物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述

《物聯(lián)網(wǎng)技術》課件

第4章物聯(lián)網(wǎng)

通信與網(wǎng)絡技術電子工業(yè)出版社劉化君劉傳清編著《物聯(lián)網(wǎng)技術》教材配套課件4/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第1頁4.1無線通信與網(wǎng)絡概述4.1.1無線通信技術4.1.2無線通信網(wǎng)絡4.1.3無線通信網(wǎng)絡技術發(fā)展4.2無線個域網(wǎng)4.2.1IEEE802.15.4標準4.2.2ZigBee協(xié)議體系結構4.2.3ZigBee網(wǎng)絡系統(tǒng)4.2.4藍牙技術4.2.5超寬帶技術4.3無線局域網(wǎng)4.3.1IEEE802.11標準系列4.3.2IEEE802.11WLAN組成結構4.3.3IEEE802.11幀結構4.3.4IEEE802.11MAC協(xié)議4.3.5AdHoc網(wǎng)絡4.3.6無線局域網(wǎng)構建4.4無線城域網(wǎng)4.4.1無線城域網(wǎng)標準系列4.4.2IEEE802.16協(xié)議體系結構4.4.3WiMAX網(wǎng)絡構建4.5無線廣域網(wǎng)第4章物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第2頁4.1無線通信與網(wǎng)絡概述

通信是現(xiàn)代信息社會中包括能源、交通、通信在內(nèi)三大基礎結構之一，是現(xiàn)代信息社會運行機體神經(jīng)系統(tǒng)。在通信領域，發(fā)展最快、應用最廣是無線通信及通信網(wǎng)絡技術，其中寬帶衛(wèi)星通信、蜂窩式無線網(wǎng)絡、移動IP、WLAN（WiFi）、ZigBee、UWB、藍牙、WiMAX等都是二十一世紀熱門無線通信技術應用。無線通信技術給人們帶來影響是無可爭議，它作為物聯(lián)網(wǎng)核心技術之一，必將更加深入到人們生活和工作各個方面。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第3頁4.1.1無線通信技術

無線通信(Wirelesscommunication)是利用電磁波信號在自由空間中傳輸特征進行信息交換一個通信方式。采取通信技術來傳輸信息在當代社會是十分流行和主要，它已經(jīng)成為人們生活和工作必須，社會發(fā)展主要工具。尤其是數(shù)字通信，推進了數(shù)字化社會形成，使人們進入信息化社會。當代無線通信基本上是分區(qū)通信或蜂窩通信，它實現(xiàn)基于數(shù)字化、移動性和個人通信、分區(qū)制和頻率復用、點對多點通信等基本技術。在物聯(lián)網(wǎng)中，能夠依據(jù)不一樣需要來選擇使用不一樣無線通信技術。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第4頁1.數(shù)字化技術通信數(shù)字化現(xiàn)已居于絕正確優(yōu)勢地位。數(shù)字化技術指是利用0和1兩位數(shù)字編碼，經(jīng)過電子計算機、光纜、通信衛(wèi)星等設備，來表示、傳輸和處理全部信息技術。數(shù)字化技術是信息技術關鍵，信息載體有各種，如字符、聲音、語言和圖像等。這些信息載體存在著共同問題：一是信息量小，二是難以交換、交流。顯然，數(shù)字化帶來問題是信號模數(shù)變換、信源編碼、數(shù)字調(diào)制、信道編碼、低電壓低功率集成電路等研究與開發(fā)。所以，數(shù)字化技術普通包含數(shù)字編碼、數(shù)字壓縮、數(shù)字傳輸、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)等技術。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第5頁2.移動性和個人化當代無線通信主要結果之一是通信移動性。早在19世紀末期，赫茲創(chuàng)造無線電后，馬可尼演示海上航行船舶間通信，這能夠說是開創(chuàng)了無線移動通信先河。進入20世紀代，有些國家海軍艦船和陸地公安部門開始正式使用移動無線電調(diào)度系統(tǒng)。在第二次世界大戰(zhàn)中，有些國家軍隊中通信部隊利用數(shù)字編碼話音通信實現(xiàn)了保密通信，這包含了話音編碼和脈碼調(diào)制（PCM）技術。實際上，1946年開始建立了第一批商用移動電話系統(tǒng)，但需由話務員負責接通。其后很快，蜂窩網(wǎng)方式創(chuàng)造問世，一個適當大地域設置多個半徑約1km蜂窩小區(qū)，相互緊密鄰近排列，其中心基站可使用較低射頻發(fā)射功率，每隔幾個蜂窩就可使用相同頻率，節(jié)約了無線電頻譜資源利用。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第6頁3.分區(qū)制、越區(qū)切換和頻率復用技術通信系統(tǒng)容量問題是移動通信所要處理基本問題，即大量用戶與有限頻帶之間矛盾。因為分配給移動通信帶寬有限，提供信道滿足不了用戶需要，必須用空間分區(qū)制來加以賠償，也就是將通信空間劃分成許多通信小區(qū)，慣用六邊形表示，形象地稱為蜂窩。這種移動通信稱作蜂窩移動通信，是移動通信主流。頻率復用也稱頻率再用，就是重復使用頻率，在GSM網(wǎng)絡中頻率復用就是使同一頻率覆蓋不一樣區(qū)域（一個基站或該基站一部分(扇形天線)所覆蓋區(qū)域），這些使用同一頻率區(qū)域彼此需要相隔一定距離（稱為同頻復用距離），以滿足將同頻干擾抑制到允許指標之內(nèi)。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第7頁4.

點對點通信及點對多點通信技術點對點通信實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)任意兩個用戶之間信息交換。電臺收到帶有點對點通信標識信息數(shù)據(jù)后，比較系統(tǒng)號和地址碼，系統(tǒng)號和地址碼都與當?shù)叵喾麜r，將數(shù)據(jù)傳送到用戶終端，不然將數(shù)據(jù)丟棄，不傳送到用戶終端。點對點通信時，只有1個用戶可收到信息。點對點連接是兩個系統(tǒng)或進程之間專用通信鏈路，可想象成是直接連接兩個系統(tǒng)一條線路。兩個系統(tǒng)獨占此線路進行通信。點對點通信對立面是廣播，在廣播通信中一個系統(tǒng)能夠向多個系統(tǒng)傳輸。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第8頁4.1.2無線通信網(wǎng)絡

當代通信技術一個主要標志是網(wǎng)絡化。有線與無線通信系統(tǒng)結合組成了當代通信網(wǎng)。當前，在各類通信網(wǎng)絡中最具增加潛力是無線通信網(wǎng)。

1.當代無線通信網(wǎng)絡概念圖4-1無線通信網(wǎng)組織結構示意圖物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第9頁2.無線通信網(wǎng)絡模型

（1）移動自組織網(wǎng)絡移動自組織網(wǎng)絡是對等網(wǎng)絡，它通常包含成千上萬個能夠完全移動通信節(jié)點，每個節(jié)點可視為一個個人信息設備（如配置有沒有線收發(fā)機個人數(shù)字助理），能覆蓋幾百米范圍。MANET目標是形成并維持一個有聯(lián)絡關系多跳網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡能在節(jié)點之間傳輸多媒體業(yè)務。在移動自組織網(wǎng)絡中，為了使服務質量最優(yōu)，需要做好網(wǎng)絡組織結構、路由尋址算法和移動性管理等工作。也就是說，當節(jié)點在高速移動情形下，網(wǎng)絡仍能提供好吞吐／時延特征。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第10頁（2）蜂窩網(wǎng)絡蜂窩網(wǎng)絡是由靜止節(jié)點和移動節(jié)點組成較大網(wǎng)絡。位于通信子網(wǎng)中靜止節(jié)點（基站）和組成固定基礎設施結構有線中樞網(wǎng)絡相連。移動節(jié)點數(shù)量大大超出靜止節(jié)點，每個基站中有成百上千個移動節(jié)點，這些移動節(jié)點通常分布得很分散。每個基站都覆蓋一個很大區(qū)域，且區(qū)域之間極少重合。只有當移動節(jié)點移動并發(fā)生越區(qū)切換時，才會出現(xiàn)區(qū)域間重合覆蓋情況（每個移動節(jié)點可能移動到遠離基站位置）。這種蜂窩網(wǎng)絡主要目標就是提供高服務質量和高帶寬效率。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第11頁（3）短距離無線通信網(wǎng)短距離無線通信（ShortRangeWireless，SRW）是指能夠在室內(nèi)、辦公室或封閉公共場提供近距離通信技術。普通，SRW能夠在100m以內(nèi)實現(xiàn)傳輸速度為10～100Mb/s低功率近距離通信。SRW可分為兩種：一個是傳輸范圍在10m內(nèi)，低成本、低功耗短距離無線連接（Connectivity）無線個人局域網(wǎng)（WPAN）；另一個是以更加快傳輸速度和更大覆蓋范圍為目標無線局域網(wǎng)（WLAN）。總而言之，經(jīng)過SRW技術、手機、Headset、PDA、Notebook、數(shù)碼相機、攝像機、健身器材管理設備等在沒有電纜連接情況下能夠實現(xiàn)無線通信或操作，而且用戶能夠經(jīng)過SRW直接接入建筑物內(nèi)局域網(wǎng)（LAN）及語音及數(shù)字信息網(wǎng)絡。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第12頁3．無線通信網(wǎng)分類對無線通信網(wǎng)能夠有各種不一樣分類方式。為簡單明晰起見，通常將無線通信網(wǎng)按照通信距離劃分為無線個域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)，如圖4-2所表示。蜂窩移動通信屬于無線廣域網(wǎng)（WWAN），IEEE802標準系列涵蓋了WPAN、WLAN、WMAN和WWAN幾個方面。

/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第13頁4.1.3無線通信網(wǎng)絡技術發(fā)展

在數(shù)字無線通信時代，電子電路技術和通信技術發(fā)展推進著通信系統(tǒng)飛速發(fā)展。當前，較受關注是第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)(3G)、IEEE802系列；發(fā)展趨勢是移動寬帶化、綜合化、多樣化、個人化和IP化。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第14頁1．移動寬帶化蜂窩移動通信系統(tǒng)發(fā)展表達了無線通信發(fā)展史，從第一代模擬移動通信系統(tǒng)，到第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)，再到第三代以及基于全IP后三代或四代移動通信系統(tǒng)。移動寬帶化是未來通信發(fā)展一個必定趨勢，窄帶、低速網(wǎng)絡會逐步被寬帶網(wǎng)絡所取代。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第15頁2．關鍵網(wǎng)絡綜合化，接入網(wǎng)絡多樣化未來信息網(wǎng)絡結構模式將向關鍵網(wǎng)/接入網(wǎng)轉變，網(wǎng)絡多樣化、寬帶化，以及帶寬移動化，將使在同一關鍵網(wǎng)絡上綜合傳送各種業(yè)務信息成為可能。網(wǎng)絡綜合化將深入推進傳統(tǒng)電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計算機互聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)融合。網(wǎng)絡覆蓋無縫化，將使用戶在任何時間、任何地點都能實現(xiàn)網(wǎng)絡接入；而且數(shù)據(jù)速率越來越高，頻譜帶寬越來越寬，頻段越來越高。所謂“三網(wǎng)融合”即指電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相互滲透、相互兼容、并逐步整合成為統(tǒng)一信息網(wǎng)絡。“三網(wǎng)融合”目標是為了加強網(wǎng)絡互聯(lián)互通和資源共享，防止低水平重復建設，形成適應性廣、輕易維護、費用低高速寬帶多媒體基礎平臺。在概念上從不一樣角度和層次上分析三網(wǎng)融合，能夠包括到技術融合、業(yè)務融合、行業(yè)融合、終端融合及網(wǎng)絡融合等很多方面。當前主要是在應用層次上相互使用統(tǒng)一TCP/IP通信協(xié)議。TCP/IP協(xié)議普遍采取，將使得各種以IP為基礎業(yè)務能在不一樣網(wǎng)絡上實現(xiàn)互聯(lián)互通。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第16頁3．個人化和IP化信息個人化是二十一世紀初信息領域深入發(fā)展主要方向之一，而移動IP正是實現(xiàn)未來信息個人化重要技術伎倆。在手機等智能終端上實現(xiàn)各種IP應用以及移動IP技術正逐步成為人們關注焦點之一。終端智能化越來越高，移動智能網(wǎng)技術與IP技術組合將深入推進全球個人通信迅速發(fā)展。移動通信網(wǎng)絡結構正在經(jīng)歷一場深刻變革，隨著網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)業(yè)務量主導地位形成，現(xiàn)有電路交換網(wǎng)絡已逐漸被IP網(wǎng)絡替代，IP技術將成為未來網(wǎng)絡核心關鍵技術，TCP/IP協(xié)議將成為信息網(wǎng)絡主導通信協(xié)議。隨著移動通信通用分組無線業(yè)務（GPRS）普及應用，用戶將在端到端分組傳輸模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，打破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)接入方式。以IP為基礎組網(wǎng)，開始了基于IP核心骨干網(wǎng)應用實踐。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第17頁4.2無線個域網(wǎng)

無線個域網(wǎng)（WPAN）是基于計算機通信專用網(wǎng)，它能夠在10m距離范圍內(nèi)實現(xiàn)計算機、周圍設備、手機、信息家電產(chǎn)品等設備無線通信與操作。WPAN技術是伴隨便攜式計算機、PDA等個人便攜式電子設備發(fā)展和相關需求應運而生。為了制訂在個人領域（PersonalOperatingSpace，POS）以低功耗并以簡單結構實現(xiàn)無線接入標準，1998年成立了WPANSG(StudyGroup)，并于1999年成立了IEEE802.15WG，致力于WPAN網(wǎng)絡物理層（PHY）和介質訪問控制層（MAC）標準化工作，目標是為在個人操作空間內(nèi)相互通信無線通信設備提供通信標準。用于無線個域網(wǎng)通信技術很多，如ZigBee、藍牙、UWB、紅外(IrDA)、HomeRF、射頻識別等。當前，為滿足低功耗、低成本傳感網(wǎng)要求而專門開發(fā)低速率WPAN標準IEEE802.15.4成為物聯(lián)網(wǎng)主要通信網(wǎng)絡技術之一。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第18頁4.2.1IEEE802.15.4標準

IEEE802.15.4是IEEE標準委員會TG4任務組公布一項標準。該任務組于12月成立，ZigBee聯(lián)盟（ZigBeeAlliance）于年8月成立，20由英國Invensys企業(yè)、美國Motorola企業(yè)、日本Mitsubishi企業(yè)和荷蘭Philips企業(yè)等廠商聯(lián)合推出了低成本、低功耗ZigBee技術。ZigBee是一個新興近距離、低速率、低功耗雙向無線通信技術，也是ZigBee聯(lián)盟所主導傳感網(wǎng)技術標準。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第19頁1.IEEE802.15.4標準協(xié)議結構

圖4-3IEEE802.15.4標準協(xié)議結構/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第20頁2．物理層主要功效IEEE802.15.4標準所定義物理層含有功效有：激活和惰性化無線電收發(fā)器，當前信道能量發(fā)覺、接收包鏈路質量指示、信道頻率選擇和數(shù)據(jù)發(fā)送與接收。（1）工作頻率和數(shù)據(jù)傳輸速率物理層（MHz）頻帶(MHz)信道數(shù)碼元速率(kchip/s)調(diào)制方式比特速率(kb/s)符號速率(ksymbol/s)868/915868-868.61300BPSK2020902-92810600BPSK404024002400-2483.516O-QPSK25062.5/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第21頁（2）支持簡單器件因為802.15.4標準含有低速率、低功耗和短距離傳輸?shù)忍攸c，使得非常適宜支持簡單器件。在802.15.4標準中定義了14個物理層基本參數(shù)和35個介質接入控制層基本參數(shù)，總共為49個。這使它非常適合用于存放能力和計算能力有限簡單器件。在802.15.4中定義了兩種器件：全功效器件（FFD）和簡化功效器件（RFD）。對全功效器件，要求它支持全部49個基本參數(shù)。而對簡化功效器件，在最小配置時只要求它支持38個基本參數(shù)。

/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第22頁3．介質訪問控制層主要功效（1）IEEE802.15.4幀結構圖4-4IEEE802.15.4幀結構/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第23頁4.2.2ZigBee協(xié)議體系結構

建立在IEEE802.15.4標準之上ZigBee協(xié)議體系結構如圖4-5所表示，由高層應用標準、應用匯聚層、網(wǎng)絡層、IEEE802.15.4協(xié)議組成。圖4-5ZigBee協(xié)議體系結構/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第24頁1．網(wǎng)絡層主要功效網(wǎng)絡層負責拓撲結構建立和維護網(wǎng)絡連接，它獨立處理傳入數(shù)據(jù)請求、關聯(lián)、解除關聯(lián)業(yè)務，包含尋址、路由和安全等。網(wǎng)絡層包含邏輯鏈路控制子層，邏輯鏈路控制子層是基于IEEE802.2標準。（1）網(wǎng)絡層提供服務網(wǎng)絡層提供確保IEEE802.15.4MAC層所定義功效，同時，能為應用層提供適當服務接口。

（2）ZigBee網(wǎng)絡配置低數(shù)據(jù)速率WPAN中包含兩種無線設備：全功效設備(FFD)和精簡功效設備(RFD)。其中，F(xiàn)FD能夠和FFD、RFD通信，而RFD只能與FFD通信，RFD之間無法進行通信。

/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第25頁（3）ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構ZigBee技術含有強大組網(wǎng)能力，經(jīng)過無線通信組成星形、網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)和混合網(wǎng)，如圖4-6所表示，能夠依據(jù)實際項目需要來選擇適當網(wǎng)絡結構。圖4-6ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第26頁2．應用層在ZigBee協(xié)議中應用層包含應用匯聚層、ZigBee設備配置和用戶應用程序。應用層提供高級協(xié)議管理功效，用戶應用程序由各制造商自己來要求，它使用應用層協(xié)議來管理協(xié)議棧。無線傳感網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)末梢網(wǎng)絡，需要低功耗短距離無線通信技術。IEEE802.15.4標準是針對低速無線個人域網(wǎng)絡無線通信標準，低功耗、低成本是其主要目標，它為個人或者家庭范圍內(nèi)不一樣設備之間低速聯(lián)網(wǎng)提供了統(tǒng)一標準。

/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第27頁4.2.3ZigBee網(wǎng)絡系統(tǒng)

基于IEEE802.15.4無線標準研制開發(fā)ZigBee技術，主要用于無線個域網(wǎng)(WPAN)。ZigBee技術出現(xiàn)給人們工作和生活帶來極大方便和快捷。ZigBee技術應用領域主要包含無線數(shù)據(jù)采集、無線工業(yè)控制、消費性電子設備、汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫(yī)用設備控制、遠程網(wǎng)絡控制等場所。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第28頁1.ZigBee網(wǎng)絡系統(tǒng)構建IEEE802.15.4網(wǎng)絡是指在一個POS內(nèi)使用相同無線信道并經(jīng)過IEEE802.15.4標準相互通信一組設備集合，又名LR-WPAN網(wǎng)絡，其實也就是ZigBee網(wǎng)絡。比如，一個基于ZigBee技術IEEE802.15.4網(wǎng)絡系統(tǒng)，如圖4-7所表示。圖4-7基于ZigBee技術網(wǎng)絡系統(tǒng)/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第29頁2.ZigBee網(wǎng)絡系統(tǒng)特點ZigBee這個名字起源于蜂群通信方式，蜜蜂之間經(jīng)過跳ZigZag形狀舞蹈來交換信息，方便共享食物源方向、位置和距離等信息。與其它無線通信協(xié)議相比，ZigBee無線協(xié)議復雜性低、對資源要求少，主要有以下幾個特點。1）低功耗：這是ZigBee一個顯著特點。2）低成本：協(xié)議簡單且所需存放空間小，降低了ZigBee成本，而且ZigBee協(xié)議是免專利費。3）時延短：ZigBee通信時延和從休眠狀態(tài)激活時延都非常短。設備搜索時延為30ms，休眠激活時延為15ms，活動設備信道接入時延為15ms。4）傳輸范圍?。涸诓皇褂霉β史糯笃髑疤嵯?，ZigBee節(jié)點有效傳輸范圍普通為10～75m，能覆蓋普通家庭和辦公場所。5）數(shù)據(jù)傳輸速率低：2.4GHz頻段為250kb/s，915MHz頻段為40kb/s，868MHz頻段只有20kb/s。6）數(shù)據(jù)傳輸可靠/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第30頁4.2.4藍牙技術

藍牙技術是一個無線數(shù)據(jù)與數(shù)字通信開放式標準。它以低成本、近距離無線通信為基礎，為固定與移動設備提供了一個完整通信方式。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式計算機和移動電話手機等移動通信終端設備之間通信，也能夠成功地簡化以上這些設備與互聯(lián)網(wǎng)之間通信，從而使這些當代通信設備與互聯(lián)網(wǎng)之間數(shù)據(jù)傳輸變得愈加快速高效。其實際應用范圍還能夠拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個巨大無線通信網(wǎng)絡。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第31頁4.2.5超寬帶技術

超寬帶（UltraWideBand，UWB）技術定位于短距離無線通信這一遼闊應用領域，尤其是物聯(lián)網(wǎng)應用興起，它能夠作為物聯(lián)網(wǎng)基礎通信技術之一，實現(xiàn)不一樣設備之間互聯(lián)互通。UWB是一個無載波擴譜通信技術，又被稱為脈沖無線電(ImpulseRadio)，詳細定義為相對帶寬(信號帶寬與中心頻率比)大于25%信號或者是帶寬超出1.5GHz信號。實際上UWB信號是一個連續(xù)時間極短、帶寬很寬短時脈沖。它主要形式是超短基帶脈沖，寬度普通在0.1ns～20ns，脈沖間隔為2ns～5000ns，精度可控，頻譜為50MHz～10GHz，頻帶大于100%中心頻率，經(jīng)典點空比為0.1%。傳統(tǒng)UWB系統(tǒng)使用一個被稱為“單周期(monocycle)波形”脈沖。UWB含有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、截獲能力低、系統(tǒng)復雜度低、能提供數(shù)厘米定位精度等優(yōu)點，非常適于無線傳感網(wǎng)。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第32頁4.3無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)（WLAN）是指以無線電波、紅外線等無線傳輸介質來代替當前有線局域網(wǎng)中傳輸介質（比如電纜）而組成網(wǎng)絡。WLAN覆蓋半徑普通在100m左右，可實現(xiàn)十幾兆至幾十兆無線接入。在寬帶無線接入網(wǎng)絡中，常把WLAN稱為“WMAN（無線城域網(wǎng)）毛細血管”，用于點對多點無線連接，處理用戶群內(nèi)部信息交流和網(wǎng)際接入，如企業(yè)專用網(wǎng)等。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第33頁4.3.1IEEE802.11標準系列IEEE802.11標準系列主要從WLAN物理層和MAC層兩個層面制訂了系列規(guī)范，物理層標準要求了無線傳輸信號等基礎標準，如802.11a、802.11b、802.11d、802.11g、802.11h，而介質訪問控制子層標準是在物理層上一些應用要求標準，如802.11e、802.11f、802.11i。IEEE802.11標準涵蓋了許多子集，包含：1）802.11a：將傳輸頻段放置在5GHz頻率空間；2）802.11b：將傳輸頻段放置在2.4GHz頻率空間；3）802.11d：RegulatoryDomains，定義域管理；4）802.11e：QoS(Qualityofservice)，定義服務質量；5）802.11f：IAPP(Inter-AccessPointProtocol)，接入點內(nèi)部協(xié)議；6）802.11g：在2.4GHz頻率空間取得更高速率；7）802.11h：5GHz頻率空間功耗管理；8）802.11i：Security，定義網(wǎng)絡安全性。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第34頁4.3.2IEEE802.11WLAN組成結構

圖4-8IEEE802.1lWLAN組成結構/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第35頁4.3.3IEEE802.11幀結構

IEEE802.11定義了3種不一樣類型幀：管理幀、控制幀和數(shù)據(jù)幀。管理幀用于站點與AP發(fā)生關聯(lián)或解關聯(lián)、定時和同時、身份認證以及解除認證，控制幀用于在數(shù)據(jù)交換時握手和確認操作；數(shù)據(jù)幀用來傳送數(shù)據(jù)。MAC頭部提供了關于幀控制、連續(xù)時間、尋址和次序控制信息。每種幀包含用于MAC子層一些字段頭。圖4-9IEEE802.11幀格式/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第36頁4.3.4IEEE802.11MAC協(xié)議

圖4-10CSMA/CA協(xié)議中RTS幀和CTS幀/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第37頁4.3.5AdHoc網(wǎng)絡

AdHoc網(wǎng)絡是由許多帶有沒有線收發(fā)裝置通信終端(也稱為節(jié)點、站點)組成一個自組織自治系統(tǒng)。互聯(lián)網(wǎng)工程任務組(IETF)對AdHoc網(wǎng)絡定義是：一個移動AdHoc網(wǎng)絡能夠看作是一個獨立自治系統(tǒng)或者是一個對互聯(lián)網(wǎng)多跳無線擴展。作為一個自治系統(tǒng)，它有自己路由協(xié)議和網(wǎng)絡管理機制；作為多跳無線擴展，它對互聯(lián)網(wǎng)提供一個靈活、無縫接入。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第38頁4.3.6無線局域網(wǎng)構建

1．WLAN組網(wǎng)模式普通來說，WLAN有兩種組網(wǎng)模式：一個是無固定基站，另一個是有固定基站。這兩種模式各有特點。無固定基站組成網(wǎng)絡稱為自組網(wǎng)絡，主要用于便攜式計算機之間組成平等結構網(wǎng)絡。有固定基站網(wǎng)絡類似于移動通信，網(wǎng)絡用戶便攜式計算機經(jīng)過基站（又稱為訪問點AP）連入網(wǎng)絡。這種網(wǎng)絡是應用比較廣泛網(wǎng)絡，普通用于有線局域網(wǎng)覆蓋范圍延伸或作為寬帶無線互聯(lián)網(wǎng)接入方式。/10/2物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術概述第39頁2.WLAN采取傳輸介質無線局域網(wǎng)采取傳輸介質是紅外線IR（Infrared）或無線電波（RF）。紅外線波長是750nm～1mm，是頻率高于微波而低于可見光電磁波，是人肉眼看不見光線。利用紅外線進行數(shù)據(jù)傳輸就是視距傳輸，對臨近類似系統(tǒng)不會產(chǎn)生干擾，也極難竊聽。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（IRDA）為了使不一樣廠商產(chǎn)品之間取得最正確傳輸效果，要求了紅外線波長范圍為850nm～900nm。無線電波普通使用3個頻段：L頻段（902～928MHz）、S頻段（2.4～2.4835GHz）和C頻段（