物联网通信技术（物联网技术课件）

物联网通信技术

单元一互联网技术引言互联网的出现是人类通信技术的一次革命。然而，如果仅仅从技术的角度来理解互联网的意义显然远远不够,互联网的发展早已超越了当初研发时的军事和技术目的，几乎从一开始就是为人类的交流服务的。一互联网概述1.互联网的形成和发展互联网是由使用公用语言互相通信的计算机连接而成的全球网络,最早起源于美国国防部高级计划研究署（advancedresearchprojectsagency，ARPA）支持的用于军事目的的计算机实验网络ARPANET。互联网技术大体上经历了三个时间阶段的演进，但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的，网络的演进是逐渐的而不是突然的。互联网的发展历程如下。一互联网概述1）.第一阶段互联网始于1969年，美国军方在ARPA制定的协定下将美国西南部加利福尼亚大学洛杉矶分校、83年，美国国防部将ARPANET分为军网和民网，渐渐扩大为现在的互联网，之后有越来越多的公司加入。一互联网概述由于TCP/IP体系结构的发展，互联网在20世纪70年代的时候迅速发展起来，这个体系结构最初是由鲍勃·卡恩提出来的，然后由其他人进一步发展完善。20世纪80年代，美国国防部采用了这个结构，到1983年，世界各国普遍采用了这个体系结构，从而得到了全世界的认可。一互联网概述2）.第二阶段1978，UUCP(UNIX和UNIX拷贝协议)在贝尔实验室被提出来，1979年，在UUCP的基础上新闻组网络系统发展起来，为在全世界范围内交换信息提供了一个新的方法。同样，BITNET（一种连接世界教育单位的计算机网络）连接到世界教育组织的IBM大型机上，1981年开始提供邮件服务，Listserv软件和后来的其他软件被开发出来用于服务这个网络，网关被开发出来用于BITNET和互联网的连接，同时提供电子邮件传递和邮件讨论列表。这些Listserv软件和其他的邮件讨论列表形成了互联网发展中的又一个重要部分。一互联网概述第一个检索互联网的成就是在1989年被发明出来，是由PeterDeutsch和他的全体成员创造的，他们为FTP站点建立了一个档案，后来命名为Archie。这个软件能周期性地到达所有开放的文件下载站点，列出他们的文件并且建立一个可以检索的软件索引。检索Archie命令是UNIX命令，所以只有利用UNIX知识才能充分利用它的性能。一互联网概述大约在同一时期，BrewsterKahle在智能计算机公司(ThinkingMachines)发明了WAIS（广域网信息服务），能够检索一个数据库下所有文件，并允许文件检索。在它的高峰期，智能计算机公司维护着在全世界范围内能被WAIS检索的超过600个数据库的线索，包括所有在新闻组里的常见问题文件和所有正在开发中的用于网络标准的论文文档等。和Archie一样，WAIS的接口并不是很直观，所以要想很好地利用它也得花费很大的工夫。一互联网概述3）.第三阶段1991年，第一个连接互联网的友好接口在明尼苏达大学被开发出来。当时学校想开发一个简单的菜单系统，可以通过局域网访问学校校园网上的文件和信息，客户-服务器体系结构的倡导者很快做了一个先进的示范系统，这个示范系统称为Gopher。一互联网概述1989年，欧洲粒子物理实验室的TimBerners和他的团队成员提出了一个分类互联网信息的协议。这个协议在1991年后被称为WorldWideWeb，基于超文本协议——在一个文字中嵌入另一段文字的连接系统，阅读这些页面的时候，可以随时用它们选择一段文字链接。一互联网概述由于互联网最早是由政府部门投资建设的，所以它最初只限于研究部门、学校和政府部门使用，除了以直接服务于研究部门和学校的商业应用之外，其他的商业行为是不允许的。20世纪90年代初，当独立的商业网络开始发展起来，这种局面才被打破，这使得从一个商业站点发送信息到另一个商业站点而不经过政府资助的网络中枢成为可能。一互联网概述随着微软全面进入浏览器、服务器和互联网服务提供商（ISP）市场，成为了基于互联网的商业公司。1998年6月，微软的浏览器和Windows98集成并应用于桌面电脑，显示出在迅速成长的互联网上投资的决心。从此互联网进入了迅速发展壮大的时期，在线销售迅速成长，商业走进互联网的舞台。一互联网概述如今的互联网技术自发明以来已经走过了40多个年头，互联网已经进入千家万户。今天的互联网上活跃着黑客攻击、多媒体音视频下载应用、移动应用等多种元素，为了解决这些新元素给互联网带来的问题，美国的计算机科学家们已经开始考虑修改互联网的整体结构，这些措施涉及IP地址、路由表技术以及互联网安全等多方面的内容。一互联网概述(3)电子计算机将不再是互联网的中心设备。(4)互联网的数据传输量激增。(5)互联网将最终走向无线化。对于互联网未来的发展趋势，业界存在几个普遍公认的观点

(1)互联网的用户数量将进一步增加。(2)互联网在全球的分布状况将日趋分散。一互联网概述(6)互联网将出现更多基于云技术的服务项目。(7)互联网将更为节能环保。(8)互联网的网络管理将更加自动化。(9)互联网技术对网络信号质量的要求将降低。(10)互联网将吸引更多的黑客。一互联网概述2.互联网的结构形式1）互联网的边缘部分客户服务器（client/server,C/S）方式在互联网上是最常用的，也是最传统的方式。在上网发送电子邮件或在网站上查找资料时，都是使用客户/服务器方式，浏览器/服务器（browser/server，B/S）是C/S方式的一种特例。（1）客户/服务器方式一互联网概述对等连接（peer-to-peer,P2P）是指两主机在通信时并不区分服务请求方还是服务提供方，只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），就可以进行对等连接通信。这时，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档，因此这种工作方式也称为P2P文件共享，对等连接工作方式可支持大量对等用户（如上百万个）同时工作。（2）对等连接方式一互联网概述2）互联网的核心部分互联网的核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成，这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。网络核心部分是互联网中最复杂的部分，因为它们要向网络边缘部分中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能向其他主机通信（传送和接收各种形式的数据）。一互联网概述在网络核心部分中起特殊作用的是路由器，路由器是一种专用计算机（但不是主机），如果没有路由器，再多的网络也无法构建成互联网。路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。一互联网概述从通信资源的分配角度来看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。这种必须经过“建立连接（分配通信资源）—通话（占用通信资源）—释放连接（归还通信资源）”三个步骤的交换方式称为电路交换。（1）电路交换一互联网概述（2）分组交换分组交换采用存储转发技术。通常把要发送的整块数据称为一个报文（message）。在发送报文之前，先把较长的报文划分为一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面加上一些必要的控制信息首部（header）后,就构成了一个分组（packet）。一互联网概述3.互联网接入技术4）无线接入3）光纤接入

2）HFC接入

1）ADSL接入一互联网概述非对称数字用户环路（asymmetricdigitalsubscriberline,ADSL）是一种数据传输方式,它因为上行和下行带宽不对称，因此称为非对称数字用户线环路。ADSL采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰，即使边打电话边上网，也不会发生上网速率和通话质量下降的情况。ADSL技术为家庭和小型业务提供了高速接入互联网的方式。1）ADSL接入一互联网概述ADSL采用离散多音频（DMT）技术，将原来电话线40kHz~1.1MHz频段划分成256个频宽为4.3125kHz的子频带。其中，4kHz以下频段仍用于传送POTS（传统电话业务），20~138kHz的频段用来传送上行信号，138kHz~1.1MHz的频段用来传送下行信号。DMT技术可以根据线路的情况调整在每个信道上所调制的比特数，以便充分地利用线路。一般来说，子信道的信噪比越大，在该信道上调制的比特数越多，如果某个子信道信噪比很差，则弃之不用。目前，ADSL可达到上行640kb/s、下行8Mb/s的数据传输率。一互联网概述（3）ADSL的数据传输速率是根据线路的情况自动调整的，它以“尽力而为”的方式进行数据传输。ADSL接入的主要特点如下

（1）一条电话线可同时接听、拨打电话并进行数据传输，两者互不影响。（2）虽然使用的还是原来的电话线，但ADSL传输的数据并不通过交换机，所以ADSL上网不需要缴付额外的电话费，节省了费用。一互联网概述2）HFC接入混合光纤同轴电缆网（hybridfibercoaxial,HFC）是一种经济实用的综合数字服务宽带网接入技术。HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输，到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。HFC与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于它是在干线上用光纤传输光信号，在前端需完成电—光转换，进入用户区后要完成光—电转换。一互联网概述

同传统的CATV网络相比，HFC的网络拓扑结构也有些不同。光纤间不会有串音现象，不怕电磁干扰，能确保信号的传输质量；

传输损耗小；

频率特性好，在有线电视传输带宽内无须均衡；

HFC传输容量大，易实现双向传输；一互联网概述

第三，整个网络按照光节点划分成一个服务区；

第四，这种网络结构可满足为用户提供多种业务服务的要求。

同传统的CATV网络相比，HFC的网络拓扑结构也有些不同：

第一，光纤干线采用星形或环状结构；

第二，支线和配线网络的同轴电缆部分采用树状或总线式结构；一互联网概述HFC网络能够传输的带宽为750～860MHz，少数达到1GHz。根据原邮电部1996年意见，其中5～42（65）MHz频段为上行信号占用，50～550MHz频段用来传输传统的模拟电视节目和立体声广播，650～750MHz频段传送数字电视节目、VOD等，750MHz以上的频段留着以后技术发展用。一互联网概述3）光纤接入光纤接入技术是指在接入网中全部或部分采用光纤传输介质，构成光纤用户环路（fiberintheloop,FITL）,实现用户高性能宽带接入的一种方案。光纤接入网（opticalaccessnetwork,OAN）是指在接入网中用光纤作为主要传输媒介来实现信息传输的网络形式，它不是传统意义上的光纤传输系统，而是针对接入网环境所专门设计的光纤传输网络。一互联网概述由于光纤接入网使用的传输媒介是光纤，因此根据光纤深入用户群的程度，可将光纤接入网分为FTTC（光纤到路边）、FTTZ（光纤到小区）、FTTB（光纤到大楼）、FTTO（光纤到办公室）和FTTH（光纤到户），它们统称为FTTx。FTTx不是具体的接入技术，而是光纤在接入网中的推进程度或使用策略。一互联网概述4）无线接入无线接入技术是指从业务节点到用户终端之间的全部或部分传输设施采用无线手段，向用户提供固定和移动接入服务的技术。采用无线通信技术将各用户终端接入到核心网的系统，或者是在市话端局或远端交换模块以下的用户网络部分采用无线通信技术的系统都称为无线接入系统。由无线接入系统所构成的用户接入网称为无线接入网。一互联网概述固定无线接入指从业务节点到固定用户终端采用无线接入的接入方式，用户终端不含或仅含有限的移动性。此方式是用户上网浏览及传输大量数据时的必然选择，主要包括卫星、微波、扩频微波、无线光传输和特高频等。固定无线接入一互联网概述移动无线接入指用户终端移动时的接入，包括移动蜂窝通信网（GSM、CDMA、TDMA）、无线寻呼网、无绳电话网、集群电话网、卫星全球移动通信网以及个人通信网，是当前接入研究和应用中非常活跃的一个领域。移动无线接入一互联网概述4.互联网的分层结构计算机网络是一个非常复杂的系统，为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题。他们提出著名的开放式系统互联基本参考模型OSI/RM(opensystemsinterconnectionreferencemodel),简称为OSI，也就是所谓七层协议的体系结构。因此只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、遵循着同一标准的其他任何系统进行通信。一互联网概述OSI试图达到一种理想境界，即全世界的计算机网络都遵循这个统一的标准，从而使全世界的计算机能够很方便地进行互联和交换数据。但由于互联网已抢先在全世界范围覆盖了相当大的范围，而互联网并未使用OSI标准，得到最广泛应用的不是法律上的国际标准OSI，而是非国际标准TCP/IP。这样，TCP/IP就常被称为事实上的国际标准。一互联网概述OSI七层协议体系结构的概念清楚，理论也较完整，但既复杂又不实用。TCP/IP体系结构则不同，现在得到了非常广泛的应用。如同OSI参考模型，TCP/IP也是一种分层模型，它是由基于硬件层次上的四个概念性层次构成，即网络接口层、IP层、传输层、应用层。OSI和TCP/IP的区别一互联网概述表3-2OSI的体系结构和TCP/IP的体系结构OSI体系结构TCP/IP体系结构应用层应用层表示层会话层传输层传输层网络层IP层数据链路层网络接口层物理层二从互联网到物联网网络接口层（3）物联网不仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。从技术层面上和传统的互联网相比，物联网也有其鲜明的特征（1）物联网是各种感知技术的广泛应用。

（2）物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。三IPv6与物联网IPv6（internetprotocolversion6）是互联网工程任务组（internetengineeringtaskforce,IETF）设计的，用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。目前全球互联网所采用的协议族是TCP/IP协议族中网络层的协议，而IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。IPv6正处在不断发展和完善的过程中，它在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4，每个人将拥有更多IP地址。三IPv6与物联网IPv6拥有巨大的地址空间，同时128位的IPv6地址被划分两部分，即地址前缀和接口地址。与IPv4地址划分不同的是，IPv6地址的划分严格按照地址的位数来进行，而不采用IPv4中的子网掩码来区分网络号和主机号。IPv6地址的前64位被定义为地址前缀，地址前缀用来表示该地址所属的子网络，即地址前缀用来在整个IPv6网络中进行路由；而地址的后64位被定义为接口地址，接口地址用来在子网络中标识节点。1.IPv6对物联网的支持与不足1）IPv6在物联网寻址中的优势三IPv6与物联网IPv6采用了无状态地址分配的方案来解决高效率海量地址分配的问题，其基本的思想是网络侧不管理IPv6地址的状态（如节点应该使用什么样的地址、地址的有效期有多长），且基本不参与地址的分配过程。采用无状态地址分配之后，网络侧不再需要保存节点的地址状态、维护地址的更新周期，这大大简化了地址分配的过程，可以以很低的资源消耗来达到海量地址分配的目的。三IPv6与物联网2）IPv6对物联网节点移动的支持对移动性的支持，IPv6提出了相应的解决方案首先，从终端角度IPv6提出了IP地址绑定缓冲的概念，即IPv6协议栈在转发数据包之前需要查询IPv6数据包目的地址的绑定地址，如果查询到绑定缓冲中目的IPv6地址存在绑定的转交地址，则直接使用这个转交地址为数据包的目的地址，这样发送的数据流量就不会再经过移动节点的归属代理，而直接转发到移动节点本身。三IPv6与物联网其次，MIPv6引入了探测节点移动的特殊方法，即某一区域的接入路由器以一定时间进行路由接口的前缀地址通告,当移动节点发现路由器前缀通告发生变化，则表明节点已经移动到新的接入区域,与此同时根据移动节点获得的通告，节点又可以生成新的转交地址，并注册到归属代理上。三IPv6与物联网3）IPv6在保证物联网网络质量中的优势

其二采用区分服务体系结构(DiffServ）技术，由IP包自身携带优先级标记,网络设备根据这些优先级标记来决定包的转发优先策略。目前在IPv4网络中实现QoS有两种技术

其一采用资源预留的方式，利用资源预留协议(RSVP)等协议为数据保留一定的网络资源，在数据包传递过程中保证其传输的质量；三IPv6与物联网在QoS保障方面，IPv6在其数据包结构中定义了流量类别字段和流标签字段。流量类别字段有8位，和IPv4的服务类型（ToS）字段功能相同，用于对报文的业务类别进行标识；流标签字段有20位，用于标识属于同一业务流的包。流标签和源、目的地址一起，唯一标识了一个业务流,同一个流中的所有包具有相同的流标签，以便对有同样QoS要求的流进行快速、相同的处理。三IPv6与物联网4）IPv6在物联网安全中的优势在使用IPv6时，由于同一个子网支持的节点数量极大（达到百亿亿数量级），黑客通过扫描的方式找到主机的难度大大增加。在基础协议栈的设计方面，IPv6将IPsec协议嵌入到基础协议栈中，通信的两端可以启动IPsec加密通信过程，网络中的黑客不能采用中间人攻击的方法对通信过程进行破坏和劫持，即使黑客截取了节点的通信数据包，也会因为无法解码而不能窃取通信节点的信息。三IPv6与物联网IPv6作为下一代IP网络协议，具有丰富的地址资源，能够支持动态路由机制，可以满足物联网对网络通信地址、网络自组织以及扩展性方面的需求，但目前也存在一些技术问题需要解决，如无状态地址分配中的安全问题、移动IPv6中的绑定缓冲安全更新问题、流标签的安全防护、全球任播技术的研究等。5）IPv6存在的问题三IPv6与物联网2.物联网对于IPv6的意义物联网与IPv6各自的特点决定了它们之间必然产生紧密的联系，物联网构想的实现有赖于IPv6提供强大的支持，此外，物联网的普及必然会对IPv6的发展产生巨大的推动作用。物联网的发展对于IPv6产生了很大的需求，可以说，IPv6的发展将以物联网的发展为依托，从物联网的发展中获得自身发展的强大动力。问题与思考问题1物联网与互联网的关系是什么?思考:问题2简述IPv6与物联网的关系。思考:物联网通信技术

单元二

移动通信技术引言移动通信是指通信双方有一方或两方处于运动中的通信,也就是说，至少有一方具有可移动性，可以是移动台与移动台之间的通信，也可以是移动台与固定用户之间的通信。相比固定通信而言，移动通信网络具有覆盖广、建设成本低、部署方便、可移动等特点，因此满足了人们无论何时何地都能进行通信的愿望。未来移动通信网络将是物联网最主要的接入手段之一。一移动通信技术概述移动通信包括陆、海、空移动通信，移动通信系统由移动台、基站、移动交换局组成。20世纪80年代以来，特别是90年代以后，移动通信得到了飞速的发展，满足了人们无论何时何地都能进行通信的愿望。相比固定通信而言，移动通信不仅要为用户提供与固定通信一样的通信业务，而且由于用户的移动性，其管理技术要比固定通信复杂得多，同时，由于移动通信网中依靠的是无线电波的传播，其传播环境要比固定网中有线媒质的传播特性复杂，因此，移动通信有着与固定通信不同的特点。一移动通信技术概述移动通信开始于无线电通信的发明。1897年，马可尼完成了固定站与一艘拖船之间的无线通信试验，距离为18海里（1海里=1852m）。现代移动通信的发展始于20世纪20年代，而公用移动通信是从20世纪60年代开始的。公用移动通信系统的发展经历了第一代（1G）、第二代（2G）和第三代（3G），向着第四代（4G）和第五代（5G）的方向发展。1.移动通信的发展历史一移动通信技术概述1）第一代移动通信系统（1G）第一代移动通信系统通话质量一般，保密性差；制式太多，标准不统一，互不兼容；不能提供非话数据业务；不能提供自动漫游，因此已逐步被各国淘汰。缺点一移动通信技术概述第一代移动通信系统是模拟蜂窝移动通信网，这一阶段相对于之前的移动通信系统，最重要的突破在于贝尔实验室提出的蜂窝网概念。蜂窝网即小区制，实现了频率复用，提高了系统容量，它同时得益于20世纪70年代的两项关键突破，即微处理器的发明、交换和控制链路的数字化。一移动通信技术概述2）第二代移动通信系统（2G）2G采用蜂窝数字移动通信，使系统具有数字传输的种种优点，克服了1G的弱点，语音质量及保密性能得到了很大提高，可进行省内、省际自动漫游,但系统带宽有限，限制了数据业务的发展，也无法实现移动的多媒体业务。由于各个2G标准不统一，无法实现全球漫游,同时第二代移动通信主要满足传输语音和低速数据业务。缺点一移动通信技术概述（2）欧洲的GSM全球移动通信系统，它采用时分多址技术，由于其标准化程度高，进入市场早，现已成为全球最重要的2G标准之一。（3）日本的PDC，它采用的也是时分多址技术。（4）窄带CDMA，采用码分多址技术，1993年7月公布了IS-95空中接口标准，目前也是重要的2G标准之一。目前采用的2G系统主要有以下几种

（1）美国的D-AMPS，在原AMPS基础上改进而成，规模由IS-54发展成IS-136和IS-136HS,它采用时分多址技术。一互联网概述3）第三代移动通信系统（3G）第三代移动通信系统的目标是实现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力；与固定网络的各种业务相互兼容，具有高服务质量；全球范围内使用小型便携终端在任何时间、任何地点进行任何类型的通信。目标一互联网概述4）第四代移动通信系统（4G）4G通信技术是继3G以后的又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标性，即提高移动装置无线访问互联网的速度。4G支持交互多媒体业务、高质量影像、3D动画和宽带互联网接入，是宽带大容量的高速蜂窝系统。4G系统能够以100Mb/s的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mb/s，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求；此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着无可比拟的优越性。一互联网概述2.移动通信的特点（5）频率资源的有限性。（4）系统和网络结构复杂。（3）噪声和干扰严重。

（2）电波传播条件复杂。（1）移动性。一互联网概述移动性就是要保持物体在移动状态中的通信，它必须是无线通信或无线通信与有线通信的结合，因此，系统中要有完善的管理技术来对用户的位置进行登记、跟踪，使用户在移动时也能进行通信，不因为位置的改变而中断。（1）移动性一互联网概述移动台可能在各种环境中运动，如建筑群或障碍物等，因此电磁波在传播时不仅有直射信号，而且会产生反射、折射、绕射、多普勒效应等现象，从而产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等问题。因此，需要充分研究电波的传播特性，使系统具有足够的抗衰落能力，才能保证通信系统正常运行。（2）电波传播条件复杂一互联网概述移动台在移动时不仅受到城市环境中各种工业噪声和天然噪声的干扰，同时由于系统内有多个用户，移动用户之间还会有互调干扰、邻道干扰、同频干扰等，这就要求在移动通信系统中对信道进行合理的划分和频率的复用。（3）噪声和干扰严重一互联网概述移动通信系统是一个多用户通信系统和网络，必须使用户之间互不干扰，能协调一致工作；此外，移动通信系统还应与固定网、数据网等互连，整个网络结构是相当复杂的。（4）系统和网络结构复杂一互联网概述在有线网络中，可以依靠多铺设电缆或光缆来提高系统的带宽资源,而在无线网中，频率资源是有限的，因此对无线频率的划分有严格的划定，要求移动通信技术的频带利用率高、设备性能好。无线频率是最重要的资源，如何提高系统的频率利用率是移动通信系统的一个重要课题。（5）频率资源的有限性一互联网概述3.移动通信的分类（5）卫星移动通信。（4）无线电寻呼系统。（3）无绳电话。（2）蜂窝移动通信。（1）集群移动通信。一互联网概述4.移动通信网的系统构成图3-1一互联网概述5）数据库4）中继传输系统3）移动台2）基站1）移动业务交换中心(MSC)一互联网概述Subtitletext1（2）集中控制管理功能（3）通过关口MSC与公用电话网相连。Subtitle（1）信息交换功能MSC作用一互联网概述5.移动通信网的多址方式在蜂窝移动通信系统中，移动台是通过基站和其他移动台进行通信的，因此必须对移动台和基站的信息加以区别，使基站能区分是哪个移动台发来的信号，而各移动台又能识别出哪个信号是发给自己的。要解决这个问题，就必须给每个信号赋予不同的特征，这就是多址技术要解决的问题。一互联网概述(4)空分多址方式(SDMA)(3)码分多址方式(CDMA)(2)时分多址方式(TDMA)(1)频分多址方式(FDMA)多址方式的基本类型一互联网概述1）FDMAFDMA的信道每次只能传递一个电话，并且在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时连续不断地发射信号，在接收设备中使用带通滤波器只允许指定频道里的能量通过，滤除其他频率的信号，从而将需要的信号提取出来，并且限制临近信道之间的干扰。一互联网概述技术成熟、对信号功率的要求不严格，但是在系统设计中需要周密的频率规划，基站需要多部不同载波频率的发射机同时工作，设备多且容易产生信道间的互调干扰，同时，由于没有进行信道复用，信道效率很低。特点一互联网概述2）TDMATDMA把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干时隙（无论帧还是时隙都是互不重叠的），每一个时隙就是一个通信信道。TDMA中，给每个用户分配一个时隙。在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰，同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来，这样，同一个频道就可以供几个用户同时进行通信，相互没有干扰。一互联网概述3）CDMA时域上的脉冲信号，其脉冲宽度越窄，频谱就越宽。那么，如果用所需要传送的信号去调制很窄的脉冲序列，使信号所占的频带宽度远大于原始信号本身需要的带宽，其逆过程称为解扩，即将这个宽带信号还原成原始信号，这个窄脉冲序列称为扩频码。如果用这样一种扩频后的无线信道来传送无线信号，由于信号扩展在非常宽的宽带上，因此来自同一无线信道的用户干扰很小，使得多个用户可以同时分享同一无线信道。二第三代移动通信技术1.第三代移动通信技术概述“3G”(3rdgeneration)是第三代移动通信技术的简称，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。为了提供上述服务，3G网络必须能够支持不同速率的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mb/s、384kb/s以及144kb/s的传输速度（此数据根据网络环境会发生变化）。二第三代移动通信技术2.第三代移动通信技术的特点5）采用自适应天线及软件无线电技术4）快速功率控制

3）实现多业务、多速率传送2）采用宽带射频信道，支持高速率业务1）采用高频段频谱资源

二第三代移动通信技术3.第三代移动通信技术的标准业界将CDMA技术作为3G的主流技术，国际电信联盟确定3个无线接口标准，分别是美国的CDMA2000、欧洲的WCDMA和中国的TD-SCDMA。目前中国支持国际电信联盟确定的3个无线接口标准，分别是中国电信的CDMA2000、中国联通的WCDMA、中国移动的TDSCDMA。2007年10月19日，WiMAX正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA之后的第四个全球3G标准。二第三代移动通信技术1）WCDMAWCDMA是WidebandCodeDivisionMultipleAccess(宽带码分多址)的英文简称，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术与日本提出的宽带CDMA技术融合的产物。WCDMA逻辑网络元素按功能可以分成用户设备终端(UE)、无线接入网(RAN)和核心网(CN)。二第三代移动通信技术⑤中国频段：1940~1955MHz(上行)、2130~2145MHz(下行)。④码片速率：3.8Mchip/s。③带宽：5MHz。②异步CDMA系统：无GPS。①ARTTFDD。WCDMA无线技术规范二第三代移动通信技术

①空时处理方法。由于移动台一般不适于用多天线接收，在基站采用多个天线进行发射分集，移动台的接收效果与多个接收天线的效果相似。②波束成形技术。波束成形技术（beamforming,BF）可分为自适应波束成形、固定波束成形和切换波束成形技术。（2）关键技术二第三代移动通信技术术语CDMA在移动通信领域通常特指高通公司开发的CDMA标准族，它们定义了一组移动通信协议。CDMA作为复用技术，既用于WCDMA空中接口协议，也用于高通公司的CDMA协议。WCDMA专指在IMT2000中定义的移动电话协议。WCDMA协议与高通公司开发的CDMA无关。CDMA标准族（IS95/CDMAOne和CDMA2000）不兼容WCDMA标准族。（3）WCDMA与CDMA二第三代移动通信技术⑤开通国家最广，可漫游的国家和地区多。④覆盖广泛。③终端种类最多。②支持业务最广泛。①网络速度最快。WCDMA的网络优势二第三代移动通信技术（5）WCDMA系统演进WCDMA系统的整体演进方向为网络结构向全IP化发展，业务向多样化、多媒体化和个性化方向发展，无线接口向高速传输分组数据发展，小区结构向多层次、多制式、重复覆盖方向发展，用户终端向支持多制式、多频段方向发展。二第三代移动通信技术2）CDMA2000⑤中国频段：1920~1935MHz（上行）、2110~2125MHz(下行)。④码片速率：1.2288Mchip/s。③带宽：1.25MHz。②同步CDMA系统：有GPS。①RTTFDD。标准参数二第三代移动通信技术⑤前向链路发射分集。④前向快速寻呼信道。③3800MHz前向快速功率控制。②Turbo码。①多种射频信道带宽。（2）CDMA2000采用的新技术二第三代移动通信技术⑩灵活的帧长。⑨增强的媒体接入控制功能。⑧辅助导频信道。⑦连接的反向空中接口波形。⑥反向相干解调。（2）CDMA2000采用的新技术二第三代移动通信技术3）TDSCDMA⑤中国频段：1880~1920MHz、2010~2025MHz、2300~2400MHz.④码片速率：1.28Mchip/s。③带宽：1.6MHz。②同步CDMA系统：有GPS。①RTTTDD。（1）标准参数。二第三代移动通信技术④软件无线电技术。③联合检测技术。②智能天线技术。①接力切换技术。（2）核心技术二第三代移动通信技术4）WiMAXIEEE802.16系列标准主要定义了空中接口的物理层和MAC层规范。MAC层独立于物理层，并能支持多种不同的物理层。（1）WiMAX标准二第三代移动通信技术③数据传输速率高。④支持QoS。⑤可靠的安全性。（2）WiMAX的技术特点①覆盖范围大。②无线数据传输性能强。⑥业务功能丰富。二第三代移动通信技术5）3G主要技术标准的比较（5）与第二代系统的兼容性。（4）越区切换技术。（3）智能天线技术。（2）码片速率与载波带宽。（1）双工模式。三第四代移动通信技术1.第四代移动通信技术概述4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体,能够传输高质量视频图像且图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。三第四代移动通信技术国际电信联盟在2005年10月举办的ITU

RWP8F第17次会议上，给了4G技术一个正式的名称IMT

Advanced，按照它的定义，WCDMA、HSDPA等技术统称为IMT

2000技术，而未来新的空中接口技术则称为IMT

Advanced技术。IMT

Advanced标准继承了3G标准组织制定的多项新定标准并加以延伸，如IP核心网、开放业务架构及IPv6，在此基础上，IMT

Advanced强调其整体系统架构必须满足3G系统演进到未来4G系统的需求。三第四代移动通信技术（3）通信应用更加丰富多彩。（4）高度智能化的网络。参考IMTAdvanced标准，4G系统应满足以下目标（1）具有很高的数据传输速率。（2）终端兼容性更好，可以实现真正的无缝漫游。三第四代移动通信技术2.第四代移动通信技术标准4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，利用了一些新的通信技术，不断提高无线通信的网络效率和功能。在容量方面，4G可在FDMA、TDMA、CDMA的基础上引入空分多址(SDMA)，容量达到3G的5～10倍；4G通信技术可把上网速度提高到第三代移动技术的50倍，实现三维图像高质量传输。三第四代移动通信技术1）LTE长期演进(longtermevolution,LTE)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用正交频分复用技术（OFDM）和多输入输出技术（MIMO）作为其无线网络演进的唯一标准。三第四代移动通信技术在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mb/s与上行50Mb/s的峰值速率，相对于3G网络大大地提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低：内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。特点三第四代移动通信技术2）LTEAdvanced（3）峰值频谱效率：下行30bps/Hz，上行15bps/Hz。（4）针对室内环境进行优化。（5）有效支持新频段和大带宽应用。LTEAdvanced的相关特性如下（1）带宽：100MHz。（2）峰值速率：下行1Gb/s，上行500Mb/s。（6）峰值速率大幅提高，频谱效率有限地改进。三第四代移动通信技术3）WiMAXWiMAX即全球微波互联接入，它的另一个名字是IEEE802.16。WiMAX的技术起点较高，所能提供的最高接入速度是70Mb/s，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。WiMAX逐步实现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高，这也是未来移动世界和固定网络的融合趋势。三第四代移动通信技术虽然WiMAX网络在网络覆盖面积和网络的带宽上优势巨大，但是其移动性却有着先天的缺陷，无法满足高速(≥50km/h)下的网络无缝连接，从这个意义上讲，WiMAX还无法达到3G网络的水平，严格地说并不能作为移动通信技术，而仅仅是无线局域网的技术。但是WiMAX的希望在于IEEE802.16m技术上，将能够有效地解决这些问题，也正是因为有中国移动、英特尔、Sprint各大厂商的积极参与，WiMAX成为呼声仅次于LTE的未来4G网络标准之一。三第四代移动通信技术4）WirelessMANAdvancedWirelessMANAdvanced事实上是WiMAX的升级版，即IEEE802.16m标准。802.16系列标准在美国电气和电子工程协会（IEEE）中正式称为WirelessMAN,其中，802.16m最高可以提供1Gb/s无线传输速率，还将兼容未来的4G无线网络。三第四代移动通信技术（5）功耗节省。（4）低时延，QoS增强。（3）提高数据和VOIP容量。（2）提高频谱效率。（1）提高网络覆盖，改建链路预算。优势三第四代移动通信技术3.第四代移动通信技术面临的问题虽然从理论上讲，3G手机用户在全球范围都可以进行移动通信，但是由于没有统一的国际标准，各种移动通信系统彼此互不兼容，给手机用户带来诸多不便。因此，开发第四代移动通信系统必须首先解决通信制式等需要全球统一的标准化问题，而世界各大通信厂商对此一直争论不休。1）标准多三第四代移动通信技术要实现4G通信的下载速度还面临着一系列技术问题。例如，如何保证楼区、山区以及其他有障碍物等易受影响地区的信号强度等问题。日本DoCoMo公司表示，为了解决这一问题，公司会对不同编码技术和传输技术进行测试。另外在移动切换方面存在的技术问题，使手机很容易在从一个基站的覆盖区域进入另一个基站的覆盖区域时和网络失去联系，由于第四代无线通信网络的架构相当复杂，这一问题显得格外突出，不过行业专家表示，他们相信这一问题可以得到解决，但需要一定的时间。2）技术难三第四代移动通信技术人们对未来4G通信印象最深的莫过于它的通信传输速度会得到极大提升，但手机的速度会受到通信系统容量的限制，如系统容量有限，手机用户越多，速度就越慢。据有关行家分析，4G手机很难达到其理论速度，如果速度上不去，4G手机的实用性就要大打折扣。3）容量受限三第四代移动通信技术第三代技术仍然在缓慢地进入市场，整个行业正在消化吸收第三代技术，对于第四代移动通信系统的接受还需要一个逐步过渡的过程。另外，在过渡过程中，如果4G通信因为系统或终端的短缺而导致延迟，那么号称5G的技术随时都有可能威胁到4G的赢利计划，此时4G漫长的投资回收和赢利计划会变得异常的脆弱。4）市场难以消化三第四代移动通信技术在部署4G通信网络系统之前，覆盖全球的大部分无线基础设施都是基于第三代移动通信系统建立的，如果要向第四代通信技术转移，那么全球的许多无线基础设施都需要经历大量的变化和更新，这种变化和更新势必减缓4G通信技术全面进入市场、占领市场的速度。而且到那时，还必须要求3G通信终端升级到能进行更高速数据传输及支持4G通信各项数据业务的4G终端，也就是说4G通信终端要能在4G通信网络建成后及时提供，不能让通信终端的生产滞后于网络建设。5）设施更新慢三第四代移动通信技术手机的功能越来越强大，而无线通信网络也变得越来越复杂，同样，4G通信在功能日益增多的同时，它的建设和开发也会遇到比以前系统建设更多的困难和麻烦。另外，费率和计费方式对于4G通信的移动数据市场的发展尤为重要，因此必须及早慎重研究基于4G通信的收费系统，以利于市场发展。6）其他三第四代移动通信技术4.第四代移动通信技术的展望以4G为龙头的移动通信技术正在带来信息产业新的革命，到了4G时代，可能更强调的是兼容、互联互通，拿着联通的手机去打移动的客户，用户感觉不到有什么不同，实际上后台它们要互联互通，要相互结算，有一整套的管理体系和运行机制做保证。中国移动已经全面启动4G网络建设，其中包括2013年开始在国内100个城市进行TDLTE(我国4G技术标准)设备采购，2013年建成TD-LTE基站规模超过20万个，即2013年新建基站18万个，据介绍，这一投资总额将达到约1800亿元。四移动通信与物联网(3)基于IP地址的路由分配，支持更多多媒体业务。(4)更高的资源利用率，更大的业务容量，更广的融合系统。从广义上讲，未来的无线网络具有以下特征(1)方便、高速、统一的无线接入。(2)支持多种网络环境，融合多种传输资源，支持多种移动模式。四移动通信与物联网Subtitletext1（2）移动通信传输网

络在物联网中的应用。（3）移动通信网络管理

平台在物联网中的应用。Subtitle（1）移动通信终端在物联网中的应用。移动通信在物联网的应用四移动通信与物联网现在的移动通信终端只有语音或数据的通信功能，还不具有信息的感知和物品的控制功能，因此不能直接作为物联网的节点设备使用。可以通过在移动通信终端中增加相应的传感器和控制元件，或者为现有的传感器增加移动通信功能，对移动终端加以改进，从而实现移动通信终端和物联网信息终端的融合。（1）对移动终端的改进四移动通信与物联网对现有的用户管理方式进行改进，包括采用新的用户标示手段以增加用户容量、区分物品用户和人员用户的不同，最终提高网络的运行效率；其次，物联网对信息传输的安全性和可靠性都要求非常高，这就要求必须改进现在移动通信网络中信息传输的管理方式，以提高安全性和可靠性；最后，必须为联网用户不断开发新的业务，并对新的物联网业务进行高效的管理。（2）对网络管理的改进问题与思考问题1什么是移动通信技术?移动通信网由哪几部分组成？思考:问题2移动通信与物联网业务如何实现交互？思考:物联网通信技术

单元三

短距离无线通信技术引言移动通信是指通信双方有一方或两方处于运动中的通信,也就是说，至少有一方具有可移动性，可以是移动台与移动台之间的通信，也可以是移动台与固定用户之间的通信。相比固定通信而言，移动通信网络具有覆盖广、建设成本低、部署方便、可移动等特点，因此满足了人们无论何时何地都能进行通信的愿望。未来移动通信网络将是物联网最主要的接入手段之一。短距离无线通信，学术界目前还没有一个严格的定义。一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息且传输距离限制在较短的范围（几十米）内，就可称为短距离无线通信。短距离无线通信主要包括ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、超宽带技术（UWB）、NFC等技术。短距离无线通信技术按数据传输速率可以分为高速短距离无线通信技术和低速短距离无线通信技术两类。Subtitletext1低功耗对等通信Subtitle低成本短距离无线通信特征一ZigBeeZigBeeZigBee主要应用在短距离范围内且数据传输速率不高的各种电子设备之间。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本,主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。一ZigBee1.ZigBee的技术特点

（5）短延时。

（4）近距离。

（3）低速率。（2）低成本。

（1）低功耗。一ZigBee（9）自组织网通信方式（动态路由）。（8）免执照频段。（7）高安全。（6）高容量。一ZigBee2.ZigBee协议栈1）ZigBee协议栈的定义在网络中，为了完成通信必须使用多层上的多种协议，这些协议按照层次顺序组合在一起，构成了协议栈（protocolstack）。协议栈是指网络中各层协议的总和，一套协议的规范，其形象地反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。一ZigBee

网络接口层

网络层运输层应用层互联网协议栈一ZigBee2）ZigBee协议栈的结构ZigBee协议栈结构由一组被称为层的模块组成，每一层为上面的层执行一组特定的服务,其中数据实体提供了数据传输服务，管理实体提供了所有其他的服务，每个服务实体通过一个服务接入点（SAP）为上层提供一个接口，每个SAP支持多种服务原语来实现要求的功能。ZigBee协议栈基于标准的开放式系统互联（OSI）七层模型，但是仅定义了那些相关预期市场空间功能的层。一ZigBeeIEEE802.15.4—2003标准定义了两个较低层：物理层（PHY）和媒体访问控制子层（MAC），ZigBee联盟在此基础上建立了网络层（NWK）和应用层构架。应用层构架由应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和制造商定义的应用对象组成。IEEE802.15.4—2003有两个PHY层，这两个PHY层运行在两个不同的频率范围,即868/915MHz和2.4GHz。一ZigBee较低频率的PHY层覆盖了868MHz频带(如欧洲)和915MHz频带（如美国和澳大利亚），较高频率的PHY层几乎在世界各地使用。IEEE802.15.4—2003MAC子层使用CSMACA（带有冲突避免的载波侦听多路访问）机制来控制无线电信道的访问,其职责也可能包括传输信帧，同步和提供一个可靠的传输机制。一ZigBee（3）为到预定目的地的帧寻找路由。（4）发现和维护设备之间的路由。（5）发现单跳的邻居。ZigBee网络层的职责包括以下几个方面（1）加入和离开一个网络。（2）为帧运用安全功能。（6）存储相关的邻居信息。一ZigBeeAPS子层的职责包括以下几个方面（1）维护绑定表，定义为能够根据其服务和需求同时匹配两个设备。（2）在绑定设备之间传输信息。一ZigBeeZDO的职责包括以下几个方面（1）定义网络中设备的角色（例如，ZigBee协调器或终端设备）。（2）发起和/或响应绑定请求。（3）在网络设备之间建立一个安全的关系。（4）ZDO还负责发现网络上的设备，并决定它们提供哪种应用服务。一ZigBee3.ZigBee的应用前景（5）农业控制。（4）公共场所。（3）商业。（2）工业控制。

（1）家庭和楼宇网络。二B luetooth

4）全球通用3）易于使用2）设备范围

1）全球可用

1.蓝牙的技术优势二B luetooth以通信距离分类ClassAClassB用于大功率远距离蓝牙产品用于手机蓝牙耳机2.蓝牙的技术规范二B luetooth1）蓝牙2.1+EDR只要在手机选项中选项特定装置，在确定之后，手机会自动列出目前环境中可使用的设备，并且自动进行连接。而短距离的配对方面，也具备了在两个支持蓝牙的手机之间互相配对与通信传输的NFC（nearfieldcommunication）机制。（1）改善装置配对流程二B luetooth蓝牙2.1版本加入了SniffSubrating的功能，通过设定在两个装置之间互相确认信号的发送间隔来达到节省功耗的目的。一般来说，当两个进行连接的蓝牙装置进入待机状态后，蓝牙装置之间仍需要通过相互的呼叫来确定彼此是否仍在待机状态，因此蓝牙芯片就必须随时保持在工作状态。为了改善这样的状况，蓝牙2.1将装置之间相互确认的信号发送时间间隔从旧的0.1s延长到0.5s左右。（2）更佳的省电效果二B luetooth2）蓝牙3.0作为新版规范，蓝牙3.0的传输速度自然会更高，而原因就在802.11无线协议上。通过集成802.11PAL（协议适应层），蓝牙3.0的数据传输率提高到大约24Mb/s（即可在需要的时候调用802.11WiFi用于实现高速数据传输），是蓝牙2.0的8倍，可以轻松用于录像机至高清电视、个人计算机至便携式媒体播放器、超级移动个人计算机至打印机之间的资料传输。二B luetooth功耗方面，通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消耗更多能量，但由于引入了增强电源控制（EPC）机制，再辅以802.11，实际空闲功耗会明显降低。此外，新的规范还具备通用测试方法（GTM）和单向广播无连接数据（UCD）两项技术，并且包括了一组主机控制接口（HCI）指令以获取密钥长度。二B luetooth3）蓝牙4.0蓝牙4.0包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙技术和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙4.0的改进之处主要体现在三个方面，即电池续航时间、节能和设备种类，拥有低成本、跨厂商互操作性、3ms低延迟、100m以上超长距离、AES128加密等诸多特色。此外，蓝牙4.0的有效传输距离也有所提升，可达到100m。二B luetooth蓝牙4.0继承了蓝牙技术无线连接的所有优势，同时增加了低耗能蓝牙和高速蓝牙两大特点，尤以低功耗技术为核心，大大拓展了蓝牙技术的市场潜力。低耗能蓝牙技术将为以纽扣电池供电的小型无线产品及感测器进一步开拓医疗保健、运动与健身、保安及家庭娱乐等市场提供新的机会。三Wi-Fi1.Wi-Fi的突出优势

（3）厂商进入该领域的门槛较低。（2）传输速度快。

（1）无线电波的覆盖范围广，半径则可达100m左右。三Wi-Fi2.Wi-Fi网络的组建网络的组建无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如果只是几台电脑的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线网卡。有线宽带网络（ADSL、小区LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻居得到授权后，无需增加端口，也能以共享的方式上网。四UWB超宽带技术（ultrawideband，UMB)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。有人称UWB为无线电领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。四UWB1.UWB的技术特点(3)功耗低。(4)安全性高。(5)多径分辨能力强。(1)系统结构的实现比较简单。(2)高速的数据传输。(6)定位精确。(7)工程简单，造价便宜。四UWB2.UWB与其他短距离无线技术的比较IEEE802.11a是由IEEE制定的无线局域网标准之一，物理层速率在54Mb/s，传输层速率在25Mb/s，它的通信距离可能达到100m，而UWB的通信距离在10m左右。在短距离的范围(如10m以内)，IEEE802.11a的通信速率与UWB相比不占优势，UWB可以达到上千兆，是IEEE802.11a的几十倍；超过这个距离范围(即大于10m)，由于UWB发射功率受限，表现就差很多了。1)IEEE802.11a与UWB四UWB蓝牙的传输距离为10cm～10m，它采用2.4GHzISM频段和调频、跳频技术，速率为1Mb/s。从技术参数上来看，UWB的优越性是比较明显的，有效距离差不多，功耗也差不多，但UWB的速度却快得多，是蓝牙速度的几百倍。从目前的情况来看，蓝牙唯一比UWB优越的地方就是蓝牙的技术已经比较成熟，但是随着UWB的发展，这种优势就不再存在。2)蓝牙与UWB四UWBHomeRF借用了802.11规范中支持TCP/IP传输的协议,而其语音传输性能则来自DECT(无绳电话)标准。HomeRF定义的工作频段为2.4GHz，这是不需许可证的公用无线频段。HomeRF使用了跳频空中接口，每秒跳频50次，即每秒钟信道改换50次,收发信机最大功率为100mW，有效范围约50m，其速率为1~2Mb/s。与UWB相比,HomeRF的传输距离远，但速率太低；UWB传输距离只有HomeRF的五分之一，但速度却是HomeRF的几百倍甚至上千倍。3)HomeRF与UWB四UWB3.UWB的发展前景具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的优点,使得UWB比较适合家庭无线消费市场的需求。UWB尤其适合近距离高速传递大量多媒体数据,加上可以穿透障碍物的突出优点，让很多商业公司将其看作一种很有前途的无线通信技术，应用于诸如将视频信号从机顶盒无线传送到数字电视等家庭场合。当然，UWB未来的前途还要取决于各种无线方案的技术发展、成本、用户使用习惯和市场成熟度等多方面的因素。五NFC近距离无线通信技术（nearfieldcommunication,NFC）是由飞利浦公司和索尼公司共同开发的一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。五NFC1.NFC的工作模式Subtitletext1（2）点对点模式（3）读卡器模式Subtitle（1）卡模式五NFC2.NFC的技术特征相对于RFID来说，NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点；其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为越来越多主要厂商支持的正式标准；再次，NFC是一种近距离的私密通信方式；最后，RFID更多被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上，而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。与RFID比较五NFCNFC手机内置NFC芯片，比原先仅作为标签使用的RFID增加了数据双向传送的功能，这个进步使得其更加适合用于电子货币支付，特别是RFID所不能实现的相互认证、动态加密和一次性钥匙(OTP)等功能都能够在NFC上实现。NFC技术支持多种应用，包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等,NFC设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写器终端以及设备对设备的数据传输链路，其应用主要分为四个基本类型，即用于付款和购票、用于电子票证、用于智能媒体以及用于交换、传输数据。五NFC3.NFC与蓝牙的比较NFC略胜蓝牙的地方在于设置程序较短，但无法达到低功率蓝牙的速度。NFC可以减少不必要的干扰。相对于蓝牙，NFC兼容于现有的被动RFID(13.56MHzISO/IEC18000-3)设施。NFC的能量需求更低，与蓝牙V4.0低功耗协议类似。NFC的短距离通信特性正是其优点，由于耗电量低、一次只和一台机器连接，拥有较高的保密性与安全性，NFC有利于信用卡交易时避免被盗用。NFC的目标并非是取代蓝牙等其他无线技术，而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。五NFC4.NFC的发展前景NFC具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点。如果NFC技术能得到普及，它将在很大程度上改变人们使用许多电子设备的方式，甚至改变使用信用卡、钥匙和现金的方式。NFC作为一种新兴的技术，大致总结了蓝牙技术协同工作能力差的弊病,不过，它的目标并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi等其他无线技术，而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的作用。因为NFC的数据传输速率较低，仅为212kb/s，不适合诸如音视频流等需要较高带宽的应用。物联网通信技术

单元四

无线传感器网络技术引言微机电系统(microelectromechanismsystem,MEMS)、片上系统(systemonchip,SoC)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络(wirelesssensornetworks,WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知技术的一场变革。无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。一无线传感器网络概述传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能，它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。无线传感器网络是由大量静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络所有者。一无线传感器网络概述无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震,电磁,温度,湿度,噪声,光强度,压力,土壤成分,移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象，潜在的应用领域可以归纳为军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等。二无线传感器网络的发展历史第一阶段，最早可以追溯至越战时期使用的传统传感器系统。当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，“胡志明小道”是胡志明部队向南方游击队输送物资的秘密通道，美军对其进行了狂轰滥炸，但效果不大。后来，美军投放了2万多个“热带树”传感器。战争期间，美军利用“热带树”系统总共炸毁或炸坏4.6万辆卡车。第一阶段二无线传感器网络的发展历史20世纪80年代至20世纪90年代。这个阶段主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等，这些现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力。在1999年，商业周刊将传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一。第二阶段二无线传感器网络的发展历史21世纪开始至今。这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织和节点设计低功耗，除了应用于反恐活动以外，在其他领域更是获得了很好的应用，所以2002年，美国国家重点实验室——橡树岭实验室提出了“网络就是传感器”的论断。第三阶段三无线传感器网络的特点1.大规模一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；另一方面，传感器节点部署很密集，在面积较小的空间内部署大量的传感器节点。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：三无线传感器网络的特点通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。传感器网络的大规模性具有如下优点：三无线传感器网络的特点2.自组织在传感器网络应用中，传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，在传感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少，从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。三无线传感器网络的特点3.动态性传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：环境因素或电能耗尽造成的传感器节点故障或失效；环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。三无线传感器网络的特点4.可靠无线传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点往往采用随机部署，这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，网络的维护十分困难甚至不可维护，传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息，因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。三无线传感器网络的特点5.应用相关不同的应用对传感器网络的要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议必然会有很大差别，所以传感器网络不能像因特网一样有统一的通信协议平台。不同的传感器网络应用虽然存在一些共性问题，但在开发传感器网络应用中，更应关心传感器网络的差异，只有让系统更贴近应用，才能做出最高效的目标系统。针对每一个具体应用来研究传感器网络技术，这是传感器网络设计不同于传统网络的显著特征。三无线传感器网络的特点6.以数据为中心传感器网络是任务型的网络，脱离传感器网络谈论传感器节点没有任何意义。传感器网络中的节点采用节点编号标识，节点编号是否需要全网唯一取决于网络通信协议的设计。传感器网络与节点编号之间的关系是完全动态的，表现为节点编号与节点位置没有必然联系。用户使用传感器网络查询事件时，直接将所关心的事件通告给网络，而不是通告给某个确定编号的节点,网络在获得指定事件的信息后汇报给用户。这种以数据本身作为查询或传输线索的思想更接近于自然语言交流的习惯,所以通常说传感器网络是一个以数据为中心的网络。四无线传感器网络的结构1.传感器节点传感器节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过小容量电池供电。从网络功能上看，每个传感器节点除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合，并与其他节点协作完成一些特定任务。四无线传感器网络的结构2.汇聚节点汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，它是连接传感器网络与Internet等外部网络的网关，实现两种协议间的转换，同时向传感器节