1短距離無線通信技術(shù)解析

1、短距離無線通信技術(shù)短距離無線通信技術(shù)第第 1 章章 概概 述述林虹林虹 1. 短距離無線通信基本概念短距離無線通信基本概念 2. 各種短距離無線通信技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用及各種短距離無線通信技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用及 特點特點 3. 短距離無線通信技術(shù)的研究開發(fā)短距離無線通信技術(shù)的研究開發(fā)1. 短距離無線通信短距離無線通信基本概念基本概念 無線數(shù)據(jù)網(wǎng)的種類無線數(shù)據(jù)網(wǎng)的種類 無線廣域網(wǎng)（無線廣域網(wǎng)（WWAN） 無線城域網(wǎng)（無線城域網(wǎng)（WMAN） 無線局域網(wǎng)（無線局域網(wǎng)（WLAN） 無線個人網(wǎng)（無線個人網(wǎng)（WPAN） 無線體域網(wǎng)（無線體域網(wǎng)（WBAN）IEEE:美國電氣電子工程師學(xué)會美國電氣電子工程師學(xué)會 Wi

2、reless LANWired LAN1rd Gen2rd Gen3rd Gen4rd Gen10Mbps2Mbps11Mbps54Mbps250MbpsGAP Bottle Neck in the Last Mile Of Access100Mbps1Gbps10Gbps1010Gap of transmission ability between fixed and wireless10k110k384k?什么是短距離無線通信？什么是短距離無線通信？短距離無線通信的主要特點為短距離無線通信的主要特點為通信距離短通信距離短，覆蓋，覆蓋距離一般在距離一般在幾十幾十m m或

3、或100m100m（ 200200m m）之內(nèi)。）之內(nèi)。無線發(fā)射器的無線發(fā)射器的發(fā)射功率較低發(fā)射功率較低，發(fā)射功率一般小于，發(fā)射功率一般小于100100mWmW。自由地連接各種個人便攜式電子設(shè)備、計算機外自由地連接各種個人便攜式電子設(shè)備、計算機外部設(shè)備和各種家用電氣設(shè)備，實現(xiàn)信息共享和多部設(shè)備和各種家用電氣設(shè)備，實現(xiàn)信息共享和多業(yè)務(wù)的無線傳輸。業(yè)務(wù)的無線傳輸。各種短距離無線通信技術(shù)各種短距離無線通信技術(shù)Bluetooth（藍牙）技術(shù)（藍牙）技術(shù)WLAN （無線局域網(wǎng)）技術(shù)（無線局域網(wǎng)）技術(shù)IEEE 802.11 系列系列HiperLAN 系列系列IrDA (紅外數(shù)據(jù)協(xié)會紅外數(shù)據(jù)協(xié)會) 技術(shù)技術(shù)

4、 UWB （超寬帶）技術(shù)（超寬帶）技術(shù)Zigbee （紫蜂）技術(shù)（紫蜂）技術(shù)Ad hoc （自組織網(wǎng)絡(luò)）（自組織網(wǎng)絡(luò)） 技術(shù)技術(shù)RFID （射頻識別）技術(shù)（射頻識別）技術(shù)HomeRF 技術(shù)技術(shù) NFC (短距通信短距通信)技術(shù)技術(shù)無線無線13942. 各種短距離無線通信技術(shù)各種短距離無線通信技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用的發(fā)展、應(yīng)用及及特點特點 藍牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)藍牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，其實質(zhì)內(nèi)容是為固定設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信范，其實質(zhì)內(nèi)容是為固定設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的短距離無線接口。環(huán)境建立通用的短距離無線接口。 藍牙技術(shù)的發(fā)展藍牙技

5、術(shù)的發(fā)展 藍牙技術(shù)誕生于藍牙技術(shù)誕生于1994年，年，Ericsson當(dāng)時決定開發(fā)一種低功當(dāng)時決定開發(fā)一種低功耗、低成本的無線接口，以建立手機及其附件間的通信。耗、低成本的無線接口，以建立手機及其附件間的通信。 19981998年年5 5月，愛立信聯(lián)合諾基亞月，愛立信聯(lián)合諾基亞(Nokia)(Nokia)、英特爾、英特爾(Intel)(Intel)、IBMIBM和東芝和東芝(Toshiba)(Toshiba)成立了成立了“藍牙特殊利益集團藍牙特殊利益集團“（SIGSIG）。）。并提出了近距離無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。并提出了近距離無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 19991999年年7 7月藍牙月藍牙SIG

6、SIG正式公布藍牙正式公布藍牙1.01.0版本規(guī)范，將藍牙的發(fā)版本規(guī)范，將藍牙的發(fā)展推進到實用化階段。展推進到實用化階段。 2.1 Bluetooth (藍牙）技術(shù)藍牙）技術(shù) 2001年年3月，藍牙月，藍牙1.1版本正式發(fā)布。版本正式發(fā)布。 藍牙規(guī)范藍牙規(guī)范1.0版本主要針對點對點的無線連接，比如手機與計算版本主要針對點對點的無線連接，比如手機與計算機、計算機與外設(shè)、手機與耳機等的無線應(yīng)用。藍牙機、計算機與外設(shè)、手機與耳機等的無線應(yīng)用。藍牙1.1版本將版本將點對點擴展為點對多點，并修整了前一版本的錯誤與模糊概念。點對點擴展為點對多點，并修整了前一版本的錯誤與模糊概念。 2003年年11月，藍牙

7、月，藍牙SIG公布了藍牙公布了藍牙1.2版本規(guī)范版本規(guī)范。實現(xiàn)設(shè)實現(xiàn)設(shè)備識別高速化的基礎(chǔ)上，減少了與無線局域網(wǎng)備識別高速化的基礎(chǔ)上，減少了與無線局域網(wǎng)(WLAN)的的無線電波干擾。無線電波干擾。 2004年年11月，藍牙月，藍牙2.0標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)(2.0+EDR)正式推出。使藍牙正式推出。使藍牙的應(yīng)用擴展到多媒體設(shè)備中，新標(biāo)準(zhǔn)具有更高的數(shù)據(jù)傳的應(yīng)用擴展到多媒體設(shè)備中，新標(biāo)準(zhǔn)具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬（輸速率和帶寬（2-10Mbps），且在大量數(shù)據(jù)傳輸時功耗），且在大量數(shù)據(jù)傳輸時功耗降低為原標(biāo)準(zhǔn)的一半。降低為原標(biāo)準(zhǔn)的一半。 各版本的藍牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可從藍牙國際組織的官方網(wǎng)站(http:/www.blu

8、)免費下載。 藍牙的技術(shù)特點藍牙的技術(shù)特點 藍牙工作在全球開放的藍牙工作在全球開放的2.4GHz ISM頻段。頻率范圍為頻段。頻率范圍為2.42.4835GHz。 使用跳頻頻譜擴展和時分多址技術(shù)，把頻帶分成若干個跳頻信道，使用跳頻頻譜擴展和時分多址技術(shù)，把頻帶分成若干個跳頻信道，在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個信道在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個信道“跳跳”到另一個信道。到另一個信道。79個信道，個信道，1600跳跳/s。 一臺藍牙設(shè)備可同時與其他一臺藍牙設(shè)備可同時與其他7臺藍牙設(shè)備建立連接。臺藍牙設(shè)備建立連接。 數(shù)據(jù)傳輸速率可達數(shù)據(jù)

9、傳輸速率可達1Mb/s。FEC ARQ 低功耗、通信安全性好。四種工作模式：激活低功耗、通信安全性好。四種工作模式：激活(Active)模式、呼吸模式、呼吸(Sniff)模式、保持模式、保持(Hold)模式和休眠模式和休眠(Park)模式。在鏈路層中，藍牙模式。在鏈路層中，藍牙系統(tǒng)使用認證、加密和密鑰管理等功能進行安全控制。在應(yīng)用層中，系統(tǒng)使用認證、加密和密鑰管理等功能進行安全控制。在應(yīng)用層中，用戶可以使用個人標(biāo)用戶可以使用個人標(biāo) 識碼（識碼（PIN）來進行單雙向認證。）來進行單雙向認證。 在有效范圍內(nèi)可越過障礙物進行連接，沒有特別的通信視角和方向在有效范圍內(nèi)可越過障礙物進行連接，沒有特別的通

10、信視角和方向要求。要求。 組網(wǎng)簡單方便。采用組網(wǎng)簡單方便。采用“即插即用即插即用”的概念，嵌入藍牙技術(shù)的設(shè)備一的概念，嵌入藍牙技術(shù)的設(shè)備一旦搜索到另一藍牙設(shè)備，馬上就可以建立連接，傳輸數(shù)據(jù)。旦搜索到另一藍牙設(shè)備，馬上就可以建立連接，傳輸數(shù)據(jù)。 藍牙技術(shù)具有電路交換和分組交換兩種數(shù)據(jù)傳輸類型，能夠同時支藍牙技術(shù)具有電路交換和分組交換兩種數(shù)據(jù)傳輸類型，能夠同時支持語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸。持語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸。 藍牙規(guī)范藍牙規(guī)范 藍牙規(guī)范目前已發(fā)展到藍牙規(guī)范目前已發(fā)展到4.0版本，各版本的規(guī)范都是分為版本，各版本的規(guī)范都是分為核核心系統(tǒng)心系統(tǒng)(Core)和應(yīng)用模型和應(yīng)用模型(Profile)

11、兩部分兩部分。 其中其中核心部分包括射頻核心部分包括射頻(RF)、鏈路控制、鏈路控制(LC)、鏈路管理、鏈路管理(LMP)、邏輯鏈路控制與適應(yīng)、邏輯鏈路控制與適應(yīng)(L2CAP)四個最底層協(xié)議以及四個最底層協(xié)議以及通用的業(yè)務(wù)搜尋協(xié)議通用的業(yè)務(wù)搜尋協(xié)議(SDP)和通用接入模型和通用接入模型(GAP)。 而應(yīng)用模型則是根據(jù)具體產(chǎn)品的不同需要而提出的而應(yīng)用模型則是根據(jù)具體產(chǎn)品的不同需要而提出的各種協(xié)議各種協(xié)議組合，如串口組合，如串口(Serial Port Profile)、傳真、傳真(FAX)、撥號網(wǎng)絡(luò)、撥號網(wǎng)絡(luò)(Dial-up Networking)等等。 WLAN是一種借助無線技術(shù)取代以往有線信

12、道方式構(gòu)成計算機是一種借助無線技術(shù)取代以往有線信道方式構(gòu)成計算機局域網(wǎng)的手段，以解決有線方式不易實現(xiàn)的計算機的可移動性，局域網(wǎng)的手段，以解決有線方式不易實現(xiàn)的計算機的可移動性，使其應(yīng)用更加不受空間限制。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括使其應(yīng)用更加不受空間限制。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE 802.11 系列系列 和和 歐洲的歐洲的HiperLAN 系列。系列。 IEEE 802.11 系列系列 IEEE的的802.11標(biāo)準(zhǔn)由很多子集構(gòu)成，它詳細定義了標(biāo)準(zhǔn)由很多子集構(gòu)成，它詳細定義了WLAN中從物理層到中從物理層到MAC層（媒體訪問控制）的通信協(xié)議。層（媒體訪問控制）的通信協(xié)議。 HiperLAN系列系列 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)

13、會歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(ETSI) 推出推出HiperLAN1和和HiperLAN2的接入泛的接入泛歐標(biāo)準(zhǔn)。在歐標(biāo)準(zhǔn)。在2000年，年，HIPERLAN2標(biāo)準(zhǔn)制定完成，標(biāo)準(zhǔn)采用預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)制定完成，標(biāo)準(zhǔn)采用預(yù)留TDMA多址方式，動態(tài)多址方式，動態(tài)TDD雙工方式，雙工方式，OFDM調(diào)制，最高數(shù)據(jù)速率調(diào)制，最高數(shù)據(jù)速率能達到能達到54Mbit/s，標(biāo)準(zhǔn)詳細定義了，標(biāo)準(zhǔn)詳細定義了WLAN的檢測功能和轉(zhuǎn)換信令，的檢測功能和轉(zhuǎn)換信令，用以支持許多無線網(wǎng)絡(luò)，支持動態(tài)頻率選擇、無線信元轉(zhuǎn)換、鏈路用以支持許多無線網(wǎng)絡(luò)，支持動態(tài)頻率選擇、無線信元轉(zhuǎn)換、鏈路自適應(yīng)、多束天線和功率控制等，并且強調(diào)與自適應(yīng)、多束天線和功率

14、控制等，并且強調(diào)與3G整合。整合。 2.2 WLAN （無線局域網(wǎng)）技術(shù)（無線局域網(wǎng)）技術(shù) IEEEIEEE802.11802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了單一的標(biāo)準(zhǔn)定義了單一的MACMAC層和多樣的物理層，其物層和多樣的物理層，其物理層標(biāo)準(zhǔn)主要有理層標(biāo)準(zhǔn)主要有IEEEIEEE802.11b802.11b（WiFiWiFi）、）、IEEEIEEE802.11a802.11a和和IEEEIEEE802.11g802.11g。 Wi-Fi最具潛力的應(yīng)用主要是在最具潛力的應(yīng)用主要是在SOHO、家庭無線網(wǎng)絡(luò)以及、家庭無線網(wǎng)絡(luò)以及不便安裝電纜的建筑物或場所。憑借這些優(yōu)點，不便安裝電纜的建筑物或場所。憑借這些優(yōu)點，Wi

15、-Fi已成已成為目前最為流行的筆記本電腦無線上網(wǎng)技術(shù)為目前最為流行的筆記本電腦無線上網(wǎng)技術(shù)。 IEEE在在2009年年9月月11日批準(zhǔn)了日批準(zhǔn)了802.11n高速無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)高速無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 。IEEE 802.11n使用使用2.4GHz頻段和頻段和5GHz頻段，傳輸速度頻段，傳輸速度300Mbps，最高可達，最高可達600Mbps，可向下兼容，可向下兼容802.11b、802.11g。 WLAN 802.11系列系列標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11IEEE802.11bIEEE802.11aIEEE802.11g使用使用頻頻帶帶2.4GHz2.4GHz5GHz2.4GHz傳輸傳輸速率

16、速率2Mbps11Mbps54Mbps54Mbps擴頻技術(shù)擴頻技術(shù)DSSS/FHSSDSSSFHSSFHSS調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)BPSK/QPSKBPSK/QPSKOFDMOFDM傳輸距離傳輸距離100M100M50M100M標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)制定時制定時間間1997199920012003在在MAC(媒體接入控制媒體接入控制)層，層，802.11、802.11b、802.11a、802.11g 這四種標(biāo)準(zhǔn)均采用的是這四種標(biāo)準(zhǔn)均采用的是CSMA/CA （載波偵聽多點接入載波偵聽多點接入/沖突避免沖突避免 ）2.3 IrDA (紅外數(shù)據(jù)協(xié)會紅外數(shù)據(jù)協(xié)會) 技術(shù)技術(shù) 紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會(Infrare

17、d Data Association，IrDA)成立于成立于1993年，是致力于建立紅外線無線連接的非營利組織。起年，是致力于建立紅外線無線連接的非營利組織。起初，采用初，采用IrDA標(biāo)準(zhǔn)的無線設(shè)備僅能在標(biāo)準(zhǔn)的無線設(shè)備僅能在1m范圍內(nèi)以范圍內(nèi)以115.2 kb/s的速率傳輸數(shù)據(jù)，很快發(fā)展到的速率傳輸數(shù)據(jù)，很快發(fā)展到 4Mb/s的速率（的速率（4PPM），），后來，速率又達到后來，速率又達到16Mb/s。 IrDA技術(shù)是一種利用紅外線進行點對點通信的技術(shù)。目前它技術(shù)是一種利用紅外線進行點對點通信的技術(shù)。目前它的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動設(shè)備的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動設(shè)備(如如PDA、手

18、機、手機)上上廣泛使用。事實上，當(dāng)今每一個出廠的廣泛使用。事實上，當(dāng)今每一個出廠的PDA及許多手機、筆及許多手機、筆記本電腦、打印機等產(chǎn)品都支持記本電腦、打印機等產(chǎn)品都支持IrDA技術(shù)。技術(shù)。 IrDA的主要優(yōu)點是無須申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成的主要優(yōu)點是無須申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。它還具有移動通信所需的體積小、功耗低、連接方本低廉。它還具有移動通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點；由于數(shù)據(jù)傳輸率較高，因而適于傳輸便、簡單易用的特點；由于數(shù)據(jù)傳輸率較高，因而適于傳輸大容量的文件和多媒體數(shù)據(jù)。此外，紅外線發(fā)射角度較小，大容量的文件和多媒體數(shù)據(jù)。此外，紅外線發(fā)射

19、角度較小，傳輸安全性高。傳輸安全性高。 IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，的不足在于它是一種視距傳輸，2個相互通信的設(shè)備之個相互通信的設(shè)備之間必須對準(zhǔn)，中間不能被其他物體阻隔，因而該技術(shù)只能用間必須對準(zhǔn)，中間不能被其他物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于于2臺臺(非多臺非多臺)設(shè)備之間的連接。設(shè)備之間的連接。IrDA目前的研究方向是如目前的研究方向是如何解決視距傳輸問題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。何解決視距傳輸問題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。2.4 UWB （超寬帶）技術(shù)（超寬帶）技術(shù) 超寬帶超寬帶(Ultra-Wideband)的定義的定義: UWB信號的帶寬應(yīng)大于等于信號的帶寬應(yīng)大于等于500MHz，或其相對帶寬大

20、，或其相對帶寬大于于0.2。 UWB無線通信的實際使用頻譜范圍為無線通信的實際使用頻譜范圍為3.1-10.6GHz，其，其有效各向同性輻射功率有效各向同性輻射功率(EIRP)不超過不超過-41.3dBm/MHz。 超寬帶的特點超寬帶的特點: 共享寬帶頻譜資源共享寬帶頻譜資源. 系統(tǒng)容量大，傳輸速率高系統(tǒng)容量大，傳輸速率高. 低功耗、低截獲概率，低成本低功耗、低截獲概率，低成本. 良好的多徑分辨率，定位精度高良好的多徑分辨率，定位精度高 UWB的兩個突破的兩個突破在頻譜劃分方面，開創(chuàng)在頻譜劃分方面，開創(chuàng)“共存共存”局局面面在傳輸速度方面，真正走向了高速在傳輸速度方面，真正走向了高速 超寬帶的應(yīng)用

21、超寬帶的應(yīng)用: 高速無線通信高速無線通信 雷達探測成像雷達探測成像 定位跟蹤定位跟蹤 超寬帶的技術(shù)發(fā)展動態(tài)超寬帶的技術(shù)發(fā)展動態(tài): 脈沖（脈沖（IR）UWB - ， 載波載波UWB DS-CDMA - ， MB-OFDM - ， 高速高速UWB最終標(biāo)準(zhǔn)最終標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.3a至今仍未至今仍未確定，但形成了確定，但形成了WiMedia聯(lián)盟。聯(lián)盟。 低速低速UWB的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4a最終采用了最終采用了IR UWB技術(shù)，用于短距離無線工業(yè)自動控技術(shù)，用于短距離無線工業(yè)自動控制網(wǎng)。制網(wǎng)。 IEEE802.15.4a的另外一個可選技術(shù)的另外一個可選技術(shù)為工作在為工作在2.4G

22、Hz的的 CSS技術(shù)。技術(shù)。IEEE 802.15 Working Group for WPAN /15/2.5 Zigbee （紫蜂）技術(shù)（紫蜂）技術(shù) ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過跳蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位形狀的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和方向等信息。置、距離和方向等信息。 ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速技術(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率

23、、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。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。 ZigBee 聯(lián)盟成立于聯(lián)盟成立于2001年年9月月,擁有擁有150個成員，包括飛思個成員，包括飛思卡爾、菲利普、三菱、三星、卡爾、菲利普、三菱、三星、IBM及華為等。及華為等。 宗旨是在一個開放式全球標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上使穩(wěn)定的、低成本的、宗旨是在一個開放式全球標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上使穩(wěn)定的、低成本的、低功耗的、無線聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控和控制產(chǎn)品成為可能低功耗的、無線聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控和控制產(chǎn)品成為可能 Zigbee自身的技術(shù)優(yōu)勢自身的技術(shù)優(yōu)勢： 低功耗低功耗。在低耗電

24、待機模式下。在低耗電待機模式下,2 節(jié)節(jié)5 號干電池可支持號干電池可支持1個個節(jié)點工作節(jié)點工作624個月個月,甚至更長。這是甚至更長。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。的突出優(yōu)勢。相比較相比較,藍牙能工作數(shù)周、藍牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。可工作數(shù)小時。 低成本低成本。通過大幅簡化協(xié)議。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍牙的不到藍牙的1/10) ,降低了對降低了對通信控制器的要求通信控制器的要求,按預(yù)測分析按預(yù)測分析,以以8051的的8位微控制器測位微控制器測算算,全功能的主節(jié)點需要全功能的主節(jié)點需要32KB代碼代碼,子功能節(jié)點少至子功能節(jié)點少至4KB代碼代碼,而且而且Zigbee免協(xié)議專利費。每塊芯

25、片的價格大約為免協(xié)議專利費。每塊芯片的價格大約為2 美元。美元。 低速率低速率。Zigbee工作在工作在20250 kbps的較低速率的較低速率,分別提分別提供供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和和20kbps (868 MHz) 的原始數(shù)據(jù)吞吐率的原始數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。用需求。 近距離。傳輸范圍一般介于近距離。傳輸范圍一般介于10100 m 之間之間,在增加在增加RF 發(fā)射發(fā)射功率后功率后,亦可增加到亦可增加到13 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力如果通過路

26、由和節(jié)點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。傳輸距離將可以更遠。 短時延。短時延。Zigbee 的響應(yīng)速度較快的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需只需15 ms ,節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)只需節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms ,進一步節(jié)省了電進一步節(jié)省了電能。相比較能。相比較,藍牙需要藍牙需要310 s、WiFi 需要需要3 s。 高容量。高容量。Zigbee 可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由一個由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點主節(jié)點管理若干子節(jié)點,最多一個主節(jié)點可管理最多一個主節(jié)點可管理254 個子節(jié)個子節(jié)點點;同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理同時

27、主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理,最多可組成最多可組成65000 個節(jié)點的大網(wǎng)。個節(jié)點的大網(wǎng)。 高安全。高安全。Zigbee 提供了三級安全模式提供了三級安全模式,包括無安全設(shè)定、使包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單用接入控制清單(ACL) 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)(AES 128) 的對稱密碼的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。以靈活確定其安全屬性。 免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療( ISM) 頻段頻段-2. 4 GHz (全球全球) 、915 MHz(美國美國) 和和868 MHz(歐洲歐洲)真

28、正的真正的ZigBee，由，由ZigBee Alliance所主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)，定義了網(wǎng)絡(luò)層所主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)，定義了網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）、安全層（）、安全層（Security Layer）、應(yīng)用層（）、應(yīng)用層（Application Layer）、以及各種應(yīng)用產(chǎn)品的資料（）、以及各種應(yīng)用產(chǎn)品的資料（Profile）；而由）；而由IEEE所制訂的所制訂的802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，則是定義了物理層（標(biāo)準(zhǔn)，則是定義了物理層（PHY Layer）及媒體存取層（）及媒體存取層（MAC Layer）。）。物理層（物理層（PHY）采用直接序列展頻（）采用直接序列展頻（DSSS，）技術(shù)，在媒體，）技術(shù)，在媒

29、體存取控制（存取控制（MAC）層方面，主要是沿用）層方面，主要是沿用WLAN中中802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的系列標(biāo)準(zhǔn)的CSMA/CA方式。方式。低速無線設(shè)備 TV VCR DVD CD 鼠標(biāo)鼠標(biāo) 鍵盤鍵盤 操作桿操作桿 保安保安 HVAC 照明照明 門禁門禁 玩具玩具 游戲器具游戲器具 監(jiān)視監(jiān)視 診斷診斷 傳感器傳感器工業(yè)、農(nóng)業(yè)和商業(yè)消費電子消費電子個人健康監(jiān)護 監(jiān)視監(jiān)視 傳感器傳感器 自動化自動化控制控制玩具和玩具和游戲游戲家庭家庭自動化自動化PC 機的機的外圍設(shè)備外圍設(shè)備ZigBee適應(yīng)的應(yīng)用場合2.6 Ad hoc （自組織網(wǎng)絡(luò)）（自組織網(wǎng)絡(luò)） 技術(shù)技術(shù) 蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)和無線局域、移動蜂窩移

30、動通信網(wǎng)絡(luò)和無線局域、移動IP協(xié)議都屬于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基協(xié)議都屬于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施范疇，它們需要類似基站、訪問服務(wù)點或外地代理這樣礎(chǔ)設(shè)施范疇，它們需要類似基站、訪問服務(wù)點或外地代理這樣的中心控制設(shè)備。但是，在很多特殊環(huán)境的中心控制設(shè)備。但是，在很多特殊環(huán)境(如動態(tài)環(huán)境下如動態(tài)環(huán)境下)和應(yīng)和應(yīng)急情況下，沒有可用的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施如何通信？這就要求能夠急情況下，沒有可用的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施如何通信？這就要求能夠動態(tài)的、可以快速部署的、不依賴或者很少依賴現(xiàn)有的有線網(wǎng)動態(tài)的、可以快速部署的、不依賴或者很少依賴現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)，也就是無線自組織網(wǎng)絡(luò)，也稱絡(luò)，也就是無線自組織網(wǎng)絡(luò)，也稱Ad hoc網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。 無線自組織網(wǎng)

31、絡(luò)無線自組織網(wǎng)絡(luò)(Ad hoc Network)(Ad hoc Network)是由一組帶有無線通信收發(fā)是由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的移動終端節(jié)點組成的一個多跳臨時性無中心網(wǎng)絡(luò)，可以裝置的移動終端節(jié)點組成的一個多跳臨時性無中心網(wǎng)絡(luò)，可以在任何時刻、任何地點快速構(gòu)建起一個移動通信網(wǎng)絡(luò)，并且不在任何時刻、任何地點快速構(gòu)建起一個移動通信網(wǎng)絡(luò)，并且不需要現(xiàn)有信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，網(wǎng)絡(luò)中的每個終端可以自需要現(xiàn)有信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，網(wǎng)絡(luò)中的每個終端可以自由移動，地位相等由移動，地位相等，而且具有分組轉(zhuǎn)發(fā)能力。，而且具有分組轉(zhuǎn)發(fā)能力。也稱為多跳無線也稱為多跳無線網(wǎng)網(wǎng)(Multi-hop Wireles

32、s Network)(Multi-hop Wireless Network)。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的前身是分組無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的前身是分組無線網(wǎng)PRNET(Packet Radio Network)。早在。早在1972年，美國國防部高級研究規(guī)劃署年，美國國防部高級研究規(guī)劃署(DARPA)就啟動了分組無線網(wǎng)項目就啟動了分組無線網(wǎng)項目PRNET，研究在戰(zhàn)場環(huán)境，研究在戰(zhàn)場環(huán)境下利用分組無線網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信。下利用分組無線網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信。在此之后，在此之后，DARPA又在又在1983年和年和1994年進行了抗毀可適應(yīng)年進行了抗毀可適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)SURAN(Survivable Adaptive Network)和

33、全球移動信和全球移動信息系統(tǒng)息系統(tǒng)GloMo(Global Information System)項目的研究。研項目的研究。研究如何將究如何將PRNET的研究成果加以擴展，以支持更大規(guī)模的網(wǎng)的研究成果加以擴展，以支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。絡(luò)。由于無線通信和終端技術(shù)的不斷發(fā)展，由于無線通信和終端技術(shù)的不斷發(fā)展，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在民用環(huán)網(wǎng)絡(luò)在民用環(huán)境下也得到了發(fā)展，如需要在沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)進行境下也得到了發(fā)展，如需要在沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)進行臨時通信時，可以很方便地通過搭建臨時通信時，可以很方便地通過搭建Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。 緊急和突發(fā)場合緊急和突發(fā)場合 、偏遠野外地區(qū)、臨時場合、個

34、人通信、偏遠野外地區(qū)、臨時場合、個人通信 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點網(wǎng)絡(luò)的特點 網(wǎng)絡(luò)的獨立性網(wǎng)絡(luò)的獨立性 Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)相對常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)而言，最大網(wǎng)絡(luò)相對常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)而言，最大的區(qū)別就是可以在任何時刻、任何地點不需要硬件基礎(chǔ)的區(qū)別就是可以在任何時刻、任何地點不需要硬件基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，快速構(gòu)建起一個移動通信網(wǎng)絡(luò)。它的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，快速構(gòu)建起一個移動通信網(wǎng)絡(luò)。它的建立不依賴于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施，具有一定的獨立性。建立不依賴于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施，具有一定的獨立性。Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)的這種特點很適合災(zāi)難救助、偏遠地區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)的這種特點很適合災(zāi)難救助、偏遠地區(qū)通信等應(yīng)用。等應(yīng)用

35、。 動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 在在Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)中，移動主機網(wǎng)絡(luò)中，移動主機可以在網(wǎng)中隨意移動。主機的移動會導(dǎo)致主機之間的鏈可以在網(wǎng)中隨意移動。主機的移動會導(dǎo)致主機之間的鏈路增加或消失，主機之間的關(guān)系不斷發(fā)生變化。在自組路增加或消失，主機之間的關(guān)系不斷發(fā)生變化。在自組網(wǎng)中，主機可能同時還是路由器，因此，移動會使網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)中，主機可能同時還是路由器，因此，移動會使網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是不拓撲結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是不可預(yù)測的。對于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)則相對較可預(yù)測的。對于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)則相對較為穩(wěn)定為穩(wěn)

36、定。 l有限的無線通信帶寬有限的無線通信帶寬 在在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)中沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施的支持，因此，主機之間的通信均通過無線傳輸來完成。由于支持，因此，主機之間的通信均通過無線傳輸來完成。由于無線信道本身的物理特性，它提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線信道無線信道本身的物理特性，它提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線信道要低得多。除此以外，考慮到競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、要低得多。除此以外，考慮到競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號衰減、噪音干擾等多種因素，移動終端可得到的實際帶信號衰減、噪音干擾等多種因素，移動終端可得到的實際帶寬遠遠小于理論中的最大帶寬值。寬遠遠小于理論中的最大帶寬值。 l 有限

37、的主機能源有限的主機能源 在在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機均是一些移動設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)中，主機均是一些移動設(shè)備，如如PDA、便攜計算機或掌上電腦。由于主機可能處在不停的、便攜計算機或掌上電腦。由于主機可能處在不停的移動狀態(tài)下，主機的能源主要由電池提供，因此移動狀態(tài)下，主機的能源主要由電池提供，因此Ad Hoc網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)有能源有限的特點。絡(luò)有能源有限的特點。 l網(wǎng)絡(luò)的分布式特性網(wǎng)絡(luò)的分布式特性 在在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有中心控制節(jié)點，主機網(wǎng)絡(luò)中沒有中心控制節(jié)點，主機通過分布式協(xié)議互聯(lián)。一旦網(wǎng)絡(luò)的某個或某些節(jié)點發(fā)生故障，通過分布式協(xié)議互聯(lián)。一旦網(wǎng)絡(luò)的某個或某些節(jié)點發(fā)生故障，其余的節(jié)點仍然能夠正常工作其余的節(jié)點仍

38、然能夠正常工作。 l生存周期短生存周期短 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)主要用于臨時的通信需求，相對與有網(wǎng)絡(luò)主要用于臨時的通信需求，相對與有線網(wǎng)絡(luò)，它的生存時間一般比較短。線網(wǎng)絡(luò)，它的生存時間一般比較短。 l 有限的物理安全有限的物理安全 移動網(wǎng)絡(luò)通常比固定網(wǎng)絡(luò)更容易受到物理移動網(wǎng)絡(luò)通常比固定網(wǎng)絡(luò)更容易受到物理安全攻擊，易于遭受竊聽、欺騙和拒絕服務(wù)等攻擊?，F(xiàn)有的鏈安全攻擊，易于遭受竊聽、欺騙和拒絕服務(wù)等攻擊?，F(xiàn)有的鏈路安全技術(shù)有些已應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中來減小安全攻擊。不過路安全技術(shù)有些已應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中來減小安全攻擊。不過Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的分布式特性相對于集中式的網(wǎng)絡(luò)具有一定的抗網(wǎng)絡(luò)的分布式特性相對于集中式的網(wǎng)

39、絡(luò)具有一定的抗毀性。毀性。 對于對于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)來說，信道接入的控制必須是分網(wǎng)絡(luò)來說，信道接入的控制必須是分布式的。每個移動節(jié)點必須知道自己的周圍環(huán)境中布式的。每個移動節(jié)點必須知道自己的周圍環(huán)境中發(fā)生了什么，而且需要和其他節(jié)點合作，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了什么，而且需要和其他節(jié)點合作，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳輸。因為業(yè)務(wù)傳輸。因為Ad hoc網(wǎng)中的節(jié)點常常是移動的，網(wǎng)中的節(jié)點常常是移動的，所以所以MAC協(xié)議的復(fù)雜性較高協(xié)議的復(fù)雜性較高。由于這種分布式的特。由于這種分布式的特性，移動性，移動Ad hoc網(wǎng)的信道接入需要在競爭節(jié)點之間網(wǎng)的信道接入需要在競爭節(jié)點之間協(xié)調(diào)。因此，協(xié)調(diào)。因此，需要采用某些分布式協(xié)商機制

40、來得到需要采用某些分布式協(xié)商機制來得到高效率的高效率的MAC協(xié)議協(xié)議。其中，協(xié)商中需要的時間和帶。其中，協(xié)商中需要的時間和帶寬等信道資源是影響網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素。寬等信道資源是影響網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （WSN） 隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點通過自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，借助于節(jié)點中內(nèi)置的形式節(jié)點通過自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，借助于節(jié)點中內(nèi)置的形式多樣的傳感器測量所在周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達多樣的傳感器測量所在周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達和地震波信號，從而探測包括溫度、濕度、噪聲、

41、光強度、和地震波信號，從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等眾多我們壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等眾多我們感興趣的物質(zhì)現(xiàn)象。感興趣的物質(zhì)現(xiàn)象。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，除了少數(shù)節(jié)點需要移動以外，大部分在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，除了少數(shù)節(jié)點需要移動以外，大部分節(jié)點都是靜止的。因為它們通常運行在人無法接近的惡劣的節(jié)點都是靜止的。因為它們通常運行在人無法接近的惡劣的甚至危險的遠程環(huán)境中，能源無法替代，設(shè)計有效的策略延甚至危險的遠程環(huán)境中，能源無法替代，設(shè)計有效的策略延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問題。長網(wǎng)絡(luò)的生命周期成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問題。物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)2.7 RFID （射頻識別）技術(shù)（射頻識別）技術(shù) RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運技術(shù)可識別高速運動物體并可同