物联网主要通讯技术

第5章

物联网主要通讯技术培训专用学习要点物联网的主要通信技术ZigBee技术WLAN技术蓝牙技术3G技术4G技术培训专用目录5.54G技术5.43G技术5.3蓝牙技术5.2WLAN技术5.1ZigBee技术培训专用5.1ZigBee技术ZigBee技术是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术。其主要适用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee作为一种无线联网协议，属于个人区域网络（PersonalAreaNetwork，PAN）的范畴，有别于GSM、GPRS等广域无线通信技术和IEEE802.11a、IEEE802.11b等无线局域网技术，参数及性能比较见下表1。培训专用5.1ZigBee技术培训专用5.1ZigBee技术培训专用5.1ZigBee技术培训专用ZigBee技术主要应用在数据传输速率不高的短距离设备之间，因此非常适用于家电和小型电子设备的无线数据传输。主要应用领域：智能家庭和楼宇自动化在消费和家用自动化市场工业自动化领域医疗监控农业领域5.1ZigBee技术培训专用5.2WLAN技术WLAN又称为无线局域网络，利用无线射频技术实现数据传输，WLAN用户通过一个或多个无线接收器接入WLAN。WLAN具有移动行、便捷性、较高的带宽等特点。WLAN技术是提升城市信息化水平的重要手段，是3G环境下热点区域中对3G数据业务覆盖的重要补充，现已广泛应用在商务区、大学、机场等公共区域。培训专用5.2WLAN技术培训专用5.2WLAN技术WAPI标准WAPI（WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure）是中国开发的具有自主知识产权的无线局域网中的一种传输协议，它与现行的802.11b传输协议比较相近，同时也是中国无线局域网安全强制性标准。作为全球在此领域的两个标准之一，相比另一个由美国IEEE主导完成（实际为Intel主导）的标准，WAPI具有明显的安全和技术优势，迄今未被发现有安全技术漏洞。WAPI通过双向身份识别、采用公钥密码等方式完善WLAN的安全性能。WAPI安全系统采用公钥密码技术，鉴权服务器（AS）负责证书的颁发、验证与吊销等，无线客户端与无线接入点（AP）上都安装有AS颁发的公钥证书，作为自己的数字身份凭证。培训专用5.2WLAN技术WLAN优劣势WLAN的网络速度与以太网相当。一个AP(AccessPoint)最多可支持100多个用户接入,最大传输范围可达到几十公里,有以下的通信特点高移动性,通信范围不受环境条件的限制,拓宽了网络的传输范围。抗干扰性强、网络的保密性好。有线局域网中的诸多安全问题,无线局域网基本上可以避免。建网容易,管理方便。相对于有线网络,WLAN的组建、配置和维护较为容易,一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。WLAN还不能完全脱离有线网络，它只是有线网络的补充，而不是替换。与有线网络相比,无线局域网有以下不足:网络产品昂贵,昂贵的设备增加了组网的成本。传输速率慢,以太网可实现1Gbit/s的传输速度,而无线局域网的传输速度被限制在10Mbit/s左右，市场上一般的无线网络带宽还达不到2Mbit/s。培训专用5.2WLAN技术802.11技术基础1．802.11物理层（PHY）

802.11标准的物理层是MAC层和数据帧传输所在的无线介质之间的接口。物理层定义了红外光束、跳频扩频技术（FHSS）和直接序列扩频技术（DSSS）。物理层使用特定的调制技术，利用850纳米到950纳米波长范围的红外光束进行二进制数据的传输，传输速率为1Mbps或2Mbps。2．介质访问接入控制层（MAC）IEEE820.11标准的MAC层定义了一种新的接入控制协议来进行无线介质分享，这种协议叫带有冲突避免的载波侦听多路访问CSMA/CA（Carrier—SenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance）。3．IEEE802.11a为改进WLAN技术，IEEE在1999年提出了802.11a标准。这一标准既保留了原有标准的优点，又进一步扩展了物理层（PHY）。新标准增加了5GHz的工作频谱，使用正交频分复用技术（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）可支持6Mbps到54Mbps的传输速率。在MAC层上，依然使用WEP进行安全检测。培训专用5.2WLAN技术4.IEEE802.11bIEEE802.11标准的另一个扩展标准是820.11b，它是在1999年和802.11a标准一同发布的。820.11b标准的关键改进是物理层使用2.4Ghz频段且支持5.5Mbps和11Mbps两种传输速率。5．IEEE802.11gIEEE802.11a和802.11b工作在不同的频谱，因此这两种标准互不兼容。为了解决这一问题，IEEE在2003年提出了802.11g这一LAN新标准。802.11g兼容802.11b的物理层标准，并进行了速率上的扩展，在2.4GHz频谱下支持最高54Mbps的传输速率。当传输速率在20Mbps以下时，在物理层采用DSSS技术和CCK技术。当传输速率超过20Mbps时，在物理层使用OFDM技术。802.11g标准兼容802.11b并提供了更高的传输速率，但昂贵的成本阻碍了它的发展。培训专用5.2WLAN技术WLAN的应用Wi-fi技术的应用WLAN在智能公交中的应用WLAN在铁路行业中的应用培训专用5.3蓝牙技术蓝牙技术是一种以低成本的近距离无线传输为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的无线数据与语音通信的开放性全球规范。它的主要目标是提供一个全世界通行的无限传输环境，通过无线电波来实现所有移动设备之间的信息传输服务。这些设备移动包括手机、笔记本电脑、PDA、数字相机、打印机等等。它的实质其实就是为固定设备和移动设备建立一个通用的无线电空中接口。培训专用5.3蓝牙技术蓝牙工作原理图如图5.7所示，在蓝牙设备间的通信中，首先由蓝牙主设备利用其专门的发射结构，使用短程射频链接，在业务发现协议（发现链接的设备或主机的功能的应用规范）的规范下，通过召唤体系结构（一种业务发现标准），查询到需链接从设备信息和服务类型，之后，蓝牙设备间的链接才能建立，形成蓝牙微网。其次，蓝牙设备间可进行语言及数据的传输。如果传输语言信息，则采用电路交换形式，进行同步时分双工（TDD）的全双工传输。培训专用5.3蓝牙技术培训专用5.3蓝牙技术培训专用5.3蓝牙技术蓝牙技术的主要运用居家电子工作军事娱乐

培训专用5.43G技术第三代移动通信技术（The ThirdGeneration，3G）指无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。3G是指在第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)的基础上发展起来的第三代移动通信技术。相对于第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、CDMA等数字手机(2G)，3G的一个突出特点是，在未来移动通信系统中实现个人终端用户能够在全球范围内的任何时间，任何地点，与任何人，用任意方式，高质量地完成任何信息之间的移动通信与传输。培训专用5.43G技术培训专用5.43G技术培训专用

主要3G的应用如下：宽带上网视频语音手机购物手机阅读和手机电视手机游戏3G技术应用在企业方面3G技术在社会中的应用5.43G技术培训专用5.43G技术培训专用5.54G通信技术第四代移动通信(The4thGeneration，4G)是业界对第四代移动通信通俗的叫法，国际电联的官方称法是“IMT-Advanced”。4G将适合所有的移动通信用户，最终实现商业无线网络、局域网、蓝牙、广播、电视卫星通信的无缝衔接并相互兼容。4G通信技术是继第三代以后的又一次无线通信技术演进，它是以传统通信技术为基础，并利用一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能。4G技术由于连接传输速率大幅提高，从而能引入高质量的视频通信，它将可创造出许多消费者难以想象的应用，将被广泛地应用于人们生活和经济建设的方方面面。培训专用5.54G通信技术目前世界发送国家都正在积极进行4G技术规格的研究制定，以期在全球4G规格制定中享有发言权。4G的各项运行标准将由国际电信联盟（ITU）电信标准局决定。新一代无线通信技术在美国及日本、韩国等发达国家已经进入密集的研发和市场化阶段。从2001年底起，我国已经在国内外申请移动通信技术发明专利100余项，我国在第四代移动通信技术上已经处于世界前沿。继在国产3G标准制定方面取得巨大进展之后，国家“十五”、“863”计划启动了面向未来移动与无线通信发展的“FUTURE计划”。2006年7月，上海建设的世界最大的4G实验网通过了863项目的验收。通过验收的上海试验网由三个无线覆盖小区、六个无线接入点组成，具有在移动环境下支持蜂值速率为100Mb/S的无线传输及高清晰度交互式图像业务演示等功能。2009年，我国对4G的发展步伐明显加快，大唐移动联合中兴通讯、华为以及相关高校和科研院所完成了4G相关白皮书。我国已经完成了4G标准的技术方案起草工作，目前正在进行4G关键技术的系统验证和更多地区的4G系统测试工作。培训专用5.54G通信技术培训专用

4G通信中的关键技术正交频分复用技术（OFMD）软件无线电技术智能天线技术MIMO技术基于IP的核心网多用户检测技术5.54G通信技术培训专用目前4G标准主要有下面5种：LTE：LTE(LongTermEvolution,长期演进)LTE-Advanced：LTE技术的升级版WiMax：WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess即全球微波互联接入HSPA+：高速下行链路分组接入技术(HighSpeedDownlinkPacketAccess)WirelessMAN：WiMax的升级版，即IE