第5次課-通信技術(shù)

第4章物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

——通信技術(shù)

4.1無(wú)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(lái)，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(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)典型的無(wú)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(wú)線通信NFC等無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無(wú)線傳輸頻段比較

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(wú)線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)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(wú)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(wú)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(lái)。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2.4GHzISM（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(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(ài)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(kāi)展短程無(wú)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(wú)線傳輸應(yīng)用技術(shù)。藍(lán)牙的名字來(lái)源于10世紀(jì)丹麥國(guó)王HaraldBlatand-英譯為HaroldBluetooth(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(lái)。用他的名字來(lái)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(lái)的意思。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）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(guò)無(wú)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(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無(wú)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)9x9mm的微芯片中。藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHzISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）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57.6kb/s的非對(duì)稱連接，或者是432.6kb/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(guò)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）①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(guò)輸入端可輸入隨機(jī)的匹配密碼來(lái)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(lái)完成這兩個(gè)設(shè)備之間的匹配。）4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）②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）③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(wú)法匹配的。例如：藍(lán)牙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(wú)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，用于多個(gè)無(wú)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(wú)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(wú)線傳感器組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，新一代的無(wú)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(lái)源于蜂群的通信方式：蜜蜂之間通過(guò)跳Zigzag形狀的舞蹈來(lái)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(wú)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(wú)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)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(wú)限擴(kuò)展。

ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)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(wú)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(wàn)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)紫蜂是一種無(wú)線連接,可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(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(wú)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①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；

②消費(fèi)性電子設(shè)備：電視、DVD、CD機(jī)等電器的遠(yuǎn)程遙控。

③PC外設(shè)：無(wú)線鍵盤、鼠標(biāo)、游戲操縱桿等；

④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；

⑤醫(yī)療設(shè)備控制：醫(yī)療傳感器、病人的緊急呼叫按鈕等；

⑥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(wú)線設(shè)備公司和開(kāi)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)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）IEEE802.15.4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；902MHz～928MHZ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。2.4GHz～2.4835GHz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-QPSK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，IEEE802.15.4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)配置

低數(shù)據(jù)速率的WPAN中包括兩種無(wú)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(wú)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)（ZigBee）

7.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(wú)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(guò)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(guò)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）

9.ZigBee組網(wǎng)技術(shù)

當(dāng)ZigBeePAN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(lái)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(shuō)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)64bitIEEE擴(kuò)展地址和一個(gè)16bit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紫蜂技術(shù)（ZigBee）ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)選定了網(wǎng)絡(luò)地址后，就開(kāi)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(guò)信道掃描來(lái)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)信道掃描來(lái)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(guò)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(guò)它關(guān)聯(lián)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：①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；②間歇性數(shù)據(jù)，例如電燈開(kāi)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；③反復(fù)性的、反應(yīng)時(shí)間低的數(shù)據(jù)，例如無(wú)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(guò)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(wú)信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，終端節(jié)點(diǎn)定期睡眠，定期醒來(lái)，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(lái)后會(huì)主動(dòng)詢問(wèn)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(wú)線連接技術(shù)，通過(guò)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)無(wú)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（InfraredDataAssociation）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。4.1.3紅外通信技術(shù)IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)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(méi)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(wú)線通信NFC是NearFieldCommunication縮寫，即近距離無(wú)線通訊技術(shù)。由飛利浦公司和索尼公司共同開(kāi)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、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、PC和智能控件工具間進(jìn)行近距離無(wú)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(wèn)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(wú)線通信，是一種短距離的高頻無(wú)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(lái)，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）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(kāi)創(chuàng)了不計(jì)其數(shù)的全新機(jī)遇。這是一個(gè)開(kāi)放接口平臺(tái)，可以對(duì)無(wú)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(wú)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(wú)線連接技術(shù)。它能快速自動(dòng)地建立無(wú)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近距離通信（NFC）技術(shù)2.NFC全球最早的商用應(yīng)用

目前，Nokia3220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(lái)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(guò)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(從設(shè)備)，不必產(chǎn)生射頻場(chǎng)，而使用負(fù)載調(diào)制(loadmodulation)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，可以獲得非常快速的連接設(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(wèn)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(Mobilecommunication)，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)通信系統(tǒng)包括無(wú)繩電話、無(wú)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(wú)線電通信，因此，無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(guò)接口與公眾通信網(wǎng)（PSTN、ISDN、PDN）互聯(lián)。移動(dòng)通信系統(tǒng)包括移動(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(wú)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(kāi)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(lái)看，無(wú)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(wú)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4.移動(dòng)通信的組網(wǎng)移動(dòng)通信采用無(wú)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，為了解決大區(qū)制容量飽和的問(wèn)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（FrequencyDivisionMultiplexing,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10～15個(gè)電話呼叫。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(wú)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(wú)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。4.2.3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(wú)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(guò)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碼分多址技術(shù)CDMA是碼分多址(Code-DivisionMultipleAccess)技術(shù)的縮寫，是近年來(lái)在數(shù)字移動(dòng)通信進(jìn)程中出現(xiàn)的一種先進(jìn)的無(wú)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（CodeDivisionMultipleAccess2000）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(wú)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)W-CDMAWCDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess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2GGSM標(biāo)準(zhǔn)一致。具體一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，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(ài)立信公司提出，是3GPP具體制定的基于GSMMAP核心網(wǎng)，UTRAN為無(wú)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