物联网主要通讯技术

第5章

物联网主要通讯技术学习要点点物联网的的主要通通信技术术ZigBee技技术WLAN技术蓝牙技术术3G技术4G技术目录5.54G技术5.43G技术术5.3蓝牙技术术5.2WLAN技术5.1ZigBee技技术5.1ZigBee技术ZigBee技术是一一组基于于IEEE802.15.4无线标准准研制开开发的有有关组网网、安全全和应用用软件方方面的技技术。其主要适适用于距距离短、、功耗低低且传输输速率不不高的各各种电子子设备之之间进行行数据传传输以及及典型的的有周期期性数据据、间歇歇性数据据和低反反应时间间数据传传输的应应用。ZigBee作为一种种无线联联网协议议，属于于个人区区域网络络（PersonalAreaNetwork，PAN）的范畴畴，有别别于GSM、GPRS等广域无无线通信信技术和和IEEE802.11a、IEEE802.11b等无线局局域网技技术，参参数及性性能比较较见下表表1。5.1ZigBee技术5.1ZigBee技术5.1ZigBee技术ZigBee技术主要要应用在在数据传传输速率率不高的的短距离离设备之之间，因因此非常常适用于于家电和和小型电电子设备备的无线线数据传传输。主主要应用用领域：：智能家庭庭和楼宇宇自动化化在消费和和家用自自动化市市场工业自动动化领域域医疗监控控农业领域域5.1ZigBee技术5.2WLAN技术术WLAN又称为为无线局局域网络络，利用用无线射射频技术术实现数数据传输输，WLAN用用户通过过一个或或多个无无线接收收器接入入WLAN。WLAN具有移移动行、、便捷性性、较高高的带宽宽等特点点。WLAN技术是是提升城城市信息息化水平平的重要要手段，，是3G环境下下热点区区域中对对3G数数据业务务覆盖的的重要补补充，现现已广泛泛应用在在商务区区、大学学、机场场等公共共区域。。5.2WLAN技术术5.2WLAN技术术WAPI标准WAPI（WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure）是中国国开发的的具有自自主知识识产权的的无线局局域网中中的一种种传输协协议，它它与现行行的802..11b传输协议议比较相相近，同同时也是是中国无无线局域域网安全全强制性性标准。。作为全球球在此领领域的两两个标准准之一，，相比另另一个由由美国IEEE主导完成成（实际际为Intel主导）的的标准，，WAPI具有明显显的安全全和技术术优势，，迄今未未被发现现有安全全技术漏漏洞。WAPI通过双向向身份识识别、采采用公钥钥密码等等方式完完善WLAN的安全性性能。WAPI安全系统统采用公公钥密码码技术，，鉴权服服务器（（AS）负责证证书的颁颁发、验验证与吊吊销等，，无线客客户端与与无线接接入点（（AP）上都安安装有AS颁发的公公钥证书书，作为为自己的的数字身身份凭证证。5.2WLAN技术术WLAN优劣势WLAN的网络速速度与以以太网相相当。一一个AP(AccessPoint))最多可支支持100多个用户户接入,最大传输输范围可可达到几几十公里里,有以下的的通信特特点高移动性性,通信范围围不受环环境条件件的限制制,拓宽了网网络的传传输范围围。抗干扰性性强、网网络的保保密性好好。有线线局域网网中的诸诸多安全全问题,无线局域域网基本本上可以以避免。。建网容易易,管理方便便。相对对于有线线网络,WLAN的组建、、配置和和维护较较为容易易,一般计算算机工作作人员都都可以胜胜任网络络的管理理工作。。WLAN还不能完完全脱离离有线网网络，它它只是有有线网络络的补充充，而不不是替换换。与有线网网络相比比,无线局域域网有以以下不足足:网络产品品昂贵,昂贵的设设备增加加了组网网的成本本。传输速率率慢,以太网可可实现1Gbit//s的传输速速度,而无线局局域网的的传输速速度被限限制在10Mbit/s左右，市市场上一一般的无无线网络络带宽还还达不到到2Mbit//s。5.2WLAN技术术802..11技术基础础1．802..11物理层（（PHY）802..11标准的物物理层是是MAC层和数据据帧传输输所在的的无线介介质之间间的接口口。物理理层定义义了红外外光束、、跳频扩扩频技术术（FHSS）和直接接序列扩扩频技术术（DSSS）。物理理层使用用特定的的调制技技术，利利用850纳米到950纳米波长长范围的的红外光光束进行行二进制制数据的的传输，，传输速速率为1Mbps或2Mbps。2．介质访访问接入入控制层层（MAC）IEEE820.11标准的MAC层定义了了一种新新的接入入控制协协议来进进行无线线介质分分享，这这种协协议叫带带有冲突突避免的的载波侦侦听多路路访问CSMA/CA（Carrier—SenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance）。3．IEEE802.11a为改进WLAN技术，IEEE在1999年提出了了802..11a标准。这这一标准准既保留留了原有有标准的的优点，，又进一一步扩展展了物理理层（PHY）。新标标准增加加了5GHz的工作频频谱，使使用正交交频分复复用技术术（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）可支持持6Mbps到54Mbps的传输速速率。在在MAC层上，依依然使用用WEP进行安全全检测。。5.2WLAN技术术4.IEEE802.11bIEEE802.11标准的另另一个扩扩展标准准是820..11b，它是在在1999年和802..11a标准一同同发布的的。820..11b标准的关关键改进进是物理理层使用用2.4Ghz频段且支支持5.5Mbps和11Mbps两种传输输速率。。5．IEEE802.11gIEEE802.11a和802..11b工作在不不同的频频谱，因因此这两两种标准准互不兼兼容。为为了解决决这一问问题，IEEE在2003年提出了了802..11g这一LAN新标准。。802..11g兼容802..11b的物理层层标准，，并进行行了速率率上的扩扩展，在在2.4GHz频谱下支支持最高高54Mbps的传输速速率。当当传输速速率在20Mbps以下时，，在物理理层采用用DSSS技术和CCK技术。当当传输速速率超过过20Mbps时，在物物理层使使用OFDM技术。802..11g标准兼容容802..11b并提供了了更高的的传输速速率，但但昂贵的的成本阻阻碍了它它的发展展。5.2WLAN技术术WLAN的应用Wi-fi技术的应应用WLAN在智能公公交中的的应用WLAN在铁路行行业中的的应用5.3蓝牙技术术蓝牙技术术是一种种以低成成本的近近距离无无线传输输为基础础，为固固定与移移动设备备通信环环境建立立一个特特别连接接的无线线数据与与语音通通信的开开放性全全球规范范。它的主要要目标是是提供一一个全世世界通行行的无限限传输环环境，通通过无线线电波来来实现所所有移动动设备之之间的信信息传输输服务。。这些设设备移动动包括手手机、笔笔记本电电脑、PDA、数字相相机、打打印机等等等。它的实质质其实就就是为固固定设备备和移动动设备建建立一个个通用的的无线电电空中接接口。5.3蓝牙技术术蓝牙工作作原理图图如图5.7所示，在在蓝牙设设备间的的通信中中，首先先由蓝牙牙主设备备利用其其专门的的发射结结构，使使用短程程射频链链接，在在业务发发现协议议（发现现链接的的设备或或主机的的功能的的应用规规范）的的规范下下，通过过召唤体体系结构构（一种种业务发发现标准准），查查询到需需链接从从设备信信息和服服务类型型，之后后，蓝牙牙设备间间的链接接才能建建立，形形成蓝牙牙微网。。其次，，蓝牙设设备间可可进行语语言及数数据的传传输。如如果传输输语言信信息，则则采用电电路交换换形式，，进行同同步时分分双工（（TDD）的全双双工传输输。5.3蓝牙技术术5.3蓝牙技术术5.3蓝牙技术术蓝牙技术术的主要要运用居家电子工作军事娱乐

5.43G技技术第三代移移动通信信技术（（TheThirdGeneration，3G）指无线线通信与与国际互互联网等等多媒体体通信结结合的新新一代移移动通信信系统。。3G是指在第第一代模模拟制式式手机(1G))和第二代代GSM、TDMA等数字手手机(2G))的基础上上发展起起来的第第三代移移动通信信技术。。相对于第第一代模模拟制式式手机(1G))和第二代代GSM、CDMA等数字手手机(2G))，3G的一个突突出特点点是，在在未来移移动通信信系统中中实现个个人终端端用户能能够在全全球范围围内的任任何时间间，任何何地点，，与任何何人，用用任意方方式，高高质量地地完成任任何信息息之间的的移动通通信与传传输。5.43G技技术3G技术的起起源3G技术是由由“展布布频谱技技术”（（也称码码分扩频频技术））的技术术理论演演变而成成的，展展布频谱谱技术就就是3G技术的根根本基础础原理。。这个技技术理论论是由美美国女演演员海蒂蒂·拉玛和她她的作曲曲家丈夫夫于1942年提出一一个Spectrum((频谱)的技术概概念。二战期间间，为了了帮助美美国军方方制造出出能够对对付纳粹粹德国的的电波干干扰或防防窃听的的军事通通讯系统统，海蒂蒂-拉玛开始始研究这这个技术术，这个个技术最最初的作作用是用用于军事事。二战战结束后后暂时失失去了价价值，于于是美国国军方封封存了此此技术。。但是它它的概念念使很多多国家对对此产生生了浓厚厚的兴趣趣，多国国在60年代都在在此技术术上展开开了研究究，不过过进展不不大。美国军方方解禁了了“展布布频谱技技术”这这项技术术之后，，在1985年，在美美国的圣圣迭戈成成立了一一个名为为‘高通通’的小小公司（（现成为为世界五五百强）），这个个公司利利用此技技术开发发出一个个名为‘‘CDMA’的新通讯讯技术，，也就是是“CDMA”技术直接接导致3G的诞生。。CDMA是3G的根本基基础原理理，而展展布频谱谱技术是是CDMA的基础原原理。现在世界界3G技术的3大标准：：美国的的CDMA2000、欧洲的的WCDMA、中国的的TD-SCDMA，都是在在CDMA的技术基基础上开开发出来来的。5.43G技技术中国3G的发展历历程2000年5月，国际际电信联联盟正式式公布第第三代移移动通信信标准，，我国提提交的TD-SCDMA正式成为为国际标标准，与与欧洲WCDMA、美国CDMA2000成为3G时代最主主流的三三大技术术之一。。在中国，，2008年5月24日，工业业和信息息化部、、国家发发改委、、财政部部联合发发布《关于深化化电信体体制改革革的通告告》，鼓励中中国电信信收购中中国联通通CDMA网（包括括资产和和用户）），中国国联通与与中国网网通合并并，中国国网通的的基础电电信业务务并入中中国联通通，中国国铁通并并入中国国移动，，国内电电信运营营商由5家变为3家。2008年6月2日，中国国联通和和中国网网通两家家公司实实施合并并。同时时，中国国电信将将以总价价1100亿元收购购联通CDMA网络。2008年7月29日，中国国电信集集团宣布布未来三三年投资资800亿元发展展CDMA业务，并并提出在在三年内内把CDMA用户数由由目前约约4300万增至1亿，届时时在中国国移动通通信市场场的占有有率将达达15%。2008年8月，工信信部发布布《关于同意意中国移移动通信信集团公公司开展展试商用用工作的的批复》，同意中中国移动动在全国国建立TD网络并开开展试商商用。2008年12月22日，中国国电信发发布移动动业务品品牌“天天翼”，，189号段在部部分省市市投入试试商用，，全面转转型为全全业务运运营商。。2008年12月31日，国务务院常务务会议通通过决议议，同意意启动3G牌照发放放工作。。

主要3G的应用如如下：宽带上网网视频语音音手机购物物手机阅读读和手机机电视手机游戏戏3G技术应用用在企业业方面3G技术在社社会中的的应用5.43G技技术5.43G技技术5.54G通信技术术第四代移移动通信信(The4thGeneration，4G)是业界对对第四代代移动通通信通俗俗的叫法法，国际际电联的的官方称称法是““IMT--Advanced””。4G将适合所所有的移移动通信信用户，，最终实实现商业业无线网网络、局局域网、、蓝牙、、广播、、电视卫卫星通信信的无缝缝衔接并并相互兼兼容。4G通信技术术是继第第三代以以后的又又一次无无线通信信技术演演进，它它是以传传统通信信技术为为基础，，并利用用一些新新的通信信技术，，来不断断提高无无线通信信的网络络效率和和功能。。4G技术由于于连接传传输速率率大幅提提高，从从而能引引入高质质量的视视频通信信，它将将可创造造出许多多消费者者难以想想象的应应用，将将被广泛泛地应用用于人们们生活和和经济建建设的方方方面面面。5.54G通信技术术目前世界界发送国国家都正正在积极极进行4G技术规格格的研究究制定，，以期在在全球4G规格制定定中享有有发言权权。4G的各项运运行标准准将由国国际电信信联盟（（ITU）电信标标准局决决定。新新一代无无线通信信技术在在美国及及日本、、韩国等等发达国国家已经经进入密密集的研研发和市市场化阶阶段。从2001年底起，，我国已已经在国国内外申申请移动动通信技技术发明明专利100余项，我我国在第第四代移移动通信信技术上上已经处处于世界界前沿。。继在国国产3G标准制定定方面取取得巨大大进展之之后，国国家“十十五”