个TDMA时隙里。在第2代移动通信系统研究中，有关TDMA和CDMA的争论持续了很久，因为两种多址接入方式各有优缺点。但CDMA以其容量大、频带利用率高等特点使其在第3代移动通信系统中站稳了脚跟。在TD-CDMA系统中，除了CDMA的一些优点外，有一部分优点来自TDMA的使用：

(1)由于使用了TDMA，使得上下行信道可以用TDD的复用模式，而这种模式的最大优点在于它可以工作在没有镜像频率的频段上，不像FDD模式对频段要求那么严格。

(2)TD-CDMA由TDMA带来的另一个好处在于用户被分配到不同的时隙中，这样就使得同时处于激活状态的用户数大大小于纯CDMA的方式。而且，由于用户数较少，就可以用联合检测和智能天线的方法减少用户间的干扰。

(3)TDMA的工作方式，可以将用户按照实际情况，重新分配其占用的时隙，使得用户可占用干扰较小的时隙，从而提供传输的可靠性。

(4)由于在TDMA中，用户处于非连续发射状态，因此用户除了监听它所属的基站信号外，还可以监听来自其它基站的信号，以便切换到信号更强的基站区域内工作。

同样TDD复用模式也给TD-CDMA带来了不少好处：

(1)TDD模式可以灵活分配上下行信道之间的带宽，只需要调整上下行信道占有的时隙数即可。

(2)TDD模式中可以实现快速、精确的开环功率控制。在TDD中，上下行信道占用同样的频率，可以认为在一段时间内其信道特性相同，因此不仅阴影效应在上下行信道上引起的信号衰落是相关的，而且上下行信道在多径衰落上也是高度相关的，这样在TDD中仅需要开环功率控制即可。

(3)分集合并技术用于抗多径衰落非常有效，但是分集接收方法由于实现复杂，不适用于移动台。在TDD模式中，基站通过测量不同接收天线上的接收信号，选出最强的信号来解调信号。由于上下行信道衰落高度相关，基站选择上下行链路中接收信号最强的天线作为下一帧下行链路的发射天线，这样就使移动台用一个天线实现了选择性天线分集。

(4)在TDD模式下，发射和接收是分时进行的，因此可以不使用双通道滤波器，减少了模拟电路，因此TDD比FDD更适用于实现低功耗系统。

在TD-CDMA系统中，一个TDMA帧周期为10ms，分为16个时隙，每个时隙对应256个码片。为了通信能正常进行，不管上下行信道之间的带宽怎么分配，都至少有一个时隙分配给下行链路，即时隙0分配给下行链路作导引信号。系统有两种扩频方式：

(1)多码传输

在这种方式下，扩频增益是固定的。在上行链路上，每个时隙可以有8个不同的数据突发，使用不同的扩频码将它们分开，而这8个突发可以分配给8个不同的用户，也可以分给同一个用户。如果一个用户占有了一个时隙内的多个突发，那么这个时隙内可以有多于8个的突发。在下行链路上，可以有8个以上的突发。

(2)变扩频增益方式

一个移动台使用一个扩频码，并以不同的扩频增益传输不同速率的数据。基站通过扩频码区分移动台，用一个突发广播一个移动台的扩频增益。如果一个移动台传输高速率的数据，它可能会占有多个时隙。

在TD-CDMA中，基本物理信道由时隙和时隙内的CDMA扩频码决定。对于同一个连接的多个服务可以各自进行信道编码、交织后，再映射到不同的基本物理信道上，这种情况下，各个QOS可以分别独立地控制，也可以以时分复用的方式在不同的信道编码方法处复用后，再映射到基本物理信道上。在TD-CDMA方案中，前向纠错编码与WCDMA的相似。该方案中在一个时隙内可以有K个正交的CDMA码，可以分配给一个或多个用户，一般每个数据符号对应Q=2p个码片，其中1≤p≤4，p可以按照实际干扰和服务要求选择。数据被分为两块填入相应的突发数据分组中，经QPSK调制和脉冲整形滤波器(滚降系数为0.22)进行滤波处理后再用正交扩频码扩频，经射频电路调制发射出去。TDD可以工作在至少能传输一路速率为4.096Mcps数据的任一频段的载频上，在接收端可以使用联合检测接收。

当然它有利也有弊。TDD非对称资源分配也会带来一些不利因素。假如移动台MS1、MS2分别在基站BS1、BS2所属小区内，当MS2处于BS2小区边缘时，MS2将以较大的发射功率传输信号给BS2，这时由于各小区上下行信道所占用的时隙不一定相同，MS1如果距离MS2较近，MS2则会干扰MS1的接收;另一方面，基站BS1的发射功率一般都会比MS2大，这样BS1发射的信号就会影响BS2对MS2信号的接收，因此在TDD资源分配算法中应避免这种情况的出现。

3结束语

无线传输技术是IMT-2000系统中的重要组成部分。从目前的情况看，虽然全球统一标准化已不可能实现，但是未来的方向极有可能是多种不同的地区性第3代标准共存，现在的目标是尽量减少地区性标准的数目。从目前各国提交给I-TU的方案看，CDMA2000由于是建立在IS-95空中接口的基础上，并利用已成熟的信息系统、越区算法的技术，因此，相对来说技术复杂程度低、风险小，有利于第3代双模手机的开发。

作者简介：

李景峰，东南大学移动通信国家重点实验室博士研究生。

程时昕，东南大学教授、博士生导师、移动通信国家重点实验室主任，中国电子学会和中国通信学会会士，国家“863”通信高技术第1届专家领导小组成员。主要研究方向为：数字移动通信和个人通信技术。

无线传输网络篇3

关键词：认知无线电；传输层协议；无线TCP；频谱切换

1 绪论

随着无线通信技术的飞速发展，频谱资源变得越来越紧张。尤其是随着无线局域网络（WLAN）技术、无线个域网络（WPAN）技术和无线城域网（WMAN）技术的高速发展，人们对宽带无线应用提出了更高的要求。而目前的频谱分配制度为固定频谱分配，将频谱分为2个部分：授权频段（LFB）和非授权频段（UFB）。大部分的频谱资源被用于授权频段，非授权频段的频谱资源要少得多，由于WLAN 、WPAN、 WMAN无线通信业务的迅猛发展，这些网络所工作的非授权频段已趋近饱和；而另一方面，相当数量的频谱资源的利用率却非常低。

为了解决上述问题，尽量提高现有频谱的利用率，就产生了认知无线电的概念，其基本出发点就是：在不影响授权频段的正常通信的基础上，具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“机会方式”接入授权的频段内，并动态地利用频谱。这种在空域、时域和频域中出现的可以被利用的频谱资源被称为“频谱空穴”。认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空穴”并利用的能力。

目前，认知无线电技术的研究大都集中于物理层和MAC层的功能上，如频谱感知技术、频谱管理技术和频谱共享技术，这些方面的研究取得了重要的进展。但对于更高层，诸如网络层、传输层和应用层的技术，还没有深入地研究。本文则主要探讨认知无线电网络传输层协议可能遇到的问题以及设计思路。

2 无线网络TCP

2.1 TCP在无线环境中存在的问题

无线链路的高误码率、带宽有限、移动性等特性对网络传输层的影响可以归结为两个主要的方面，即分组丢失或损坏引起的问题和分组延迟引起的问题。此外，某些无线链路（如卫星链路）的不对称、大延迟带宽乘积对TCP的性能也有较大影响。

(1) 经常性的链路错误引起的问题

TCP发送方根据接收方返回的ACKs判断网络情况，它根据返回的ACKs、超时时钟或重复ACKs可以推断数据分组是否成功传输。然而这种方式缺乏判断误码原因的机制，只是简单地把每个分组的丢失归结为网络中发生了拥塞。显然，这种方式只适用于有线网络的情况。在无线链路情况下，常有因链路问题引起的丢包，如果简单地采用传统TCP的算法必然引起拥塞窗口的频繁调整、经常处于慢启动阶段，导致TCP连接吞吐量的急剧下降。

(2) 错误的丢包探测机制

标准TCP不能区分不同类型的错误(随机丢包、拥塞丢包等)，它把任何丢包都看作拥塞丢包并启动拥塞控制，而不管网络是否处于拥塞状态，因此而导致TCP性能有很大程度的下降。

(3) 较大的延迟或延迟抖动引起的问题

由于无线/有线混合网络中某些无线链路本身的延迟特性、切换和链路层重传机制都会导致端到端的较大延迟或延迟抖动。TCP重传时钟设置了RTT的上限。如果RTT突然增加，TCP段被严重延迟，RTO估计可能被超过，从而引起超时发生，相应数据被重传。如果数据仅仅被严重延迟而没有丢弃，是不必要重传的。此外，较大的延迟带宽乘积也会导致网络容量的低利用率。

(4) 带宽不对称引起的问题

TCP是利用接收方返回的确认信息调整发送方数据发送速率的传输层协议。在存在非对称信道的情况下，当传输确认信息的信道带宽远小于传输数据的信道带宽，确认信息的传输速率小于数据分组的传输速率时，TCP数据传输的吞吐量将受到确认信息返回速率的限制。

如果从接收端到发送端的带宽非常有限，那么一个应答数据可能要在接收端的传输点经历很长的排队时延，这会减慢TCP发送端的发送速率，降低吞吐量。因而在非对称的网络中，TCP连接的下行流就受到影响，尤其是在上行流已经占用了很大部分的带宽的情况下，几乎没有剩余的带宽供应答数据利用，从而更恶化了下行传输。

(5) 链路和路由中断引起的问题

蜂窝网络中，移动节点在小区切换时会有一个信号消失的阶段，在这个阶段，移动节点不能够接收到任何发送端的数据，这会造成发送端超时，TCP发送端会重传丢失的包并且启动拥塞控制，导致TCP性能下降。路由中断通常会发生在Ad hoc网络中，节点的移动会导致本次连接使用的路由中断，在重新计算路由的过程中，所有的数据包和确认包都会被丢弃，这将导致TCP发送端超时并启动拥塞控制。

2.2 改进无线TCP性能需要考虑的因素

现有的解决方案中有的或者失去了端对端的语义，或者存在公平性方面的问题，或者链路层的重传与TCP层的重传存在冲突。因此要想得到一个提升无线TCP性能的解决方案则需要能够区分出网络拥塞丢包和误码丢包；并且要能够适应复杂的无线环境；当然同时还需要考虑维护TCP的端到端的语义，保证数据分组可以可靠地传输到目的地以及能和现存网络TCP机制并存，并仅仅要求局部修改；还需考虑带宽共享的公平性等其他一些重要因素。

3 认知无线电网络传输层协议设计中需要考虑的因素

除了上述无线环境中TCP所面临的问题，认知无线电网络会因为自身的特点，而使传输层面临一些新的问题。

无线链路错误和链路延迟不仅仅跟接入技术有关，而且跟使用的频率、干扰的级别和可用带宽有关。在认知无线电网络中，由于认知设备会寻找空闲频谱并接入，所以认知设备会工作在频率、带宽、干扰都不同的信道上，进而导致丢包率和链路往返时间都不同。因此，为现有的无线接入技术而设计的无线TCP和UDP协议就不能用于基于动态频谱分配的认知无线电网络。

新的频段上信道繁忙程度可能会有所不同，也可能会采用新的MAC协议，这会导致链路接入延迟与之前的链路层延迟差别很大，从而影响到TCP连接的RTT。另一方面，新的频段上无线链路的误码率可能会更高，链路层可能会采用本地重传机制来恢复丢失的数据，以便给传输层提供较好的链路特性；然而链路层的本地重传所带来的附加延时会引起TCP伪重传超时问题，使得链路层和传输层的差错恢复相互冲突，进而引起吞吐量降低。另外，切换到新的频段时，带宽也可能会发生很大的变化，可能大幅度降低，也可能大幅度增加，网络资源能否得到充分利用也是需要考虑的问题。因此需要设计出能够动态适应这些变化的传输层协议。

认知无线电设备改变工作频率的过程称为频谱切换，在新的频率可用之前会有一定程度的延迟，这种延迟被称为频谱切换延迟，它会使RTT显著增加，进而导致重传超时RTO。对于传统TCP而言，此时TCP会认为有数据包丢失，然后启动拥塞控制机制，这将会导致吞吐量的下降。因此，为减少频谱切换的不利影响，需要设计出对频谱切换透明的传输层协议；另外，认知无线电网络中移动性管理也是一个非常重要的问题。这些问题的解决可能需要链路层和传输层合作的跨层设计方案。

4 结束语

由于认知无线电设备可能在通信过程中使用多个信道的特性，导致通信中RTT可能发生较大的变化；由频谱切换引入的频谱切换延迟也会对RTT产生影响，这些因素都会引起TCP超时重传，从而造成端到端的吞吐量下降。可见，认知无线电网络与其他无线网络在传输层遇到的问题既有共性，同时认知无线电又有其自身特点。

目前对无线TCP的研究日趋成熟，因此在进行认知无线电网络传输层协议设计时，可以在已有成果的基础上，结合认知无线电自身特点进行设计，例如在传输过程中遇到频谱切换时，可以对RTO冻结，使其不产生超时重传，待切换完毕再继续发送数据；另外，把可用带宽估计考虑进去，尽可能充分利用网络资源，进一步提高吞吐量；或者将链路层与传输层结合起来进行跨层设计等等。

————————————

无线传输网络篇4

一、系统设计

无线传感网络中的无线传输系统主要就是将采集后的信息进行处理, 并提供一种较为便利、可靠的方法。系统将采集后的信息进行回读后, 就会以最快的速度发送, 一旦系统接收到这一信息, 就会进行分析或者是其他处理。

1.1系统设计要求

无线传感网络中的无线传输系统主要就是设计一个能够实现无线通信并传输数据的系统。该系统主要分为主控、从控、上位机三部分, 从控与各个传感器配合, 将采集后的数据存储并读出, 通过无线方式将其传输给主控, 以便用户能够在网络上查询, 实现相应的监测功能。在系统设计过程中的主要需求包括这样几点:第一点, 从机有几十个节点组成, 并且, 节点上的接口还可以对数据进行回读, 数据经过相对简单的处理后, 就会通过无线的形式进行发送;第二点, 主控主要由计算机和无线通信系统组成。当无线系统将数据接收到后, 就会通过串行接口将其和计算机连接, 供用户进行查询。

1.2系统指标

1、功能指标。无线传输的特点是能够长时间在相对特定的环境中进行通信, 同时, 为了能够确保系统的可靠性, 主控机还应该对从控机的各个参数进行检测。该系统中, 由于每一个不同程度的节点传输数据后, 下一节点才开始传输, 这就需要时间具有一定的同步性, 这是无线通信系统的最基本的需求。

2、技术指标。为了提高系统精度, 大多数情况下都会获取较长时间的信号。因此, 由于采集的数据大, 容量也就相对扩大, 为了能够确保后期的较高速率, 就必须保证回读速率。所以, 必须在过程中针对数据的回读速率进行重点研究。同时, 由于大部分监测都是在环境比较恶劣的情况下, 为了能够确保整个系统能够安全运行, 还应该将主控机和从控机之间的距离进行限制, 一般情况下, 它们之间的距离应保持在300mm左右。

二、系统设计方案

无线通信系统工作过程中, 所谓的从控机有控制模块、回读电路等组成, 上位机通过广播信号触发主控机, 当系统进入工作状态后, 主控机收到信号后, 就会发布各种指令, 保证从控机能够读取到数据。并且, 当将数据读取完后, 为了能够有效避免信号的堵塞, 还应该有规律性的将数据包进行发送。

2.1主控机设计

根据无线通信的指标需求, 主控机有计算机、系统电路等各个较为基本的部分组成。主控机相当于整个系统的中枢系统, 是信息的最后获得者。主站对各个从控机进行管理, 针对每一台从控机进行工作状态的控制, 并起到任务的调度作用。当数据读完后, 各个从控站就会将其传输给主站计算机供用户查询和处理。当然, 主控站还应该将数据进行打包, 借助电台传给上位机。主控机系统结构如图一所示。

2.2从控机设计

从控机主要由控制模块、收发模块等组成, 从控机是整个系统的工作站, 所有数据都会通过USB接口进行数据读取, 并从控制器发送。因此, 该无线系统的精确性与否, 从控机起到决定性的作用。该系统结构如图二所示。

2.3上位机设计

上位机主要由计算机、电台、串口组成。上位机在整个系统主要就是触发开发、打包数据并发送。计算机在过程中的作用是, 通过某种特定程度, 构建一个较为简单的软件, 通过软件中所存在的各个指令, 对该主控机进行一定的控制。无线传输过程中的数据最终都会存储在计算机中, 可以适当的通过串口对该数据进行监控, 也可以将数据进行保存、处理。计算机和电台通过串口进行连接, 电台接受到这一指令后发送到主控机, 进而达到控制作用。上位机系统结构如图三所示。

三、结语

综上所述, 通过上述所讲相关内容可以得知:就目前而言, 伴随着经济的发展, 各种先进技术不断兴起, 并取得显著成效。无线传感网络技术虽然存在问题, 但只要采取有针对性的措施进行解决, 不但会促进该技术的进一步发展, 还会创造出更多的先进技术。通过对无线传输系统设计方案进行的简要研究还可以发现:该系统方案的设计需要借助更多先进技术来实现。当然, 这就需要在以后的工作过程中不断对先进技术进行创新, 以便在促进无线传感网络健康发展的过程中, 更好地推动信息化时代的发展。

参考文献

[1]张婷.无线传感网络中的无线传输系统研究[J].电子技术与软件工程, 2013 (24)

[2]邹国良, 李民良, 尹银平, 邸聪娜.基于无线传感网络的海洋倾废区监控系统研究[J].微计算机信息, 2010 (19)

[3]周黎明.短距离无线数据传输系统研究[J].工业控制计算机, 2013 (05)

无线电力传输讲座知识总结篇5

1889: 尼古拉•特斯拉提出无线电力传输的构想。无线电力传输方式：电磁感应式谐振耦合式

辐射式（无线电波、微波、激光方、超声波等方式）

电磁感应式

定义：(非接触感应式)电能传输电路的基本特征就是原副边电路分离。原边电路与副边电路之间有一段空隙，通过磁场耦合感应相联系。特点: 较大气隙存在，使得原副边无电接触，弥补了传统接触式电能的固有缺陷；较大气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合，使得漏磁与激磁相当，甚至比激磁高；传输距离较短，实用上多在mm级。缺点：

电磁感应方式传输控制不好，在其范围内的金属都会产生电磁感应消耗电源能量，另外还会使设备的线路感应发热，严重时会损坏设备。谐振耦合式传输

谐振耦合方式（WiTricity技术）：系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。)输电线中的电能传入用铜制造的天线中； 2)天线以9.90MHz的波长振动，产生电磁波； 3)天线发出的能量传播到2米(6.5英尺)外；

4)同样以9.90MHz的频率震动的接收线圈，能量充入设备中

5)没有转换成能接收的能量不会被线圈重新吸收。不能产生9.90MHz共振的人和其他物体不会对它产生干扰。

2008年8月，Intel西雅图实验室的Joshua R.Smith研究小组基于磁谐振耦合无线能量传输技术开发出可为小型电器充电的无线传能装置能够实现在1m距离内给60W灯泡提供电能，效率可达75%。特点：

• 利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性。中等距离传输，传输效率较高。能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响。•

传输效果与频率及天线尺寸关系密切。缺点：

• 谐振耦合方式安全实现问题比较严重，要想更好的实现谐振耦合，需要传输频率在几兆到几百兆赫兹之间，而这一段频率又是产生谐振最困难的波段。

辐射式传输

无线电波式：主要由微波发射装置和微波接收装置组成，接收电路可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。

微波和激光的无线能量传输技术

微波无线能量传输技术目前尚处于研发阶段，其技术优点是成本较低，技术瓶颈是效率太低，而且容易发热，损坏设备。

2009年，Lasermotive使用激光二极管，在数百米的距离传输了1千瓦以上的功率，打破了多项世界纪录，并赢得了美国航空航天局（NASA）的大奖。无线电方式问题主要在于其在能量传输过程中能量损耗太大，传输效率太低。

如果辐射是全方向性的，则能量传输效率会十分的低；如果是定向辐射，也要求具有不间断可视的方位和十分复杂的追踪仪器设备。应用及前景 1.医疗

2.游戏，娱乐

3电动汽车的无线充电

待解决的问题：电磁辐射安全问题电磁兼容问题

系统整体性能的提高产品推广中的标准统一电力公司如何计费、收费电磁辐射安全：

传统供电：传输路径上，能量可控。无线通讯：微小功率。

无线电力传输：①路径上能量不易控；②能量功率较大。危害机理：

1.热效应：人体是导体，接受电磁波而产生涡流，发热。

2.非热效应：人体组织和器官存在微弱电磁场，受电磁波而破坏平衡，影响人体机能。

3.积累效应：高能电磁辐射造成的危害未来得及自我修复之前再次受到辐射，伤害程度就会积累。

高能量的能量密度势必会对人身安全及健康带来影响。如：

地磁场50-60μT，核磁共振0.5-4T；阳光的功率密度一般为100mW/cm2。

所以采用无线输电时要考虑避免对人身的伤害。电磁耦合共振中程传输

 “中程”距离：可达感应线圈半径8倍的距离。

 发射装置与能量源相连，并不向外发射电磁波，而是利用振荡器产生高频振荡电流，在发射线圈周围形成一个非辐射磁场，即将电能转换成磁场；  当接收装置的固有频率与收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换，从而实现电能的高效传输。

 电磁耦合共振中程传输

能量的传输是在一个共振系统内部进行，对系统外的物体（非共振频率）不会产生影响。

一般情况，其磁场强度与地磁场相似，50-60μT 微波/激光远程传输

无线电波波长越短，其定向性越好，弥散越小；

电力通过振荡器变换成微波/激光电力，从送电的天线向远处以微波/激光形式无线送电；

接收天线由半波长的偶极天线、整流二极管、低通滤波器及旁路电容组成，可接收微波/激光并转为直流电力。微波/激光远程传输

微波：频率为300MHz~300GHz的电磁波；

现有的研究中，两种频率比较常用：2.45GHz、5.8GHz，可穿越云层。激光：3.846*10^(14)Hz到7.895*10^(14)Hz。

障碍物会影响激光与接收装置之间的能量交换，穿越云层能量损耗大。在接收整流天线口径面以外的区域基本都是符合辐射安全标准的，在接收天线口径面内的辐射相对较强，需要在接收系统外围建立保护禁区。目前一般采用的微波功率密度约为5mW/cm2

无线能量传输系统在工作时周围空间会存在高频电磁场，这就要求系统本身具有较高的电磁兼容指标。电磁兼容性问题三个因素：电磁干扰源；耦合途径；敏感设备。

从这三个因素入手，对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。因此采取有效的抗干扰措施、屏蔽技术、合理使用电磁波不同的频段、避免交叉、重叠等造成不必要的电磁干扰。微波电磁兼容问题

微波：频率为300MHz~300GHz的电磁波；

现有的研究中，两种频率比较常用：2.45GHz、5.8GHz，这两个频率已经分配给ITUR无线广播、工业和医学当中使用。同频率间的电磁干扰是必须考虑的。

电磁感应式：

包括输入整流、高频逆变、可分离变压器和输出整流滤波等环节。可分离变  

 

  

 压器按其原边与副边的相对运动状况又可分为：静止、旋转和相对运动三种形式。

电磁感应式：

 满足要求的前提下，缩短传输距离，提高效率；  提高原边与副边的横向位置精确度；

 避免金属异物进入传输线圈之间引起局部发热现象。

由RF电路产生与谐振线圈固有频率相同的高频正弦信号，经过线性功率放大之后，注入到发送端LC谐振线圈，经过非辐射性高频磁场耦合，能量传递到接收端谐振线圈，经过输出整流滤波之后为负载供给能量。传输距离一般为8倍线圈距离。缩小铜线圈；增大传输距离。微波式：

高性能天线；微波源；微波接收整流设备。

微波式-微波源：

 微波电子管在高电压下可以放大较高功率的微波，具有较高的效率（70%）；  半导体放大器通常只放大低功率微波，其所需要的电压也比较低，然而它的成本却较高。

微波式-整流设备：

 硅整流二极管天线：由一个天线及高频整流电路所构成，高频整流电路能够将微波信号经由肖特基二极管整流成直流电源。

如：一个微波吸收效率为85%的硅整流二极管天线，其覆盖直径为5km。Qi标准—产生背景

设备使用的充电器千差万别，电源插口形式、设备插口形式、电压等级、电流容量均存在较大差异，因此往往每台设备都配有专用的电源转换器，这既产生了极大的浪费和污染。

一个充电设备可供各种不同企业、不同品牌的便携终端充电，Qi应运而来。Qi 标准的组成及基本原理

目前WPC 确定的Qi 标准1.0 版本是低功率技术规范，针对不超过5 瓦特的电子设备。针对不超过120 瓦特的中等功率技术规范制定工作也已于2010 年10 月启动。

 第一部分对无线充电器及接收器的界面进行定义；

 第二部分和第三部分是对产品的表现要求和认证测试的要求。只有获得认证的产品才能允许使用Qi 标识。

无线传输的方式篇6

一、无线电波传输：无线电波传输是兴起最早，应用最广泛的无线音频传输技术。无线电传输最主要是应用在广播中，基于无线电波的无线耳机也被称为FM无线耳机，常用于同声传译系统，以及考试听力用耳机。FM无线耳机采用模拟信号传输，它衍射性强，传输距离较长，受墙壁等影响较少，信号传播完全公开。但音质差，也容易受到干扰，杂音大，不稳定。

二、红外无线传输：红外无线传输也是大众早已熟悉的一种传输模式，最广泛的应用是在遥控器上。红外无线传输的带宽比FM无线电要大多了，它不需要做任何压缩就能将音频信号完整的传输。红外无线耳机的出现是很早的事情了，但没有发展起来，主要是红外无线衍射性差，传输距离较短，方向指向性却较强，发射功率较大。此外，是2.4GHz技术的兴起也没有给红外无线耳机更多机会。

三、藍牙无线传输：蓝牙无线传输是大家所熟知的无线传输技术了。它采用高速跳频和时分多址等技术，在近距离内最廉价地将几台数字化设备呈网状链接起来。蓝牙无线传输的优势在于群众基础广泛，现在很多设备都集成有蓝牙模块，蓝牙耳机无需再自己配发射器。其次价格比较低廉，另外在通信方面，蓝牙耳机的保密性很好。最新标准的蓝牙技术表示在功耗方面进一步降低。同时在带宽方面，蓝牙技术也在不断进步。

事实上，蓝牙无线传输也是应用在全球通用的2.4GHz频段上，但因为它和2.4GHz所采用的协议不同，所以通常用两个技术来划分它们。

四、2.4GHz无线传输：2.4GHz无线传输技术之与蓝牙同处2.4-2.485GHz ISM无线频段上，这在全球几乎都是免费授权使用的。2.4GHz技术采用的是自定义传输协议，可以最大限度降低带宽浪费，使其应用于音频传输上，因此音质方面得到保障。其次，它抗干扰能力较强，传输距离可以做到更远。

五、kleer无线传输：Kleer技术其实也是在2.4GHz频段上，它是在2.4G技术基础之上深度开发的更先进的技术。Kleer无线传输技术利用二次抽样的无线电波结构来保证在可靠的2.4GHz频率上传输无损的CD质量数字立体声音频，这是目前在同级技术当中最趋于完美的方式。它的传输协议更成熟，传输距离也更远。采用这一技术的多为高端产品，价格比较贵。

六、5.8GHZ无线传输：在2.4-2.485GHz ISM无线频段上，除了蓝牙以及2.4GHz无线传输外，还有着Wi-Fi等技术，显得日益拥挤，因此人们的目光开始转向其他频段。5.8GHz是近来受到关注的频段。

目前来看，2.4GHz频段仍是主流频段，在此频段上开发的技术也仍是主流技术。

方便之争

相对于传统有线耳机，无线耳机最大的优势就在于方便，那么在这几款无线耳机当中，又以谁更为方便呢？我们不妨从重量、大小、以及接驳电源等方面来比较一番。

性能品质之争

方便之余，性能与品质更是不容忽略的，到底这三款耳机各自有什么特点，更适合发挥哪方面特长？我们可以通过左页的附表来一窥究竟。可以说三款机器各有优势，经过多方位的比较，大家应该可以根据自己的需要挑选到最适合自己的无线耳机了。

如果你更偏爱清淡直白的音乐风格，购买无线耳机主要用于聆听音乐，也更偏爱轻柔甜美的音乐，那么建议购买拜亚动力的RSX 700。

如果你需要一款更加综合更加全面，无论是在家中听音乐、看电影还是看比赛玩游戏都能胜任的无线耳机，那么你需要的是Sennheiser RS 180。

传输功率控制的无线传感器网络篇7

1 传输功率控制

传输功率控制(台电)技术提高网络性能的几个方面。首先，功率控制技术提高可靠性的一个环节。在检测到链路可靠性低于某个阈值时，该协议增加发射功率，提高成功的概率的数据传输。其次，只有节点必须共享相同的空间将争夺访问中，减少了大量的碰撞中的网络。这提高网络利用率，降低了延迟时间和降低了概率的隐藏终端和暴露。最后，使用较高的传输功率，可以使用物理层调制和编码方案与更高的比特/波特比，增加带宽的存在工作量繁重，或减少它最大限度地节约能源。能源效率是最重要的一个问题，碰撞是第一个源能源浪费。当数据包传输在同一时间和碰撞，他们成为损坏，必须丢弃。后续重发消耗能量得到。另一个来源是空闲侦听，它发生在电台收听到信道接收数据。许多协议总是听通道激活时，假设完全断电装置将由用户如果没有数据发送。三分之一个来源是无意中听到的，听到不必要的交通可以是一个主导因素，能源浪费，当网络负载较重时，节点密度高。最后，我们考虑的主要来源是控制包开销。发送，接收，和听力控制数据包消耗能量。已经发现，传感器节点消耗很大比例的能源多余的遥感和空闲侦听。研究人员提出将传感器和/或无线传感器节点睡眠(他们)以节约能源。任务调度时，该传感器和/或收音机需要在睡眠/主动模式被称为睡眠调度。传感器睡觉会导致有趣的事件被错过的网络或可能导致较低的数据质量检测。无线电睡觉可能导致通信时延的网络。

2 不同的算法介绍

基于位置的系统解决的问题是分配发送功率值独立代理节点在无线传感器网络，该网络连接。这些功率值对应的距离上可以进行交流，从而确定节点的数目与一种特定的节点可以直接沟通。在下面，五个不同位置的所有算法的介绍，分为三种类型根据规模节点的位置信息来分配功率值在无线传感器网络。1)non-tpc档案(固定的传输功率)是最简单的算法，这是分配一个任意选择的传输功率水平，所有传感器节点，就像它会做的生产时间的传感器，没有权力控制在所有;2)global-tpc金属(对等传输功率)。对等传输功率(塑料)算法还指定一个均匀的所有节点，而选择最小值，确保完全连接网络这一特定情况下。找到最小传输功率;3)桌面排版(不同的传输功率)。球的解决方案与不同的传输功率(排版)算法创建一个网络连接，但没有设定所有的传输范围相同的值。相反，它试图找到一个最低的功率水平为每一个节点分别。该算法以下列方式：其中节点对尚未连接，选择一个具有最小距离。发射功率设定这些节点的值足够的连接，检查连接所产生的网络;4)local-tpc喉罩(局部平均算法)所有节点开始与相同的初始传输功率。每个节点定期广播lifemsg。这些节点，然后计算数量的反应(noderesp)他们收到;5)林梦(当地邻居算法)。地平均邻居算法(低分子量)类似于喉罩除外，它增加了一些信息，它定义的lifeackmsg noderesp以不同的方式。除了地址从收到的lifeackmsg lifemsg，也包含它自己的计算。

实验表明，在local-tpc解寿命优于使用简单的固定作业(non-tpc)和一系列对称算法(塑料)利用全球知识。而出现局部算法不能够超越全球，他们的表现通常在一两个因素的一生。特别是，这些地方的算法实际上是可行的和可扩展的。

3 比较

基于位置的所有主要集中在定位网络拓扑。在这些算法中，喉罩和运动神经都是局部算法，而平等的传输功率算法(塑料)和不同的传输功率的算法(排版)是全球性的，这意味着全球信息是必要的，这些算法的实现。固定的传输功率(协议)是一个估计方法，但它没有提到如何调整磁带详细。不利的全球算法是每个节点保持长表全球信息和花很多额外的能量来获取信息，这可能会增加网络的干扰和通信成本。此外，它是很难获得全球信息在网络规模大。算法的地方，喉罩和下运动神经元，导致一个足够对称网络连接，并提供改进的网络寿命超过档案。运动神经导致较强的连接比喉罩。运动神经，喉罩，和对象执行相当类似的网络寿命。基于时间的所有重点调度的唤醒周期的无线传感器网络的节点。主要目的是平衡权衡可用的节点之间的通信网络中，能量消耗最小化为每个节点分配。

4 结论

传输功率控制的无线传感器网络的一个重要部分是由于有限的能源供应网络。不同算法表明，该系统可以分为2类：基于位置和时间的位置。所有侧重于拓扑传感器网络节点和分配不同的功率水平，保证每个节点在最浪费能源的模式，而基于时间的台电工程交换节点的状态之间的活动和睡眠得到最好的节能技术。这两者都可以实现的目标，尽量减少能源消耗和每一个在某些方面优于其他。

摘要：沟通是最耗能的事件在无线传感器网络(WSN)。显著降低能耗将传输功率控制(台电)技术动态调整传输功率,给出了2类的技术:基于位置和时间的无线传感器网络的算法基础。

无线传感器网络传输加密机制篇8

加密算法使用对称密钥, 采用密钥预存机制, 通过算法迭代生成n代的子密钥, 加密和解密算法使用加法、位运算、循环3种操作实现。在每个节点中预先存储一个32位原始密钥K, 32位安全凭证S, 迭代次数t, 随机步长数C。为了防止节点被俘而造成密钥流失, 原始密钥经过加密以后存储在节点中。

同时, 终端的计算机中保留整个网络节点的原始密钥;S在网络认证过程中从Sink节点接受;t每次迭代后数量加1, 加密过程结束后归零;C由随机数发生器产生。加密过程进行8次, 产生8个子密钥。

过程中使用的符号中, +/-为模32加法和减法, <<</>>>为循环左移和循环右移, ⊕为异或。子密钥生成过程:

每个节点根据子密钥生成算法产生子密钥, 见公式2-1-1

为迭代i次得到的密钥, 为第i-1次得到的密钥, 为实际用于加密的密钥, S为在网络认证过程中接受的安全凭证, C为步长偏移量。每次加密通过偏移、异或得到, 在经过偏移将保护起来。加密时输入t和c, 输出得到和t, 过程中不存储。

加密算法过程:

输入64位明文M, 通过加密算法产生64位密文, 见公式2-1-2

将明文M分成两个长度为32位的字段, 分别存在和中。

直接由上一次的左半部分得到;通过异或, 相加和循环得到。加密时输入M和c, 输出X和c。

经过8次加密以后得到和, 将两部分组合成密文X连通c发送出去。首先通过算法强行发送数据为64的整数倍, 然后以64为基准划分部分, 经加密后发送给Sink节点。

解密过程与加密过程相反, 见公式2-1-3

Sink节点首先对自己保留的节点原始密码按照子密钥生成算法进行迭代, 得到的子密钥组, 然后将密文分成两部分。

无线传输网络篇9

Ad Hoc无线网络中很多采用了时分多址(TDMA)的信道共享方式[1]。由于Ad Hoc无线网络没有中心节点,因此基于中心节点的集中式视频传输方法(如无线局域网、蜂窝移动网)不能满足Ad Hoc网络的需要。本文分析了无线动态TDMA网络的特征,对如何使得多个视频终端更加高效动态地共享无线信道资源和进行视频码率控制进行了研究。

无线TDMA网络按时间片来规定每个成员信息发送时机。时隙分配通常有三种方式:竞争、固定和预约。竞争方式可能会由于抢占冲突,特别在用户数较多的情况下,会引起系统吞吐量下降。固定方式则根据网络成员的数量、成员信息业务量等情况统一规划,预先产生固定的时隙分配规则,在运行中保持不变。这样的机制在成员入网、退网和成员业务信息有突发情况时都不适用。自组织时分多址(STDMA)[2]采用预约方式,每个用户侦听信道持续一段时间,获取其它用户的时隙占用情况,根据时隙选择算法选择该用户自己需要的时隙,并进行预约,形成时隙预约信息报文。所有用户都构造和维持着一张时隙状态表,该表包含了所有用户对时隙进行动态预约的信息,STDMA不需依赖于集中控制节点进行统一分配。这种接入方式的动态性和灵活性更强,但是可能存在隐藏终端问题。

在多用户通信系统中,无线TDMA网络的时隙资源分配决定无线带宽的分配。如果带宽分配不合理,无论如何调整视频码率,其传输质量仍然难以改善。对视频传输友好的资源分配策略需要考虑视频质量等诸多因素。本文提出的方法涉及了视频的码率控制和分布式动态时隙调整。任意用户通过监听TDMA无线网络中所有视频传输用户的时隙使用情况,获得全网在线视频传输用户的视频传输状况,并且所有在线视频传输用户共享视频最低码率需求信息。视频传输节点根据视频业务的码率失真特性和网络状态信息,进行分布式的时隙动态调整和码率控制,提高全网视频传输质量。

1视频特征感知的分布式无线资源分配方法

在本方法中,任一终端包含了视频速率需求分析模块、监听视频传输模块、时隙调整及码率联合计算模块和码率控制模块。这四个模块相互配合工作,视频速率需求分析模块和监听视频传输模块可以获取全网在线视频传输用户的动态状况,为时隙调整和码率联合计算提供输入参数;时隙调整和码率联合计算是本方法的核心,计算出最佳的时隙分配方案和用户应采用的码率值;最后码率控制模块根据推荐的码率值控制视频实时压缩参数。

1.1问题建模

1.2 VCDRA算法

为了解决这一问题,我们采取的下述方法,主要包括了3个阶段:满足最低码率检测阶段,剩余时隙分配阶段和剩余时隙调整阶段。

为了解决这个问题,我们需要将整数xi取值扩大至实数域,公式(2)就等价于解决下列问题:

其中yi为实数。为了解决上述问题,需要对yi选择合适的值,使得p(yi)最大,即为:

由于Ni2取值为实数的下整数,因此可能仍有剩余的时隙资源没有分配。统计剩余的仍为分配时隙资源T″。

码率控制模块:允许发送视频数据的终端i∈{1,2,…,I′}根据时隙调整和码率联合计算模块推荐的视频发送码率值Ri调整视频压缩参数(如量化参数等),使得视频码率接近或者等于Ri。

2仿真结果及分析

接下来我们用仿真对VCDRA标记算法与轮询(Round Robin)算法进行性能对比。仿真基于matlab仿真工具,我们采用JSVM工具来对CIF视频“News”,“Hall”,“Foreman”进行编码。视频压缩采用JSVM的默认压缩参数。

在仿真过程中,系统总共包含了若干个用户。每个用户向随机若干个其它用户发送视频业务。图1展示了不同用户情况下,用户接受的平均视频质量。随着用户数的增多,用户接收的平均视频质量逐步下降。VCDRA总体上优于RR算法,其用户接受的平均视频质量高于RR算法。

3结论

本文提出了一种视频特征感知的分布式无线资源分配方法。它能够根据用户请求的情况和视频码率的特征进行视频码率控制和分布式动态时隙调整,提高全网视频传输质量。Matlab仿真实验结果表明VCDRA能够有效地增强多媒体视频的质量,提高全网的视频传输质量。

摘要：无线网络信道质量频繁变化,传输带宽也随之改变,这些因素会严重影响视频的传输质量。为了在无线TDMA网络中提高视频业务的传输质量,本文提出了一种视频特征感知的分布式无线资源分配方法 (Video Context-aware Distributed Wireless Resource Allocation,VCDRA)。它涉及了视频的码率控制和分布式动态时隙调整,视频传输节点根据视频业务的码率失真特性和网络状态信息,进行分布式的时隙动态调整和视频码率控制,提高全网视频传输质量。

关键词：上下文感知,TDMA,资源分配,码率控制,分布式

参考文献

[1]严忠,齐忠杰.动态TDMA资源分配方法研究与实现[J].移动通信,2010,6:41-44.

无线传输网络在农业灌溉中的应用篇10

我国是一个水资源短缺、水旱灾害频繁的国家, 为了保护水资源及生态环境, 必须科学合理地提高我国的节约用水及用电水平。农业用水一向是我国的用水大户, 约占用水总量的80%左右。在农业灌溉管理中存在的水电费征收难, 水电资源严重浪费, 以及由用水引起的各种水事纠纷等问题一直困扰着我国水利工作者。农业灌溉水电管理系统将数据库技术、非接触智能卡技术、无线通讯技术和自动控制技术应用于水利自动灌溉, 采取用户预交水、电费, 凭卡开机灌溉, 自动计时与计费, 如果用户IC卡中预交的水电费用尽或者无卡不能进行灌溉。该系统采用无线集中抄表方式统计每个用户的用水量、用电量及使用时间, 该系统在一定时期内能够为有关部门提供所辖范围内的用水和用电及缴费数据, 从而为制定科学的用水规划提供依据。

1 农业灌溉水电管理系统及数据拓扑结构

农业灌溉水电管理系统由中心计算机、通讯控制器、水电控制器、超声波流量计及灌溉水泵构成。运行于中心计算机上的管理软件主要完成通过读卡器管理IC卡片、所辖范围内用户数据库的管理及数据统计、通过通讯控制器与远端的水电控制器进行数据通讯等功能。决策部门通过管理计算机可通过Internet访问远端数据库。水电控制器的主要功能是水泵控制、用户IC卡读写、水电计量、计费、计时及与中心计算机以无线方式进行数据收发。

该系统采用两层通讯结构, 上层网络基于Internet完成, 下层网络是一种限定在一定距离范围内的无线网络。上层网络建立在基于Internet的网络数据库 (Oracle或SQL-SERVER) 基础之上, 中心计算机上的管理软件具有分发用户IC卡、为用户预存水电费、设置水电价格、所辖范围内与各个机井相关的数据查询、数据统计、本地财务管理等功能, 并将本地用户的用水数据和用电数据通过Internet上传到数据服务器, 以便决策者通过运行于管理计算机上的管理软件及时了解分布在各个网点的水、电资源使用情况, 从而做出科学、合理的用水方案。下层网络是各个村庄的中心计算机通过通讯控制器与各个用水点 (机井) 的水电控制器建立的无线数据传输网络, 通过该网络中心计算机能够及时了解各个机井的水电资源使用情况。下层网络可以采用轮询的方法实现, 中心计算机通过USB接口与通讯控制器相连接, 通过该控制器轮询各个机井的水电控制器, 将水电控制器上的用户灌溉信息返回到中心计算机上。

2 水电控制器及无线传输网络

2.1 水电控制器的基本功能

水电控制器是安装在机井旁具有IC卡读写、用户用水量统计、用电量统计、通过无线接口与远端中心计算机进行数据通讯的功能。持有IC卡的用户刷卡后, 水电控制器判断该用户卡上的剩余金额是否为0, 如果该用户卡上的剩余金额不为零控制器发出开启水泵的命令。水泵运行过程中水电控制器将记录该用户消耗的用水数据和用电数据并在液晶显示屏显示用水量、用电量及此次灌溉所发生的费用。运行过程中该用户再次刷卡水电控制器将停止水泵的运行, 并将剩余金额写入IC卡。在运行过程中如果接收到中心计算机的命令, 控制器会将该一定时间内 (如一年) 的水电消耗量和用户数据返回到中心计算机。

2.2 虚拟总线模式下的通讯接口设计

水电控制器的无线通讯接口电路必须保证在几十公里范围内能够与中心计算机所驱动的通讯控制器进行可靠的数据传输。采用无线数传模块可以满足我国平原空旷条件下的数据传输要求。数传模块TDX-868A可用于针对专业级使用的工业自动化监测控制的数据传输领域, 它采用了先进的频率合成技术, CPU锁相环控制, 配合调制解调器, 可提供语音信号或数据信号的透明传输, 适应各种点对点、点对多点的无线数据通信方式, 具有收发一体、安装方便、使用简单、性价比高、稳定可靠等特点。该模块采用223～235 MHz数据传输专用频段, 工作环境温度-35 ℃～+65 ℃, 可满足我国大部分地区的气候条件。其基本结构如图2所示。

天线接收的射频信号经放大, 混频, 检波后, 送入MODEM, 由MODEM 还原出发射端发出的数字信号。当需要进行发射时, 数字信号先进入MODEM, 由MODEM 产生相应的MSK 信号, 去调制发射VCO并产生所需的射频信号, 经射频功放由天线发射出去。该模块采用双压控振荡器 (VCO) 来分别产生用于接收和发射的射频信号, 可实现接收和发射之间的快速转换。TXD和RXD为TTL电平标准的串行通信接口信号, 用于与处理器连接。

系统中的中心计算机必须通过下层的无线传输网络读取各个水电控制器的水电消耗数据。处于下层网络中的水电控制器与通讯控制器在同一调制频率下进行数据收发, 每个水电控制器具有不同的地址。为了防止数据传输出现冲突现象, 通讯控制器采用轮询的方法与各个水电控制器实现数据传输。通讯控制器维护一个记录了所有水电控制器地址及工作状态的数据表格 (轮询表) , 轮询表里各个水电控制器的地址按照升序排序, 地址数量n由中心计算机管理机软件设定。通讯控制器与水电控制器的数据传输采用半双工方式, 即通讯控制器发送时不能接收数据。水电控制器上电后处于接收状态, 等待通讯控制器的命令。此时无线信道相当于一种虚拟的总线结构, 如图3所示。通讯控制器作为主站掌握总线控制权, 主动和网络中处于从站状态的其他水电控制器进行数据交换, 数据交换完后通讯控制器存储数据, 等待中心计算机的读取。作为主站的通讯控制器与作为从站的水电控制器之间的数据交换方式按以下2种方式进行:

(1) SDA:

有应答发送数据, 通讯控制器把数据发送到一个水电控制器 (从站) , 要求返回应答。

(2) RD:

通讯控制器读取某一从站的一组数据, 应答帧中返回所需数据。

这2种数据交换都由通讯控制器发起。节点上电后, 通讯控制器持有控制权, 作为从站的水电控制器处于接收态。通讯控制器上电后按照从站地址由低向高依次轮询各个从站并进行数据传输。通讯控制器发出数据后, 如果在一定时间内 (SLOT time) 没有收到从站的应答将会重发请求, 重发后仍没收到应答主站会认为数据传输失败, 此时通讯控制器在轮询表里将该从站标记为工作非正常状态, 然后继续寻址下一地址的从站, 通讯控制器通过周期性的轮询各个水电控制器完成了数据的传输。

2.3 无线网络的数据传输协议

无线网络中的通讯控制器, 主要任务包括2方面的内容, 即接收中心计算机下发的数据传输命令和周期性地轮询作为从站的水电控制器。总的来说, 总线上传输的数据类型包括以下5种:

(1) 设定水电控制器允许 (或禁止) 使用命令、用水单价和用电单价, 帧格式如下。

其中:DA为寻址的水电控制器地址;FC为帧类型;EN为水电控制器使用允许;DJ1为用水单价;DJ2为用电单价;CRC为CRC校验码。

该命令以0x01和0x02作为起始和结束标志, 其间所有数据均以ASCII码传输。这样做的目的主要是保证一个传输帧中只有唯一的起始和结束标志。DA为2字节的ASCII码, 分别为通讯控制器要访问的水电控制器的地址 (16进制) 的高4位和低4位的ASCII码。如寻址地址为0x24的水电控制器时, DA的2字节为0x32和0x34。EN为1字节的ASCII码, 0x31表示允许水电控制器运行 (0x30表示禁止) , 禁止运行时用户刷卡将无效。DJ1和DJ2为用户定义的各为5位ASCII码的水、电价格, 分别为百位、十位、个位、十分位和百分位。如0x30、0x31、0x32、0x35、0x34表示每吨水的价格为12.54元。CRC表示16位CRC校验码, 共占用4个字节。通讯控制器发出该命令后处于等待应答状态, 在一定时间内如果没有收到水电控制器返回的确认帧, 通讯控制器将会重发该命令, 2次重发后都没有收到确认帧将向中心计算机返回寻址失败信息。确认帧的格式如下, 其中FC为本命令类型码0x31。

(2) 读取某一水电控制器的所有用户ID记录, 发送RD命令。

通讯控制器发送该命令读取某一水电控制器一段时间内的所有用户ID, FC为类型码0x32。发出该命令后, 在一定时间内等待从站返回的数据, 若没有返回将重新发送。重发两次后还没有返回数据通讯控制器会认为该从站线路错误, 向中心计算机返回寻址失败信息。返回的应答数据格式如下:

IDL为4字节的ASCII码, 表示该从站记录的某段时间内的刷卡人员ID的数量。ID为该站所有用户的ID序列号, 序列号数量由IDL指定;FC为0x32。

(3) 读取某一水电控制器某一用户的刷卡次数, 发送RD命令。

FC为0x33, 返回的应答为:

ID为用户ID号, NUM为该用户刷卡总次数。

(4) 读取某一水电控制器某一用户的某次用水和用电记录, 发送RD命令, FC为0x34。返回的应答为:

N为刷卡次数代号。REC为水电消耗记录及时间, 格式为:

(5) 读取当前正在使用的用户, 发送RD命令。

FC为0x35, 返回的数据格式为:

2.4 通讯控制器与中心计算机的接口设计

通讯控制器采用南京沁恒公司生产的USB专用接口芯片CH375作为与上位机的通讯接口。CH375直接提供了数据块的读写接口, 以512字节的物理扇区为基本读写单位。开发者就可以将USB存储设备简化为一种外部数据存储器, 通过单片机可以自由读写USB存储设备中的数据, 也可以自由定义其数据结构。上位机软件的开发直接可以调用沁恒公司提供的CH375专用API来进行数据的传输。在半双工模式下, 单片机通过驱动UART接口来完成虚拟总线下的数据传输。

2.5 通讯控制器的数据传输方法

中心计算机与各个从站的数据传输也可以基于轮询表来进行。轮询表里存放着各个水电控制器的地址。中心计算机上运行的管理软件按照轮询表里记录的水电控制器地址由小到大顺序向通讯控制器发送命令。作为中心计算机与水电控制器之间通讯的中间环节, 通讯控制器主要承担命令解析、命令发送与数据存储的功能。中心计算机基于USB接口发出的各种通讯命令首先存储在CH375的接收缓冲 (FIFO) 中并触发中断信号。单片机在中断服务程序中对不同的通讯命令进行解析, 依据命令的要求把数据请求命令 (RD) 或数据发送命令 (SDA) 按照通讯协议要求把数据经数传模块调制并发送出去, 然后等待受访水电控制器数据 (或应答信号) 的返回, 若在一定时间内没有收到该站返回的数据通讯控制器将会重新发送命令。重发两次后仍然没有收到返回数据通讯控制器会向中心计算机返回通讯错误信息。通讯控制器收到应答后会将水电控制器返回的数据放入CH375的接收缓冲 (FIFO) , 等待中心计算机的读取。在这种通讯方式下, 通讯控制器可以完成所有水电控制器相关数据的传输。

3 结语

无线传输网络采用以单片机为核心并带有USB接口的通讯控制器作为数据收发装置, 基于地址轮询方式实现了底层通信协议, 使整个系统达到了很高的性价比。从数据传输的特点来看, 满足了农业灌溉水电管理系统进行数据采集与控制的要求, 具备了一定的实时性和可靠性, 达到了预计效果。

摘要：在可持续发展战略的要求下, 如何提高我国水利管理部门的水、电资源管理水平和管理效率已成为当前科技工作者一个重要的研究课题;在分析我国农业灌溉实际情况的基础上, 基于虚拟总线技术提出一种能够满足远程自动抄表、自动计量及实现IC卡身份识别的农业灌溉水电管理系统;介绍了该系统的数据拓扑方式, 详细阐述了水电控制器、通讯控制器及中心计算机在无线方式下的数据传输模式和实现方法, 设计了通讯控制器的硬件电路。从试验结果来看, 该无线传输网络在一定程度上满足了农业灌溉的需求, 具有一定的实用性和推广价值。

关键词：农业灌溉,通讯控制器,无线传输

参考文献

[1]颉新春, 王志春.一种实时控制总线及其实现方法[J].计算机测量与控制, 2007, 15 (11) :1 523-1 524.

[2]袁林娟, 张昕.农村微型水力发电技术进展及发展趋势[J].中国农村水利水电, 2011, (7) :147-151.

[3]程夏蕾, 朱效章.中国小水电可持续发展研究[J].中国农村水利水电, 2009, (4) :112-118.

[4]姜震, 熊华钢, 邵定蓉.未来航空电子高速数据总线技术的研究[J].电光与控制, 2002, 9 (3) :18-22.

[5]Andrew S.Tanenbaum.熊桂喜, 王小虎, 译.计算机网络[M].北京:清华大学出版社, 2002:217-222.

无线传输绿色“太空电” 篇11

环境说：眼下的发电站都“有害”

为了满足生产、生活对电量的需求，人们大力兴建火力发电站。火力发电站主要以燃烧煤、石油、天然气生产电能。利用这种方式发电，电是有了，可滚滚浓烟却污染了空气。环境皱着眉头说：“别再建火力发电站了，否则空气要脏透了。”

鉴于火力发电站污染环境，以及燃料煤、石油、天然气都是不可再生资源，人们不再兴建火电站，改为新建水力发电站。大江大河被拦腰截断，大坝耸立，蓄水成湖。可是，水电站对环境的危害也不可小觑：江河鱼类产卵洄游受阻，有些鱼类直接面临灭绝的危险。水电站还会带来滑坡、泥石流、山崩、地陷等自然灾害。环境无奈地叹了口气，说：“筑坝截流，是断‘水脉’、毁自然的灾害之举，还是让江河自由流淌吧！”

风能作为一种清洁、永不枯竭的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。可风力发电需要占用大片土地，且不稳定、不可控，噪音污染大，影响鸟类。

火电站、水电站都是环境的“敌人”，世界各国为了保护环境，开始建核电站。本想核电站能给人类带来“绿色电”，谁料大地震把日本的核电站震坏了，对环境的危害有过之而无不及。环境痛心地说：“核电站也不安全，会毁家园呀。”

太阳说：我这儿有绿色电，来取吧

难道就没有真正绿色的发电方式吗？眉头紧锁的科学家们仰望天空，太阳微笑着说：“我这儿有绿色电，来取吧……”

受太阳的启示，科学家发明了太阳能电池板。太阳能电池板通过吸收太阳光，将太阳辐射能转换成电能。利用太阳能发电，既不污染环境，也不危害生物，而且太阳能取之不尽，用之不竭。

太阳能发电绿色环保，可也有让人不满意的地方。比如，天黑和阴天时，太阳就不见了踪影。冬天，太阳虽然竭尽全力放射光芒，可与其他季节比起来，能量、热度还是有一定的差距。这些问题都暴露出太阳能发电一个弱点，那就是不稳定。

如果把光伏电板送到太空中，组建一个太空发电站，阳光不就能时时有，电源不就稳定了吗？

没错，你能想到的，科学家们自然也想得到。用太阳能电池板在太空组建发电站的技术也已经成熟，国际太空站的电能就源于一个小型的太空太阳能发电站。可问题是，太空发电站发出的电能如何输送到地球上供我们使用呢？架高压电线输电肯定是不行的。

科学家说：一定想办法把“太空电”输下来

太空发电容易输送难，面对这一难题，科学家们绞尽脑汁：太空发电站的电能无法用架线的方法输送，那能不能用“无线”的方法输送呢？

当然能呀！2001年5月，一位叫皮尼奥莱的科学家在大峡谷一侧，把电能转化成微波（一种电磁波）向大峡谷另一侧的微波接收器发射。微波接收器顺利接收到微波，并将其转化为电能，而且这些电能成功点亮了1只灯泡。这个实验说明，电能是可以用“无线”的方式输送的。

2015年3月8日，日本科学家将1.8千瓦电力（足够用来启动电水壶）以无线方式，精准地传输到55米距离外的一个接收装置。3月12日，科学家又将10千瓦电力转换成微波后输送，其中的部分电能成功点亮了500米外接收装置上的LED灯。

这次实验的成功使得无线输电商业化成为可能，科学家们计划在未来几十年的时间内，在距地面3.6万千米的太空轨道上，建造一座面积达6平方千米的大型太空太阳能发电站，源源不断地为地面上的城市供电。

无线传感器网络传输协议研究进展篇12

无线传感器网络 (WSN, Wireless Sensor Networks) 被认为是本世纪最重要的技术之一, 已经成为国内外的研究热点。WSN综合了通信、传感器、分布式信息处理、嵌入式等技术, 通常由传感器节点、汇聚节点和管理节点组成, 能够协作地实时监测、感知目标区域内被监测对象的信息, 广泛应用于国防、智能建筑、公共安全、环境监测、医疗卫生、家庭等方面[1,2,3]。332005TCPWSN

无线传感器网络节点是资源 (特别是能量) 受限的, 无法长时间维持大量信息传输。从网络协议的角度来研究能量的有效性或如何节省能量以便延长网络寿命, 是人们关注的重点之一。WSNTP393A1674-67082010 18-0000-000

以往, 无线传感器网络协议的研究热点主要集中在物理层、数据链路层和网络层。关于传输层协议的研究较少且不成熟。近来, 这方面的研究有逐渐增加的趋势。

本文首先介绍了无线传感器网络协议栈, 其次分析了标准TCP协议直接用于无线传感器网络的不足之处, 最后指出无线传感器网络传输协议的设计约束条件。并以此为基础, 对目前国内关注仍不多的无线传感器网络传输层协议研究T进CP行综述。

1 WSN协议栈

无线传感器网络协议栈由物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层5部分组成, 和互联网协议栈的五层协议相对应[4]。如图1所示。1 WSN5[4]1

物理层:数据收集、采样、发送、接收, 以及信号的调制解调。

数据链路层:媒体接入控制, 网络节点间可靠通信链路的建立, 为邻居节点提供可靠的通信通道。

网络层:发现和维护路由。

应用层:提供安全支持, 实现密钥管理和安全组播。

传输层:为端到端的连接提供可靠的传输、流量控制、差错控制、Qo S等服务。即便是在OSI模型中也只有该层是负责总体数据传输和控制的, 因此非常重要。

2 标准TCP协议用于WSN时的不足

标准TCP协议是因特网的主要传输协议, 提供可靠的端到端的传输服务。但由于以下几个主要原因, 使得TCP协议不能直接用于无线传感器网络:

1) 数据丢包与重传。TCP假设所有的数据丢包都是由于网络拥塞造成的, 一旦检测到丢包时, 就会启动相应的拥塞控制机制。无线传感器网络中, 反映同一事件的多个数据包有很强的数据相关性, 所以需要在中间 (汇聚) 节点上进行数据融合后再发送新数据包。标准TCP协议会认为这一过程中出现了丢包, 因此就启动拥塞控制机制, 引发重传。同时, 数据包的乱序传输, 也会启动拥塞控制机制, 引发重传[4,5]。

TCP中确保数据包重传的方法包括ACK反馈机制等。如果用在无线传感器网络中, 则大量ACK确认和传输, 以及数据包重传都要消耗所经路径上的节点能量, 缩短网络生存期。

2) 传输协议的可靠性。TCP协议的可靠性是指, 力保接收节点正确收到发给它的数据包, 即其度量是基于数据包的。无线传感器网络中, 传输协议的可靠性是指, 最终获得的数据以一定的逼真度来描述对象的真实状况即可, 数据包不必完全可靠地传输, 即其度量是基于事件的。这是因为同一对象可能被多个节点所监测, 导致强数据相关和冗余[5]。

3) 节点地址。无线传感器网络节点的地址可能是局部独立的, 或位置相关的, 或无网络地址, 而TCP协议却要求每个节点的地址是唯一的, 所以无法直接使用该协议[6]。

3 WSN传输协议设计约束条件

对于某个无线传感器网络来说, 如果只在其内部传递信息, 则传输层并非是必需的。而当无线传感器网络与其它网络连接时, 就必须要有传输层协议[5]。由于无线传感器网络在节点的能量、命名、数据处理等方面的特点, 使得传输控制难度较大。其传输层协议设计需要特殊的技术和方法。与传统无线网络传输层协议设计相比, 其主要设计约束包括:

1) 能量受限。能量是必须重点考虑的受限资源。设计传输层协议时, 既要避免选择拥塞的节点, 更要适应网络内节点能量的约束。这也是为什么无线传感器网络的物理层、数据链路层和网络层协议研究非常热烈的原因之一, 即如何节省能量[3,5]。

2) 数据融合。如前所述, 针对一个对象, 有来自多个节点的监测数据包, 它们之间存在很强的相关和冗余。因此, 数据传输不像传统无线网络那样, 强调吞吐量和完全正确接收, 而是需要在汇聚节点处进行以数据为中心的网内数据融合, 以消除汇聚节点处的拥塞, 降低能量消耗、提高数据传输速率[6]。

3) 数据传输。无线传感器网络中引入了簇端点的概念, 即把反映同一事件特征的一群节点聚合为一个虚拟连接端点。这对无线传感器网络在传输机制方面提出了新挑战, 如通信原语、数据融合、包排序、可靠传输等[3,5,6]。

4) 可靠性度量。如前文所述。

另外, 协议的简单、鲁棒和可扩展性也是需要解决的。

4 WSN传输协议研究进展

文献[7]认为, 当前对于无线传感器网络传输协议研究的工作还是侧重于拥塞控制和可靠保证。该研究将拥塞控制分为流量控制、多路分流、数据聚合和虚拟网关等;可靠保证则包括数据重传、冗余发送。

流量控制中, ERST、PORT和IFRC协议是基于报告速率调节的拥塞控制协议;Fusion、CCF是基于转发速率调节的拥塞控制协议, 适合要求数据逼真度较高的网络;Buffer-based、PCCP、CODA则是基于综合速率调节的拥塞控制协议。

ERST考虑了可靠性和能耗的因素, 通过调整报告速率来减轻拥塞;PORT协议则将报告速率调整问题建模为优化问题, 解决ERST的不足;IFRC则着重保证信道带宽能更公平地被相邻多个节点所分享。

Fusion采用了令牌桶机制, 节点要按照一定规则积累令牌, 且发送一次数据就消耗一个令牌;CCF用速率比较的方法, 拥塞发生时节点将自身转发速率与父节点告知的转发速率比较, 以其中较小的值来转发数据包。

Buffer-based采用基于缓冲区的轻量级控制机构。发送数据包之前, 要求节点监听邻居节点的缓冲区溢出否;PCCP对数据流赋与不同的加权优先级, 来保证调整公平性;CODA结合了开环和闭环控制方式来解决拥塞。网络流量突发导致局部短暂拥塞时就启用开环控制。同时, 若某被监测事件的发生频率低于设定的信道吞吐量, 源节点即可自行调整报告速率, 否则就启动闭环拥塞控制。

多路分流就是通过多路转发来分散流量, 解决拥塞问题。其中, ARC协议是利用网络中的冗余节点构建新的转发路径, CAR与ARC方法相近, BGR则是在地理路由中增加方向偏离范围, 以此来扩大转发路径的可选范围。

数据聚 (融) 合的必要性和重要性前文已述。文献[7]研究的协议包括CONCERT和PREI。前者采用适应性聚合, 后者将网络划分为大小相同的网络, 对来自同一网格的数据进行聚合。

可靠性方面, 数据重传协议包括网关向节点、节点向网关和双向可靠保证3类;冗余发送则包括拷贝发送 (AFS、Reinform、MMSPEED、GRAB) 和编码冗余。

PSFQ、GARUDA是网关向节点的。前者用缓发快取进行控制, 后者则建立层次结构, 进行阶段性丢包恢复。RMST、RBC是节点向网关的。前者是基于单路由协议设计的, 除了原有的由数据源到网关的方向之外, 增加了后向路径, 用于反馈丢包。BRTM是双向可靠保证的。

文献[8]介绍了5种随机投递传输协议并分别对它们建模分析, 在仿真对比的基础上做出了相关结论。这些协议包括:

1) 逐跳可靠传输协议HHR、带应答的逐跳可靠传输协议HHRA

后者是前者的一个变体。HHR是最简单的该类协议。协议中, 某转发节点将同一数据包向其下一跳转发节点进行多次发送。只要下一跳节点收到重发数据包一份副本, 它就会继续发送。HHRA则要求转发节点等待来自接收者的应答包。若收到应答包, 则终止本跳后续副本的转发。

2) 逐跳广播传输协议HHB、带应答的逐跳广播传输协议HHBA

后者是前者的一个变体。HHB中, 转发节点向其多个下一跳邻节点多次发送同一数据包。若任何一个邻节点成功接收到至少一个数据包, 它就继续以一定概率转发此包。HHBA则引入应答机制来增加传输可靠性, 并减少传输时能量的消耗。

3) Re Infor M协议

该协议在多条随机路径上同时发送一个数据包的多个副本, 以此来产生数据冗余, 提高传输可靠性。

文献的仿真研究证明, 逐跳应答机制是改善随机投递传输协议性能的重要方法之一。

值得注意的还有该文献所采用的建模分析方法:有限状态离散时间的马尔科夫链 (FSMC) 模型。该模型有效简化了理论分析过程, 公式直观。并且为源节点提供了根据网络关键参数选择最适合当前网络环境的随机投递传输协议的机会和手段。

文献[9]研究了机会协作传输的性能。利用适合无线传感器网络实际情况的Nakagami建模无线信道, 研究节点能耗对机会协作传输的影响。仿真证明, 机会协作机制受节点能耗的影响明显, 该机制能有效提高系统性能。

文献[10]研究了基于分簇的协同传输协议。分析了传输效能和网络吞吐量的改善。协议分为四步:1) 分簇, 即确定簇头并在各簇内确定协同传输的节点;2) 簇内信息传输;3) 簇内协同节点向汇聚节点发送数据;4) 汇聚节点接收和检测信号。该协议的主要问题是协同节点间的同步。研究者相信, 这种技术可用于无线自组织网、无线局域网及无线传感器网等多种场合。

文献[11]研究了实时传输协议。主要研究了SPEED协议, 并在Tiny OS1.1.11和Crossbow公司的Micaz节点搭建的平台上进行了实验。

另外, 还有少量与无线传感器网络传输协议有关的研究工作。但不是完全针对传输层的。而是提出一种解决方案, 没有对包括传输层在内的物理层、数据链路层、网络层协议综合研究进行论述。

5 结论

对无线传感器网络传输协议的研究还不是很多, 研究成果少。目前的研究多是针对不同问题来探讨, 不够统一、系统和完整, 与实际应用距离较大, 大量问题尚待发现和解决。

摘要：本文介绍了无线传感器网络协议栈, 并说明标准TCP协议不能直接用于无线传感器网络的原因。在指出无线传感器网络传输协议设计约束的基础上, 对其研究现状进行综述。

关键词：无线传感器网络 (WSN) ,协议栈,传输协议研究,综述

参考文献

[1]孙利民, 等.无线传感器网络[M].清华大学出版社, 2005.

[2]任丰原, 等.无线传感器网络[J].软件学报, 2003.

[3]唐启涛.无线传感器网络综述[J].网络安全技术与应用, 2008, 2.

[4]李兴凯, 等.无线传感器网络协议栈分析[J].传感器世界, 2005, 11.

[5]李建中, 等.无线传感器网络的研究进展[J].计算机研究与发展, 2008, 45 (1) .