物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)簡述.doc

物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)IOT（Internet of Things）是把所有物品通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。在物聯(lián)網(wǎng)中，物品標簽中存儲著規(guī)范而具有互用性的信息，通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)自動采集到中央信息系統(tǒng)，實現(xiàn)對物品的識別，然后通過開放性的計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息交換和共享，實現(xiàn)對物品的管理和監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可分為傳感網(wǎng)絡(luò)，傳輸網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)三層，系統(tǒng)應(yīng)用流程可分為：首先對目標物體屬性進行標識，靜態(tài)屬性可直接存儲在標簽中，動態(tài)屬性可由傳感器實時探測；其次識別設(shè)備完成對目標物體信息的讀取，并將信息轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式；再次，將目標物體的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行?，由處理中心對物體信息進行相關(guān)的操作。物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的核心主要包括以太網(wǎng)技術(shù)，WLAN技術(shù)，Bluetooth技術(shù)，Zigbee技術(shù)，UWB技術(shù)，NFC技術(shù)。Ethernet技術(shù)即以太網(wǎng)技術(shù)，是比較成熟穩(wěn)定的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，配合光網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，它目前是最為主流的網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)。是一種計算機局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。IEEE制定的IEEE 802.3標準給出了以太網(wǎng)的技術(shù)標準。它規(guī)定了包括物理層的連線、電信號和介質(zhì)訪問層協(xié)議的內(nèi)容。以太網(wǎng)是當前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)。它很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標準，如令牌環(huán)網(wǎng)（token ring）、FDDI和ARCNET。以太網(wǎng)的標準拓撲結(jié)構(gòu)為總線型拓撲，但目前的快速以太網(wǎng)（100BASE-T、1000BASE-T標準）為了最大程度的減少沖突，最大程度的提高網(wǎng)絡(luò)速度和使用效率，使用交換機（Switch hub）來進行網(wǎng)絡(luò)連接和組織，這樣，以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)就成了星型，但在邏輯上，以太網(wǎng)仍然使用總線型拓撲和CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect 即帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問）的總線爭用技術(shù)。為了使不同計算機廠家生產(chǎn)的計算機能夠相互通信，以便在更大的范圍內(nèi)建立計算機網(wǎng)絡(luò)，國際標準化組織（ISO）在1978年提出了“開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型”，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/Reference Model）。它將計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議劃分為七層，自下而上依次為：物理層（Physics Layer）、數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）、網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）、傳輸層（Transport Layer）、會話層（Session Layer）、表示層（Presentation Layer）、應(yīng)用層（Application Layer）。但在實際的應(yīng)用生產(chǎn)過程中，使用的是TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。TCP/IP由四個層次組成：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層。WLAN(Wireless Local Area Network，無線局域網(wǎng))，是指應(yīng)用無線通信技術(shù)將計算機設(shè)備互聯(lián)起來，構(gòu)成可以互相通信和實現(xiàn)資源共享的網(wǎng)絡(luò)體系,從而使網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和終端的移動更加靈活。WLAN 通信系統(tǒng)一般使用在同一座建筑內(nèi)。WLAN 使用 ISM (Industrial、Scientific、Medical) 無線電廣播頻段通信。WLAN 的 IEEE 802.11a 標準使用 5 GHz 頻段，支持的最大速度為 54 Mb/s，而IEEE 802.11b 和 IEEE 802.11g標準使用2.4 GHz 頻段，分別支持最大11 Mb/s 和54 Mb/s的速度。IEEE802.11WLAN提供兩種運作模式：Ad-Hoc模式（點對點或?qū)Φ饶Ｊ剑┡cInfrastructure模式（即基礎(chǔ)模式），二者差別在于是否采用了接入點AP（Access Point）。目前大部分WLAN采用Infrastructure模式組網(wǎng)，移動終端通過AP接入網(wǎng)絡(luò)。在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，具有無線接口卡的無線終端以無線接入點AP為中心，通過無線網(wǎng)橋AB、無線接入網(wǎng)關(guān)AG、無線接入控制器AC和無線接入服務(wù)器AS等將無線局域網(wǎng)與有線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接起來，可以組建多種復(fù)雜的無線局域網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線移動辦公的接入。Wi-Fi（Wireless Fidelity，無線保真），實質(zhì)上是一種商業(yè)認證，具有Wi-Fi認證的產(chǎn)品符合IEEE 802.11b無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，它是當前應(yīng)用最為廣泛的WLAN標準，采用波段是2.4GHz。IEEE 802.11b無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，最高帶寬為11 Mb/s，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整為5.5Mb/s、2Mbps和1Mb/s，帶寬的自動調(diào)整，有效的保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。Wi-Fi同時也是一種無線聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，以前通過網(wǎng)線連接電腦，而現(xiàn)在則是通過無線電波來連網(wǎng)，常見的就是一個無線路由器，那么在這個無線路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以采用WIFI連接方式進行聯(lián)網(wǎng)，如果無線路由器連接了一條ADSL線路或者別的上網(wǎng)線路，則又被稱為“熱點”。Wi-Fi是目前無線接入的主流標準，但是在Intel的強力支持下，Wi-Fi已經(jīng)有了接班人。它就是全面兼容現(xiàn)有Wi-Fi的WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，即全球微波互聯(lián)接入），對比于Wi-Fi的802.11標準，WiMAX采用802.16系列標準，使用頻段范圍2-66GHZ。與前者相比，WiMAX具有更遠的傳輸距離、更寬的頻段選擇以及更高的接入速度等等，預(yù)計會在未來成為無線網(wǎng)絡(luò)的一個主流標準。WAPI（Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure，無線局域網(wǎng)鑒別和保密基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)）是無線局域網(wǎng)(WLAN)中的一種傳輸協(xié)議，是一種安全協(xié)議，中國無線局域網(wǎng)安全強制性標準，它與現(xiàn)行的802.11b傳輸協(xié)議比較相近。其安全性要比Wi-Fi高出許多。Bluetooth技術(shù)即藍牙技術(shù)，其基礎(chǔ)為使用IEEE802.15協(xié)議，是一種開放性的、支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)，而藍牙4.0版本其有效傳輸距離達100米。能在包括移動電話、汽車、PDA、無線耳機、筆記本電腦、甚至家用電器等相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間采用無線方式聯(lián)接起來，進行信息交換。利用藍牙技術(shù)，能夠有效地簡化移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM是一種無需申請許可證（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。藍牙的結(jié)構(gòu)體系，它是由底層硬件模塊，中間層和高端應(yīng)用層三大部分組成。底層模塊是藍牙技術(shù)的核心模塊，所有嵌入藍牙技術(shù)的設(shè)備都必須包括底層模塊。它主要由鏈路管理層LMP（Link Manager Protocol）、基帶層BB（Base Band）和射頻RF（Rodio Fraquency）組成。藍牙主機控制器接口HCI（Host Cntroller Interface）由基帶控制器、連接管理器、控制和事件寄存器等組成。它是藍牙協(xié)議中軟硬件之間的接口，提供了一個調(diào)用下層BB、LM、狀態(tài)和控制寄存器等硬件的統(tǒng)一命令，上、下兩個模塊接口之間的消息和數(shù)據(jù)的傳遞必須通過HCI的解釋才能進行。HCI層以上的協(xié)議軟件實體運行在主機上，而HCI以下的功能由藍牙設(shè)備來完成，二者之間通過傳輸層進行交互。中間協(xié)議層由邏輯鏈路控制與適配協(xié)議L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議SDP（Service Discovery Protocol）、串口仿真協(xié)議或稱線纜替換協(xié)議（RFCOM）和二進制電話控制協(xié)議TCS（Telephony Control protocol Spectocol）組成。高端應(yīng)用層位于藍牙協(xié)議棧的最上部分。一個完整的藍牙協(xié)議棧按其功能又可劃分為四層：核心協(xié)議層（BB、LMP、LCAP、SDP）、線纜替換協(xié)議層（RFCOMM）、電話控制協(xié)議層（TCS-BIN）、選用協(xié)議層（PPP、TCP、TP、UDP、OBEX、IrMC、WAP、WAE）。而高端應(yīng)用層是由選用協(xié)議層組成。選用協(xié)議層中的PPP（Point-to-Point Protocol）是點到點協(xié)議，由封裝、鏈路控制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議組成，定義了串行點到點鏈路應(yīng)當如何傳輸因特網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)，它要用于LAN接入、撥號網(wǎng)絡(luò)及傳真等應(yīng)用規(guī)范；TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議）、UDP（User Datagram Protocol對象交換協(xié)議）是三種已有的協(xié)議，它定義了因特網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的通信及其他類型計算機設(shè)備和外圍設(shè)備之間的通信。藍牙采用或共享這些已有的協(xié)議去實現(xiàn)與連接因特網(wǎng)的設(shè)備通信，這樣，既可提高效率，又可在一定程度上保證藍牙技術(shù)和其它通信技術(shù)的互操作性；OBEX（Object Exchange Protocol）是對象交換協(xié)議，它支持設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，采用客戶/服務(wù)器模式提供與HTTP（超文本傳輸協(xié)議）相同的基本功能。Zigbee技術(shù)通常稱為紫峰技術(shù)，其基礎(chǔ)為IEEE802.15.4標準，根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。而且，對于工業(yè)現(xiàn)場，這種無線數(shù)據(jù)傳輸是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場的各種電磁干擾。在ZigBee 技術(shù)中，使用網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，自動路由，動態(tài)組網(wǎng)，直序擴頻的方式，就是為了滿足工業(yè)自動化控制現(xiàn)場的這種需要?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于智能化建筑，家具，文教，衛(wèi)生，科研以及工業(yè)控制等領(lǐng)域，并迅速成為物聯(lián)網(wǎng)的主要接入技術(shù)。Zigbee協(xié)議棧（Z-STACK）是Zigbee技術(shù)的核心，包括物理層（PHY）、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層和安全服務(wù)提供層。協(xié)議棧的層與層之間通過服務(wù)接入點(SAP)進行通信，SAP是某一特定層提供的服務(wù)與上層之間的接口。 ZigBee堆棧的大多數(shù)層有兩個接口：數(shù)據(jù)實體接口和管理實體接口。數(shù)據(jù)實體接口的目標是向上層提供所需的常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)。管理實體接口的目標是向上層提供訪問內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的機制。UWB技術(shù)即超寬帶（Ultra Wide Band）技術(shù)，UWB無線通信是一種不用載波,而采用時間間隔極短(小于1ns)的脈沖進行通信的方式，也稱做脈沖無線電( Impulse Radio)、時域(Time Domain)或無載波(Carrier Free)通信，UWB調(diào)制采用脈沖寬度在ns級的快速上升和下降脈沖，脈沖覆蓋的頻譜從直流至GHz。通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)百Mbit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率.UWB具有抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢，主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無繩電話、安全檢測、位置測定、雷達等領(lǐng)域。FCC在2002年宣布UWB可用于精確測距，金屬探測，新一代WLAN和無線通信。為保護GPS，導(dǎo)航和軍事通信頻段，UWB限制在3.1 - 10.6 GHz和低于41 dB發(fā)射功率。UWB技術(shù)最基本的工作原理是發(fā)送和接收脈沖間隔嚴格受控的高斯單周期超短時脈沖，超短時單周期脈沖決定了信號的帶寬很寬，接收機直接用一級前端交叉相關(guān)器就把脈沖序列轉(zhuǎn)換成基帶信號，省去了傳統(tǒng)通信設(shè)備中的中頻級，極大地降低了設(shè)備復(fù)雜性。 UWB技術(shù)采用脈沖位置調(diào)制PPM單周期脈沖來攜帶信息和信道編碼，一般工作脈寬0.1-1.5ns (1納秒= 一億分之一秒)，重復(fù)周期在25-1000ns。NFC技術(shù)（Near Field Communication）即近距離無線通訊技術(shù)，脫胎于無線設(shè)備間的一種非接觸式射頻識別（RFID）及互聯(lián)技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸（在十厘米內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。與RFID一樣，NFC信息也是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應(yīng)耦合方式傳遞，但兩者之間還是存在很大的區(qū)別。首先，NFC是一種提供輕松、安全、迅速的通信的無線連接技術(shù)，其傳輸范圍比RFID小，RFID的傳輸范圍可以達