2.1.2　物理层设计

由于传感器网络的主要设计参数是成本和功耗，因而物理层的设计对整个网络的成功运行来说是至关重要的。如果采用了不适宜的调制方式、工作频率和编码方案，即使设计出的网络能够勉强完成预定的功能，也未必满足推广应用所需的低成本和低功耗的要求。

物理层主要负责数据的硬件加密、调制解调、发送与接收，是决定传感器网络节点的体积、成本和能耗的关键环节。传感器网络物理层的设计目标是以尽可能少的能量消耗获得较大的链路容量。无线传感器网络的低功耗、低成本、微型化等特点，以及具体应用的特殊需求给物理层的设计提出了挑战，所以在设计物理层时，应着重考虑以下问题：

1.编码调制技术

编码调制技术影响占用频率带宽、通信速率、收发器结构和功率等一系列技术参数，直接影响物理层的设计效果。比较常见的编码调制技术除了窄带调制技术（ASK、FSK、PSK）、各种扩频技术（DSSS、FHSS、THSS），还有最新的无载波超宽带UWB调制技术。UWB是一种无需载波的调制技术，其超低的功耗和易于集成的特点非常适合短距离WSN的应用。PicoRadio的Rabaey等人开展以UWB为物理层的研究，该项研究中，UWB需要较长的捕获时间，即需要较长的前导码，这将降低信号的隐蔽性，所以需要MAC层更好的协作。

2.频段的选择

频段的选择是影响无线传感器网络性能、成本的一个重要参数。从低成本的角度考虑，ISM波段无疑是最好的选择。ISM波段在高频和特高频的频率范围上都有分布，如果采用高频就可以将节点做得很小，但是从功耗的角度分析就会发现，在传输相同的距离时，频率越高消耗的能量也越多，同时，高频也意味着更高的发射功率，因此如何在低功耗、低成本、微型化之间做取舍，是频段选择需要慎重考虑的问题。

3.与上层协议结合的跨层优化设计

物理层位于网络协议的最底层，是整个协议栈的基础。在设计物理层的某些功能时，可以适当地与上层MAC协议跨层设计。跨层优化设计是传感器网络协议设计的主要内容。

4.硬件设计

在传感器网络中，物理层的设计与硬件的关系最为密切，物理层的设计必定离不开当前的硬件工艺技术，所以在设计物理层时，考虑硬件的某些特性十分必要。

总之，现在针对具体无线传感器网络应用的研究，为了满足无线传感器网络的低成本、低功耗、微型化等特点，物理层设计都是在现有硬件电路工艺技术上，采用结构简单的调制技术，频段的选择也都集中在433～464MHz、902～928MHz及2.4～2.5GHz的ISM频段。