《物联网导论》课件第3章 物联网通信与网络技术

近年来，全球通信技术的发展日新月异，强烈的社会需求与前期技术的成熟推动了网络技术的形成与发展，各种技术从互联网的高速发展，到信息高速公路的大规模建设，再到基于Web技术的互联网应用的发展，我们看到了网络技术的一次又一次腾飞。基于P2P技术的网络应用和网络安全技术的全面发展，更让我们体会到网络对于当今社会的重要性。物联网技术与网络技术是密不可分的，正是网络技术的飞速发展成就了物联网。导读（1）了解无线网络的基础知识、分类等。（2）掌握无线个域网中的蓝牙技术、ZigBee技术、UMB超贷款技术、Z-wave技术的技术特点、应用场合等。（3）掌握无线局域网中的Wi-Fi技术、Adhoc技术。（4）掌握无线城域网中的IEEE802.16协议、WiMAX网络技术。（5）掌握无线广域网中的GSM、GPRS、3G、4G技术。（6）掌握物联网接入技术中的物联网网关技术、6LowPAN技术。（7）了解其他物联网技术，如有线通信网络技术、M2M技术、三网融合及NGN技术。学习目标3.1无线通信及网络技术基础3.2无线个域网络技术

3.3无线局域网络技术

3.4无线城域网络技术

3.5无线广域网络技术

3.6物联网的接入技术

3.7物联网其他网络技术目录随着科技的发展，可以通过信息交换来提供更好的服务的设备越来越多，由于有线连接的局限性，无线通信越来越受到重视。无线通信是指用电磁波来携带数据进行通信的方式，因为电磁波不需要任何介质来传导，所以人们把这种通信方式称为无线通信。3.1无线通信及网络技术基础项目有线网络无线网络部署成本设备成本较低设备成本较高维护成本维护难度高、布线成本高维护简单、组建容易移动性很低移动性强扩展性较低，如果预留端口不够用，增加用户可能需要重新布置较高，同时支持的用户更多，如果用户数量过多也可以增加接入点传输更快且更稳定相对较慢，并且可能存在干扰与衰减安全性硬件在控制中的情况下更加安全容易被盗取，因此需要加密1.无线网络与有线网络的比较数据在通信中的运载方式一般有两种，一种是使用模拟信号来运载，另外一种是使用数字信号来运载。模拟信号是指运载数据的物理参数连续变化的信号，而数字信号是指运载数据的物理参数仅取离散值的信号（比如说0、1）。对于无线通信来说，一个重要的特点是无线电波只能携带模拟信号，所以若想用无线电波来运载数字数据，必须先通过调制将数字数据转化为模拟信号。然而，有线通信则不同，它既可以使用模拟信号来运载数据，也可以使用数字信号来运载数据。2.数据在通信中的运载方式（1）无线个域网络无线个域网络（无线个人网络，WPAN）是在小范围内相互连接数个设备所形成的无线网络，通常是个人可及的范围内。常见的有蓝牙技术、ZigBee技术等。（2）无线局域网无线局域网（WLAN）是利用无线电而非电缆在同一个网络上传送数据。IEEE802.11是由国际电机电子工程学会（IEEE）所定义的现今无线局域网通用的标准。（3）无线城域网无线城域网是连接数个无线局域网的无线网络型式。主要是基于IEEE802.16协议的WiMAX（全球互通微波存取，WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）技术。（4）无线广域网无线广域网是指覆盖全国或全球范围内的无线网络，GSM移动通信就是典型的无线广域网。3.无线网络的分类无线个域网（Wirelesspersonalareanetwork，WPAN）是一种小范围的网络，是一个以个人工作区为中心，通过无线通信来连接其中设备的网络。无线个域网提供了一种小范围内无线通信的手段。大多数WPAN技术如Bluetooth都是基于IEEE802.15标准，一般的覆盖范围从几厘米到几十米不等。目前已成型的无线个域网络协议主要有两个：一个是无线个人网络（WPAN，IEEE802.15.1），代表性的是蓝牙技术。另一个是低速无线个人网络（LR-WPAN，IEEE802.15.4），代表性的是ZigBee网络技术。3.2无线个域网络技术1.蓝牙的由来蓝牙技术（Bluetooth）是一种较为高速和普及的技术，常用于短距离的无线个域网。“蓝牙”原是十世纪统一了丹麦的国王HaraldBluetooth的绰号。以此为蓝牙命名的想法最初是JimKardach于1997年提出的，Kardach开发了能够允许移动电话与计算机通讯的系统。他的灵感来自于当时他正在阅读的一本描写北欧海盗和HaraldBluetooth国王的历史小说，意指蓝牙也将把通讯协议统一为全球标准。3.2.1蓝牙技术1998年蓝牙推出0.7规格，支持Baseband与LMP（LinkManagerProtocol）通讯协定两部分。1999年先后推出0.8版，0.9版、1.0Draft版，1.0a版、1.0B版。1.0Draft版，完成SDP（ServiceDiscoveryProtocol）协定、TCS（TelephonyControlSpecification）协定。1999年7月26日正式公布1.0版，确定使用2.4GHz频谱，最高资料传输速度1Mbps。和当时流行的红外线技术相比，蓝牙有着更高的传输速度，而且不需要像红外线那样进行接口对接口的连接，所有蓝牙设备基本上只要在有效通讯范围内使用，就可以进行随时连接。当1.0规格推出以后，蓝牙并未立即受到广泛的应用，主要原因是当时对应蓝牙功能的电子设备种类少，蓝牙装置也十分昂贵。2001年1.1版正式列入IEEE标准，Bluetooth1.1即为IEEE802.15.1。同年，蓝牙技术联盟成员公司超过2000家。到了2010年6月，蓝牙技术联盟推出了4.0版本以及低功耗规范。在硬件方面，蓝牙4.0可以集成在现有经典蓝牙技术芯片上增加低功部分（双模式，成本相对更低），也可以在高度集成的设备中增加一个独立的连接层，实现超低功耗的蓝牙传输（单模式）。2.蓝牙的发展蓝牙系统既可以实现点对点连接也可以实现一点对多点连接。在一点对多点连接的情况下，信道由几个蓝牙单元分享。两个或者多个分享同一信道的单元构成了所谓的微微网。蓝牙主设备最多可与一个微微网（一个采用蓝牙技术的临时计算机网络）中的7个设备通讯，当然并不是所有设备都能够达到这一最大量。设备之间可通过协议转换角色，从设备也可转换为主设备，比如，一个头戴式耳机如果向手机发起连接请求，它作为连接的发起者，自然就是主设备，但是随后也许会作为从设备运行。蓝牙核心规格提供两个或以上的微微网连接以形成分布式网络，让特定的设备在这些微微网中自动同时地分别扮演主和从的角色。3.蓝牙设备的通讯连接（1）移动电话和免提设备之间的无线通讯是最早流行的应用。（2）使特定距离内的电脑组成无线网络。（3）电脑与外设的无线连接，如鼠标、耳机、打印机等。（4）蓝牙设备之间的文件传输。（5）家用游戏机的手柄，包括PS4、PS3、NintendoWii等。（6）依靠蓝牙，可以使电脑过手机网络上网。4.蓝牙技术应用在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业、家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言，蓝牙技术太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等。而工业自动化，对无线数据通信的需求越来越强烈，而且对于工业现场，这种无线传输必须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。因此，经过人们长期努力，ZigBee协议在2003年正式问世。3.2.2ZigBee网络技术ZigBee（又称紫蜂协议）这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，所以它们的通信效率非常高。1.什么是ZigBeeZigBee是基于IEEE802.15.4之上，一个低速短距离传输的无线网路协定，目标是针对远程控制和传感器的应用。2.ZigBee与IEEE802.15.4协议物理层PHY媒体访问控制层MAC传输层TL网络层NWK应用层APLIEEE802.15.4ZigBeeZigBee在以前也曾被发起者以HomeRFlite、Firefly和RF-EasyLink等命名。为了满足类似于传感器的小型、低成本设备无线联网的要求，2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组，致力于定义一种供廉价的固定、便携或移动设备使用，且复杂度、成本和功耗均很低的低速率无线连接技术。ZigBee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司共同宣布加入ZigBee联盟，研发名为ZigBee的下一代无线通信标准，这一事件成为该技术发展过程中的里程碑。ZigBee联盟的目的是为了在全球统一标准上实现简单可靠、价格低廉、功耗低、无线连接的监测和控制产品进行合作，并于2004年12月发布了第一个正式标准。到目前为止，ZigBee已经发布了3.0版本，并且除了Invensys、三菱电子、摩托罗拉、三星和飞利浦等国际知名的大公司外，该联盟大约已有百余家成员企业，并在迅速发展壮大。其中涵盖了半导体生产商、IP服务提供商、消费类电子厂商及OEM商等，甚至还有像Mattel之类的玩具公司。所有这些公司都参加了负责开发ZigBee物理和媒体控制层技术标准的IEEE802.15.4工作组。3.ZigBee的发展历程（1）数据传输速率低（2）低功耗（3）成本低（4）网络容量大（5）有效范围小（6）时延短（7）数据传输可靠（8）安全性好4.技术特点5.ZigBee网络结构（1）在工业领域，利用传感器和ZigBee网络，使得数据的自动采集、分析和处理变得更加容易，可以作为决策辅助系统的重要组成部分。例如，危险化学成分的检测，火警的早期监测和预报，高速旋转机器的检测和维护，远程抄表等。这些应用不需要很高的数据吞吐量和连续的状态更新，重点在低功耗和灵活的组网形式，从而最大程度地延长电池寿命，减少ZigBee网络的维护成本。（2）医学领域，借助于各种传感器和ZigBee网络，准确且实时地检测每位病人的血压、体温、心跳速度等信息，从而减少医生查房的工作负担，有助于医生做出最快的反应，特别是重病和病危患者的监护和治疗。（3）智能建筑领域，可以借助ZigBee传感器进行照明控制，使用传感器检测周围环境，只有检测到人来的时候才将照明开关打开。该系统还可以通过ZigBee网络进行集中控制。

家庭自动化领域，ZigBee可用于安全系统、温控装置等方面。另外，可以将ZigBee用于遥控装置，优点在于不像目前采用的红外装置那样会受到角度的限制。而且ZigBee支持各种网络结构，更容易扩展覆盖范围。同时由于ZigBee设备功耗低，电池的使用寿命也和红外装置差不多。在无线家庭网关的设计中，使用ZigBee于家庭内网，控制家用电器。6.ZigBee的应用1.什么是UWB超宽带技术超宽带（‎Ultra-wideband，UWB）技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。适合需要高质量服务的无线通信应用，可以用在无线个域网络、家庭网络连接和短距离雷达等领域。3.2.3UWB超宽带技术（1）低耗电：使用非连续性的窄脉冲，设备发射功率小。（2）高速传输：UWB技术占据了数GHz的带宽从而换取了高速的传输速率，并且具有极大的带宽扩展空间。（3）高安全性：对于一般通信系统而言UWB信号相当于白噪声，从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。（4）低干扰性：不单独占用已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。（5）低成本：不需要功用放大器与混频器，不需要中频处理，因而使用零件较少。（6）定位精确：冲击脉冲具有很高的定位精度，而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内或地下进行精确定位。2.UWB技术特点UWB在物联网中的应用十分广泛，总结起来有3个方面：雷达成像系统（包括穿地雷达、墙中成像雷达、穿墙成像雷达、医学成像系统、监视系统等）、高速无线通信系统、精确测量定位系统（包括车载雷达、精密测量和传感定位系统）。3.UWB的应用在雷达成像系统中，主要以UMB穿墙成像雷达为主。目前国外已有用于军事、抢险、反恐、资源探测方面的UMB穿墙成像雷达产品，这类产品主要依据的是FCC制定的频谱限值要求，最大平均等效全向发射功率（EIRP）不超过-41.3dBm/MHz，工作频段在2GHz以上。UMB穿墙成像技术产品往往都是利用持续时间极为短暂的UMB信号脉冲穿过一定厚度的墙壁，通过设置在成像设备上的信息屏幕，获取墙壁另一侧的物体（运动）信息。（1）雷达成像系统在高速无线通信应用中，UMB可以作为一种短距离高速传输的无线接入手段，非常适合支持无线个域网的应用。UMB将通过支持无线USB的应用，取代传统的USB电缆，使无线高速USB应用成为可能。UMB可应用于移动通信、计算机及其外设、消费电子、信息安全等诸多方面，例如，家用高清电视图像传送、数字家庭宽带无线连线、消费电子中高速数据传输、高清图片及视频显示、汽车视频与媒体中心等。（2）高速无线通信系统在精确定位应用中，UMB由于其高分辨率，在精确测量定位系统中得到了广泛应用，汽车防碰雷达系统（车载UMB雷达）就是一个典型的例子。车载UMB雷达主要应用在24GHz频段。（3）精确测量定位系统

无线网络技术的应用主要集中在高速率方面，研究重点始终放在提高数据速率上，而低速率应用一直谈论得较少，但这并不说明低速率应用不重要。事实上，低速率应用比高速率应用更贴近人们的日常生活。Z-wave和ZigBee相似，是关注于低速率应用的无线组网技术，Z-wave强调简单易用、近距离、低速率、低功耗长电池寿命但极廉价的市场定位，支持嵌入式应用，助力无线传感器网络。3.2.4Z-wave技术Z-wave是由丹麦公司Zensys一手主导的无线组网规格，Z-wave联盟(Z-waveAlliance)虽然没有ZigBee联盟强大，但是Z-wave联盟的成员均是已经在智能家居领域有现行产品的厂商，该联盟已经具有160多家国际知名公司，范围基本覆盖全球各个国家和地区。Z-wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加，相对于现有的各种无线通信技术，Z-wave技术是最低功耗和最低成本的技术，有力地推动着低速率无线个人区域网。1.Z-wave技术简介Z-wave技术具有低功耗和低成本的特点，有力地推动着物联网的发展和应用。Z-wave与其它无线技术比较，有其独特的性能优点。例如，Z-wave使用1GHz以下频率，目前使用这段频带的设备相对较少，而ZigBee使用的2.4Ghz频带正逐渐变得拥挤而容易受到干扰。2.Z-wave性能对比（1）成本低。Z-Wave技术专门针对窄带应用，并采用创新的软件解决方案取代成本高的硬件，因此只需花费其它类似技术的一小部份成本，就可以组建高质量的无线网络。（2）低功耗。Z-wave利用压缩帧格式，同时采用自适应发射功率模式，在通信连接状态下采用休眠模式，一般Z-wave设备仅靠2节7号电池就可以维持长达2年以上的寿命。（3）模块体积很小，可以方便地集成到各种设备中。体积大小如图3-12所示。（4）高度健全性和可靠性。Z-wave采用双向应答式（FSK）的传送机制、确保了网络中的所有设备之间的高可靠通信。（5）全网覆盖。可以智能识别周边30米范围内的Z-wave设备，判断可行性，以最快速的指令抵达全网任意一个终端设备。（6）网络管理便捷化。Z-wave技术可以使智能化网络内的每一个Z-wave设备都有其自身独特的网络标识，便于网络管理。3.Z-wave的应用优势Z-wave技术设计主要用于住宅、照明商业控制以及状态读取应用，例如，抄表、照明及家电控制、HVAC、接入控制、防盗及火灾检测等。Z-wave可将任何独立的设备转换为智能网络设备，从而可以实现控制和无线监测。Z-wave技术在最初设计时，就定位于智能家居无线控制领域。采用小数据格式传输，40kb/s的传输速率足以应对，早期甚至使用9.6kb/s的速率传输。与同类的其他无线技术相比，拥有相对较低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。随着Z-Wave联盟的不断进扩大，该技术的应用也将不仅仅局限于智能家居方面，在酒店控制系统、工业自动化、农业自动化等多个领域，都将发现Z-wave无线网络的身影。4.Z-wave的应用1.NFC近距离通信技术（1）NFC简介NFC（NearFieldCommunication，近场通讯），又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通讯技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输和数据交换。这个技术由非接触式射频识别（RFID）演变而来，采用主动和被动两种读取模式。3.2.5其他短距离通信技术1）接触通过。如门禁管理、车票和门票等，用户将储存车票证或门控密码的设备靠近读卡器即可，也可用于物流管理。2）接触支付。如非接触式移动支付，用户将设备靠近嵌有NFC模块的POS机可进行支付，并确认交易。3）接触连接。如把两个NFC设备相连接，进行点对点（Peer-to-Peer）数据传输，例如下载音乐、图片互传和交换通讯录等。4）接触浏览。用户可将NFC手机接靠近街头有NFC功能的智能公用电话或海报，来浏览交通信息等。5）下载接触。用户可通过GPRS网络接收或下载信息，用于支付或门禁等功能，如用户可发送特定格式的短信至家政服务员的手机来控制家政服务员进出住宅的权限。（2）NFC设备的应用IrDA是红外数据组织（InfraredDataAssociation）的简称，是一种利用红外线进行点对点通信的技术。红外线是波长在750nm~1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。目前无线电波和微波已被广泛地应用在长距离的无线通讯之中，但由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输。2.IrDA红外技术（1）WiGig技术比Wi-Fi技术快10倍，且无需难看的网线就可以将高清视频由电脑和机顶盒传输到电视机上。（2）WiGig的传输距离比Wi-Fi短，WiGig可以在一个房间内正常运转，也能延伸至相邻房间。（3）WiGig不是WirelessHD（无线高清）等技术的直接竞争对手，它拥有更广泛的用途，其目标不仅是连接电视机，还包括手机、摄像机和个人电脑。（4）WiGig和WirelessHD都使用60千兆赫（60GHz）的频段，这一基本尚未使用的频段可以在近距离内实现极高的传输速率。（5）WiGig可以达到每秒6千兆比特（6Gbps）的传输速率，差不多能在15秒内传输一部DVD的内容。3.WiGig无线技术局域网（LocalAreaNetwork，LAN），又称内网，指覆盖局部区域（如办公室或楼层）的计算机网络。无线局域网（WirelessLAN，缩写WLAN），是不使用任何导线或传输电缆连接，而使用无线电波作为数据传送媒介的局域网，传送距离一般只有几米到几十米。无线局域网的主干网路通常使用有线电缆，无线局域网用户通过一个或多个无线接取器接入无线局域网。无线局域网现在已经广泛的应用在商务区、学校、机场，及其他公共区域。无线局域网最通用的标准是IEEE定义的802.11系列标准。3.3无线局域网络技术1.Wi-Fi简介Wi-Fi（WirelessFidelity，无线高保真）属于无线局域网的一种，是一个创建于IEEE802.11标准的无线局域网技术。Wi-Fi是当前最常用的家庭无线组网技术，IEEE802.11的设备已安装在市面上的许多产品，如个人电脑、游戏机、智能手机、打印机、笔记本电脑以及其他周边设备。Wi-Fi是当今应用比较广泛的短距离无线网络传输技术，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通信，它以传输速度高，有效距离较长的优势得到广泛应用。3.3.1Wi-Fi技术IEEE802.11第一个版本发表于1997年，其中定义了介质访问接入控制层和物理层，物理层定义了在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外线传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以自由直接（adhoc）的方式进行，也可以在基站（BaseStation，BS）或者访问点（AccessPoint，AP）的协调下进行。1999年加上了两个补充版本：802.11a定义了一个在5GHzISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。自定义后各个时期应用比较广泛的分别是a/b/g/n四个标准。由于ISM频段中的2.4GHz频段被广泛使用，例如微波炉、蓝牙，它们会干扰Wi-Fi使得速度减慢，而5GHz干扰则较小。双频路由器可同时使用2.4GHz和5GHz，设备则只能使用某一个频段。2.IEEE802.11与Wi-Fi技术发展（1）无线电波的覆盖范围广。（2）传输速度快。（3）厂商进入该领域的门槛较低。（4）无需布线。（5）健康安全。（6）组建方法简单。3.Wi-Fi技术优势（1）AP（2）无线网卡4.Wi-Fi组成结构（1）个人Wi-Fi：一般为单个用户提供Wi-Fi服务，通常以现有终端设备为载体，生成小范围的Wi-Fi热点，供用户自己使用。比如，当前大多数智能手机都能够通过生成一个Wi-Fi热点，把手机网络共享出去让其它设备上网。（2）家庭Wi-Fi：一般指无线路由器，通过接入运营商网络，提供Wi-Fi信号给家庭范围内的各种设备使用。（3）商业Wi-Fi：指面向企业客户，为客户提供包括硬件、软件、服务等内容的系统解决方案。（4）公众Wi-Fi：是指政府主导、相关企业参与的面对公众的无线城市建设。5.Wi-Fi应用分类为了实现局域网内部网络与外部Internet相连互通，在局域网内外和外部Internet之间需要一个局域网网关。该网关是整个局域网无线网络系统的核心部分，它一方面完成局域网无线网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享，并且同外部网络进行数据交换，另一方面还负责对局域网中网络终端进行管理和控制。局域网中的网络终端也通过这个网关与外部网络连通，实现交互和信息共享。同时，该网关还具有防火墙功能，能够避免外界网络对局域网内部网络终端设备的非法访问和攻击。在局域网中，Wi-Fi主要应用在各种无线终端和局域网网关上。我们可以使用个人电脑、手持网络终端或者遥控器与局域网网关进行连接，并通过局域网网关对无线终端实施各种有效的管理和控制。因此，可以采用客户-服务器体系结构。网关充当服务器的角色，控制设备对无线终端的控制也通过网关完成，这样有利于实现胖服务器-瘦客户端的结构。6.局域网络中的Wi-Fi的实现Wi-Fi是目前无线接入的主流标准，但是，Wi-Fi会走多远呢？在Intel的强力支持下，Wi-Fi已经有了接班人。它就是全面兼容现有Wi-Fi的WiMAX，对比于Wi-Fi的802.11X标准，WiMAX就是802.16x。与前者相比，WiMAX具有更远的传输距离、更宽的频段选择以及更高的接入速度等等，预计会在未来几年间成为无线网络的一个主流标准，Intel计划将来采用该标准来建设无线广域网络。7.Wi-Fi的发展和未来（1）谨慎使用公共场合的Wi-Fi热点。（2）使用公共场合的Wi-Fi热点时，尽量不要进行网络购物和网银操作，避免重要的个人敏感信息遭到泄露，甚至被黑客银行转账。（3）养成良好的WIFI使用习惯。（4）家里路由器管理后台的登录账户、密码，不要使用默认的admin，可改为字母加数字的高强度密码；设置的Wi-Fi密码选择WPA2加密认证方式，相对复杂的密码可大大提高黑客破解的难度。（5）不管在手机端还是电脑端都应安装安全软件。8.Wi-Fi使用安全防范我们经常提及的移动通信网络一般都是有中心的，要基于预设的网络设施才能运行。例如，蜂窝移动通信系统要有基站的支持；无线局域网一般也工作在有AP接入点和有线骨干网的模式下。但是，对于有些特殊场合来说，有中心的移动网络并不能胜任。例如，战场上部队快速展开和推进，地震或水灾后的营救等。这些场合的通信不能依赖于任何预设的网络设施，而需要一种能够临时快速自动组网的移动网络。Adhoc网络可以满足这样的要求。3.3.2Adhoc网络技术Adhoc源自于拉丁语，意思是“特设的、特定目的的、临时的”。Adhoc（Wirelessadhocnetwork，无线随意网络），又称无线临时网络，是一种分散式的无线网络系统。它被称为adhoc，是因为这种网络系统是临时形成，由节点与节点间的动态连结所形成。它不需要依赖一个既存的网络架构，像是有线系统的路由器，或是无线系统的无线网络基地台。相反的，它每一个节点，都有能力转送网络封包给其他节点（这称为路由）。AdHoc结构是一种省去了无线中介设备AP而搭建起来的对等网络结构，只要安装了无线网卡，计算机彼此之间即可实现无线互联。其原理是网络中的一台计算机主机建立点到点连接，相当于虚拟AP，而其他计算机就可以直接通过这个点对点连接进行网络互联与共享。1.Adhoc网络简介（1）具有网络独立性（2）动态变化的网络拓扑结构（3）有限的无线通信带宽（4）有限的主机能源（5）网络的分布式特性（6）生存周期短（7）有限的物理安全2.Adhoc网络的特点（1）军事应用（2）传感器网络（3）紧急应用（4）个人通信（5）与移动通信系统相结合3.Adhoc网络的应用领域城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）指大型的计算机网络，属于IEEE802.16标准，是介于LAN（局域网）和WAN（广域网）之间能传输语音与资料的公用网络。MAN改进了LAN中的传输媒介，能够提供更大的传输范围和更快的传输速度，达到包含一个大学校园、城市或都会区。它是较大型的局域网路，需要的成本较高。随着互联网技术的不断发展，人们对于通过无线手段介入互联网提出了越来越高的带宽和距离要求，无线城域网就是为了解决无线局域网存在的接入速率低、同时可接入用户数量少、覆盖范围小等缺陷。3.4无线城域网络技术1.IEEE802.16协议简介为了规范宽带无线接入技术与市场，电气电子工程师协会IEEE802委员会于1999年成立了802.16工作组，负责制定宽带无线接入空中接口及相关功能的标准。2001年11月，IEEE通过了802.16标准，从而为宽带无线城域网系列标准奠定了基础。IEEE802.16标准的研发初衷是在城域网领域提供高性能的、工作于10～66GHz频段宽带无线接入技术，其正式名称是“固定宽带无线接入系统空中接口”（AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems），它采用基于点到多点（PMP）的拓扑结构，数百甚至数千的用户可通过一个基站接入公用网络。WiMAX是支持和推动802.16走向市场的具体应用，两者的关系密不可分，因此WiMAX经常成为802.16的代名词。3.4.1IEEE802.16协议IEEEStd802.16d（802.16-2004）于2004年6月通过。这项标准使得之前的版本802.16-2001与其相关的802.16a、802.16c失效。IEEEStd802.16-2004阐述固定式系统的标准。IEEE802.16e（802.16-2005又称MobileWiMAX），2005年12月订定，是一项针对802.16d的修正案，此项修正案增加了移动机制。移动WiMAX标准，是一项对于固定式WiMAX标准的改良，特别是在调变（modulationschemes）的部分。IEEE802.16m被认为是4G标准，又称MobileWiMAXRelease2或WirelessMAN-Advanced，能提供100Mbps以上的下行带宽。2.IEEE802.16重要版本IEEE802.16无线服务的作用就是在用户站点同核心网络之间建立起一个通信路径。IEEE802.16标准关心的是用户的收发机同基站收发机之间的无线接口。其中的协议专门对在网络中传输大数据块时的无线传输地址问题做了规定，协议标准是按照三层结构体系组织的。3.IEEE802.16的体系结构1）多路寻址DAMA技术。按需分配多路寻址DAMA技术，是一种根据多个站点之间的容量需要的不同，而动态地分配信道容量的技术。2）时分多址TDMA技术时分多址TDMA是一种时分技术，它将一个信道分成一系列的帧，每个帧都包含很多的小时间单位，称为时隙。工作时，根据每个站点的需要为其在每个帧中分配一定数量的时隙来组成每个站点的逻辑信道。通过DAMA－TDMA技术，每个信道的时隙分配可以动态地改变。（1）物理层（2）数据链路层在物理层之上是数据链路层，在该层上IEEE802.16规定的主要是为用户提供服务所需的各种功能。这些功能都包括在介质访问控制MAC层中，主要负责将数据组成帧格式，来传输和对用户如何接入到共享的无线介质中进行控制。（3）汇聚层在MAC层之上是一个汇聚层，该层根据提供服务的不同提供不同的功能。对于IEEE802.16.1来说，能提供的服务包括数字音频/视频广播、数字电话、异步传输模式ATM、因特网接入、电话网络中无线中继和帧中继等。802.16的物理层允许宽信道（带宽超过10GHz）传输，使得802.16有能力提供较高容量的上行和下行链路。在较低频段，没有可直视（nonelineofsight）要求，因而可以提供更多选择，进一步提高802.16系统的容量。媒体接入控制层（MAC）设计独立于信道设计，兼容不同环境的物理层，设计之初就考虑了多用户的远距离接入和多路径延迟传播的容忍（信号反射）。单载波物理层设计用于兼容时分双工（TDD）或频分双工（FDD），应用，支持FDD的全双工及半双工终端等。802.16在MAC使用可变长的协议数据单元（PDU）等概念以提高效率，采用自纠错带宽请求/允许方案，减少开销及确认所引起的延迟。支持真正宽带物理层的高速率传输（每路268Mbps），在传输ATM及非ATM（如MPLS、VoIP等）业务时提供可靠的服务质量（QoS）；允许终端根据业务的服务质量和流量参数的带宽需求进行多种选择，在容量和实时处理能力间进行均衡，动态配置上行和下行链路的传输，可以单独或成组登记设定，在提供三倍于非自适应系统容量的同时保持链路的可用性。4.IEEE802.16协议的特点WiMAX是一种面向城域网的宽带无线接入技术，运营商部署一个信号塔，就能得到超数英里的覆盖区域。覆盖区域内任何地方的用户都可以立即启用互联网连接。与Wi-Fi一样，WiMAX也是一个基于开放标准的技术，它可以提供消费者所希望的设备和服务，它会在全球经济范围内创造一个开放而具有竞争优势的市场。3.4.2WiMAX网络技术IEEE作为标准化组织，虽然负责制定标准，但并不承担推进标准市场化的工作。为了推广IEEE802.16系列标准和促进宽带无线接入设备之间的兼容性和互操作性，全球主要的宽带无线接入设备厂商及芯片制造商，于2001年4月共同成立了一个非盈利工业贸易联盟组织，那就是WiMAX（WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球互通微波存取）。WiMAX成员包括英特尔、诺基亚、富士通以及Airspan、Alvarian、Proxim、WirelessNetworks等重要的无线设备生产商。WiMAX将对设备的互操作性进行测试，还将为成功通过测试的系统及设备进行认证。与Wi-Fi对WLAN市场带来的影响一样，WiMAX有力地推动了宽带无线市场的增长。1.WiMAX与IEEE802.16WiMAX是一项宽带无线接入城域网技术，其为目的是宽带移动化。根据是否支持移动特性，IEEE802.16标准可以分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，比如802.16a、802.16d属于固定无线接入空中接口标准，而802.16e属于移动宽带无线接入空中接口标准。2.WiMAX简介（1）传输距离远（2）接入速度高（3）提供广泛的多媒体通信服务（4）无“最后一公里”瓶颈限制3.WiMAX的技术优势（1）传输单元因为WiMAX有互联网传输的背景，所以WiMAX网络使用的做法类似于移动电话。我们把某一定地理范围分成多个重叠的区域，这个重叠的区域称为单元。每一个单元提供覆盖范围为用户在该邻域。当用户设备从一个单元到另一个，无线连接也是顺延的从一个单元过渡到另一个单元。（2）主要设备WiMAX网络包括两个主要组件：一个基站和用户设备。WiMAX基站安装在一个立式或高楼，目的是为了广播此无线信号。用户接收到信号，然后启动笔记本电脑上的WiMAX功能，或MobileInternetDevice(MID)，或者WiMAX调制解调器。4.WiMAX的主要构成WiMAX技术可应用于固定、游牧、便携、简单移动和自由移动这五类业务应用场景，并随着WiMAX技术从固定无线接入发展到移动无线接入，应用场景也从固定发展到自由移动。相应的，各种应用场景分别需要不同的空中接口标准的支持。（1）固定（2）游牧（3）便携（4）简单移动（5）自由移动5.WiMAX应用场景广域网（WideAreaNetwork，WAN），有时也称为远程网。是连接不同地区的局域网或城域网的计算机通信的远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个地区、城市和国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网所覆盖的范围比城域网（MAN）更广。因为距离较远，信息衰减比较严重，因此相对来说会有更高的传播延迟。广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。无线广域网（WirelessWideAreaNetwork，WWAN）指覆盖全国或全球范围内的无线网络，能够提供更大范围内的无线接入。卫星通信系统以及手机的移动网络通信如GSM移动通信系统都是典型的无线广域网。3.5无线广域网络技术1.GSM简介GSM（GlobalSystemforMobileCommunications，全球移动通讯系统）俗称“全球通”，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。GSM是当前应用最为广泛的移动电话标准，全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。GSM标准的广泛使用使得在移动电话运营商之间签署“漫游协定”后用户的国际漫游变得很平常。3.5.1GSM技术GSM数字移动通信系统是在蜂窝系统的基础上发展而成。蜂窝网络或移动网络（CellularNetwork）是一种移动通信硬件架构，分为模拟蜂窝网络和数字蜂窝网络。由于构成网络覆盖的各通信基地台的信号覆盖呈六边形，从而使整个网络像一个蜂窝而得名。2.GSM数字蜂窝网络GSM网络蜂窝根据单元覆盖区域分为4种：（1）巨蜂窝：一般基站天线安装在天线杆或者建筑物顶上。（2）微蜂窝：天线高度低于平均建筑高度，一般用于市区内。（3）微微蜂窝：用于室内的小型蜂窝，只覆盖几十米的范围。（4）伞蜂窝：盖更小的蜂窝网的盲区，填补蜂窝之间的信号空白区域。蜂窝半径范围根据天线高度、增益和传播条件可以从百米以下到数十公里以上。GSM规范设计的最大小区半径，一般情况下为35公里。如果采用扩展蜂窝的技术，则可以达到120公里以上，适用于一些传播条件极好的情况。3.GSM系统结构（1）频谱效率高。（2）容量大。（3）话音质量好。（4）开放的接口。（5）安全性好。（6）与ISDN、PSTN等的互连。（7）在SIM卡基础上实现漫游。4.GSM技术特点1.GPRS简介GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线服务技术）是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接，是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以分组的形式传送资料到用户手上。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，它经常被描述成“2.5G”。3.5.2GPRS技术（1）依托现有资源。可充分利用现有资源中国移动全国范围的电信网络GSM，方便、快速、低建设成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署。（2）传输速率高。GPRS数据传输速度可达到57.6Kbps，最高可达到115Kbps—170Kbps，可以满足用户应用的需求。（3）接入时间短。GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均为两秒。（4）提供实时在线功能。用户将始终处于连线和在线状态，使访问服务变得非常简单、快速。（5）按流量计费。GPRS用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，用户即使挂在网上也是不收费的。2.GPRS的特点（1）对于横向应用：GPRS可提供网上冲浪、Email、文件传输、数据库查询、增强型短消息等业务。（2）对于纵向应用，GPRS可提供的应用较广。例如，车辆及智能调度；无线POS、无线ATM、自动售货机、流动银行等。3.GPRS的应用1.3G简介第三代移动通信技术，简称3G（3rd-Generation），规范名称IMT-2000（InternationalMobileTelecommunications-2000），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时发送声音（通话）及信息（电子邮件、即时通信等）。3G的代表特征是提供高速数据业务，速率一般在几百kbps以上。3.5.33G技术第一代通信（1G）是指模拟信号手机。第二代通信（2G）是指数字信号手机，如我们常见的GSM，提供低速率数据服务。2.5G是指在第二代手机上提供中等速率的数据服务，如GPRS，传输率一般在几十至一百多kbps。3G则是能将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。由于采用了更高的频带和更先进的无线（空中接口）接入技术，3G标准的流动通信网络通信质量较2G、2.5G网络有了很大提高，比如软切换技术使得旅途中高速运动的移动用户在驶出一个无线小区并进入另一个无线小区时不再出现掉话现象。而更高的频带范围和用户分级规则，使得单位区域内的网络容量大大提高，同时通话允许量大大增加。3G最大的优点即是高速的数据下载能力。相对于2.5G（GPRS）100kbps左右的速度，3G随使用环境的不同约有300k-2Mbps左右。2.移动通信的发展历程（1）WCDMA（2）CDMA2000（3）TD-SCDMA3.3G主流技术（1）宽带上网。（2）视频通话。（3）手机电视。（4）无线搜索。（5）手机音乐。（6）手机购物。（7）手机网游。4.3G的应用随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第四代移动通信开始兴起。4G拥有的超高数据传输速度，被中国物联网校企联盟誉为机器之间当之无愧的“高速对话”。3.5.44G技术（1）基于全IP（AllIP）分组交换网络。（2）在高速移动性的环境下达到约100Mbit/s的速率，如移动接入；在低速移动性的环境下高达约1Gbit/s的速率，例如游牧/固定无线网络接入的峰值数据速率。（3）能够动态地共享和利用网络资源来支持每单元多用户同时使用。（4）使用5~20MHz可扩展的信道带宽，任选高达40MHz。（5）链路频谱效率的峰值为15bit/s/Hz（下行）和6.75bit/s/Hz（上行）（即1Gbit/s的下行链路中应该是可能超过小于67MHz的带宽）。（6）系统的频谱效率下行高达3bit/s/Hz/cell和在室内2.25bit/s/Hz/cell。（7）跨不同系统网络的平滑切换。（8）提供高质量的服务QoS（QualityofService），为支持新一代的多媒体传输能力。1.4G简介4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。2.网络结构（1）通信速度快（2）网络频谱宽（3）通信灵活（4）智能性能高（5）兼容性好（6）提供增值服务（7）高质量通信（8）费用便宜3.4G特点（1）LTE技术LTE（LongTermEvolution，长期演进）项目是3G的演进，是高速下行分组接入往4G发展的过渡版本，被俗称为3.9G。长期演进技术是应用于手机及数据卡终端的高速无线通讯标准，它改进并增强了3G的空中接入技术，并使用调制技术提升网络容量及速度，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。（2）LTE-Advanced技术虽然长期演进技术被电讯公司夸大宣传为“4GLTE”，实际上它不是真正的4G，因为它没有符合国际电信联盟无线电通信部门要求的4G标准。长期演进技术升级版（LTE-Advanced）才符合国际电信联盟无线电通信部门要求的4G标准。4.4G标准物联网的接入技术是指将末梢汇聚网络或单个的节点接入核心承载网络的技术。核心承载网络可以包括各种如3G、4G、GPRS等公共商业网络，也可以是企业专网、物联网专网等，此外还包括全球性的核心承载网络——互联网。物联网的接入可以是单个物体（节点）的接入，比如野外的单个观测节点，需要核心承载网络将分散的节点信息汇聚，或者将单个节点的信息传输到需要数据的地方。物联网的接入也可以是末梢网络多个节点信息汇聚后的接入，这种应用并不关心在末梢网络中单个节点的作用，而更加重视末端网中共同监测或汇聚信息的接入传输。物联网的接入技术多种多样，就接入设备而言，主要有物联网网关、嵌入物体的通信模块、各种智能终端等（如手机等）。就接入的位置是否变化来分，可分为固定接入和移动接入两种。由于物联网需要一个无处不在的通信网络，而移动通信网具有覆盖广、建设成本低、部署方便、具备移动性等特点，这使得无线网络将成为物联网的一种发展很快的接入方式。移动接入方式主要包括接入各种商业无线网络，如GSM、GPRS、3G网络、4G网络等。3.6物联网的接入技术由于传感器网络是面向应用的网络，传感器网络内一般会有自己的协议和规范。而且各类感知技术种类繁多，并采用不同的通信协议，根本无法实现互联互通。在这样的情况下，就应运而生了一种新的网元设备——物联网网关（InternetofThingsGateway，IOTGW）。3.6.1物联网网关技术物联网网关作为物联网应用中的主要接入和组网设备，承担着将物联网感知信息封装成IP数据包传送给后台服务器的任务，可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换。既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。此外物联网网关还需要具备设备管理功能，运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制。在无线传感网中，物联网网关是不可或缺的核心设备。1.物联网网关简介（1）广泛的接入能力目前用于近程通信的技术标准很多，常见包括ZigBee、Wi-Fi等。各类技术主要针对某一应用展开，缺乏兼容性和体系规划。现在国内外已经展开针对物联网网关进行标准化工作，如3GPP、传感器工作组，以实现各种通信技术标准的互联互通。（2）可管理能力强大的管理能力，对于任何大型网络都是必不可少的。首先要对网关进行管理，如注册管理、权限管理、状态监管等。网关实现子网内的节点管理，如获取节点的标识