《物联网技术导论与应用》第5章课件

1、物联网技术导论与应用点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映电子教案物联网技术导论与应用物联网技术导论与应用点击此处结束放映第5章物联网通信及应用物联网技术导论与应用点击此处结束放映 本章主要内容： 无线通信系统概述 介绍无线接入网（ZigBee、蓝牙、UWB、60GHz、WLAN、WiMAX） 介绍移动通信系统（1G、2G、3G、4G、5G） 介绍有线接入网 介绍光网络（诞生、三代光网络、发展现状、发展趋势） 物联网通信创新应用的3个举例物联网技术导论与应用点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映 无线移动通信系统概述5.1无线接入

2、网5.2移动通信系统5.3有线接入网5.4光网络5.5物联网技术导论与应用点击此处结束放映物联网通信应用举例5.6物联网技术导论与应用 点击此处结束放映无线移动通信系统概述5.1物联网技术导论与应用无线移动通信系统概述5.1.1 无线电频谱5.1.2 无线通信网络 无线移动通信系统需要占用无线电频谱资源。技术的多元性是无线通信网络的一个基本特征。点击此处结束放映物联网技术导论与应用 5.2.1 无线电频谱 无线通信需要占用无线电频谱。无线电频谱是指在空间传播的、频率在3000GHz以下的无线电磁波。1. IEEE频谱分段法 由于应用领域众多，对频谱的划分有多种方式。较为通用的IEEE频谱分段法

3、见下表。 点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映1. IEEE频谱分段法物联网技术导论与应用2. 分配无线电频率的组织 3. ISM频段点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.1.2 无线通信网络 依通信覆盖范围的不同，无线网络从小到大依次为无线个域网（WPAN）、无线局域网（WLAN）、无线城域网（WMAN）和无线广域网（WWAN）。点击此处结束放映物联网技术导论与应用 1WPAN点击此处结束放映物联网技术导论与应用 2WLAN 3WMAN4WWAN 点击此处结束放映物联网技术导论与应用 点击此处结束放映无线接入网5.2物联网技术导论与应用无线接入网 5.2.1 ZigBee

4、5.2.2 蓝牙 5.2.3 UWB 5.2.4 60GHz通信 5.2.5 WLAN 5.2.6 WiMAX 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.1 ZigBee ZigBee的中文译名通常称为“紫蜂”。ZigBee是近距离、低功耗、低复杂度、低速率的无线通信技术。 1ZigBee的起源 2ZigBee的技术特点点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.1 ZigBee 3ZigBee的网络特点点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.1 ZigBee 4ZigBee协议 ZigBee协议的基础是IEEE 802.15.4，但ZigBee联盟扩展了上述协议的范围。 点击此处结束放

5、映物联网技术导论与应用 5.2.1 ZigBee 5ZigBee的应用场景 （1）无线传感器网络 （2）其他应用 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.2 蓝牙 蓝牙技术的宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术，使短程无线通信技术标准化。1蓝牙的起源 2蓝牙的技术优势点击此处结束放映 物联网技术导论与应用5.2.2 蓝牙 3蓝牙的各种技术 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.2 蓝牙 4蓝牙的协议体系5蓝牙的应用场景（1）居家；（2）工作；（3）途中。点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.3 UWB 超宽带（UWB）是在宽频带上发送一系列非常窄的低功率脉冲，能在10

6、m左右的范围内实现Mbit/s的无线数据传输速率。 1UWB的起源 2UWB的工作原理点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.3 UWB 3UWB的技术特点 4UWB的应用场景 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.4 60GHz通信 尽管UWB技术能够提供百Mbit/s的无线数据传输速率，但依旧不能满足人们对日益增长的数据业务需求。目前众多室内无线应用需要高速互联网接入和实时数据传输，所需的数据传输速率在Gbit/s。这就促使人们寻找新的技术解决方案，60GHz通信技术就是在这种背景下产生的。 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.4 60GHz通信160GHz通信的起源 2

7、60GHz通信的特点 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.4 60GHz通信 360GHz通信的标准化工作 60GHz通信技术和标准。工业界有WirelessHD和WiGig联盟，标准化组织有ECMA、IEEE 802.15.3c（TG3c）和IEEE 802.11ad（TG ad）小组。 点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映5.2.5 WLAN 无线局域网（WLAN）是一种利用无线信号在空中传输数据、话音和视频的技术。 1WLAN的起源 1990年IEEE成立802.11 WLAN标准工作组。1997年，WLAN第一个标准IEEE 802.11诞生了。1999年，工业

8、界成立了Wi-Fi联盟。工作在2.4GHz，5.8GHz。物联网技术导论与应用点击此处结束放映5.2.5 WLAN2WLAN的技术特点 物联网技术导论与应用点击此处结束放映5.2.5 WLAN 3WLAN的标准 物联网技术导论与应用5.2.6 WiMAX 全球微波互联接入（WiMAX）也称为IEEE 802.16无线城域网，它是一种宽带无线接入技术，提供面向互联网的高速连接，传输距离可达50km。 1WiMAX的起源 2003年由Intel牵头，包括西门子、富士通、AT&T等公司成立了推进无线宽带接入技术的WiMAX论坛。现在IEEE 802.16标准已被统称为WiMAX。 2WiMAX的技术

9、特点 实现更远的传输距离。提供高速的宽带接入。如果高速移动，WiMAX达不到无缝切换的要求。点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.2.6 WiMAX3标准点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映移动通信系统5.3物联网技术导论与应用 移动通信系统5.3.1 第一代（1G）移动通信5.3.2 第二代（2G）移动通信5.3.3 第三代（3G）移动通信5.3.4 第四代（4G）移动通信5.3.5 第五代（5G）移动通信 移动通信是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。而本节介绍的则只是与手机相关的移动通讯网络。从1G到2G、3G和4G，并演进到5G。点击此处结束放映物联网技术导

10、论与应用5.3.1 第一代（1G）移动通信 1G（First Generation）表示第一代移动通信，1G是以模拟技术为基础的蜂窝无线电话系统。大哥大手机。 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.3.1 第一代（1G）移动通信 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.3.2 第二代（2G）移动通信 2G移动通信系统以数字化为主要特征，以传输语言和低速数据业务为目的，又称为窄带数字通信系统，典型代表是GSM和IS95。 1GSM/GPRS/EDGE 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.3.2 第二代（2G）移动通信 2G移动通信系统以数字化为主要特征，以传输语言和低速数据业务为目的，又称

11、为窄带数字通信系统，典型代表是GSM和IS95。 2IS-95点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.3.3 第三代（3G）移动通信 第三代（3G）移动通信是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信，具有采用2Mbit/s的高速率接入。2000年国际电信联盟（ITU）正式公布了3G标准。2009年，我国分布并施行第三代移动通信服务规范（试行）。 与原来的移动通信相比，3G核心网在电路域（CS）的基础上增加了分组域（PS）。点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.3.3 第三代（3G）移动通信 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.3.3 第三代（3G）移动通信 3G的3种标准是WCDMA、CDMA2

12、000、TD-SCDMA，其中TD-SCDMA是我国制定的3G标准。点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映5.3.4 第四代（4G）移动通信 ITU认为：4G是基于IP协议的高速蜂窝移动网，无线通信技术从现有的3G演进而来，4G的传输速率可以达到100Mbit/s。 2005年10月，ITU给了4G技术一个正式的名称IMT-Advanced。2009年，ITU在全球征集IMT-Advanced候选技术，ITU共征集到6个候选技术，其中一类是基于3GPP的长期演进（LTE）技术，另外一类是基于IEEE 802.16m的技术。2013年12月，我国工信部下发4G牌照，中国移动、中国电

13、信和中国联通均获得TD-LTE牌照，三大电信运营商全面开展4G应用。物联网技术导论与应用5.3.4 第四代（4G）移动通信 3GPP点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.3.4 第四代（4G）移动通信 4G的特点 4G核心技术 4G网络结构点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映5.3.4 第四代（4G）移动通信 4G的扁平化网络结构更简单。 4G的核心网是一个基于全IP的网络 ，可以实现不同网络间的无缝互联。物联网技术导论与应用5.3.5 第五代（5G）移动通信 目前5G还没有推出。5G将不仅具有更高速率、更大带宽和更强能力的空中接口技术，而且是面向用户体验、业务应用和行业应用

14、的智能无线网络。 5G的研究进程 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.3.5 第五代（5G）移动通信5G的技术特点 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.3.5 第五代（5G）移动通信5G的战略目标点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映有线接入网5.4物联网技术导论与应用有线接入网 5.4.1 基于双绞线传输的接入网 5.4.2 基于光传输的接入网 5.4.3 混合光纤/同轴接入网点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.4.1 基于双绞线传输的接入网 1. HDSL HDSL采用多对双绞线进行并行传输，将T1或E1（1.5Mbit/s或2Mbit/s）的数据流分开在两对或三

15、对双绞线上传输，降低每线对上的传信率，增加传输距离。点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.4.1 基于双绞线传输的接入网 2. ADSL 3. VDSL 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.4.2 基于光传输的接入网1. 光纤接入网特点点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映5.4.2 基于光传输的接入网1. 光纤接入网特点物联网技术导论与应用5.4.2 基于光传输的接入网2光纤接入网基本构成 光纤接入网是指用光纤作为主要传输媒质，实现接入网的信息传送功能。光纤接入网包括局端设备（光线路终端）和远端设备（光网络单元），它通过光线路终端（OLT）与业务节点相连、通过光网络单元（

16、ONU）与用户连接，OLT与ONU则通过传输设备相连。点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.4.2 基于光传输的接入网3光纤接入网技术4光纤接入网应用前景点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.4.3 混合光纤/同轴接入网 混合光纤/同轴（HFC）是一种基于频分复用的宽带接入技术，它的主干网使用光纤，采用频分复用方式传输多种信息，分配网则采用树形拓扑和同轴电缆，用于传输和分配用户信息。HFC是将光纤逐渐推向用户的一种新的演进策略，可实现多媒体通信和交互式视频图像业务。目前，包括ITU-T在内的很多国际组织和论坛正在对下一代的HFC系统进行标准化，这必将进一步推动其发展。点击此处结束放映物联网

17、技术导论与应用点击此处结束放映光网络5.5物联网技术导论与应用光网络 5.5.1 光纤的发明 5.5.2 光网络的诞生 5.5.3 光网络的发展历程 5.5.4 光网络的发展现状 5.5.5 光网络的发展趋势点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.5.1 光纤的发明 1966年，英/美籍华裔物理学家高琨博士发表了论文Dielectric-fiber surface waveguides for optical frequencies，从理论上证明了用高纯度石英玻璃纤维（即光纤）作为传输媒介实现长距离、大容量通信的可能性，并论述了实现低损耗光纤的技术途径，从而奠定了光纤通信的基础。高锟则成为“光

18、纤之父”，获颁2009年诺贝尔物理学奖。 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.5.2 光网络的诞生 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.5.3 光网络的发展历程 现在，光纤通信的单通道速率已超过1 Tbit/s，单光纤传输容量可达100 Tbit/s，光网络已经经历了三代的发展历程，链路也由早期的单跨段，发展到今天的多跨段、可自由切换的透明波分网络和弹性波分网络。1第一代光网络 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.5.3 光网络的发展历程2. 第二代光网络 3. 第三代光网络点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.5.4 光网络的发展历程1光网络的发展现状点击此处结束放映物联网技术

19、导论与应用5.5.4 光网络的发展历程2. 光纤通信技术的发展现状 在过去的30年，光纤通信技术高速发展，主要技术的发展现状如下。点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.5.5 光网络的发展趋势1光/IP网络的融合2光/无线网络的融合 点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.5.4 光网络的发展趋势3细粒度全光交换网络 4网络控制点击此处结束放映物联网技术导论与应用点击此处结束放映物联网通信应用举例5.6物联网技术导论与应用物联网通信应用举例 5.6.1 NB-IoT在城市智慧停车系统中的应用 5.6.2 Google在60GHz用手势操作设备的应用 5.6.3 武汉邮科院单模七芯光纤的应用点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.6.1 NB-IoT在城市智慧停车系统中的应用1. NB-IoT的产生 窄带物联网（NB-IoT）。 蓝牙、Wi-Fi等短距离通信，非运营商的移动通信网络。 NB-IoT，是运营商的网络，以适应蓬勃发展的物联网业务需求。点击此处结束放映物联网技术导论与应用5.6.1 NB-IoT在城市智慧停车系统中的应用2. NB-IoT城市智慧停车（1）覆盖范围 在西安市明城墙内，NB-IoT城市智慧停车。（2）自助停车缴费 通过一套手机客户终端、互联网、无线地磁检测器、停车信息平台等搭建的。（3）无线地磁检测器 无线地磁检测器埋于车位表面下，停车