《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》課件第3章 物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

近年來，全球通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，強(qiáng)烈的社會需求與前期技術(shù)的成熟推動了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的形成與發(fā)展，各種技術(shù)從互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，到信息高速公路的大規(guī)模建設(shè)，再到基于Web技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，我們看到了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一次又一次騰飛?；赑2P技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的全面發(fā)展，更讓我們體會到網(wǎng)絡(luò)對于當(dāng)今社會的重要性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是密不可分的，正是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展成就了物聯(lián)網(wǎng)。導(dǎo)讀（1）了解無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識、分類等。（2）掌握無線個(gè)域網(wǎng)中的藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)、UMB超貸款技術(shù)、Z-wave技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用場合等。（3）掌握無線局域網(wǎng)中的Wi-Fi技術(shù)、Adhoc技術(shù)。（4）掌握無線城域網(wǎng)中的IEEE802.16協(xié)議、WiMAX網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。（5）掌握無線廣域網(wǎng)中的GSM、GPRS、3G、4G技術(shù)。（6）掌握物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)中的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)、6LowPAN技術(shù)。（7）了解其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如有線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、M2M技術(shù)、三網(wǎng)融合及NGN技術(shù)。學(xué)習(xí)目標(biāo)3.1無線通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)3.2無線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.3無線局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.4無線城域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.5無線廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.6物聯(lián)網(wǎng)的接入技術(shù)

3.7物聯(lián)網(wǎng)其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目錄隨著科技的發(fā)展，可以通過信息交換來提供更好的服務(wù)的設(shè)備越來越多，由于有線連接的局限性，無線通信越來越受到重視。無線通信是指用電磁波來攜帶數(shù)據(jù)進(jìn)行通信的方式，因?yàn)殡姶挪ú恍枰魏谓橘|(zhì)來傳導(dǎo)，所以人們把這種通信方式稱為無線通信。3.1無線通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目有線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)部署成本設(shè)備成本較低設(shè)備成本較高維護(hù)成本維護(hù)難度高、布線成本高維護(hù)簡單、組建容易移動性很低移動性強(qiáng)擴(kuò)展性較低，如果預(yù)留端口不夠用，增加用戶可能需要重新布置較高，同時(shí)支持的用戶更多，如果用戶數(shù)量過多也可以增加接入點(diǎn)傳輸更快且更穩(wěn)定相對較慢，并且可能存在干擾與衰減安全性硬件在控制中的情況下更加安全容易被盜取，因此需要加密1.無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的比較數(shù)據(jù)在通信中的運(yùn)載方式一般有兩種，一種是使用模擬信號來運(yùn)載，另外一種是使用數(shù)字信號來運(yùn)載。模擬信號是指運(yùn)載數(shù)據(jù)的物理參數(shù)連續(xù)變化的信號，而數(shù)字信號是指運(yùn)載數(shù)據(jù)的物理參數(shù)僅取離散值的信號（比如說0、1）。對于無線通信來說，一個(gè)重要的特點(diǎn)是無線電波只能攜帶模擬信號，所以若想用無線電波來運(yùn)載數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，必須先通過調(diào)制將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號。然而，有線通信則不同，它既可以使用模擬信號來運(yùn)載數(shù)據(jù)，也可以使用數(shù)字信號來運(yùn)載數(shù)據(jù)。2.數(shù)據(jù)在通信中的運(yùn)載方式（1）無線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)無線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)（無線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)，WPAN）是在小范圍內(nèi)相互連接數(shù)個(gè)設(shè)備所形成的無線網(wǎng)絡(luò)，通常是個(gè)人可及的范圍內(nèi)。常見的有藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)等。（2）無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)（WLAN）是利用無線電而非電纜在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)。IEEE802.11是由國際電機(jī)電子工程學(xué)會（IEEE）所定義的現(xiàn)今無線局域網(wǎng)通用的標(biāo)準(zhǔn)。（3）無線城域網(wǎng)無線城域網(wǎng)是連接數(shù)個(gè)無線局域網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)型式。主要是基于IEEE802.16協(xié)議的WiMAX（全球互通微波存取，WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）技術(shù)。（4）無線廣域網(wǎng)無線廣域網(wǎng)是指覆蓋全國或全球范圍內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)，GSM移動通信就是典型的無線廣域網(wǎng)。3.無線網(wǎng)絡(luò)的分類無線個(gè)域網(wǎng)（Wirelesspersonalareanetwork，WPAN）是一種小范圍的網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)以個(gè)人工作區(qū)為中心，通過無線通信來連接其中設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。無線個(gè)域網(wǎng)提供了一種小范圍內(nèi)無線通信的手段。大多數(shù)WPAN技術(shù)如Bluetooth都是基于IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)，一般的覆蓋范圍從幾厘米到幾十米不等。目前已成型的無線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要有兩個(gè)：一個(gè)是無線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)（WPAN，IEEE802.15.1），代表性的是藍(lán)牙技術(shù)。另一個(gè)是低速無線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)（LR-WPAN，IEEE802.15.4），代表性的是ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。3.2無線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.藍(lán)牙的由來藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）是一種較為高速和普及的技術(shù)，常用于短距離的無線個(gè)域網(wǎng)?！八{(lán)牙”原是十世紀(jì)統(tǒng)一了丹麥的國王HaraldBluetooth的綽號。以此為藍(lán)牙命名的想法最初是JimKardach于1997年提出的，Kardach開發(fā)了能夠允許移動電話與計(jì)算機(jī)通訊的系統(tǒng)。他的靈感來自于當(dāng)時(shí)他正在閱讀的一本描寫北歐海盜和HaraldBluetooth國王的歷史小說，意指藍(lán)牙也將把通訊協(xié)議統(tǒng)一為全球標(biāo)準(zhǔn)。3.2.1藍(lán)牙技術(shù)1998年藍(lán)牙推出0.7規(guī)格，支持Baseband與LMP（LinkManagerProtocol）通訊協(xié)定兩部分。1999年先后推出0.8版，0.9版、1.0Draft版，1.0a版、1.0B版。1.0Draft版，完成SDP（ServiceDiscoveryProtocol）協(xié)定、TCS（TelephonyControlSpecification）協(xié)定。1999年7月26日正式公布1.0版，確定使用2.4GHz頻譜，最高資料傳輸速度1Mbps。和當(dāng)時(shí)流行的紅外線技術(shù)相比，藍(lán)牙有著更高的傳輸速度，而且不需要像紅外線那樣進(jìn)行接口對接口的連接，所有藍(lán)牙設(shè)備基本上只要在有效通訊范圍內(nèi)使用，就可以進(jìn)行隨時(shí)連接。當(dāng)1.0規(guī)格推出以后，藍(lán)牙并未立即受到廣泛的應(yīng)用，主要原因是當(dāng)時(shí)對應(yīng)藍(lán)牙功能的電子設(shè)備種類少，藍(lán)牙裝置也十分昂貴。2001年1.1版正式列入IEEE標(biāo)準(zhǔn)，Bluetooth1.1即為IEEE802.15.1。同年，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟成員公司超過2000家。到了2010年6月，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟推出了4.0版本以及低功耗規(guī)范。在硬件方面，藍(lán)牙4.0可以集成在現(xiàn)有經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)芯片上增加低功部分（雙模式，成本相對更低），也可以在高度集成的設(shè)備中增加一個(gè)獨(dú)立的連接層，實(shí)現(xiàn)超低功耗的藍(lán)牙傳輸（單模式）。2.藍(lán)牙的發(fā)展藍(lán)牙系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)連接也可以實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)連接。在一點(diǎn)對多點(diǎn)連接的情況下，信道由幾個(gè)藍(lán)牙單元分享。兩個(gè)或者多個(gè)分享同一信道的單元構(gòu)成了所謂的微微網(wǎng)。藍(lán)牙主設(shè)備最多可與一個(gè)微微網(wǎng)（一個(gè)采用藍(lán)牙技術(shù)的臨時(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）中的7個(gè)設(shè)備通訊，當(dāng)然并不是所有設(shè)備都能夠達(dá)到這一最大量。設(shè)備之間可通過協(xié)議轉(zhuǎn)換角色，從設(shè)備也可轉(zhuǎn)換為主設(shè)備，比如，一個(gè)頭戴式耳機(jī)如果向手機(jī)發(fā)起連接請求，它作為連接的發(fā)起者，自然就是主設(shè)備，但是隨后也許會作為從設(shè)備運(yùn)行。藍(lán)牙核心規(guī)格提供兩個(gè)或以上的微微網(wǎng)連接以形成分布式網(wǎng)絡(luò)，讓特定的設(shè)備在這些微微網(wǎng)中自動同時(shí)地分別扮演主和從的角色。3.藍(lán)牙設(shè)備的通訊連接（1）移動電話和免提設(shè)備之間的無線通訊是最早流行的應(yīng)用。（2）使特定距離內(nèi)的電腦組成無線網(wǎng)絡(luò)。（3）電腦與外設(shè)的無線連接，如鼠標(biāo)、耳機(jī)、打印機(jī)等。（4）藍(lán)牙設(shè)備之間的文件傳輸。（5）家用游戲機(jī)的手柄，包括PS4、PS3、NintendoWii等。（6）依靠藍(lán)牙，可以使電腦過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)。4.藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用在藍(lán)牙技術(shù)的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多缺陷。對工業(yè)、家庭自動化控制和工業(yè)遙測遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等。而工業(yè)自動化，對無線數(shù)據(jù)通信的需求越來越強(qiáng)烈，而且對于工業(yè)現(xiàn)場，這種無線傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場的各種電磁干擾。因此，經(jīng)過人們長期努力，ZigBee協(xié)議在2003年正式問世。3.2.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)ZigBee（又稱紫蜂協(xié)議）這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。主要用于近距離無線連接。它依據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以它們的通信效率非常高。1.什么是ZigBeeZigBee是基于IEEE802.15.4之上，一個(gè)低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)路協(xié)定，目標(biāo)是針對遠(yuǎn)程控制和傳感器的應(yīng)用。2.ZigBee與IEEE802.15.4協(xié)議物理層PHY媒體訪問控制層MAC傳輸層TL網(wǎng)絡(luò)層NWK應(yīng)用層APLIEEE802.15.4ZigBeeZigBee在以前也曾被發(fā)起者以HomeRFlite、Firefly和RF-EasyLink等命名。為了滿足類似于傳感器的小型、低成本設(shè)備無線聯(lián)網(wǎng)的要求，2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作組，致力于定義一種供廉價(jià)的固定、便攜或移動設(shè)備使用，且復(fù)雜度、成本和功耗均很低的低速率無線連接技術(shù)。ZigBee聯(lián)盟成立于2001年8月。2002年下半年，英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司共同宣布加入ZigBee聯(lián)盟，研發(fā)名為ZigBee的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)，這一事件成為該技術(shù)發(fā)展過程中的里程碑。ZigBee聯(lián)盟的目的是為了在全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)上實(shí)現(xiàn)簡單可靠、價(jià)格低廉、功耗低、無線連接的監(jiān)測和控制產(chǎn)品進(jìn)行合作，并于2004年12月發(fā)布了第一個(gè)正式標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，ZigBee已經(jīng)發(fā)布了3.0版本，并且除了Invensys、三菱電子、摩托羅拉、三星和飛利浦等國際知名的大公司外，該聯(lián)盟大約已有百余家成員企業(yè)，并在迅速發(fā)展壯大。其中涵蓋了半導(dǎo)體生產(chǎn)商、IP服務(wù)提供商、消費(fèi)類電子廠商及OEM商等，甚至還有像Mattel之類的玩具公司。所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開發(fā)ZigBee物理和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.15.4工作組。3.ZigBee的發(fā)展歷程（1）數(shù)據(jù)傳輸速率低（2）低功耗（3）成本低（4）網(wǎng)絡(luò)容量大（5）有效范圍小（6）時(shí)延短（7）數(shù)據(jù)傳輸可靠（8）安全性好4.技術(shù)特點(diǎn)5.ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（1）在工業(yè)領(lǐng)域，利用傳感器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)，使得數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理變得更加容易，可以作為決策輔助系統(tǒng)的重要組成部分。例如，危險(xiǎn)化學(xué)成分的檢測，火警的早期監(jiān)測和預(yù)報(bào)，高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器的檢測和維護(hù)，遠(yuǎn)程抄表等。這些應(yīng)用不需要很高的數(shù)據(jù)吞吐量和連續(xù)的狀態(tài)更新，重點(diǎn)在低功耗和靈活的組網(wǎng)形式，從而最大程度地延長電池壽命，減少ZigBee網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本。（2）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，借助于各種傳感器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)地檢測每位病人的血壓、體溫、心跳速度等信息，從而減少醫(yī)生查房的工作負(fù)擔(dān)，有助于醫(yī)生做出最快的反應(yīng)，特別是重病和病?；颊叩谋O(jiān)護(hù)和治療。（3）智能建筑領(lǐng)域，可以借助ZigBee傳感器進(jìn)行照明控制，使用傳感器檢測周圍環(huán)境，只有檢測到人來的時(shí)候才將照明開關(guān)打開。該系統(tǒng)還可以通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制。

家庭自動化領(lǐng)域，ZigBee可用于安全系統(tǒng)、溫控裝置等方面。另外，可以將ZigBee用于遙控裝置，優(yōu)點(diǎn)在于不像目前采用的紅外裝置那樣會受到角度的限制。而且ZigBee支持各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更容易擴(kuò)展覆蓋范圍。同時(shí)由于ZigBee設(shè)備功耗低，電池的使用壽命也和紅外裝置差不多。在無線家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)中，使用ZigBee于家庭內(nèi)網(wǎng)，控制家用電器。6.ZigBee的應(yīng)用1.什么是UWB超寬帶技術(shù)超寬帶（?Ultra-wideband，UWB）技術(shù)是一種新型的無線通信技術(shù)。它通過對具有很陡上升和下降時(shí)間的沖激脈沖進(jìn)行直接調(diào)制，使信號具有GHz量級的帶寬。超寬帶技術(shù)解決了困擾傳統(tǒng)無線技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，它具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點(diǎn)。適合需要高質(zhì)量服務(wù)的無線通信應(yīng)用，可以用在無線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)絡(luò)連接和短距離雷達(dá)等領(lǐng)域。3.2.3UWB超寬帶技術(shù)（1）低耗電：使用非連續(xù)性的窄脈沖，設(shè)備發(fā)射功率小。（2）高速傳輸：UWB技術(shù)占據(jù)了數(shù)GHz的帶寬從而換取了高速的傳輸速率，并且具有極大的帶寬擴(kuò)展空間。（3）高安全性：對于一般通信系統(tǒng)而言UWB信號相當(dāng)于白噪聲，從電子噪聲中將脈沖信號檢測出來是一件非常困難的事。（4）低干擾性：不單獨(dú)占用已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術(shù)使用的頻帶。（5）低成本：不需要功用放大器與混頻器，不需要中頻處理，因而使用零件較少。（6）定位精確：沖擊脈沖具有很高的定位精度，而常規(guī)無線電難以做到這一點(diǎn)。超寬帶無線電具有極強(qiáng)的穿透能力，可在室內(nèi)或地下進(jìn)行精確定位。2.UWB技術(shù)特點(diǎn)UWB在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用十分廣泛，總結(jié)起來有3個(gè)方面：雷達(dá)成像系統(tǒng)（包括穿地雷達(dá)、墻中成像雷達(dá)、穿墻成像雷達(dá)、醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)等）、高速無線通信系統(tǒng)、精確測量定位系統(tǒng)（包括車載雷達(dá)、精密測量和傳感定位系統(tǒng)）。3.UWB的應(yīng)用在雷達(dá)成像系統(tǒng)中，主要以UMB穿墻成像雷達(dá)為主。目前國外已有用于軍事、搶險(xiǎn)、反恐、資源探測方面的UMB穿墻成像雷達(dá)產(chǎn)品，這類產(chǎn)品主要依據(jù)的是FCC制定的頻譜限值要求，最大平均等效全向發(fā)射功率（EIRP）不超過-41.3dBm/MHz，工作頻段在2GHz以上。UMB穿墻成像技術(shù)產(chǎn)品往往都是利用持續(xù)時(shí)間極為短暫的UMB信號脈沖穿過一定厚度的墻壁，通過設(shè)置在成像設(shè)備上的信息屏幕，獲取墻壁另一側(cè)的物體（運(yùn)動）信息。（1）雷達(dá)成像系統(tǒng)在高速無線通信應(yīng)用中，UMB可以作為一種短距離高速傳輸?shù)臒o線接入手段，非常適合支持無線個(gè)域網(wǎng)的應(yīng)用。UMB將通過支持無線USB的應(yīng)用，取代傳統(tǒng)的USB電纜，使無線高速USB應(yīng)用成為可能。UMB可應(yīng)用于移動通信、計(jì)算機(jī)及其外設(shè)、消費(fèi)電子、信息安全等諸多方面，例如，家用高清電視圖像傳送、數(shù)字家庭寬帶無線連線、消費(fèi)電子中高速數(shù)據(jù)傳輸、高清圖片及視頻顯示、汽車視頻與媒體中心等。（2）高速無線通信系統(tǒng)在精確定位應(yīng)用中，UMB由于其高分辨率，在精確測量定位系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，汽車防碰雷達(dá)系統(tǒng)（車載UMB雷達(dá)）就是一個(gè)典型的例子。車載UMB雷達(dá)主要應(yīng)用在24GHz頻段。（3）精確測量定位系統(tǒng)

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用主要集中在高速率方面，研究重點(diǎn)始終放在提高數(shù)據(jù)速率上，而低速率應(yīng)用一直談?wù)摰幂^少，但這并不說明低速率應(yīng)用不重要。事實(shí)上，低速率應(yīng)用比高速率應(yīng)用更貼近人們的日常生活。Z-wave和ZigBee相似，是關(guān)注于低速率應(yīng)用的無線組網(wǎng)技術(shù)，Z-wave強(qiáng)調(diào)簡單易用、近距離、低速率、低功耗長電池壽命但極廉價(jià)的市場定位，支持嵌入式應(yīng)用，助力無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。3.2.4Z-wave技術(shù)Z-wave是由丹麥公司Zensys一手主導(dǎo)的無線組網(wǎng)規(guī)格，Z-wave聯(lián)盟(Z-waveAlliance)雖然沒有ZigBee聯(lián)盟強(qiáng)大，但是Z-wave聯(lián)盟的成員均是已經(jīng)在智能家居領(lǐng)域有現(xiàn)行產(chǎn)品的廠商，該聯(lián)盟已經(jīng)具有160多家國際知名公司，范圍基本覆蓋全球各個(gè)國家和地區(qū)。Z-wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信技術(shù)。信號的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過100m，適合于窄帶寬應(yīng)用場合。隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加，相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，Z-wave技術(shù)是最低功耗和最低成本的技術(shù)，有力地推動著低速率無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)。1.Z-wave技術(shù)簡介Z-wave技術(shù)具有低功耗和低成本的特點(diǎn)，有力地推動著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用。Z-wave與其它無線技術(shù)比較，有其獨(dú)特的性能優(yōu)點(diǎn)。例如，Z-wave使用1GHz以下頻率，目前使用這段頻帶的設(shè)備相對較少，而ZigBee使用的2.4Ghz頻帶正逐漸變得擁擠而容易受到干擾。2.Z-wave性能對比（1）成本低。Z-Wave技術(shù)專門針對窄帶應(yīng)用，并采用創(chuàng)新的軟件解決方案取代成本高的硬件，因此只需花費(fèi)其它類似技術(shù)的一小部份成本，就可以組建高質(zhì)量的無線網(wǎng)絡(luò)。（2）低功耗。Z-wave利用壓縮幀格式，同時(shí)采用自適應(yīng)發(fā)射功率模式，在通信連接狀態(tài)下采用休眠模式，一般Z-wave設(shè)備僅靠2節(jié)7號電池就可以維持長達(dá)2年以上的壽命。（3）模塊體積很小，可以方便地集成到各種設(shè)備中。體積大小如圖3-12所示。（4）高度健全性和可靠性。Z-wave采用雙向應(yīng)答式（FSK）的傳送機(jī)制、確保了網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備之間的高可靠通信。（5）全網(wǎng)覆蓋?？梢灾悄茏R別周邊30米范圍內(nèi)的Z-wave設(shè)備，判斷可行性，以最快速的指令抵達(dá)全網(wǎng)任意一個(gè)終端設(shè)備。（6）網(wǎng)絡(luò)管理便捷化。Z-wave技術(shù)可以使智能化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一個(gè)Z-wave設(shè)備都有其自身獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識，便于網(wǎng)絡(luò)管理。3.Z-wave的應(yīng)用優(yōu)勢Z-wave技術(shù)設(shè)計(jì)主要用于住宅、照明商業(yè)控制以及狀態(tài)讀取應(yīng)用，例如，抄表、照明及家電控制、HVAC、接入控制、防盜及火災(zāi)檢測等。Z-wave可將任何獨(dú)立的設(shè)備轉(zhuǎn)換為智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而可以實(shí)現(xiàn)控制和無線監(jiān)測。Z-wave技術(shù)在最初設(shè)計(jì)時(shí)，就定位于智能家居無線控制領(lǐng)域。采用小數(shù)據(jù)格式傳輸，40kb/s的傳輸速率足以應(yīng)對，早期甚至使用9.6kb/s的速率傳輸。與同類的其他無線技術(shù)相比，擁有相對較低的傳輸頻率、相對較遠(yuǎn)的傳輸距離和一定的價(jià)格優(yōu)勢。隨著Z-Wave聯(lián)盟的不斷進(jìn)擴(kuò)大，該技術(shù)的應(yīng)用也將不僅僅局限于智能家居方面，在酒店控制系統(tǒng)、工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)自動化等多個(gè)領(lǐng)域，都將發(fā)現(xiàn)Z-wave無線網(wǎng)絡(luò)的身影。4.Z-wave的應(yīng)用1.NFC近距離通信技術(shù)（1）NFC簡介NFC（NearFieldCommunication，近場通訊），又稱近距離無線通信，是一種短距離的高頻無線通訊技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換。這個(gè)技術(shù)由非接觸式射頻識別（RFID）演變而來，采用主動和被動兩種讀取模式。3.2.5其他短距離通信技術(shù)1）接觸通過。如門禁管理、車票和門票等，用戶將儲存車票證或門控密碼的設(shè)備靠近讀卡器即可，也可用于物流管理。2）接觸支付。如非接觸式移動支付，用戶將設(shè)備靠近嵌有NFC模塊的POS機(jī)可進(jìn)行支付，并確認(rèn)交易。3）接觸連接。如把兩個(gè)NFC設(shè)備相連接，進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)（Peer-to-Peer）數(shù)據(jù)傳輸，例如下載音樂、圖片互傳和交換通訊錄等。4）接觸瀏覽。用戶可將NFC手機(jī)接靠近街頭有NFC功能的智能公用電話或海報(bào)，來瀏覽交通信息等。5）下載接觸。用戶可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)接收或下載信息，用于支付或門禁等功能，如用戶可發(fā)送特定格式的短信至家政服務(wù)員的手機(jī)來控制家政服務(wù)員進(jìn)出住宅的權(quán)限。（2）NFC設(shè)備的應(yīng)用IrDA是紅外數(shù)據(jù)組織（InfraredDataAssociation）的簡稱，是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信的技術(shù)。紅外線是波長在750nm~1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。目前無線電波和微波已被廣泛地應(yīng)用在長距離的無線通訊之中，但由于紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以更適合應(yīng)用在需要短距離無線通訊的場合，進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的直線數(shù)據(jù)傳輸。2.IrDA紅外技術(shù)（1）WiGig技術(shù)比Wi-Fi技術(shù)快10倍，且無需難看的網(wǎng)線就可以將高清視頻由電腦和機(jī)頂盒傳輸?shù)诫娨暀C(jī)上。（2）WiGig的傳輸距離比Wi-Fi短，WiGig可以在一個(gè)房間內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也能延伸至相鄰房間。（3）WiGig不是WirelessHD（無線高清）等技術(shù)的直接競爭對手，它擁有更廣泛的用途，其目標(biāo)不僅是連接電視機(jī)，還包括手機(jī)、攝像機(jī)和個(gè)人電腦。（4）WiGig和WirelessHD都使用60千兆赫（60GHz）的頻段，這一基本尚未使用的頻段可以在近距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)極高的傳輸速率。（5）WiGig可以達(dá)到每秒6千兆比特（6Gbps）的傳輸速率，差不多能在15秒內(nèi)傳輸一部DVD的內(nèi)容。3.WiGig無線技術(shù)局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN），又稱內(nèi)網(wǎng)，指覆蓋局部區(qū)域（如辦公室或樓層）的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。無線局域網(wǎng)（WirelessLAN，縮寫WLAN），是不使用任何導(dǎo)線或傳輸電纜連接，而使用無線電波作為數(shù)據(jù)傳送媒介的局域網(wǎng)，傳送距離一般只有幾米到幾十米。無線局域網(wǎng)的主干網(wǎng)路通常使用有線電纜，無線局域網(wǎng)用戶通過一個(gè)或多個(gè)無線接取器接入無線局域網(wǎng)。無線局域網(wǎng)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在商務(wù)區(qū)、學(xué)校、機(jī)場，及其他公共區(qū)域。無線局域網(wǎng)最通用的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE定義的802.11系列標(biāo)準(zhǔn)。3.3無線局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.Wi-Fi簡介Wi-Fi（WirelessFidelity，無線高保真）屬于無線局域網(wǎng)的一種，是一個(gè)創(chuàng)建于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)技術(shù)。Wi-Fi是當(dāng)前最常用的家庭無線組網(wǎng)技術(shù)，IEEE802.11的設(shè)備已安裝在市面上的許多產(chǎn)品，如個(gè)人電腦、游戲機(jī)、智能手機(jī)、打印機(jī)、筆記本電腦以及其他周邊設(shè)備。Wi-Fi是當(dāng)今應(yīng)用比較廣泛的短距離無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）等終端以無線方式互相通信，它以傳輸速度高，有效距離較長的優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用。3.3.1Wi-Fi技術(shù)IEEE802.11第一個(gè)版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問接入控制層和物理層，物理層定義了在2.4GHz的ISM頻段上的兩種無線調(diào)頻方式和一種紅外線傳輸?shù)姆绞?，總?shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計(jì)為2Mbit/s。兩個(gè)設(shè)備之間的通信可以自由直接（adhoc）的方式進(jìn)行，也可以在基站（BaseStation，BS）或者訪問點(diǎn)（AccessPoint，AP）的協(xié)調(diào)下進(jìn)行。1999年加上了兩個(gè)補(bǔ)充版本：802.11a定義了一個(gè)在5GHzISM頻段上的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)54Mbit/s的物理層，802.11b定義了一個(gè)在2.4GHz的ISM頻段上但數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)11Mbit/s的物理層。自定義后各個(gè)時(shí)期應(yīng)用比較廣泛的分別是a/b/g/n四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。由于ISM頻段中的2.4GHz頻段被廣泛使用，例如微波爐、藍(lán)牙，它們會干擾Wi-Fi使得速度減慢，而5GHz干擾則較小。雙頻路由器可同時(shí)使用2.4GHz和5GHz，設(shè)備則只能使用某一個(gè)頻段。2.IEEE802.11與Wi-Fi技術(shù)發(fā)展（1）無線電波的覆蓋范圍廣。（2）傳輸速度快。（3）廠商進(jìn)入該領(lǐng)域的門檻較低。（4）無需布線。（5）健康安全。（6）組建方法簡單。3.Wi-Fi技術(shù)優(yōu)勢（1）AP（2）無線網(wǎng)卡4.Wi-Fi組成結(jié)構(gòu)（1）個(gè)人Wi-Fi：一般為單個(gè)用戶提供Wi-Fi服務(wù)，通常以現(xiàn)有終端設(shè)備為載體，生成小范圍的Wi-Fi熱點(diǎn)，供用戶自己使用。比如，當(dāng)前大多數(shù)智能手機(jī)都能夠通過生成一個(gè)Wi-Fi熱點(diǎn)，把手機(jī)網(wǎng)絡(luò)共享出去讓其它設(shè)備上網(wǎng)。（2）家庭Wi-Fi：一般指無線路由器，通過接入運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，提供Wi-Fi信號給家庭范圍內(nèi)的各種設(shè)備使用。（3）商業(yè)Wi-Fi：指面向企業(yè)客戶，為客戶提供包括硬件、軟件、服務(wù)等內(nèi)容的系統(tǒng)解決方案。（4）公眾Wi-Fi：是指政府主導(dǎo)、相關(guān)企業(yè)參與的面對公眾的無線城市建設(shè)。5.Wi-Fi應(yīng)用分類為了實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部Internet相連互通，在局域網(wǎng)內(nèi)外和外部Internet之間需要一個(gè)局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)是整個(gè)局域網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部分，它一方面完成局域網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)中各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，并且同外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，另一方面還負(fù)責(zé)對局域網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行管理和控制。局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)終端也通過這個(gè)網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)連通，實(shí)現(xiàn)交互和信息共享。同時(shí)，該網(wǎng)關(guān)還具有防火墻功能，能夠避免外界網(wǎng)絡(luò)對局域網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的非法訪問和攻擊。在局域網(wǎng)中，Wi-Fi主要應(yīng)用在各種無線終端和局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)上。我們可以使用個(gè)人電腦、手持網(wǎng)絡(luò)終端或者遙控器與局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，并通過局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對無線終端實(shí)施各種有效的管理和控制。因此，可以采用客戶-服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)關(guān)充當(dāng)服務(wù)器的角色，控制設(shè)備對無線終端的控制也通過網(wǎng)關(guān)完成，這樣有利于實(shí)現(xiàn)胖服務(wù)器-瘦客戶端的結(jié)構(gòu)。6.局域網(wǎng)絡(luò)中的Wi-Fi的實(shí)現(xiàn)Wi-Fi是目前無線接入的主流標(biāo)準(zhǔn)，但是，Wi-Fi會走多遠(yuǎn)呢？在Intel的強(qiáng)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，對比于Wi-Fi的802.11X標(biāo)準(zhǔn)，WiMAX就是802.16x。與前者相比，WiMAX具有更遠(yuǎn)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(jì)會在未來幾年間成為無線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)主流標(biāo)準(zhǔn)，Intel計(jì)劃將來采用該標(biāo)準(zhǔn)來建設(shè)無線廣域網(wǎng)絡(luò)。7.Wi-Fi的發(fā)展和未來（1）謹(jǐn)慎使用公共場合的Wi-Fi熱點(diǎn)。（2）使用公共場合的Wi-Fi熱點(diǎn)時(shí)，盡量不要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)購物和網(wǎng)銀操作，避免重要的個(gè)人敏感信息遭到泄露，甚至被黑客銀行轉(zhuǎn)賬。（3）養(yǎng)成良好的WIFI使用習(xí)慣。（4）家里路由器管理后臺的登錄賬戶、密碼，不要使用默認(rèn)的admin，可改為字母加數(shù)字的高強(qiáng)度密碼；設(shè)置的Wi-Fi密碼選擇WPA2加密認(rèn)證方式，相對復(fù)雜的密碼可大大提高黑客破解的難度。（5）不管在手機(jī)端還是電腦端都應(yīng)安裝安全軟件。8.Wi-Fi使用安全防范我們經(jīng)常提及的移動通信網(wǎng)絡(luò)一般都是有中心的，要基于預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施才能運(yùn)行。例如，蜂窩移動通信系統(tǒng)要有基站的支持；無線局域網(wǎng)一般也工作在有AP接入點(diǎn)和有線骨干網(wǎng)的模式下。但是，對于有些特殊場合來說，有中心的移動網(wǎng)絡(luò)并不能勝任。例如，戰(zhàn)場上部隊(duì)快速展開和推進(jìn)，地震或水災(zāi)后的營救等。這些場合的通信不能依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，而需要一種能夠臨時(shí)快速自動組網(wǎng)的移動網(wǎng)絡(luò)。Adhoc網(wǎng)絡(luò)可以滿足這樣的要求。3.3.2Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)Adhoc源自于拉丁語，意思是“特設(shè)的、特定目的的、臨時(shí)的”。Adhoc（Wirelessadhocnetwork，無線隨意網(wǎng)絡(luò)），又稱無線臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)，是一種分散式的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它被稱為adhoc，是因?yàn)檫@種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是臨時(shí)形成，由節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)間的動態(tài)連結(jié)所形成。它不需要依賴一個(gè)既存的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，像是有線系統(tǒng)的路由器，或是無線系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)基地臺。相反的，它每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，都有能力轉(zhuǎn)送網(wǎng)絡(luò)封包給其他節(jié)點(diǎn)（這稱為路由）。AdHoc結(jié)構(gòu)是一種省去了無線中介設(shè)備AP而搭建起來的對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只要安裝了無線網(wǎng)卡，計(jì)算機(jī)彼此之間即可實(shí)現(xiàn)無線互聯(lián)。其原理是網(wǎng)絡(luò)中的一臺計(jì)算機(jī)主機(jī)建立點(diǎn)到點(diǎn)連接，相當(dāng)于虛擬AP，而其他計(jì)算機(jī)就可以直接通過這個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)連接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與共享。1.Adhoc網(wǎng)絡(luò)簡介（1）具有網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立性（2）動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（3）有限的無線通信帶寬（4）有限的主機(jī)能源（5）網(wǎng)絡(luò)的分布式特性（6）生存周期短（7）有限的物理安全2.Adhoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（1）軍事應(yīng)用（2）傳感器網(wǎng)絡(luò)（3）緊急應(yīng)用（4）個(gè)人通信（5）與移動通信系統(tǒng)相結(jié)合3.Adhoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork，MAN）指大型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，屬于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)，是介于LAN（局域網(wǎng)）和WAN（廣域網(wǎng)）之間能傳輸語音與資料的公用網(wǎng)絡(luò)。MAN改進(jìn)了LAN中的傳輸媒介，能夠提供更大的傳輸范圍和更快的傳輸速度，達(dá)到包含一個(gè)大學(xué)校園、城市或都會區(qū)。它是較大型的局域網(wǎng)路，需要的成本較高。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于通過無線手段介入互聯(lián)網(wǎng)提出了越來越高的帶寬和距離要求，無線城域網(wǎng)就是為了解決無線局域網(wǎng)存在的接入速率低、同時(shí)可接入用戶數(shù)量少、覆蓋范圍小等缺陷。3.4無線城域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.IEEE802.16協(xié)議簡介為了規(guī)范寬帶無線接入技術(shù)與市場，電氣電子工程師協(xié)會IEEE802委員會于1999年成立了802.16工作組，負(fù)責(zé)制定寬帶無線接入空中接口及相關(guān)功能的標(biāo)準(zhǔn)。2001年11月，IEEE通過了802.16標(biāo)準(zhǔn)，從而為寬帶無線城域網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的研發(fā)初衷是在城域網(wǎng)領(lǐng)域提供高性能的、工作于10～66GHz頻段寬帶無線接入技術(shù)，其正式名稱是“固定寬帶無線接入系統(tǒng)空中接口”（AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems），它采用基于點(diǎn)到多點(diǎn)（PMP）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)百甚至數(shù)千的用戶可通過一個(gè)基站接入公用網(wǎng)絡(luò)。WiMAX是支持和推動802.16走向市場的具體應(yīng)用，兩者的關(guān)系密不可分，因此WiMAX經(jīng)常成為802.16的代名詞。3.4.1IEEE802.16協(xié)議IEEEStd802.16d（802.16-2004）于2004年6月通過。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)使得之前的版本802.16-2001與其相關(guān)的802.16a、802.16c失效。IEEEStd802.16-2004闡述固定式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.16e（802.16-2005又稱MobileWiMAX），2005年12月訂定，是一項(xiàng)針對802.16d的修正案，此項(xiàng)修正案增加了移動機(jī)制。移動WiMAX標(biāo)準(zhǔn)，是一項(xiàng)對于固定式WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的改良，特別是在調(diào)變（modulationschemes）的部分。IEEE802.16m被認(rèn)為是4G標(biāo)準(zhǔn)，又稱MobileWiMAXRelease2或WirelessMAN-Advanced，能提供100Mbps以上的下行帶寬。2.IEEE802.16重要版本IEEE802.16無線服務(wù)的作用就是在用戶站點(diǎn)同核心網(wǎng)絡(luò)之間建立起一個(gè)通信路徑。IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)關(guān)心的是用戶的收發(fā)機(jī)同基站收發(fā)機(jī)之間的無線接口。其中的協(xié)議專門對在網(wǎng)絡(luò)中傳輸大數(shù)據(jù)塊時(shí)的無線傳輸?shù)刂穯栴}做了規(guī)定，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是按照三層結(jié)構(gòu)體系組織的。3.IEEE802.16的體系結(jié)構(gòu)1）多路尋址DAMA技術(shù)。按需分配多路尋址DAMA技術(shù)，是一種根據(jù)多個(gè)站點(diǎn)之間的容量需要的不同，而動態(tài)地分配信道容量的技術(shù)。2）時(shí)分多址TDMA技術(shù)時(shí)分多址TDMA是一種時(shí)分技術(shù)，它將一個(gè)信道分成一系列的幀，每個(gè)幀都包含很多的小時(shí)間單位，稱為時(shí)隙。工作時(shí)，根據(jù)每個(gè)站點(diǎn)的需要為其在每個(gè)幀中分配一定數(shù)量的時(shí)隙來組成每個(gè)站點(diǎn)的邏輯信道。通過DAMA－TDMA技術(shù)，每個(gè)信道的時(shí)隙分配可以動態(tài)地改變。（1）物理層（2）數(shù)據(jù)鏈路層在物理層之上是數(shù)據(jù)鏈路層，在該層上IEEE802.16規(guī)定的主要是為用戶提供服務(wù)所需的各種功能。這些功能都包括在介質(zhì)訪問控制MAC層中，主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)組成幀格式，來傳輸和對用戶如何接入到共享的無線介質(zhì)中進(jìn)行控制。（3）匯聚層在MAC層之上是一個(gè)匯聚層，該層根據(jù)提供服務(wù)的不同提供不同的功能。對于IEEE802.16.1來說，能提供的服務(wù)包括數(shù)字音頻/視頻廣播、數(shù)字電話、異步傳輸模式ATM、因特網(wǎng)接入、電話網(wǎng)絡(luò)中無線中繼和幀中繼等。802.16的物理層允許寬信道（帶寬超過10GHz）傳輸，使得802.16有能力提供較高容量的上行和下行鏈路。在較低頻段，沒有可直視（nonelineofsight）要求，因而可以提供更多選擇，進(jìn)一步提高802.16系統(tǒng)的容量。媒體接入控制層（MAC）設(shè)計(jì)獨(dú)立于信道設(shè)計(jì)，兼容不同環(huán)境的物理層，設(shè)計(jì)之初就考慮了多用戶的遠(yuǎn)距離接入和多路徑延遲傳播的容忍（信號反射）。單載波物理層設(shè)計(jì)用于兼容時(shí)分雙工（TDD）或頻分雙工（FDD），應(yīng)用，支持FDD的全雙工及半雙工終端等。802.16在MAC使用可變長的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）等概念以提高效率，采用自糾錯(cuò)帶寬請求/允許方案，減少開銷及確認(rèn)所引起的延遲。支持真正寬帶物理層的高速率傳輸（每路268Mbps），在傳輸ATM及非ATM（如MPLS、VoIP等）業(yè)務(wù)時(shí)提供可靠的服務(wù)質(zhì)量（QoS）；允許終端根據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量和流量參數(shù)的帶寬需求進(jìn)行多種選擇，在容量和實(shí)時(shí)處理能力間進(jìn)行均衡，動態(tài)配置上行和下行鏈路的傳輸，可以單獨(dú)或成組登記設(shè)定，在提供三倍于非自適應(yīng)系統(tǒng)容量的同時(shí)保持鏈路的可用性。4.IEEE802.16協(xié)議的特點(diǎn)WiMAX是一種面向城域網(wǎng)的寬帶無線接入技術(shù)，運(yùn)營商部署一個(gè)信號塔，就能得到超數(shù)英里的覆蓋區(qū)域。覆蓋區(qū)域內(nèi)任何地方的用戶都可以立即啟用互聯(lián)網(wǎng)連接。與Wi-Fi一樣，WiMAX也是一個(gè)基于開放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，它可以提供消費(fèi)者所希望的設(shè)備和服務(wù)，它會在全球經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)創(chuàng)造一個(gè)開放而具有競爭優(yōu)勢的市場。3.4.2WiMAX網(wǎng)絡(luò)技術(shù)IEEE作為標(biāo)準(zhǔn)化組織，雖然負(fù)責(zé)制定標(biāo)準(zhǔn)，但并不承擔(dān)推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)市場化的工作。為了推廣IEEE802.16系列標(biāo)準(zhǔn)和促進(jìn)寬帶無線接入設(shè)備之間的兼容性和互操作性，全球主要的寬帶無線接入設(shè)備廠商及芯片制造商，于2001年4月共同成立了一個(gè)非盈利工業(yè)貿(mào)易聯(lián)盟組織，那就是WiMAX（WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，全球互通微波存?。?。WiMAX成員包括英特爾、諾基亞、富士通以及Airspan、Alvarian、Proxim、WirelessNetworks等重要的無線設(shè)備生產(chǎn)商。WiMAX將對設(shè)備的互操作性進(jìn)行測試，還將為成功通過測試的系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證。與Wi-Fi對WLAN市場帶來的影響一樣，WiMAX有力地推動了寬帶無線市場的增長。1.WiMAX與IEEE802.16WiMAX是一項(xiàng)寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)，其為目的是寬帶移動化。根據(jù)是否支持移動特性，IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)可以分為固定寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)和移動寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，比如802.16a、802.16d屬于固定無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，而802.16e屬于移動寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)。2.WiMAX簡介（1）傳輸距離遠(yuǎn)（2）接入速度高（3）提供廣泛的多媒體通信服務(wù)（4）無“最后一公里”瓶頸限制3.WiMAX的技術(shù)優(yōu)勢（1）傳輸單元因?yàn)閃iMAX有互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)谋尘埃訵iMAX網(wǎng)絡(luò)使用的做法類似于移動電話。我們把某一定地理范圍分成多個(gè)重疊的區(qū)域，這個(gè)重疊的區(qū)域稱為單元。每一個(gè)單元提供覆蓋范圍為用戶在該鄰域。當(dāng)用戶設(shè)備從一個(gè)單元到另一個(gè)，無線連接也是順延的從一個(gè)單元過渡到另一個(gè)單元。（2）主要設(shè)備WiMAX網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)主要組件：一個(gè)基站和用戶設(shè)備。WiMAX基站安裝在一個(gè)立式或高樓，目的是為了廣播此無線信號。用戶接收到信號，然后啟動筆記本電腦上的WiMAX功能，或MobileInternetDevice(MID)，或者WiMAX調(diào)制解調(diào)器。4.WiMAX的主要構(gòu)成WiMAX技術(shù)可應(yīng)用于固定、游牧、便攜、簡單移動和自由移動這五類業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，并隨著WiMAX技術(shù)從固定無線接入發(fā)展到移動無線接入，應(yīng)用場景也從固定發(fā)展到自由移動。相應(yīng)的，各種應(yīng)用場景分別需要不同的空中接口標(biāo)準(zhǔn)的支持。（1）固定（2）游牧（3）便攜（4）簡單移動（5）自由移動5.WiMAX應(yīng)用場景廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN），有時(shí)也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)。是連接不同地區(qū)的局域網(wǎng)或城域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)通信的遠(yuǎn)程網(wǎng)。通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶采w的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個(gè)地區(qū)、城市和國家，或橫跨幾個(gè)洲并能提供遠(yuǎn)距離通信，形成國際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)所覆蓋的范圍比城域網(wǎng)（MAN）更廣。因?yàn)榫嚯x較遠(yuǎn)，信息衰減比較嚴(yán)重，因此相對來說會有更高的傳播延遲。廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)。廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)可以利用公用分組交換網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)和無線分組交換網(wǎng)，它將分布在不同地區(qū)的局域網(wǎng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來，達(dá)到資源共享的目的。無線廣域網(wǎng)（WirelessWideAreaNetwork，WWAN）指覆蓋全國或全球范圍內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)，能夠提供更大范圍內(nèi)的無線接入。衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及手機(jī)的移動網(wǎng)絡(luò)通信如GSM移動通信系統(tǒng)都是典型的無線廣域網(wǎng)。3.5無線廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.GSM簡介GSM（GlobalSystemforMobileCommunications，全球移動通訊系統(tǒng)）俗稱“全球通”，是一種起源于歐洲的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球。GSM是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動電話標(biāo)準(zhǔn)，全球超過200個(gè)國家和地區(qū)超過10億人正在使用GSM電話。GSM標(biāo)準(zhǔn)的廣泛使用使得在移動電話運(yùn)營商之間簽署“漫游協(xié)定”后用戶的國際漫游變得很平常。3.5.1GSM技術(shù)GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)是在蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成。蜂窩網(wǎng)絡(luò)或移動網(wǎng)絡(luò)（CellularNetwork）是一種移動通信硬件架構(gòu)，分為模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)。由于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)覆蓋的各通信基地臺的信號覆蓋呈六邊形，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)像一個(gè)蜂窩而得名。2.GSM數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)GSM網(wǎng)絡(luò)蜂窩根據(jù)單元覆蓋區(qū)域分為4種：（1）巨蜂窩：一般基站天線安裝在天線桿或者建筑物頂上。（2）微蜂窩：天線高度低于平均建筑高度，一般用于市區(qū)內(nèi)。（3）微微蜂窩：用于室內(nèi)的小型蜂窩，只覆蓋幾十米的范圍。（4）傘蜂窩：蓋更小的蜂窩網(wǎng)的盲區(qū)，填補(bǔ)蜂窩之間的信號空白區(qū)域。蜂窩半徑范圍根據(jù)天線高度、增益和傳播條件可以從百米以下到數(shù)十公里以上。GSM規(guī)范設(shè)計(jì)的最大小區(qū)半徑，一般情況下為35公里。如果采用擴(kuò)展蜂窩的技術(shù)，則可以達(dá)到120公里以上，適用于一些傳播條件極好的情況。3.GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）頻譜效率高。（2）容量大。（3）話音質(zhì)量好。（4）開放的接口。（5）安全性好。（6）與ISDN、PSTN等的互連。（7）在SIM卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)漫游。4.GSM技術(shù)特點(diǎn)1.GPRS簡介GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分組無線服務(wù)技術(shù)）是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接，是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以分組的形式傳送資料到用戶手上。作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)，它經(jīng)常被描述成“2.5G”。3.5.2GPRS技術(shù)（1）依托現(xiàn)有資源?？沙浞掷矛F(xiàn)有資源中國移動全國范圍的電信網(wǎng)絡(luò)GSM，方便、快速、低建設(shè)成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署。（2）傳輸速率高。GPRS數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)到57.6Kbps，最高可達(dá)到115Kbps—170Kbps，可以滿足用戶應(yīng)用的需求。（3）接入時(shí)間短。GPRS接入等待時(shí)間短，可快速建立連接，平均為兩秒。（4）提供實(shí)時(shí)在線功能。用戶將始終處于連線和在線狀態(tài)，使訪問服務(wù)變得非常簡單、快速。（5）按流量計(jì)費(fèi)。GPRS用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，用戶可以一直在線，按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時(shí)，用戶即使掛在網(wǎng)上也是不收費(fèi)的。2.GPRS的特點(diǎn)（1）對于橫向應(yīng)用：GPRS可提供網(wǎng)上沖浪、Email、文件傳輸、數(shù)據(jù)庫查詢、增強(qiáng)型短消息等業(yè)務(wù)。（2）對于縱向應(yīng)用，GPRS可提供的應(yīng)用較廣。例如，車輛及智能調(diào)度；無線POS、無線ATM、自動售貨機(jī)、流動銀行等。3.GPRS的應(yīng)用1.3G簡介第三代移動通信技術(shù)，簡稱3G（3rd-Generation），規(guī)范名稱IMT-2000（InternationalMobileTelecommunications-2000），是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術(shù)。3G服務(wù)能夠同時(shí)發(fā)送聲音（通話）及信息（電子郵件、即時(shí)通信等）。3G的代表特征是提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，速率一般在幾百kbps以上。3.5.33G技術(shù)第一代通信（1G）是指模擬信號手機(jī)。第二代通信（2G）是指數(shù)字信號手機(jī)，如我們常見的GSM，提供低速率數(shù)據(jù)服務(wù)。2.5G是指在第二代手機(jī)上提供中等速率的數(shù)據(jù)服務(wù)，如GPRS，傳輸率一般在幾十至一百多kbps。3G則是能將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)。由于采用了更高的頻帶和更先進(jìn)的無線（空中接口）接入技術(shù)，3G標(biāo)準(zhǔn)的流動通信網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量較2G、2.5G網(wǎng)絡(luò)有了很大提高，比如軟切換技術(shù)使得旅途中高速運(yùn)動的移動用戶在駛出一個(gè)無線小區(qū)并進(jìn)入另一個(gè)無線小區(qū)時(shí)不再出現(xiàn)掉話現(xiàn)象。而更高的頻帶范圍和用戶分級規(guī)則，使得單位區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)容量大大提高，同時(shí)通話允許量大大增加。3G最大的優(yōu)點(diǎn)即是高速的數(shù)據(jù)下載能力。相對于2.5G（GPRS）100kbps左右的速度，3G隨使用環(huán)境的不同約有300k-2Mbps左右。2.移動通信的發(fā)展歷程（1）WCDMA（2）CDMA2000（3）TD-SCDMA3.3G主流技術(shù)（1）寬帶上網(wǎng)。（2）視頻通話。（3）手機(jī)電視。（4）無線搜索。（5）手機(jī)音樂。（6）手機(jī)購物。（7）手機(jī)網(wǎng)游。4.3G的應(yīng)用隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，適應(yīng)移動數(shù)據(jù)、移動計(jì)算及移動多媒體運(yùn)作需要的第四代移動通信開始興起。4G擁有的超高數(shù)據(jù)傳輸速度，被中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟譽(yù)為機(jī)器之間當(dāng)之無愧的“高速對話”。3.5.44G技術(shù)（1）基于全I(xiàn)P（AllIP）分組交換網(wǎng)絡(luò)。（2）在高速移動性的環(huán)境下達(dá)到約100Mbit/s的速率，如移動接入；在低速移動性的環(huán)境下高達(dá)約1Gbit/s的速率，例如游牧/固定無線網(wǎng)絡(luò)接入的峰值數(shù)據(jù)速率。（3）能夠動態(tài)地共享和利用網(wǎng)絡(luò)資源來支持每單元多用戶同時(shí)使用。（4）使用5~20MHz可擴(kuò)展的信道帶寬，任選高達(dá)40MHz。（5）鏈路頻譜效率的峰值為15bit/s/Hz（下行）和6.75bit/s/Hz（上行）（即1Gbit/s的下行鏈路中應(yīng)該是可能超過小于67MHz的帶寬）。（6）系統(tǒng)的頻譜效率下行高達(dá)3bit/s/Hz/cell和在室內(nèi)2.25bit/s/Hz/cell。（7）跨不同系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的平滑切換。（8）提供高質(zhì)量的服務(wù)QoS（QualityofService），為支持新一代的多媒體傳輸能力。1.4G簡介4G移動系統(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。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)，并運(yùn)行于多個(gè)頻帶。2.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（1）通信速度快（2）網(wǎng)絡(luò)頻譜寬（3）通信靈活（4）智能性能高（5）兼容性好（6）提供增值服務(wù)（7）高質(zhì)量通信（8）費(fèi)用便宜3.4G特點(diǎn)（1）LTE技術(shù)LTE（LongTermEvolution，長期演進(jìn)）項(xiàng)目是3G的演進(jìn)，是高速下行分組接入往4G發(fā)展的過渡版本，被俗稱為3.9G。長期演進(jìn)技術(shù)是應(yīng)用于手機(jī)及數(shù)據(jù)卡終端的高速無線通訊標(biāo)準(zhǔn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，并使用調(diào)制技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)容量及速度，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。（2）LTE-Advanced技術(shù)雖然長期演進(jìn)技術(shù)被電訊公司夸大宣傳為“4GLTE”，實(shí)際上它不是真正的4G，因?yàn)樗鼪]有符合國際電信聯(lián)盟無線電通信部門要求的4G標(biāo)準(zhǔn)。長期演進(jìn)技術(shù)升級版（LTE-Advanced）才符合國際電信聯(lián)盟無線電通信部門要求的4G標(biāo)準(zhǔn)。4.4G標(biāo)準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)的接入技術(shù)是指將末梢匯聚網(wǎng)絡(luò)或單個(gè)的節(jié)點(diǎn)接入核心承載網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。核心承載網(wǎng)絡(luò)可以包括各種如3G、4G、GPRS等公共商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，也可以是企業(yè)專網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)等，此外還包括全球性的核心承載網(wǎng)絡(luò)——互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的接入可以是單個(gè)物體（節(jié)點(diǎn)）的接入，比如野外的單個(gè)觀測節(jié)點(diǎn)，需要核心承載網(wǎng)絡(luò)將分散的節(jié)點(diǎn)信息匯聚，或者將單個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息傳輸?shù)叫枰獢?shù)據(jù)的地方。物聯(lián)網(wǎng)的接入也可以是末梢網(wǎng)絡(luò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)信息匯聚后的接入，這種應(yīng)用并不關(guān)心在末梢網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)節(jié)點(diǎn)的作用，而更加重視末端網(wǎng)中共同監(jiān)測或匯聚信息的接入傳輸。物聯(lián)網(wǎng)的接入技術(shù)多種多樣，就接入設(shè)備而言，主要有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、嵌入物體的通信模塊、各種智能終端等（如手機(jī)等）。就接入的位置是否變化來分，可分為固定接入和移動接入兩種。由于物聯(lián)網(wǎng)需要一個(gè)無處不在的通信網(wǎng)絡(luò)，而移動通信網(wǎng)具有覆蓋廣、建設(shè)成本低、部署方便、具備移動性等特點(diǎn)，這使得無線網(wǎng)絡(luò)將成為物聯(lián)網(wǎng)的一種發(fā)展很快的接入方式。移動接入方式主要包括接入各種商業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，如GSM、GPRS、3G網(wǎng)絡(luò)、4G網(wǎng)絡(luò)等。3.6物聯(lián)網(wǎng)的接入技術(shù)由于傳感器網(wǎng)絡(luò)是面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一般會有自己的協(xié)議和規(guī)范。而且各類感知技術(shù)種類繁多，并采用不同的通信協(xié)議，根本無法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。在這樣的情況下，就應(yīng)運(yùn)而生了一種新的網(wǎng)元設(shè)備——物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（InternetofThingsGateway，IOTGW）。3.6.1物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的主要接入和組網(wǎng)設(shè)備，承擔(dān)著將物聯(lián)網(wǎng)感知信息封裝成IP數(shù)據(jù)包傳送給后臺服務(wù)器的任務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)，以及不同類型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。既可以實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)局域互聯(lián)。此外物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還需要具備設(shè)備管理功能，運(yùn)營商通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以管理底層的各感知節(jié)點(diǎn)，了解各節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。在無線傳感網(wǎng)中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是不可或缺的核心設(shè)備。1.物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)簡介（1）廣泛的接入能力目前用于近程通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)很多，常見包括ZigBee、Wi-Fi等。各類技術(shù)主要針對某一應(yīng)用展開，缺乏兼容性和體系規(guī)劃?，F(xiàn)在國內(nèi)外已經(jīng)展開針對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，如3GPP、傳感器工作組，以實(shí)現(xiàn)各種通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通。（2）可管理能力強(qiáng)大的管理能力，對于任何大型網(wǎng)絡(luò)都是必不可少的。首先要對網(wǎng)關(guān)進(jìn)行管理，如注冊管理、權(quán)限管理、狀態(tài)監(jiān)管等。網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)管理，如獲取節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識