《物聯(lián)網(wǎng)》課件第4章-物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

1、第 4 章 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù) 學(xué)習(xí)任務(wù)無線低速網(wǎng)絡(luò) 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備對(duì)設(shè)備通信技術(shù)（M2M） Click to add title in here 123本章主要涉及：4.1 無線低速網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)背景下連接的物體，既有智能的也有非智能的。為了適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)中那些能力較低的節(jié)點(diǎn)低速率、低通信半徑、低計(jì)算能力，和低能量的要求，需要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中各種各樣的物體進(jìn)行操作的前提就是先將他們連接起來，低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是實(shí)現(xiàn)全面互聯(lián)互通的前提。4.1 無線低速網(wǎng)絡(luò)典型的無線低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有藍(lán)牙（802.15.1協(xié)議）、紫蜂ZigBee（802.15.4協(xié)議）、紅外及近距離無線通信NFC等無線低速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無線傳輸頻段比較

2、4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）藍(lán)牙技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。利用“藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)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。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）藍(lán)牙技術(shù)使用高速跳頻和時(shí)分多址等先進(jìn)技術(shù)，在近距離內(nèi)最廉價(jià)地將幾臺(tái)數(shù)字化設(shè)備呈網(wǎng)狀鏈接起來。藍(lán)牙技術(shù)采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）

3、頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）1. 藍(lán)牙技術(shù)的起源1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司等五家著名廠商，在聯(lián)合開展短程無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)時(shí)提出了藍(lán)牙技術(shù)，其宗旨是提供一種短距離、低成本的無線傳輸應(yīng)用技術(shù)。藍(lán)牙的名字來源于10世紀(jì)丹麥國(guó)王Harald Blatand - 英譯為Harold Bluetooth(因?yàn)樗窒矚g吃藍(lán)梅,所以牙齒每天都帶著藍(lán)色)。他將當(dāng)時(shí)的瑞典、芬蘭與丹麥統(tǒng)一起來。用他的名字來命名這種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來的意思。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetoot

4、h）2. 藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)可以應(yīng)用于日常生活的各個(gè)方面，例如，引入藍(lán)牙技術(shù)，就可以去掉移動(dòng)電話與膝上型電腦之間的令人討厭的連接電纜而而通過無線使其建立通信。打印機(jī)、PDA、桌上型電腦、傳真機(jī)、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍(lán)牙系統(tǒng)的一部分。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）3. 藍(lán)牙技術(shù)的規(guī)范及特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接。其程序?qū)懺谝粋€(gè)9 x 9 mm的微芯片中。藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetoo

5、th）藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，工作在2.4GHz 頻帶，帶寬為1Mb/s。以時(shí)分方式進(jìn)行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。一個(gè)跳頻頻率發(fā)送一個(gè)同步分組，每個(gè)分組占用一個(gè)時(shí)隙，使用擴(kuò)頻技術(shù)也可擴(kuò)展到5個(gè)時(shí)隙。 4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）同時(shí)，藍(lán)牙技術(shù)支持1個(gè)異步數(shù)據(jù)通道或3個(gè)并發(fā)的同步話音通道，或1個(gè)同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每一個(gè)話音通道支持64kb/s的同步話音；異步通道支持最大速率為721kb/s，反向應(yīng)答速率為57. 6 kb/s的非對(duì)稱連接，或者是432. 6 kb/s的對(duì)稱連接。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）依據(jù)發(fā)射輸出電平功

6、率不同，藍(lán)牙傳輸有3 種距離等級(jí)：Class1 為100m 左右；Class2 約為10m；Class3 約為2-3m。一般情況下，其正常的工作范圍是10m 半徑之內(nèi)。在此范圍內(nèi)，可進(jìn)行多臺(tái)設(shè)備間的互聯(lián)。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）4. 藍(lán)牙匹配規(guī)則兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備在進(jìn)行通訊前，必須將其匹配在一起，以保證其中一個(gè)設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)信息只會(huì)被經(jīng)過允許的另一個(gè)設(shè)備所接受。藍(lán)牙技術(shù)將設(shè)備分為兩種：主設(shè)備和從設(shè)備。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth） 藍(lán)牙主設(shè)備：主設(shè)備一般具有輸入端。在進(jìn)行藍(lán)牙匹配操作時(shí)，用戶通過輸入端可輸入隨機(jī)的匹配密碼來將兩個(gè)設(shè)備匹配。藍(lán)牙手機(jī)、安裝有藍(lán)牙模塊的PC等都是

7、主設(shè)備。（例如：藍(lán)牙手機(jī)和藍(lán)牙PC進(jìn)行匹配時(shí)，用戶可在藍(lán)牙手機(jī)上任意輸入一組數(shù)字，然后在藍(lán)牙PC上輸入相同的一組數(shù)字，來完成這兩個(gè)設(shè)備之間的匹配。）4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth） 藍(lán)牙從設(shè)備：從設(shè)備一般不具備輸入端。因此從設(shè)備在出廠時(shí)，在其藍(lán)牙芯片中，固化有一個(gè)4位或6位數(shù)字的匹配密碼。藍(lán)牙耳機(jī)、UD數(shù)碼筆等都是從設(shè)備。（例如：藍(lán)牙PC與UD數(shù)碼筆匹配時(shí)，用戶將UD筆上的藍(lán)牙匹配密碼正確的輸入到藍(lán)牙PC上，完成UD筆與藍(lán)牙PC之間的匹配。）4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth） 主設(shè)備與主設(shè)備之間、主設(shè)備與從設(shè)備之間，是可以互相匹配在一起的；而從設(shè)備與從設(shè)備是無法匹配的。例如：藍(lán)牙

8、PC與藍(lán)牙手機(jī)可以匹配在一起；藍(lán)牙PC也可以與UD筆匹配在一起；而UD筆與UD筆之間是不能匹配的。一個(gè)主設(shè)備，可匹配一個(gè)或多個(gè)其他設(shè)備。例如：一部藍(lán)牙手機(jī)，一般只能匹配7個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。而一臺(tái)藍(lán)牙PC，可匹配十多個(gè)或數(shù)十個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。在同一時(shí)間，藍(lán)牙設(shè)備之間僅支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）ZigBee采用DSSS技術(shù)調(diào)制發(fā)射，用于多

9、個(gè)無線傳感器組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，是一種短距離、低速率低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，采用DSSS技術(shù)調(diào)制發(fā)射，用于多個(gè)無線傳感器組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，新一代的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將采用802.15.4(ZigBee)協(xié)議。4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）1. 紫蜂技術(shù)（ZigBee）簡(jiǎn)介ZigBee這個(gè)名字來源于蜂群的通信方式：蜜蜂之間通過跳Zigzag形狀的舞蹈來交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距離等信息。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。 紫蜂網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）紫蜂是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

10、基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。 ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，紫蜂網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬元人民幣以上，而每個(gè)紫蜂網(wǎng)絡(luò) “基站”卻不到1000元人民幣。4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）2. 技術(shù)特點(diǎn)

11、紫蜂是一種無線連接,可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國(guó)流行)3個(gè)頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率,它的傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi),但可以繼續(xù)增加。4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）作為一種無線通信技術(shù), 紫蜂具有如下特點(diǎn): (1) 低功耗 (2) 成本低 (3) 時(shí)延短 (4) 網(wǎng)絡(luò)容量大 (5) 可靠 (6) 安全 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）3. 應(yīng)用領(lǐng)域 家庭和建筑物的自動(dòng)化控制：照明、空調(diào)、窗簾等家具設(shè)備的遠(yuǎn)程控制； 消費(fèi)性電子設(shè)備：電視、DVD、CD機(jī)等電器的遠(yuǎn)程遙控。

12、 PC外設(shè)：無線鍵盤、鼠標(biāo)、游戲操縱桿等； 工業(yè)控制：使數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析和處理變得更加容易； 醫(yī)療設(shè)備控制：醫(yī)療傳感器、病人的緊急呼叫按鈕等； 交互式玩具。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）4. 紫蜂（ZigBee）聯(lián)盟ZigBee聯(lián)盟成立于2002年8月，由英國(guó)Invensys 公司、日本三菱電氣公司、美國(guó)摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司組成，如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設(shè)備公司和開發(fā)商的加入。聯(lián)盟是一個(gè)高速成長(zhǎng)的非盈利業(yè)界組織。聯(lián)盟制定了基于IEEE802.15.4，具有高可靠、高性價(jià)比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）5. ZigBee協(xié)

13、議棧 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)是基于標(biāo)準(zhǔn)OSI七層模型的，包括高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入層和物理層。 ZigBee協(xié)議棧 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）IEEE 802.15.4定義了兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩者均基于直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)。868MHz只有一個(gè)信道，傳輸速率為20kb/s；902MHz928MHZ頻段有10個(gè)信道，信道間隔為2MHz，傳輸速率為40kb/s。以上這兩個(gè)頻段都采用BPSK調(diào)制。2.4GHz2.4835 GHz頻段有16個(gè)信道，信道間隔為5MHz，能夠提供250kb/s的傳輸速率，采用O-Q

14、PSK調(diào)制。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）為了提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，IEEE 802.15.4定義的媒體接入控制（MAC）層采用了CSMA-CA和時(shí)隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手協(xié)議。應(yīng)用匯聚層主要負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，主要包括安全與鑒權(quán)、多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的會(huì)聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）6. ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種，星型網(wǎng)、網(wǎng)狀（mesh）網(wǎng)和混合網(wǎng)。星型網(wǎng)是由一個(gè)PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成的。PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)必須是FFD，它負(fù)責(zé)發(fā)起建立和管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其它的節(jié)點(diǎn)（終端節(jié)點(diǎn)）一

15、般為RFD，分布在PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)，直接與PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)進(jìn)行通信。星型網(wǎng)通常用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少的場(chǎng)合。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)一般是由若干個(gè)FFD連接在一起形成，它們之間是完全的對(duì)等通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與它的無線通信范圍內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn)通信。Mesh網(wǎng)中，一般將發(fā)起建立網(wǎng)絡(luò)的FFD節(jié)點(diǎn)作為PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)。Mesh網(wǎng)是一種高可靠性網(wǎng)絡(luò)，具有“自恢復(fù)”能力，它可為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包提供多條路徑，一旦一條路徑出現(xiàn)故障，則存在另一條或多條路徑可供選擇。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee） Mesh網(wǎng)可以通過

16、FFD擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，組成Mesh網(wǎng)與星型網(wǎng)構(gòu)成的混合網(wǎng)?；旌暇W(wǎng)中，終端節(jié)點(diǎn)采集的信息首先傳到同一子網(wǎng)內(nèi)的協(xié)調(diào)點(diǎn)，再通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上傳到上一層網(wǎng)絡(luò)的PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)?；旌暇W(wǎng)都適用于覆蓋范圍較大的網(wǎng)絡(luò)。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）7. ZigBee網(wǎng)絡(luò)配置 低數(shù)據(jù)速率的WPAN中包括兩種無線設(shè)備：全功能設(shè)備（FFD）和精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFD）。其中，F(xiàn)FD可以和FFD、RFD通信，而RFD只能和FFD通信，RFD之間是無法通信的。RFD的應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，例如在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，它們只負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給它的協(xié)調(diào)點(diǎn)，并不具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等功能。RFD占用資源少，需要的存儲(chǔ)容量也小，成

17、本比較低。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）在一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，至少存在一個(gè)FFD充當(dāng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)點(diǎn)，即PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)。通常，PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)是一個(gè)特殊的FFD，它具有較強(qiáng)大的功能，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要控制者，它負(fù)責(zé)建立新的網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、管理網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)以及存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)信息等。FFD和RFD都可以作為終端節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）此外，普通FFD也可以在它的個(gè)人操作空間（POS）中充當(dāng)協(xié)調(diào)點(diǎn)，但它仍然受PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)的控制。ZigBee中每個(gè)協(xié)調(diào)點(diǎn)最多可連接255個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納65535個(gè)節(jié)點(diǎn)。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （Zig

18、Bee） 9. ZigBee組網(wǎng)技術(shù) 當(dāng)ZigBee PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)希望建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先掃描信道，尋找網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)空閑信道來建立新的網(wǎng)絡(luò)。如果找到了合適的信道，ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)會(huì)為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符（PAN標(biāo)識(shí)符必須在信道中是唯一的）。一旦選定了PAN標(biāo)識(shí)符，就說明已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）另外，這個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)還會(huì)為自己選擇一個(gè)16bit網(wǎng)絡(luò)地址。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)64 bit IEEE擴(kuò)展地址和一個(gè)16 bit網(wǎng)絡(luò)地址，其中，16bit的網(wǎng)絡(luò)地址在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，也就是802.15.4中的MAC短地址。 4.1.2 紫

19、蜂技術(shù) （ZigBee）ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)選定了網(wǎng)絡(luò)地址后，就開始接受新的節(jié)點(diǎn)加入其網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它首先會(huì)通過信道掃描來搜索它周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，如果找到了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它就會(huì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)過程加入網(wǎng)絡(luò)，只有具備路由功能的節(jié)點(diǎn)可以允許別的節(jié)點(diǎn)通過它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)選定了網(wǎng)絡(luò)地址后，就開始接受新的節(jié)點(diǎn)加入其網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它首先會(huì)通過信道掃描來搜索它周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，如果找到了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它就會(huì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)過程加入網(wǎng)絡(luò)，只有具備路由功能的節(jié)點(diǎn)可以允許別的節(jié)點(diǎn)通過它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系后想要重新加入網(wǎng)絡(luò)，它可

20、以進(jìn)行孤立通知過程重新加入網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)具備路由器功能的節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一個(gè)路由表和一個(gè)路由發(fā)現(xiàn)表，它可以參與數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。 4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）ZigBee網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可分為三類： 周期性數(shù)據(jù)，例如傳感器網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率根據(jù)不同的應(yīng)用而確定； 間歇性數(shù)據(jù)，例如電燈開關(guān)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率根據(jù)應(yīng)用或者外部激勵(lì)而確定； 反復(fù)性的、反應(yīng)時(shí)間低的數(shù)據(jù)，例如無線鼠標(biāo)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率是根據(jù)時(shí)隙分配而確定的。4.1.2 紫蜂技術(shù) （ZigBee）為了降低ZigBee節(jié)點(diǎn)的平均功耗，ZigBee節(jié)點(diǎn)有激活和睡眠兩種狀態(tài)，只有當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都

21、處于激活狀態(tài)才能完成數(shù)據(jù)的傳輸。在有信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)通過定期地廣播信標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供同步；在無信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，終端節(jié)點(diǎn)定期睡眠，定期醒來，除終端節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)要保證始終處于激活狀態(tài)，終端節(jié)點(diǎn)醒來后會(huì)主動(dòng)詢問它的協(xié)調(diào)點(diǎn)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送給它。4.1.3 紅外通信技術(shù)1. 紅外通訊技術(shù)簡(jiǎn)介紅外通訊技術(shù)使用一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，是傳統(tǒng)的設(shè)備之間連接線纜的替代。它的通訊距離一般在0到1米之間，傳輸速率最快可達(dá)16Mbps，通訊介質(zhì)為波長(zhǎng)為900納米左右的近紅外線。4.1.3 紅外通信技術(shù) 它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)

22、無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。小角度（30度錐角以內(nèi)），短距離，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)；傳輸速率較高，目前4M速率的FIR技術(shù)已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。 4.1.3 紅外通信技術(shù)2. IrDA紅外通訊標(biāo)準(zhǔn)IrDA是紅外數(shù)據(jù)組織（Infrared Data Association）的簡(jiǎn)稱，IrDA紅外連接技術(shù)就是由該組織提出的。在紅外通訊技術(shù)發(fā)展早期，存在好幾個(gè)紅外通訊標(biāo)準(zhǔn)，不同標(biāo)準(zhǔn)之間的紅外設(shè)備不能進(jìn)行紅外通訊。為了使各種紅外設(shè)備能夠互聯(lián)互通，1993年，由二十多個(gè)大廠商發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(IrDA)，統(tǒng)一了紅外通訊的標(biāo)準(zhǔn)，這就是目前被廣泛使用的IrDA紅外數(shù)據(jù)通訊協(xié)議及規(guī)范

23、。4.1.3 紅外通信技術(shù)IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無需申請(qǐng)頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。并且還具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)。此外，紅外線發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高。 IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺(tái)(非多臺(tái))設(shè)備之間的連接。而藍(lán)牙就沒有此限制，且不受墻壁的阻隔。 4.1.4 近距離通信（NFC）技術(shù)近距離無線通信NFC是Near Field Communication縮寫，即近距離無線通訊技術(shù)。由飛利浦公司和索尼公司共同開發(fā)的NFC是一種非接觸式識(shí)別和互聯(lián)技術(shù)，可以在移動(dòng)設(shè)備、消

24、費(fèi)類電子產(chǎn)品、PC 和智能控件工具間進(jìn)行近距離無線通信。NFC 提供了一種簡(jiǎn)單、觸控式的解決方案，可以讓消費(fèi)者簡(jiǎn)單直觀地交換信息、訪問內(nèi)容與服務(wù)。4.1.4 近距離通信（NFC）技術(shù)1. 概述近場(chǎng)通信（NFC），又稱近距離無線通信，是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸（在10厘米內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。這個(gè)技術(shù)由免接觸式射頻識(shí)別（RFID）演變而來，并向下兼容RFID，最早由Philips、Nokia和Sony主推，主要可能用于手機(jī)等手持設(shè)備中。由于近場(chǎng)通訊具有天然的安全性，因此，NFC技術(shù)被認(rèn)為在手機(jī)支付等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。 4.1.4 近距離通信（NFC）

25、技術(shù) NFC 將非接觸讀卡器、非接觸卡和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Peer-to-Peer）功能整合進(jìn)一塊單芯片，為消費(fèi)者的生活方式開創(chuàng)了不計(jì)其數(shù)的全新機(jī)遇。這是一個(gè)開放接口平臺(tái)，可以對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速、主動(dòng)設(shè)置，也是虛擬連接器，服務(wù)于現(xiàn)有蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙和無線 802.11 設(shè)備。4.1.4 近距離通信（NFC）技術(shù)和RFID不同，NFC采用了雙向的識(shí)別和連接。在20cm距離內(nèi)工作于13.56MHz頻率范圍。NFC最初僅僅是遙控識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無線連接技術(shù)。它能快速自動(dòng)地建立無線網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、Wi-Fi設(shè)備提供一個(gè)“虛擬連接”，使電子設(shè)備可以在短距離范圍進(jìn)行通訊。 4.1.4

26、 近距離通信（NFC）技術(shù)2. NFC全球最早的商用應(yīng)用 目前，Nokia 3220手機(jī)已集成了NFC技術(shù)，可以用作電子車票，還可在當(dāng)?shù)亓闶鄣旰吐糜尉包c(diǎn)作為折扣忠誠(chéng)卡使用。哈瑙市的大約95.000位居民現(xiàn)在只需輕松地刷一下兼容手機(jī)，就能享受NFC式公交移動(dòng)售票帶來的便利。 4.1.4 近距離通信（NFC）技術(shù)3. NFC技術(shù)原理NFC的設(shè)備可以在主動(dòng)或被動(dòng)模式下交換數(shù)據(jù)。在被動(dòng)模式下，啟動(dòng)NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備(主設(shè)備)，在整個(gè)通信過程中提供射頻場(chǎng)。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺(tái)設(shè)備。另一臺(tái)設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備(從

27、設(shè)備)，不必產(chǎn)生射頻場(chǎng)，而使用負(fù)載調(diào)制(load modulation)技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。 4.1.4 近距離通信（NFC）技術(shù)移動(dòng)設(shè)備主要以被動(dòng)模式操作，可以大幅降低功耗，并延長(zhǎng)電池壽命。電池電量較低的設(shè)備可以要求以被動(dòng)模式充當(dāng)目標(biāo)設(shè)備，而不是發(fā)起設(shè)備。 NFC被動(dòng)通信模式 4.1.4 近距離通信（NFC）技術(shù)在主動(dòng)模式下，每臺(tái)設(shè)備要向另一臺(tái)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，都必須產(chǎn)生自己的射頻場(chǎng)。這是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式，可以獲得非?？焖俚倪B接設(shè)置。NFC主動(dòng)通信模式 4.1.4 近距離通信（NFC）技術(shù)4. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。 NFC與現(xiàn)有非接觸智能

28、卡技術(shù)兼容。NFC是一種近距離連接協(xié)議。NFC是一種近距離的私密通信方式。NFC在門禁、公交、手機(jī)支付等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用。 NFC還優(yōu)于紅外和藍(lán)牙傳輸方式。 4.1.4 近距離通信（NFC）技術(shù)NFC技術(shù)支持多種應(yīng)用，包括移動(dòng)支付與交易、對(duì)等式通信及移動(dòng)中信息訪問等。NFC設(shè)備可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及設(shè)備對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，其應(yīng)用主要可分為以下四個(gè)基本類型：用于付款和購(gòu)票、用于電子票證、用于智能媒體以及用于交換、傳輸數(shù)據(jù)。4.2 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信(Mobile communication)，是指通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行信息傳輸和交換的通信方式。移動(dòng)通

29、信系統(tǒng)包括無繩電話、無線尋呼、陸地蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信等。移動(dòng)體之間通信聯(lián)系的傳輸手段只能依靠無線電通信，因此，無線通信是移動(dòng)通信的基礎(chǔ)。4.2.1移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介1. 移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成 移動(dòng)通信是移動(dòng)體之間的通信，或移動(dòng)體與固定體之間的通信。移動(dòng)體可以是人，也可以是汽車、火車、輪船、收音機(jī)等在移動(dòng)狀態(tài)中的物體。 移動(dòng)通信包括無線傳輸、有線傳輸，信息的收集、處理和存儲(chǔ)等，使用的主要設(shè)備有無線收發(fā)信機(jī)、移動(dòng)交換控制設(shè)備和移動(dòng)終端設(shè)備。4.2.1移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 移動(dòng)通信無線服務(wù)區(qū)由許多正六邊形小區(qū)覆蓋而成，呈蜂窩狀，通過接口與公眾通信網(wǎng)（PSTN、ISDN、PDN）互聯(lián)。 移動(dòng)通信系統(tǒng)包

30、括移動(dòng)交換子系統(tǒng)（SS）、操作維護(hù)管理子系統(tǒng)（OMS）、基站子系統(tǒng)（BSS） 和移動(dòng)臺(tái)（MS），是一個(gè)完整的信息傳輸實(shí)體。4.2.1移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成 4.2.1移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介移動(dòng)通信中建立一個(gè)呼叫是由BSS和SS共同完成的；BSS提供并管理MS和SS之間的無線傳輸通道，SS負(fù)責(zé)呼叫控制功能，所有的呼叫都是經(jīng)由SS建立連接的；OMS負(fù)責(zé)管理控制整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)。MS也是一個(gè)子系統(tǒng)。它實(shí)際上是由移動(dòng)終端設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)兩部分組成的，移動(dòng)終端設(shè)備稱為移動(dòng)設(shè)備；用戶數(shù)據(jù)存放在一個(gè)與移動(dòng)設(shè)備可分離的數(shù)據(jù)模塊中，此數(shù)據(jù)模塊稱為用戶識(shí)別卡（SIM）。4.2.1移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介2. 移動(dòng)通信的工作

31、頻段 早期的移動(dòng)通信主要使用VHF和UHF頻段。目前，大容量移動(dòng)通信系統(tǒng)均使用800MHz頻段（CDMA），900MHz頻段（GSM），并開始使用1800MHz頻段(GSM1800），該頻段用于微蜂窩（Microcell）系統(tǒng)。第三代移動(dòng)通信使用2.4GHz頻段。4.2.1移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介3. 移動(dòng)通信的工作方式 從傳輸方式的角度來看，無線通信分為單向傳輸（廣播式）和雙向傳輸（應(yīng)答式）。單向傳輸只用于無線電尋呼系統(tǒng)。雙向傳輸有單工、雙工和半雙工三種工作方式。4.2.1移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 單工通信是指通信雙方電臺(tái)交替地進(jìn)行收信和發(fā)信，根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可分為同頻單工和異頻單工。4.2.1移動(dòng)

32、通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介雙工通信是指通信雙方電臺(tái)同時(shí)進(jìn)行收信和發(fā)信。半雙工通信的組成與雙工通信相似，移動(dòng)臺(tái)采用類似單工的“按講”方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機(jī)才工作，而接收機(jī)總是工作的。雙工通信 4.2.1移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介4. 移動(dòng)通信的組網(wǎng) 移動(dòng)通信采用無線蜂窩式小區(qū)覆蓋和小功率發(fā)射的模式。蜂窩式組網(wǎng)放棄了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸和廣播覆蓋模式，把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分成若干個(gè)較小的區(qū)域（cell，在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū)），各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(jī)（即基站發(fā)射機(jī)）進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿 （即覆蓋）任意形狀的服務(wù)地區(qū)。4.2.1移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介蜂窩移動(dòng)通信小區(qū)覆蓋 4.2.2 第一代移動(dòng)通信：模擬語(yǔ)音 1982年，為

33、了解決大區(qū)制容量飽和的問題，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)AMPS。AMPS提出了“小區(qū)制”，“蜂窩單元”的概念，同時(shí)采用頻率復(fù)用（Frequency Division Multiplexing, FDM）技術(shù)，解決了公用移動(dòng)通信系統(tǒng)所需要的大容量要求和頻譜資源限制的矛盾。在100千米范圍之內(nèi)，IMTS每個(gè)頻率上只允許一個(gè)電話呼叫；AMPS以允許100個(gè)10千米的蜂窩單元，從而可以保證每個(gè)頻率上有1015個(gè)電話呼叫。4.2.2 第一代移動(dòng)通信：模擬語(yǔ)音1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)每一個(gè)蜂窩單元有一個(gè)基站負(fù)責(zé)接收該單元中電話的信息?；具B接到移動(dòng)電話交換局（Mobile Telephone Switch

34、ing Office, MTSO）。MTSO采用分層機(jī)制，一級(jí)MTSO負(fù)責(zé)與基站之間的直接通信；高級(jí)MTSO則負(fù)責(zé)低級(jí)MTSO之間的業(yè)務(wù)處理。 2. 移交當(dāng)電話在蜂窩單元之間移動(dòng)的時(shí)候，基站之間會(huì)通信，從而交換控制權(quán)，避免信道分配不錯(cuò)導(dǎo)致信號(hào)沖突?；緦?duì)于電話用戶控制權(quán)的轉(zhuǎn)換也稱為“移交”。 4.2.3 第二代移動(dòng)通信： 數(shù)字語(yǔ)音 第二代移動(dòng)通信技術(shù)使用數(shù)字制式，支持傳統(tǒng)語(yǔ)音通信、文字和多媒體短信，并支持一些無線應(yīng)用協(xié)議。主要有如下二種工作模式： 1. GSM移動(dòng)通信（900/1800MHz）工作在900/1800MHz頻段，無線接口采用TDMA技術(shù)，核心網(wǎng)移動(dòng)性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議。4.2

35、.3 第二代移動(dòng)通信： 數(shù)字語(yǔ)音2. CDMA移動(dòng)通信（800MHz）工作在800MHz頻段，核心網(wǎng)移動(dòng)性管理協(xié)議采用IS-41協(xié)議，無線接口采用窄帶碼分多址（CDMA）技術(shù)。CDMA在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用容量在理論上可以達(dá)到AMPS容量的20倍。CDMA可以同時(shí)區(qū)分并分離多個(gè)同時(shí)傳輸?shù)男盘?hào)。CDMA有以下特點(diǎn)：抗干擾性好、抗多徑衰落、保密安全性高、容量質(zhì)量之間可以權(quán)衡取舍、同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用。4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù) 第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3rd-generation，3G），是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)。3G服務(wù)能夠同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在

36、幾百kbps以上。第三代移動(dòng)通信（3G）可以提供所有2G的信息業(yè)務(wù)，同時(shí)保證更快的速度，以及更全面的業(yè)務(wù)內(nèi)容，如移動(dòng)辦公，視頻流服務(wù)等。4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)3G的主要特征是可提供移動(dòng)寬帶多媒體業(yè)務(wù)，包括高速移動(dòng)環(huán)境下支持144Kbps速率，步行和慢速移動(dòng)環(huán)境下支持384Kbps速率，室內(nèi)環(huán)境則應(yīng)達(dá)到2Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)保證高可靠服務(wù)質(zhì)量。人們發(fā)現(xiàn)從2G直接跳躍到3G存在較大的難度，于是出現(xiàn)了一個(gè)2.5G（也有人稱后期2.5G為2.75G）的過渡階段。4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)3G的發(fā)展歷程 4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)1. CDMA

37、碼分多址技術(shù)CDMA是碼分多址(Code-Division Multiple Access)技術(shù)的縮寫，是近年來在數(shù)字移動(dòng)通信進(jìn)程中出現(xiàn)的一種先進(jìn)的無線擴(kuò)頻通信技術(shù)，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆覆蓋廣等特點(diǎn)，可以大量減少投資和降低運(yùn)營(yíng)成本。 4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)CDMA最早由美國(guó)高通公司推出，CDMA也有2代、2.5代和3代技術(shù)。中國(guó)聯(lián)通推出的CDMA屬于2.5代技術(shù)。CDMA被認(rèn)為是第3代移動(dòng)通信技術(shù)的首選。CDMA利用展頻的通訊技術(shù)，因而可以減少手機(jī)之間的干擾，并且可以增加用戶的容量，而且手機(jī)的功率還可以做的比較低，不但可以

38、使使用時(shí)間更長(zhǎng)，更重要的是可以降低電磁波輻射對(duì)人的傷害。 4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù) 我國(guó)采用的三種3G標(biāo)準(zhǔn)分別是TD-SCDMA，W-CDMA和CDMA2000。(1) CDMA2000CDMA2000（Code Division Multiple Access 2000） 是一個(gè)3G移動(dòng)通訊CDMA框架標(biāo)準(zhǔn)。是國(guó)際電信聯(lián)盟ITU的IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的無線電接口。 CDMA2000由美國(guó)高通北美公司為主導(dǎo)提出。目前使用CDMA的地區(qū)只有日、韓和北美。CDMA2000與另兩個(gè)主要的3G標(biāo)準(zhǔn)WCDMA以及TD-SCDMA不兼容。4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)(2

39、) W-CDMAWCDMA（Wide band Code Division Multiple Access 寬帶碼分多址）是一種3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)。WCDMA使用的部分協(xié)議與2G GSM 標(biāo)準(zhǔn)一致。具體一點(diǎn)來說，WCDMA是一種利用碼分多址復(fù)用方法的寬帶擴(kuò)頻3G移動(dòng)通信空中接口。是由愛立信公司提出，是3GPP具體制定的基于GSM MAP核心網(wǎng)，UTRAN為無線接口的3G系統(tǒng)。4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)WCDMA源于歐洲和日本幾種技術(shù)的融合，采用直擴(kuò)（MC）模式，載波帶寬為5mhz，數(shù)據(jù)傳送可達(dá)到每秒2Mbit（室內(nèi)）及384kbps（移動(dòng)空間）。它采用MC FDD雙工模式，與GSM網(wǎng)

40、絡(luò)有良好的兼容性和互操作性。WCDMA采用最新的異步傳輸模式（ATM）微信元傳輸協(xié)議，能夠允許在一條線路上傳送更多的語(yǔ)音呼叫，呼叫數(shù)由現(xiàn)在的30個(gè)提高到300個(gè)，在人口密集的地區(qū)線路將不在容易堵塞。另外，WCDMA還采用了自適應(yīng)天線和微小區(qū)技術(shù)，大大地提高了系統(tǒng)的容量。4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)(3) TDSCDMA（ Time Division Synchronous Code Division Multiple Access ）TD-SCDMA是由我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院提出，與德國(guó)西門子公司聯(lián)合開發(fā)。主要技術(shù)特點(diǎn):同步碼分多址技術(shù)，智能天線技術(shù)和軟件無線技術(shù)。它采

41、用TDD雙工模式，載波帶寬為1.6MHZ。TDD是一種優(yōu)越的雙工模式，能使用各種頻率資源，能節(jié)省未來緊張的頻率資源，而且設(shè)備成本相對(duì)比較低。4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)另外，TDSCDMA獨(dú)特的智能天線技術(shù)，能大大提高系統(tǒng)的容量，特別對(duì)CDMA系統(tǒng)的容量能增加50%，而且降低了基站的發(fā)射功率，減少了干擾。TDSCDMA軟件無線技術(shù)使不同系統(tǒng)間的兼容性也易與實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然TDSCDMA也存在一些缺陷，它在技術(shù)的成熟性方面比另外兩種技術(shù)要欠缺一等。4.2.4 第三代移動(dòng)通信：數(shù)字語(yǔ)音與數(shù)據(jù)4. 三種3G標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)差別4.2.5 4G第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4 G）4G是第四代移動(dòng)通信及其

42、技術(shù)的簡(jiǎn)稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。 4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號(hào)上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps。而在用戶最為關(guān)注的價(jià)格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價(jià)格方面不相上下。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)。4.2.5 4G第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4 G）1. 4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)4G移動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以正交頻分復(fù)用（OFDM）為技術(shù)核心。OFDM(Orthogonal F

43、requency Division Multiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。4.2.5 4G第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4 G）2. 4G通信特征目前正在構(gòu)思中的4G通信具有下面的特征： 1、通信速度更快 2、網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬 3、通信更加靈活 4、智能性能更高 5、兼容性能更平滑 6、提供各種增殖服務(wù) 7、更高質(zhì)量的多媒體通信 8、頻率使用效率更高 9、通信費(fèi)用更加便宜 4.2.5 4G第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4 G） 移動(dòng)通信技術(shù)代際分期 4.3 設(shè)備對(duì)設(shè)備通信技術(shù)（M2M）M2M是mach

44、ine-to-machine的簡(jiǎn)稱，即“機(jī)器對(duì)機(jī)器”的縮寫，也有人理解為人對(duì)機(jī)器(man-to-machine)、機(jī)器對(duì)人(machine-to-man)等，旨在通過通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器和系統(tǒng)三者之問的智能化、交互式無縫連接 。 4.3 設(shè)備對(duì)設(shè)備通信技術(shù)（M2M）M2M設(shè)備是能夠回答包含在一些設(shè)備中的數(shù)據(jù)的請(qǐng)求或能夠自動(dòng)傳送包含在這些設(shè)備中的數(shù)據(jù)的設(shè)備。M2M則聚焦在無線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一種主要方式。現(xiàn)在，M2M應(yīng)用遍及電力、交通、工業(yè)控制、零售、公共事業(yè)管理、醫(yī)療、水利、石油等多個(gè)行業(yè)，涉及車輛防盜、安全監(jiān)測(cè)、自動(dòng)售貨、機(jī)械維修、公共交通管理等領(lǐng)域。4.3.2 M2M體系結(jié)

45、構(gòu)和技術(shù)組成1. M2M 系統(tǒng)框架從體系結(jié)構(gòu)方面考慮，M2M系統(tǒng)由機(jī)器、網(wǎng)關(guān)、IT系統(tǒng)構(gòu)成，從數(shù)據(jù)流的角度考慮，在M2M技術(shù)中，信息總是以相同的順序流動(dòng)，如下圖所示。M2M 系統(tǒng)框架 4.3.2 M2M體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)組成2. M2M 系統(tǒng)的組成部分無論哪一種M2M技術(shù)與應(yīng)用，都涉及到5個(gè)重要的技術(shù)部分：機(jī)器、M2M硬件、通信網(wǎng)絡(luò)、中間件、應(yīng)用，如下圖所示。4.3.2 M2M體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)組成1. 智能化機(jī)器 實(shí)現(xiàn)M2M的第一步就是從機(jī)器/設(shè)備中獲得數(shù)據(jù)，然后把它們通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。使機(jī)器“開口說話”（talk），讓機(jī)器具備信息感知、信息加工（計(jì)算能力）、無線通信能力。使機(jī)器具備“說話”能力的基

46、本方法有兩種：生產(chǎn)設(shè)備的時(shí)候嵌入M2M 硬件；對(duì)已有機(jī)器進(jìn)行改裝，使其具備通信/聯(lián)網(wǎng)能力。 4.3.2 M2M體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)組成2. M2M硬件 M2M硬件是使機(jī)器獲得遠(yuǎn)程通信和聯(lián)網(wǎng)能力的部件。主要進(jìn)行信息的提取，從各種機(jī)器/設(shè)備那里獲取數(shù)據(jù)，并傳送到通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在的M2M硬件共分為五種： 嵌入式硬件 可組裝硬件 調(diào)制解調(diào)器（Modem） 傳感器 識(shí)別標(biāo)識(shí)（Location Tags） 4.3.2 M2M體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)組成3. 通信網(wǎng)絡(luò) 將信息傳送到目的地。通信網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)M2M技術(shù)框架中處于核心地位，包括：廣域網(wǎng)（無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、Internet、公眾電話網(wǎng)）、局域網(wǎng)（以太網(wǎng)、

47、無線局域網(wǎng)WLAN、Bluetooth）、個(gè)域網(wǎng)（ZigBee、傳感器網(wǎng)絡(luò)）。 在M2M技術(shù)框架中的通信網(wǎng)絡(luò)中，有兩個(gè)主要參與者，他們是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和網(wǎng)絡(luò)集成商。 4.3.2 M2M體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)組成4. 中間件 中間件包括兩部分：M2M網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)收集/集成部件。網(wǎng)關(guān)是M2M系統(tǒng)中的“翻譯員”，它獲取來自通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給信息處理系統(tǒng)。主要的功能是完成不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。典型產(chǎn)品如Nokia的M2M網(wǎng)關(guān)。4.3.2 M2M體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)組成數(shù)據(jù)收集/集成部件是為了將數(shù)據(jù)變成有價(jià)值的信息。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行不同加工和處理，并將結(jié)果呈現(xiàn)給需要這些信息的觀察者和決策者。這些中間件包括：數(shù)據(jù)分

48、析和商業(yè)智能部件,異常情況報(bào)告和工作流程部件,數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和存儲(chǔ)部件等。 4.3.2 M2M體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)組成5. 應(yīng)用 例如“智能電網(wǎng)”能夠使大量設(shè)備比如儀表、家電、汽車、照明設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)視器、零售庫(kù)存等實(shí)現(xiàn)連接和通信，它所帶來的好處會(huì)非常多，可以提高生產(chǎn)力、節(jié)約能源、遠(yuǎn)程訪問、降低成本、改善醫(yī)療等等。4.3.3 M2M卡和模塊 M2M產(chǎn)品主要集中在卡類和模塊形態(tài)。1. M2M模塊M2M模塊通常作為核心部件出現(xiàn)的是M2M無線通信模塊。M2M無線通信模塊嵌入在機(jī)器終端里面，使其具備網(wǎng)絡(luò)通信能力，這一角色使得M2M無線通信模塊成為M2M終端的核心部件。M2M無線通信模塊的設(shè)計(jì)目標(biāo)是用于工業(yè)領(lǐng)域，也就

49、是說，M2M無線通信模塊產(chǎn)品必須適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境下的應(yīng)用。4.3.3 M2M卡和模塊常見的有SMD特殊封裝的模塊產(chǎn)品，將M2M模塊焊接在設(shè)備主板上，除了溫度要求達(dá)到-40105以外，還要求起到防震作用。這種產(chǎn)品主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸、物流管理和地震監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域。AnyData、華為、摩托羅拉、高通和中興等公司都已推出M2M模塊產(chǎn)品。4.3.3 M2M卡和模塊2. M2M卡目前各個(gè)行業(yè)迫切需要能夠滿足惡劣環(huán)境下的高低溫卡類產(chǎn)品，主要是將M2M卡插入到采集設(shè)備中，能夠起到登錄網(wǎng)絡(luò)、鑒權(quán)作用，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和收集功能。當(dāng)前的M2M卡類產(chǎn)品主要根據(jù)不同行業(yè)應(yīng)用可劃分為二類，一類是普通SIM卡產(chǎn)品形態(tài)，

50、主要應(yīng)用在對(duì)環(huán)境要求不高的領(lǐng)域，要求工作溫度在-2585范圍內(nèi)。4.3.3 M2M卡和模塊第二類是M2M卡，主要滿足對(duì)工作溫度要求比較高的應(yīng)用。如：車載系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表、無人值守的氣象和水利監(jiān)控設(shè)備、煤礦和制造業(yè)施工監(jiān)控等應(yīng)用，這些領(lǐng)域環(huán)境比較惡劣，工作溫度要求在-40105，并且要求M2M卡能夠防濕和抗腐蝕性。 4.3.3 M2M卡和模塊隨著集成化的不斷提高，未來M2M將是機(jī)卡一體化的標(biāo)準(zhǔn)終端產(chǎn)品，該標(biāo)準(zhǔn)終端將目前采集設(shè)備的通信模塊和SIM模塊集成在一起，外圍預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)的電源接口和其他行業(yè)應(yīng)用接口。這種M2M標(biāo)準(zhǔn)終端發(fā)展取決于各個(gè)行業(yè)應(yīng)用的需求。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，它將是M2M終端發(fā)展的一種趨勢(shì)。4.3

51、.4 M2M應(yīng)用M2M應(yīng)用遍布各個(gè)領(lǐng)域，主要包括：交通領(lǐng)域（物流管理、定位導(dǎo)航）、電力領(lǐng)域（遠(yuǎn)程抄表和負(fù)載監(jiān)控）、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域（大棚監(jiān)控、動(dòng)物溯源）、城市管理（電梯監(jiān)控、路燈控制）、安全領(lǐng)域（城市和企業(yè)安防）、環(huán)保（污染監(jiān)控、水土檢測(cè)）、企業(yè)（生產(chǎn)監(jiān)控和設(shè)備管理）家居（老人和小孩看護(hù)、智能安防）等。 4.4.1 Wireless HART 1. HARTHART(Highway Addressable Remote Transducer)，可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。 HART裝置提供具有相對(duì)低的帶寬，適度響應(yīng)時(shí)間的通信，經(jīng)過10多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4.4.1 Wireless HART HART協(xié)議采用FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4-20mA模擬信號(hào)上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。 HART通信采用的是半雙工的通信方式，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中過渡性產(chǎn)品。HART采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語(yǔ)言DDL。 4.4.1 Wireless HART 2. Wirele