物联网通信技术

物联网通信技术物联网通信技术物联网通信技术xxx公司物联网通信技术文件编号：文件日期：修订次数：第1.0次更改批准审核制定方案设计，管理制度蓝牙技术蓝牙是一种近距离无线连接技术标准的代称，蓝牙的实质就是要建立通用的无线电空中接口及其控制软件公开标准。蓝牙技术使用高速跳频和时分多址等先进技术。蓝牙的标准是IEEE，工作在频带，带宽为1MB/s，配有蓝牙的电子产品可以在10m内彼此相连，传输速率可以达到1Mbit/s。蓝牙的目标是实现最高数据传输速度1Mbit/s(最大传输距离为721kbit/s)、最大传输距离为10m，用户不必经过神行便可利用的ISM频带，在其上设立79个带宽为1MHz的信道，用每秒切换1600次的频率、滚齿方式的频谱扩散技术来实现电波的收发。蓝牙系统的基本术语：1.微微网：是由采用蓝牙技术的所有设备一对等网方式组成的网络。2.分布式网络：是由多个独立、非同步的微微网形成的3.主设备：在微微网中，如果某台设备的始终和跳频序列用于同步其他设备，则称它为主设备4.从设备：非主设备的设备均为从设备。地址：用3bit表示的地址，用于区分微微网中的设备6.休眠设备：在微微网中只参与同步，但没有MAC地址的设备。7.监听及保持方式：指微微网中从设备的两种低功耗工作方式。蓝牙网络拓扑结构1.微微网：微微网是采用蓝牙技术的设备以特定方式组成的网络。微微网的建立由两台设备的连接开始，最多由8台设备构成。所有的用户都共享同一可以达到的资源。从设备最多只能有3个面相同步的(SCO)连接和一个面向异步的(ACL)连接同时进行。2.分布式网络：分布式网络是由多个独立、非同步的微微网形成的，它靠调频顺序识别每个微微网。同一微微网的多有用户都与这个调频顺序同步。在一个分布式网络带有的10个全负载的独立微微网的情况下，全双工数据传输速率超过6Mbit/s蓝牙协议体系蓝牙协议体系结构可以分为底层硬件模块、核心协议层、高端应用层三大部分。1.物理硬件部分：链路管理器(LM)、基带(BB)和射频(RF)构成了蓝牙的物理模块。RF通过的ISM频段实现数据位流的传输，它主要定义了蓝牙收发器应满足的条件。基带就是蓝牙的物理层，基本上起链路控制和链路管理的作用。链路管理器负责连接的建立和拆除以及链路的安全和控制，其为上层软件模块提供了不同的访问入口，但是两个模块接口之间的小溪河数据传输必须通过蓝牙主机控制器(HCI)的解析。ZigBee技术定义：ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术。他是为低速率控制网络设计的标准无线网络协议，依据IEEE标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器能以接力的方式通过无线电波将数据从一个结点传送到另一个结点，从而实现在全球免费频带范围内的高效、低速率的通信功能。功能：ZigBee设备具有能量检测和链路质量指示的功能，并采用了碰撞避免机制，以避免发送数据时产生数据冲突。另外ZigBee设备采用了密钥长度为128位的加密算法。由ZigBee技术构建的无线传感器网络具有功耗低、成本低、结构简单、体积小、性价比高、扩展简便、安全可靠等显著特点。ZigBee技术特点1.低功耗。ZigBee网络节点设备工作周期较短、收发信息功率低、并且采用了休眠模式。2.传输可靠，抗干扰强。两个物理层，都采用DSSS扩频通信方式，以化整为零的方式将一个信号分为多个信号，再有编码方式传送信号，与RFID的宽带通信和433~915MHz的FSK通信相比，具有抗干扰性强、距离远、速度快等特点。在MAC层采用碰撞避免机制，并为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时出现冲突，传输可靠，时延短，误码率和漏检率低。3.低成本。由于ZigBee协议栈设计简练，因此研发成本较低。4.安全。ZigBee技术提供了数据完整性检查和鉴权功能。5.速度快、距离远.ZigBee具有两个物理层，即物理层和565~915MHz物理层，其速度为250Kbit/s和20~40kit/s，传输距离可达30~70M，如果扩大信号，传输距离可超过百米。ZigBee的网络组成(选填)ZigBee定义了两种类型的物理设备，即全功能设备FFD和简化功能设备RFD，这两种物理设备在逻辑上又定义为三类，即ZigBee协调器、ZigBee路由器、ZigBee终端设备(由简化功能设备或者全功能设备构成)(FFD可作为协调器或者设备并与任何设备进行通信)(FFD只发送和接收信号，并不起转发器或者路由器的作用。RFD不能作为协调器，只能与全功能设备通信)宽带有线接入网技术接入网是一种以普通电话双绞线为传输介质，实现高速数据接入的技术，其最远传输距离可达4~5KM，下行传输速率最高可达6~8Mbit/s，上行最高768Kbit/s，速度比传统的56kbit/s模拟调制解调器快100多倍，这也是传输速率达128kbit/s的窄带ISDN所无法比拟的。采用FDM(频分复用)和离散多音调制(DMT)技术。3.利用双绞线的空闲频带，ADSL实现了全双工数据通信ADSL频谱安排参考方案：传统电话业务(0~20KHz)上行信道(25~138KHz)下行信道(138~1104KHz)4.基于ADSL技术的宽带接入网主要由局端设备和用户设备组成。光纤接入网PON口：一个广口一根纤，单纤双向传输---波分复用(WDM)一个PON用三个技术：WDM、TDM、TDMA。EPON和APON的区别：EPON中数据传输采用IEEEEthernet的帧格式，其分组长度可变，最大为1518B；APON中采用标准的ATM53B的固定场分组格式。由于IP分组也是可变长的，最大长度为65535B，这就意味着APON承载IP数据流的效率低、开销大。EPON采用双波长方式实现单纤上的全双工通信，下行信道使用1510nm波长，上行信道使用1310nm波长。OLT光线路终端ONU用户端的光网络接口ODN光配线网EPON和GPON的区别：EPON的单PON口为带宽为15/20最大分光比为1:32/1:64GPON的单PON口为带宽为20/60最大分光比为1::64/1:128HFC接入网1.背景：光纤和同轴电缆混合网(HFC)是从传统的有线电视网络发展而来的。2.工作原理：在HFC上利用CableModem进行双向数据传输时，需对原有的CATV网络进行双向盖在，主要包括配线网络带宽要升级到860MHz以上，网络中使用的信号放大器要换成双向放大器，同时光纤段和用户端也应增加相应的设备用于话音和数据通信。CableModem采用副载波频分复用方式将各种图像，数据、话音信号条知道相互区分的不同频段上，在经过电光转换成电信号，经过同轴电缆传输送去用户端。为了支持双向数据通信，CableModem将同轴带宽分为上行通道和下行通道，其中下行数据通道占用50~750MHz之间的一个6MHz频段，一般采用64/256QAM调制方式，速率可达30~40Mbit/s；上行数据通道占用5~42Mhz之间的一个200~3200KHz频段，为了有效抑制上行噪声积累，一般采用抗噪声能力较强的QPSK调制方式，速率可达320kbit/s~10Mbit/sHFC频谱安排参考方案如下：横坐标频率/MHz，纵坐标中到高/dBmV上行信号：5~4260路模拟CATV：50~550VOD、CATV或其他交互数据业务：550~7503.应用领域和缺点：基于HFC的CableModem技术主要依托有线电视网，目前提供的主要业务又Internet访问、IP电话、视频会议、VOD、远程教育、网络游戏等。此外，CableModem没有ADSL技术的严格距离限制，采用CableModem在有线电视网上建立数据平台，已成为有线电视公司介入电信业务的首选。CableModem速率虽快，但也存在一些问题，如CMTS与CM的连接是一种总线方式。CableModem用户是共享带宽的，当多个CableModem用户同时接入Internet时，数据带宽就由这些用户均分，从而速率会下降。另外，共享总线式的接入方式使的在进行交互式通信时必须注意安全性和可靠性问题。第七章无线局网技术无线局域网概述1.无线局域网是利用射频RF无线信道或者红外信道取代有线传输介质所构成的局域网络。WLAN的数据传输速率现在已经能够达到11Mbit/s(IEEE，最高速率可达到54Mbit/s(IEEE,是不同情况传输距离可从10m~10KM，即可满足各类便携机的入网要求，也可作为传统有线LAN的补充手段。2.无线局域网多用于以下场合：1.无线接入网络信息系统，收发电子邮件、文件传输等。2.难于布线的环境，如大楼内部布线以及楼宇之间的通信。3.频繁变化的环境，如医院、餐饮店、零食店。4.专门工程或者高峰时间所需临时局域网，如会议中心、展览馆、休闲娱乐中心等。5.流动工作者需随时获得信息的区域3.无线LAN具有的优点：1.由于无限LAN不需要布线，因此可以自由的放置终端，有效合理的利用办公室的空间。2.无线LAN可作为有线LAN的无限延伸，也可用于有线LAN的无线互联。3.便于笔记本计算机的介入。4.不受场地限制，能迅速建立局域网。5.通过支持移动IP，实现移动计算机网络。无线局域网的技术要点：1.可靠性2.兼容性3.数据传输速率4.通信安全和移动性无线局域网的组成：1.无线网卡2.桥接器其中无线网卡分为：无线网卡、PCI无线网卡和USB无线网卡。一个扩展服务集包括两个或者更多的基本服务集，而这些基本服务集通过分配系统连接在一起，扩展服务集是一个在LLC子层上的逻辑局域网无线局域网的拓扑结构：1.无中心拓扑2.单接入点方式3.多接入点方式4.多蜂窝漫游工作方式无线LAN体系结构IEEE无线LAN标准规范了OSI物理层和介质访问控制(mac)层。物理层确定了数据传输的信号特征和调制方法，定义了三种不同的传输方式：1.红外线2.直接序列扩频3.跳频扩频FHSS。IEEEIEEE规定物理层采用DSSS和补偿编码控件(cck)调制方式，工作在~频段，每5MHz一个载频，共14个频点，由于信道带宽是22MHz，故实际可用的频点只有三个。IEEE的速率最高可达11Mbit/s，根据情况可以选用、2、1Mbit/s，实际的工作速率在5Mbit/s左右。IEEE的优点：1.速度：IEEE工作在频段，采用直接序列扩频方式，提供最高数据传输速率为11Mbit/s，且不要求直线视距传播。2.动态速率转换：当信道特性变差时，可降低数据传输速率为、2和1Mbit/s3.覆盖范围大：IEEE室外覆盖范围为300m，室内为100m。4.可靠性：与以太网类似的连接协议和数据包确认提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。5.电源管理：IEEE网卡可转到休眠模式，AP将信息缓存，延长了笔记本计算机的电池寿命。6.支持漫游：当用户在覆盖区移动时，在AP之间可实现无缝连接。7.加载平衡：若当前的AP流量较拥挤，或者信号质量降低时，IEEE可更改连接的AP，以提高性能。8.可伸缩性：在有效使用范围中，最多可同时设置3个AP，支持上百个用户9.同时支持语音和数据业务。10.安全性：采用前面所讲的安全措施，可以保证信息安全。IEEE扩充了标准的物理层，工作在~、~和~等3个可选频段，采用QFSK调制方式，物理层可传送从6~54Mbit/s的速率。IEEE采用正交频分复用OFDM扩频技术，可提供25Mbit/s的无线ATM接口和10Mbit/s的以太网无限帧结构接口，支持语音数据图像业务。IEEE它采用OFDM技术。无限LAN扩展频谱技术特点：1抗干扰能力强2.可进行多址通信3.安全保密1.扩频技术有以下几种方式：1.直接序列扩频DSSS2.跳频扩频3.跳时扩频4.线性调频扩频和FHSS的对比：DSSS方式与FHSS方式不同，它采用固定载波频率，将信号用伪随机码扩展到一个很宽的频带上，在接收端用相同的伪随机码对接收的扩频信号进行解析。DSSS方式的基本原理：1.首先将数字信号调制到窄带频率为f0的载波上(1次调制)，调制信号的频谱在经扩频器进行横向扩展(二次调频)。2.扩频器中有一个为随机噪声码信号发生器，它产生发送端和接收端事前都知道的PN码，由这个PN码对频谱进行扩展。3.接收端接收来自发送端的扩频后的调制信号。4.再没有其他电波信号和噪声干扰时，扩展后的频谱在接收端与使用和发送端相同的PN信号相互作用，恢复成原来的窄带信号，然后经过滤波器过滤和解调器解调变成数字信号交给主机B。5.在有噪声干扰时，在扩展后的频谱上叠加了一个高电平的杂波谱。在接收端用PN信号与之相互作用，由于PN信号与杂波不相关