第三章 物联网技术基础课件

1、物联网概论物联网概论20102010年年9 9月月第三章第三章 物联网技术基础物联网技术基础 2 目录目录3.1 传感器技术传感器技术 3.2 MEMS技术技术 3.3 无线传感器网络无线传感器网络 3.4 无线网络技术无线网络技术 3.5 自动识别技术自动识别技术 3.6 条形码技术条形码技术 3.7 定位技术定位技术 33.1传感器技术传感器技术计算机的普及和应用把人类带到了信息时代，各种电器设备充满了人们生产和生活的各个领域，相当大一部分的电器设备都应用到了传感器件。人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。传感器是人类五官的延长。43.1传感器技术传感器技术 传感器的定义 传感器的分

2、类 传感器的应用 53.1.1传感器的定义 传感器 -能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置。 它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。 6敏感元器件品种 物理类物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类，化学类，基于化学反应的原理。生物类生物类，基于酶、抗体和激素等分子识别功能。 .2传感器的分类传感器的分类 根据传感器工作原理根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 。物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测

3、信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 .2传感器的分类传感器的分类按照用途按照用途，传感器可分为：压敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、辐射传感器、热敏传感器等。 按照原理按照原理，传感器可分为：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。 .2传感器的分类传感器的分类 按输出信号可将传感器分为以下按输出信号可将传感器分为以下4类类：模拟传感器将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传

4、感器将被测量的非电学量转换成数字输出信号（包括直接和间接转换）。膺数字传感器将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出（包括直接或间接转换）。开关传感器当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。 103.1.3传感器的应用传感器的应用在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各种参数，使设备工作在最佳或正常状态，并使产品达到质量要求。在家用电器领域，如全自动洗衣机、电饭煲和微波炉等都离不开传感器。医疗卫生领域，电子脉博仪、体温计、医用呼吸机、超声波诊断仪、断层扫描（CT）及核磁共振诊断设备等，都大量地使用了各种

5、各样的传感技术。 113.1.3传感器的应用传感器的应用在军事国防领域，各种侦测设备，红外夜视探测，雷达跟踪、武器精确制导等，没有传感器是难以实现的。在航空航天领域，空中管制、导航、飞机的飞行管理和自动驾驶着陆系统等，都需要大量的传感器。人造卫星的遥感遥测等都与传感器紧密相关。123.1.3传感器的应用传感器的应用 以现代飞行器为例，它装备着各种各样的显示和控制系统，以保证飞行任务的完成。反映飞行器的飞行参数和姿态、发动机工作状态的各种物理参数，都要用传感器予以检测，一方面显示出来提供给驾驶人员去控制与操纵飞行器，另一方面传输给各种自动控制系统，进行飞行器的自动驾驶和自动调节。 “阿波罗10”

6、的运载火箭部分，检测加速度、声学、温度、压力、振动、流量、应变等参数的传感器共有2077个，宇宙飞船部分共有各种传感器1218个。133.2 MEMS技术技术 MEMSMEMS的基本概念的基本概念 MEMSMEMS技术的特点技术的特点 MEMSMEMS的分类的分类 MEMSMEMS的发展前景的发展前景 143.2.1 MEMS3.2.1 MEMS的基本概念的基本概念MEMS（Micro Electromechanical System，微机电系统）是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。这种微电子机械系统不仅能采集、处理与发送信息或指令，还能按

7、照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动 。153.2.2 MEMS3.2.2 MEMS技术的基本特点技术的基本特点 微型化以硅为主要材料能耗低、灵敏度和工作效率高可批量生产集成化学科上的交叉综合；应用上的高度广泛163.2.3 MEMS3.2.3 MEMS的分类的分类传感传感MEMS技术技术 生物生物MEMS技术技术 光学光学MEMS技术技术射频射频MEMS技术技术 17传感传感MEMS技术技术 传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来感受转换电信号的器件和系统。 18生物生物MEMS技术技术 生物MEMS技术是用MEMS技术

8、制造的化学或生物微型分析和检测芯片或仪器，将在衬底上制造出的微型驱动泵、微控制阀、通道网络、样品处理器、混合池、计量器、增扩器、反应器、分离器以及检测器等元器件并集成为多功能芯片。可以实现样品的进样、稀释、加试剂、混合、增扩、反应、分离、检测和后处理等分析全过程。它把传统的分析实验室功能微缩在一个芯片上。 19光学光学MEMS技术技术 MEMS发展的又一领域是与光学相结合，即综合微电子、微机械、光电子技术等基础技术，开发新型光器件，称为微光机电系统(MOEMS)。它能把各种MEMS结构件与微光学器件、光波导器件、半导体激光器件、光电检测器件等完整地集成在一起，形成一种全新的功能系统。 20射频

9、射频MEMS技术技术 射频MEMS技术传统上分为固定的和可动的两类。固定的MEMS器件包括本体微机械加工传输线、滤波器和耦合器。可动的MEMS器件包括开关、调谐器和可变电容。 213.2.4 MEMS的发展前景的发展前景相对于传统机械，它们的尺寸更小，最大的不超过1CM，甚至仅仅为几个微米，厚度就更小。采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。采用与集成电路（IC）类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺 ，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。 22MEMS的发展前景的发展前景 MEM

10、S技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。23MEMS的发展前景的发展前景MEMS技术也正发展成为一个巨大的产业，多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增长率约为18%，因此对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。 243.3 无线传感器网络无线传感器网络 无线传感器网络概述 无线传感器网络的应用领域 253.3.1

11、无线传感器网络概述无线传感器网络概述 无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是信息科学领域中一个全新的发展方向，同时也是新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。 263.3.1 无线传感器网络概述无线传感器网络概述三个阶段智能传感器 无线智能传感器 无线传感器网 27无线传感器网络概述无线传感器网络概述智能传感器将计算能力嵌入到传感器中，使得传感器节点不仅具有数据采集能力，而且具有信息处理能力。无线智能传感器在智能传感器的基础上增加了无线通信能力，大大延长了传感器的感知触角，降低了传感器的工程实施成本。28无线传感器网络概述无线传感器网络概述无线传感器网络将

12、网络技术引入到无线智能传感器中，使得传感器不再是单个的感知单元，而是能够交换信息、协调控制的有机体，实现物与物的互联，把感知触角深入世界各个角落，成为下一代互联网及物联网的重要组成部分。 29无线传感器网络技术发展背景无线传感器网络技术发展背景 1996年，美国UCLA大学的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。在其后的10余年里，WSN网络技术得到学术界、工业界乃至政府的广泛关注，成为在国防军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物结构监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理以及机场、大型工业园区

13、的安全监测等众多领域中最有竞争力的应用技术之一。 30无线传感器网络的产生无线传感器网络的产生 无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。 31自组织网络移动自组织网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是移动计算机网络的一种，用户终端可以在网内随意移动而保持通信。32无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点 无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点。333.3.2无线传感器网络

14、的应用领域无线传感器网络的应用领域 环境的监测和保护 医疗护理军事领域 生产作业34环境的监测和保护环境的监测和保护 英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器接入互联网，以读出缅因州“大鸭岛”上的气候，用来评价一种海燕巢的条件。 无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。 它也可以应用在精致农业中，监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。 35医疗护理医疗护理 彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间，使用微尘来测量居住者的生理征兆（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。36医疗护理医疗护理英

15、特尔公司也推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该技术是作为探讨应对老龄化社会的技术项目CAST（Center for Aging Services Technologies）的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便护理。 37军事领域军事领域 由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，非常适用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行“智能灰尘”（

16、Smart Dust）传感器技术的研发。 38生产作业生产作业英特尔正在对工厂中的一个无线网络进行测试，该网络由40台机器上的210个传感器组成，这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。它可以大幅降低检查设备的成本，同时由于可以提前发现问题，因此将能够缩短停机时间，提高效率，并延长设备的使用寿命。 393.4 无线网络技术无线网络技术 无线网络技术涵盖的范围很广，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术等。 403.4.1无线网络的类型无线网络的类型 无线广域网 无线城域网无线局域网 无线个人网 41无线广域网无线广域网

17、 无线广域网（WWAN）技术可使用户通过远程公用网络或专用网络建立无线网络连接。通过无线服务提供商负责维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如若干城市或者国家和地区。 目前的WWAN 技术被称为第二代移动通信技术（2G）系统。2G系统主要包括移动通信全球系统（GSM）、蜂窝式数字分组数据（CDPD）和码分多址（CDMA）。现在正努力从 2G 网络向第三代移动通信技术（3G）过渡。 42无线城域网无线城域网 无线城域网（WMAN）技术使用户可以在城区的多个场所之间创建无线连接（如在一个城市或大学校园的多个办公楼之间），而不必花费高昂的费用铺设光缆、铜质电缆和租用线路。

18、WMAN使用无线电波或红外光波传送数据。43无线局域网无线局域网 无线局域网（WLAN）技术可以使用户在本地创建无线连接（例如，在公司或校园的大楼里，或在某个公共场所，如机场、宾馆、酒店、候车室等）。 4445无线个人网无线个人网 无线个人网（WPAN）技术使用户能够为个人操作空间（POS）设备（如 PDA、移动电话和笔记本电脑等）创建临时无线通讯。POS 指的是以个人为中心，最大距离为 10 米的一个空间范围。 主要的 WPAN 技术是蓝牙“Bluetooth”和红外线。463.4.2无线网络常用设备类型无线网络常用设备类型 无线网卡无线网卡 无线网桥无线网桥 无线天线无线天线 47无线网卡

19、无线网卡 无线网卡的作用类似于以太网中的网卡，作为无线局域网的接口，实现与无线局域网的连接。 无线网卡根据接口类型不同，分为PCMCIA无线网卡、PCI无线网卡和USB无线网卡。 48无线网桥无线网桥 无线网桥用于连接两个或多个独立的网络段，这些独立的网络段通常位于不同的建筑内，相距几百米到几十公里,用于不同建筑物间的互联。 特点：功率大，传输距离远，抗干扰性强，频段为2.4GHz或5.8GHz。工作方式：点对点、点对多点、可中继，连接时必须两个以上使用。49无线天线无线天线 当计算机与无线接入点（AP）或其他计算机相距较远时，信号减弱，传输速率会下降，甚至无法实现与AP或其他计算机间通讯，此

20、时，就须借助无线天线对所接收或发送的信号进行增益（放大）。 50无线天线无线天线常见的无线天线有两种一种是室内天线，优点是方便灵活，缺点是增益小，传输距离短；另一种是室外天线。传输距离远。比较适合远距离传输。 513.4.3无线网络的接入方式无线网络的接入方式根据不同的应用环境，无线局域网的拓扑结构主要有:网桥连接型访问节点连接型HUB接入型无中心型52网桥连接型网桥连接型 主要用于无线或有线局域网间连接。当两个局域网无法有线连接时，可用网桥实现点对点的连接。无线网桥起到了网络路由选择和协议转换的作用。53访问节点连接型访问节点连接型 采用移动蜂窝通信网接入方式，各移动站点间通过就近的无线接收

21、站接收信息，再将信息通过有线网传入“移动交换中心”，再传送到各无线接收站上。 在网络覆盖范围内的任何地方都可接收到信号，并可实现漫游通信。54HUB接入型接入型 在有线局域网中用HUB可组建星形网。同样也可用无线AP组建星型无线局域网，其工作方式和有线星形结构很相似。但在无线局域网中一般要求无线AP具有简单的网内交换功能。 55无中心型结构无中心型结构该结构的工作原理类似于有线对等网的工作方式。它要求网中任意两个站点间均能直接进行信息交换。每个站点既是工作站，也是服务器。 563.4.4第四代移动通信技术第四代移动通信技术 日本NTT 公司已表示，4G通信服务已于2010年推出，网络下载速度可

22、达100Mbps，上载速度为20Mbps。 574G基本特性基本特性 集中的服务-个人通信、信息系统、广播和娱乐等各项业务将结合成一个整体。 泛在移动接入-移动接入将是提供话音、高速信息业务、广播以及娱乐等业务的主要接入方式。 多样的用户设备-设备与人之间的交流不再仅仅是简单的听、说、看，还可通过其他途径与用户进行交流。 自治的网络结构 -4G系统网络是一个完全自治的、自适应的网络，它可自动管理、动态改变自己的结构以满足系统变化和发展的要求。 583.4.4无线宽带网无线宽带网客户具有可移动性，可在各接入点（AP）间漫游，可达较高的数据传输速率。 作为有线网络的延伸和补充，可在有线网络难以实施

23、或未及实施的场所进行覆盖；也可在不能实施或需临时实施的场所架设无线网络，提供无线宽带网服务。 59无线宽带网的特点无线宽带网的特点 安装便捷 使用灵活 经济节约 易于扩展 更好的安全性 603.4.5 3G技术技术 国际电信联盟在2000年5月确定W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA以及WiMAX四大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件2000年国际移动通讯计划。 61FDMA （Frequency Division Multiple AccessAddress） 频分复用（FDM）是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种技术。FDM 用于

24、模拟传输过程。信道传输速率为 30kHz。所有信道都可以作为单信号被扩大、控制，并转换为频带传送至目的地，该技术主要优点在于经济实用。 频分复用技术下，多个用户可共享一个物理信道，该过程即为频分多址复用（FDMA）。FDMA 模拟传输是效率最低的网络，这主要体现在模拟信道每次只能供一个用户使用，使得带宽得不到充分利用。此外 FDMA 信道大于通常需要的特定数字压缩信道，模拟信号对噪声较为敏感，并且额外噪声不能被过滤出去。 FDMA62TDMA 时分多址（time division multiple access）把时间分割成互不重叠的时段（帧），再将帧分割成互不重叠的时隙（信道）与用户具有一一

25、对应关系，依据时隙区分来自不同地址的用户信号，从而完成的多址连接。 这是通信技术中基本的多址技术之一，一种数字传输技术，将无线电频率分成不同的时间间隙来分配给若干个通话。 在2G(为GSM)移动通信系统中多被采用，卫星通信和光纤通信的多址技术中。 时分多址中的每一个帧再分割成若干个时隙，向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。 TDMA较之FDMA具有通信口号质量高，保密较好，系统容量较大等优点，但它必须有精确的定时和同步以保证移动终端和基站间正常通信，技术上比较复杂。 63CDMA码分多址（，Code Division Multiple

26、 Access）通信系统中，不同用户传输信息所用的信号用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个信号中选出其中使用预定码型的信号。其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声和干扰，通常称之为多址干扰。 在蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输，除去传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。但是，

27、通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。 类似的信道属于逻辑信道，这些逻辑信道无论从频域或者时域来看都是相互重叠的，或者说它们均占用相同的频段和时间。 64CDMA的优点的优点 CDMA是扩频通信的一种，具有扩频通信的以下特点：是扩频通信的一种，具有扩频通信的以下特点： （1）抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。 （2）宽带传输，抗衰落能力强。 （3）由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。 （4）利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截

28、获的能力强。 65CDMA技术技术 CDMA是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式，其主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。 66CDMA技术技术目前中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话网采用的便是FDMA和TDMA两种方式的结合。 GSM比模拟移动电话有很大的优势，但是，在频谱效率上仅是模拟系统的3倍，容量有限；在话音质量上也很难达到有线电话水平；TDMA终端接入

29、速率最高也只能达到9.6kbit/s；TDMA系统无软切换功能，因而容易掉话，影响服务质量 。67CDMA技术技术TDMA并不是现代蜂窝移动通信的最佳无线接入，而CDMA多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，正受到越来越多的运营商和用户的青睐。 68CDMA技术技术二战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，战时广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国

30、家和地区，包括中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。 693G标准标准 W-CDMA CDMA2000 TD-SCDMA WiMAX 70W-CDMA 也称为WCDMA，全称为Wideband CDMA，也称为CDMA Direct Spread，意为宽带分码多重存取。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可较容易地过渡，故GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度相当高。 71W-CDMA该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略。 GPRS是General Packet Radio Service (通用分组无线业务)的简

31、称，EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution (增强数据速率的GSM演进)的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。 72CDMA2000 CDMA2000由窄带CDMA(CDMA IS95)技术发展而来，也称为CDMA Multi-Carrier，美国高通公司主导提出，摩托罗拉、Lucent和三星都参与，韩国现在成为该标准的主导者。 该标准提出了从CDMA IS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。中国联通正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMA IS95

32、网络。73 TD-SCDMA 全称为Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access（时分同步CDMA），该标准由中国大陆制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出。 74TD-SCDMA该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。由于中国庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TDSCDMA标准。 该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接

33、向3G过渡，适用于GSM系统向3G升级。 75WiMAX WiMAX 的全名是微波存取全球互通（Worldwide Interoperability for Microwave Access），又称为80216无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一公里”的宽带无线连接方案。将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。 76346 TD-SCDMA 在与欧洲、美国各自提出的3G标准的竞争中，中国提出的TD-SCDMA已正式成为全球3G标准之一，这标志着中国在移动通信领域已经进入世界领先之列。该方案的主要技术集中在大唐公

34、司手中，它的设计参照了TDD（时分双工）在不成对的频带上的时域模式。 77TD-SCDMATDD模式是在无线信道时域里周期地重复TDMA帧结构实现的。这个帧结构被再分为几个时隙。在TDD模式下，可以方便地实现上/下行链路间地灵活切换，其优势是，在上/下行链路间的时隙分配可以被一个灵活的转换点改变，以满足不同的业务要求 78TD-SCDMATDSCDMA的无线通信方案灵活地综合了FDMA，TDMA和CDMA等基本传输方法。通过与联合检测相结合，它在传输容量方面表现非凡。通过引进智能天线，容量还可以进一步提高。 基于高度的业务灵活性，TDSCDMA无线网络可通过无线网络控制器（RNC）连接到交换网

35、络。在最终版本里，TDSCDMA无线网络实现与互联网直接相连。 79TD-SCDMATDSCDMA在应用范围内有其自身的特点：一是终端的移动速度受现有DSP运算速度的限制只能做到240km/h；二是基站覆盖半径在15km以内时频谱利用率和系统容量可达最佳，在用户容量不是很大的区域，基站最大覆盖可达40km。 80TDSCDMA的优势的优势 技术优势- TD-SCDMA相对其它3G备选技术拥有明显的网络建设、运营及财务优势。 标准优势-无论在资金上、技术上还是政策上，政府都给予了TD-SCDMA最大的支持。 用户优势 -我国的移动电话用户数突破8亿户，这么大的基数给了TD-SCDMA最好的支持。

36、813.4.7 Wi-Fi Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，也是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。 82Wi-FiWi-Fi通过一个无线路由器，在其电波覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi连接方式进行联网，如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路，则又被称为“热点”。 83Wi-FiWi-Fi 热点是通过在互联网连接上安装访问点来创建的。这个访问点将无线信号通过短程进行传输 - 一般覆盖100m。当一台支持Wi-Fi 的设备（例如Pocket PC）遇到一个热点时，这个设备可以

37、用无线方式连接到那个网络。大部分热点都位于供大众访问的地方，例如机场、咖啡店、旅馆、书店以及校园等。 84Wi-Fi技术架构技术架构 站点(Station) 基本服务单元(Basic Service Set, BSS) 分配系统（Distribution System，DS） 接入点(Acess Point, AP) 扩展服务单元（Extended Service Set, ESS） 关口(Portal) 85WIFI技术架构技术架构 站点。网络最基本的组成部分。 基本服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成，站点可以动态联结到基本服务单元中。 分配系统。分配系统用于连接不同的基本服务单

38、元。 接入点。接入点既有普通站点的身份，又有接入到分配系统的功能。 扩展服务单元。由分配系统和基本服务单元组合而成。 关口。用于将无线局域网和有线局域网或其它网络联系起来。 86Wi-Fi的优势的优势 覆盖范围广 传输速度非常快，能达到54mbps 厂商进入门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将互联网接入上述场所。 。 873.4.8 .4.8 近距离无线通讯技术近距离无线通讯技术 NFCNFC NFC是Near Field Communication的缩写，即近距离或近域无线通讯技术。NFC是飞利浦和索尼共同开发的一种非接触式识别和互

39、联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC 将非接触读卡器、非接触卡和点对点（Peer-to-Peer）功能整合进一块单芯片，为消费者的生活方式提供了众多全新应用的开放接口平台。 88NFCNFC的技术特点的技术特点 NFC是一种便捷、安全、迅速的无线连接技术，其传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。 NFC比红外传输更快、更可靠且简单；与蓝牙相比，NFC更适于交换个人信息或敏感数据，且NFC和蓝牙可互为补充。事实上，快捷轻型

40、的NFC协议可用于引导两台设备之间的蓝牙配对，促进了蓝牙的使用。 89NFCNFC的发展前景的发展前景 根据ABIResearch的研究，NFC市场可能最先启动各种移动型手持设备。 NFC作为一种新兴的技术，总结了蓝牙技术协同工作能力差的弊病。不过，它的目标并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi等其他无线技术，而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。 904.5.6蓝牙蓝牙 蓝牙（Bluetooth）是一种支持设备间短距离无线通信技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。 91蓝牙蓝牙蓝牙是由东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚于1998

41、年5月共同提出的近距离无线数字通信的技术标准。 其目标是实现最高数据传输速度1Mb/s（有效传输速度为721kb/s）、最大传输距离为10米，其上可设立79个带宽为1MHz的信道，用每秒钟切换1600次的频率、滚齿方式的频谱扩散技术来实现电波收发。9293蓝牙的技术优势蓝牙的技术优势 全球可用全球可用 设备多样设备多样 易于使用易于使用 规格通用规格通用 94蓝牙的应用场所蓝牙的应用场所 居家居家 工作工作 途中途中 娱乐娱乐 95居家居家 蓝牙设备不仅可使居家办公更轻松，还能使家庭娱乐更便利：用户可以在10m以内无线控制存储在PC或Apple iPod 上的音频文件。蓝牙技术还可以用在适配器

42、中，允许人们从相机、手机、掌上计算机向电视发送照片等。96工作工作 通过蓝牙技术，整个办公室也像一台机器一样有条不紊地高效运作。PDA可与计算机同步以共享日历和联系人列表，外围设备可直接与计算机通信，员工可通过蓝牙耳机在办公室内行走时接听电话，所有这些都无需电线连接。97工作工作用户启用蓝牙设备还能创建自己的即时网络，与其它用户共享演示稿或其它文件；方便地召开小组会议，通过无线网络与其它办公室进行对话，并将白板上的构思传送到计算机或其他用户的智能设备中。 通过使用蓝牙技术连接，货运巨擘 UPS 和 FedEx 已成功减少了需要置换的线缆的使用，并显著提高了工人的效率。 98途中途中 具有蓝牙技

43、术的手机、PDA、掌上计算机、耳机和汽车等能在旅途中进行免提通信，让用户身处热点或有线宽带连接范围之外仍能保持与互联网的连接。 手机蓝牙耳机，车载免提蓝牙话机使驾驶更安全 。蓝牙耳机的电磁波比手机低，通话时只要将手机放在公文包内或是口袋里，通过蓝牙对话，既不用将手举高，还能够有效减少电磁波对人体的影响。 99娱乐娱乐 消费者希望能够方便即时地享受各种娱乐活动，内置了蓝牙技术的游戏设备，让用户能在任何地方与朋友展开游戏竞技 。现在，很多商店提提供彩照打印站服务，让消费者能通过蓝牙连接手机拍摄的照片。 1003.4.10 ZigBee Zigbee又称“紫蜂”，是一种近距离、低功耗的无线通信技术。

44、 其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。1013.4.10 ZigBeeZigBee中的物理层、介质访问层和数据链路层是基于IEEE 802.15.4无线个人局域网(WPAN)标准协议ZigBee在IEEE 802.15.4标准基础之上建立网络层和应用支持层，包括巨大数量节点的处理最大节点数可以达到（65000个）、ZigBee设备对象、用户定义的应用架构等。应用层则由用户根据需要进行开发。 102Zigbee的自组织网络通信方式的自组织网络通信方式 所谓自组织网络可通过一个例子说明：当一队伞兵空降时，每人持有一个ZigBe

45、e网络模块终端，降落地面后，只要他们彼此在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，随着人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新并保持该网的通信，这就是自组织网络。 103Zigbee的技术优势的技术优势 低功耗 低成本 低速率 近距离 短时延 高容量 高安全 免执照频段 104Zigbee的应用前景的应用前景 家庭和楼宇网络 :温度控制 工业控制 :自动化控制 商业:智慧型标签 公共场所 :烟雾探测器 农业控制 :收集土壤信息 医疗 :家庭跟踪监测 1053.4.11 UWB

46、20世纪60年代已经出现了UWB（Ultra-Wideband超宽带）的发射机和接收机设计技术，同时UWB在通信和雷达中也得到了应用。 到了90年代，因设备制造技术的进步，出现了第一个UWB商用系统。1063.4.11 UWB UWB是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbits至数Gbits的数据传输速率。 107UWB的特点的特点 抗干扰性能强。 带宽极宽。 消耗电能小。 保密性好。 发送功率极小。 穿透力较高。 108UWB的局限性的局限性 UWB对其它无线系统的干扰。 UWB受其它无

47、线系统的干扰。需抑制来自微控制器产生的噪声 UWB系统需在带宽效率、发送峰值功率之间取得平衡。 109UWB与其它短距离通信技术的比较与其它短距离通信技术的比较 (1) IEEE 802.11a与UWB (2) 蓝牙与UWB (3) HomeRF与UWB 这些流行的短距离无线通信标准各有千秋，这些技术之间存在着相互竞争， 但在某些实际应用领域内它们又相互补充。 110UWB的应用的应用 在军用方面军用方面主要用于如下领域：UWB雷达、UWB L PI/ D 无线内通系统（预警机、舰船等）、手持和网络的PL I/ D电台、警戒雷达、UAV/U GV 数据链、探测地雷、检测地下埋藏的军事目标或以叶

48、簇伪装的物体等 111UWB的应用的应用在民用方面，其应用主要包括以下3方面：地质勘探及可穿透障碍物的传感器成像（imaging system），汽车防冲撞传感器（vehicle radar system），家电设备及便携设备之间的无线通信与测量系统（communication and measurements system）。 112UWB地理定位系统地理定位系统该系统由无线UWB 塔标和无线UWB 移动漫游器组成。其基本原理是通过无线UWB 漫游器和无线UWB 塔标间的包突发传送而完成航程时间测量，再经往返（或循环）时间的测量值的对比和分析，得到目标的精确定位。 113UWB地理定位系统地

49、理定位系统UWB地理定位系统最初的开发和应用是在军事上，目的之一是士兵在城市环境条件下能够以0.3 m的分辨率来测定自身所在的位置。目前其主要商业用途之一为路旁信息服务系统。它能提供突发且高达100Mbps的信息服务，其信息内容包括路况信息、建筑物信息、天气预报和行驶建议，还可用作紧急援助事件的通信。 114家庭数字娱乐中心家庭数字娱乐中心 随着科技的发展，家庭电子消费产品层出不穷。PC、DVD、DVR、数码相机、数码摄像机、HDTV、PDA、数字机顶盒、MD、MP3、智能家电等频繁出现在普通家庭里。家庭数字娱乐中心的概念是：将住宅中的PC、娱乐设备、智能家电和互联网等都连接在一起，人们可以在

50、任何地方使用它们。 115UWB的发展前景的发展前景 与当前流行的短距离无线通信技术相比，它具有巨大的数据传输速率优势，最大可高达1000Mbps 以上的传输速率。 UWB技术不仅为低端用户所喜爱，且在一些高端技术领域，在军事需求和商业市场的推动下，将会进一步发展和成熟起来。 1163412 无线网络标准与协议无线网络标准与协议 无线局域网最通用的标准是IEEE定义的无线网络通信工业标准IEEE 802.11系列。 IEEE是(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 电子和电气工程师协会，1963年1月1日由AIEE（美国电气工程师

51、学会）和IRE（美国无线电工程师学会）合并而成，是美国规模最大的专业学会、亦是世界上最大的专业技术组织之一，IEEE定义的标准对全球工业界有极大的影响。 1173412 无线网络标准与协议无线网络标准与协议IEEE 802.11是IEEE在1997年为无线局域网（Wireless LAN）定义的一个无线网络通信的工业标准。此后这一标准又不断得到补充和完善，形成802.11x标准系列。802.11x标准是现在无限局域网的主流标准，也是Wi-Fi的技术基础。 1183412 无线网络标准与协议无线网络标准与协议1）802.11 2）802.11a 3）802.11b 4）802.11g 5）802

52、.11n 119802.11 802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE又相继推出了802.11a 和802.11b两个标准，后者已经成为目前的主流标准，而前者也被很多厂商看好。 120802.11a 802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议，工作频率为 5.2GHz，使用52个正交频分多路复用副载波，最大原始数据传输速率为54Mb/s，这达到了现实网络中等吞吐量（20Mb/s）的要求。由于2.4GHz频带已

53、经被普遍使用，采用5.2GHz的频带让802.11a具有更少冲突。然而，高载波频率也带来了负面效果。 802.11a几乎被限制在直线范围内使用。 121802.11b IEEE 802.11b是无线局域网标准，其载波频率2.4GHz，传送速度为11Mbit/s。IEEE 802.11b是所有无线局域网标准中最著名也是普及最广的标准。 当射频情况变差时，动态速率转换可将数据传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s和 1Mb/s。支持范围在室外为300m，在办公环境中最长为100m。 802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽。 802.11b无线局域网则

54、引进了冲突避免技术，从而避免了网络中冲突的发生，可大幅度提高网络效率。 122802.11g 802.11g其实是一种混合标准，它既能适应802.11b标准，在2.4GHz频率下提供每秒 11Mbit/s数据传输率，也符合802.11a标准在5.2GHz频率下提供 54Mbit/s数据传输率。 802.11g存在的第一个必要性是：用户需要一种低价格、高速率的产品，802.11g标准就能够满足这一需求。 802.11g存在的第二个必要性是：满足无线网络升级需求。 123802.11n 为实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能水平，802.11n就应运而生。 802.11n

55、作为新一代的Wi-Fi标准可提供更高的连接速度，其理论传输速度高达500Mbps。 802.11n将WLAN传输速率提升到目前传输速率的10倍，而且可以支持高质量的语音、视频传输，这意味着人们能在写字楼中用Wi- Fi手机来拨打IP电话和可视电话。 124802.11n802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的阵列，可动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，减少其它信号的干扰。 其覆盖范围可扩大到好几平方公里，使WLAN移动性极大提高。这使得笔记本电脑和PDA可以在更大的范围内移动，可让WLAN信号覆盖到写字楼、酒店和家庭的任一角落，让用户体验移动办公和移动生活的便捷。

56、802.11n采用了一种软件无线电技术，它是一个完全可编程的硬件平台，使不同系统的基站和终端都可通过这一平台的不同软件实现互通和兼容，使WLAN的兼容性得到改善。 1253.5 自动识别技术自动识别技术 自动识别技术是应用一定的识别装置，自动获取被识别物品的相关信息，并提供给后台系统来完成相关处理与控制的一种技术。1263.5 自动识别技术自动识别技术自动识别管理信息系统包括:自动识别系统（Auto Identification System，简称 AIDS）应用程序接口（Application Interface, 简称API）或中间件（Middleware）应用系统软件（Applicati

57、on Software）。 1273.5 自动识别技术自动识别技术自动识别系统模型图 中间件或接口自动识别系统应用软件系统1283.5 自动识别技术自动识别技术自动识别系统完成系统的采集和存储工作。应用系统软件对自动识别系统所采集的数据进行应用处理。应用程序接口软件则提供自动识别系统和应用系统软件之间的通讯接口包括数据格式，将自动识别系统采集的数据信息转换成应用软件系统可以识别和利用的信息并进行数据传递。 1293.5.1 RFID RFID （Radio Frequency Idenfication，无线射频识别技术）是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电

58、磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。 1303.5.1 RFIDRFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。 电子标签是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签芯片组成。依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签（Active tag）、无源电子标签（Passive tag）和半无源电子标签（Semipassive tag）。有源电子标签内装有电池，无源电子标签没有内装电池，半无源电子标签部分依靠电池工作。 1313.5.1 RFID电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。依据封装形式的不同可分为信用卡标

59、签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。 1323.5.1 RFIDRFID阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。133RFID的基本原理的基本原理 典型的RFID系统包括可编程电子标签、读写器以及处理数据的远端计算机三个部分。 电子标签也就是射频卡，具有智能读写及加密通信的能力。读写器由无线收发模块、控制模块和接口电路组成，通过调制的RF通道向标签发出请求信号，标签回答识别信息，然后读写器把信号送到计算机或其他数据处理设备中。 1

60、343.5.2智能卡技术智能卡技术 现有的智能卡应用系统是一个分布式计算机系统。它由智能卡、终端（如PINpads、PC 读卡机、读写器IFD、电子POS 机、销售点终端EFTPOS、ATM 等）、网络和主机系统组成。 135智能卡应用系统智能卡应用系统可分为以下3 层 管理层接口层应用层 136智能卡应用系统智能卡应用系统管理层：通常由服务器、PC 机等组成的主机系统构成。在后台管理系统控制下，负责对整个系统实施监视、控制和系统维护（如发卡、身份认证、充值、数据处理和挂失/失效登录等）。接口层：由读写设备（接口设备、应用设备）和通信网络构成，负责智能卡和主机系统之间的信息传输，包括卡的读写、