物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論-5-物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

桂小林1桂小林11物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論(第5章)第一頁，共95頁。桂小林2物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)包含近距離無線通信技術(shù)、有線傳輸技術(shù)、遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)、Internet技術(shù)等。如圖5-1所示，利用近距離無線通信技術(shù)、有線傳輸技術(shù)組成局域網(wǎng)，實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的匯聚，利用Internet技術(shù)實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的共享，利用遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)彌補有線無法涉及的區(qū)域。這些技術(shù)集合在一起，成為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵通信技術(shù)。第二頁，共95頁。桂小林3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)5.1近距離無線通信技術(shù)近距離無線通信技術(shù)是實現(xiàn)無線局域網(wǎng)、無線個人局域網(wǎng)中節(jié)點、設(shè)備組網(wǎng)的常用通信技術(shù)，用于將傳感器、RFID，以及手機等移動感知設(shè)備的感知數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)匯聚，并通過網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)缴蠈泳W(wǎng)絡(luò)中。近距離無線通信技術(shù)通常有Wi-Fi技術(shù)、藍牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)。第三頁，共95頁。桂小林45.1.1Wi-Fi技術(shù)5.1.1Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi（wirelessfidelity，無線保真）技術(shù)，是一種將PC機、筆記本、移動手持設(shè)備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的短距離無線電通信技術(shù)。由Wi-Fi聯(lián)盟于1999發(fā)布，Wi-Fi聯(lián)盟最初為無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA），因此，Wi-Fi技術(shù)又稱無線相容性認(rèn)證技術(shù)。第四頁，共95頁。5.1.1Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi聯(lián)盟主要針對移動設(shè)備，規(guī)范了基于IEEE802.11協(xié)議的數(shù)據(jù)連接技術(shù)，用以支持包括本地?zé)o線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN）、個人局域網(wǎng)（PersonalAreaNetworks，PAN）在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)。1.Wi-Fi常用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)1）工作于2.4GHz頻段、數(shù)據(jù)傳輸率最高可達11Mbps的IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)；2）工作于5GHz頻段、數(shù)據(jù)傳輸率最高可達54Mbps的IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)；3）工作于2.4GHz頻段、數(shù)據(jù)傳輸率最高可達54Mbps的IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)；4）工作于2.4GHz/5GHz頻段、數(shù)據(jù)傳輸率最高可達300Mbps的IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)。第五頁，共95頁。Wi-Fi常用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)第六頁，共95頁。第七頁，共95頁。桂小林85.1.1Wi-Fi技術(shù)2.Wi-Fi特點①覆蓋范圍廣：開放性區(qū)域的通信距離通?？蛇_305米，封閉性區(qū)域的通信距離通常在76米到122米之間。特別是基于智能天線技術(shù)的802.11n標(biāo)準(zhǔn)，可將覆蓋范圍擴大到幾平方公里。②傳輸速度快：基于不同的802.11標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速度可從11Mbps到450Mbps。③建網(wǎng)成本低，使用便捷：通過在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置“熱點”（HotSpot），即無線接入點(AccessPoint，AP)，任意具備無線接入網(wǎng)卡的設(shè)備均可利用Wi-Fi技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪問。④更健康更安全：Wi-Fi技術(shù)采用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，實際發(fā)射功率約為60~70毫瓦，與在200毫瓦至1瓦間的手機發(fā)射功率相比，更加安全。第八頁，共95頁。5.1.1Wi-Fi技術(shù)3.Wi-Fi組網(wǎng)技術(shù)利用Wi-Fi技術(shù)實現(xiàn)組網(wǎng)，稱為無線LAN。無線LAN有兩種模式一種是沒有接入點的Ad-hoc模式，利用Wi-Fi技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備間的之間連接，通常用在掌上游戲機、數(shù)字相機和其它電子設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的之間傳輸。另一種是接入點模式，利用無線路由器作為訪問接入點，具有無線網(wǎng)卡的臺式機、筆記本、以及具有Wi-fi接口的手機均可作為無線終端接入，形成一個由無線終端與接入點組成的的無線局域網(wǎng)絡(luò)，第九頁，共95頁。在接入點模式中，Wi-Fi的設(shè)置至少需要一個接入點和一個或一個以上的終端。接入點每100ms將服務(wù)集標(biāo)示（ServiceSetIdentifier，SSID）經(jīng)由信號臺（beacons）分組廣播一次，分組的傳輸速率是1Mbit/s，并且長度短，所以這個廣播動作對網(wǎng)絡(luò)性能的影響不大。因為Wi-Fi規(guī)定的最低傳輸速率是1Mbit/s，所以確保所有的Wi-Fi終端都能收到這個SSID廣播分組。圖5-1基于接入點模式的Wi-Fi組網(wǎng)示意圖第十頁，共95頁。5.1.1Wi-Fi技術(shù)4.Wi-Fi接入基于Wi-Fi技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)使用方便、快捷高效，使得無線接入點數(shù)量迅猛增長。Wi-Fi的流行接入模式IEEE802.11n第十一頁，共95頁。IEEE802.11n第十二頁，共95頁。第十三頁，共95頁。第十四頁，共95頁。第十五頁，共95頁。Wi-Fi安全技術(shù)由于Wi-Fi是采用射頻技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)連接及傳輸?shù)拈_放式物理系統(tǒng)，其安全性主要表現(xiàn)在物理層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。核心是數(shù)據(jù)鏈路層安全。WEP（WiredEquivalentPrivacy，WEP）IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種稱為有線等價保密協(xié)議WEP的加密方案，提供了確保無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)流的安全機制。WEP采用的加密算法是由RonRivetsofRSADataSecurityInc在1987年設(shè)計的40位的RC4加密算法。RC4算法屬于對稱流密碼，支持可變長度密鑰。第十六頁，共95頁。WEP支持64位和128位加密。對于64位加密，加密密鑰為10個十六進制字符（0-9和A-F）或5個ASCII字符。對于128位加密，加密密鑰為26個十六進制字符或13個ASCII字符。64位加密又稱40位加密，128位加密又稱104位加密。

第十七頁，共95頁。WPA無線保護訪問（WirelessProtectedAccess，WPA）是由Wi-Fi聯(lián)盟提出的一個無線安全訪問保護協(xié)議。WPA協(xié)議的提出旨在克服所有WEP協(xié)議的安全缺陷，WPA協(xié)議大大改進了之前的無線網(wǎng)絡(luò)安全保護能力和訪問控制技術(shù)，使無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全級別提高。WPA主要解決了WEP中在客戶端與缺乏身份認(rèn)證的訪問點之間使用相同靜態(tài)密鑰和網(wǎng)絡(luò)接入時身份認(rèn)證方面存在的缺陷問題。第十八頁，共95頁。表7-2WEP和WPA的比較WEPWPA密鑰長度為40位密鑰長度為128位存在較多安全缺陷針對WEP的安全缺陷升級了安全措施密鑰是靜態(tài)的，同一網(wǎng)絡(luò)上所有人共享密鑰動態(tài)會話密鑰，每次通信時每個用戶都具有不同密鑰密鑰由用戶設(shè)定密鑰自動生成和分發(fā)使用預(yù)設(shè)的WEP密鑰進行身份認(rèn)證使用802.11x和EAP進行身份認(rèn)證第十九頁，共95頁。WPA2加密技術(shù)WPA2除了使用802.1x/EAP框架以確保身份驗證外，“四次握手”是另一個重要的WPA2的身份驗證過程。

"預(yù)先共享密鑰(PSK)".WEPWPA2-PSK安全性弱，容易被破解安全性高，破解難度大加密算法采用RC4算法加密算法采用128bit的AES算法密鑰是靜態(tài)的，同一網(wǎng)絡(luò)上所有人共享密鑰動態(tài)會話密鑰，不同用戶不同設(shè)備密鑰不同使用CRC32進行數(shù)據(jù)完整性校驗，易被篡改，抗攻擊弱使用CCM密碼區(qū)塊鏈信息認(rèn)證，無法篡改密鑰由用戶設(shè)定密鑰自動生成和分發(fā)使用預(yù)設(shè)的WEP密鑰進行身份認(rèn)證使用802.11x和EAP進行身份認(rèn)證高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AdvancedEncryptionStandard，AES）第二十頁，共95頁。桂小林215.1.2藍牙技術(shù)藍牙（Bluetooth），是一種支持設(shè)備短距離通信（10cm到10m之間）的無線電技術(shù)，能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本計算機、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進行無線信息交換。利用藍牙技術(shù)，能夠有效地簡化移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(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。藍牙技術(shù)最初由愛立信公司創(chuàng)制第二十一頁，共95頁。第二十二頁，共95頁。1.藍牙協(xié)議棧藍牙聯(lián)盟針對藍牙技術(shù)制定了相應(yīng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)，IEEE802.15委員會對物理層和數(shù)據(jù)鏈路層進行了標(biāo)準(zhǔn)化，于2002年批準(zhǔn)了第一個PAN標(biāo)準(zhǔn)802.15.1。第二十三頁，共95頁。1）協(xié)議棧最底層是物理無線電層，處理與無線電傳送和調(diào)制有關(guān)的問題。藍牙是一個低功率系統(tǒng)，通信范圍在10米以內(nèi)，運行在2.4GHz頻段上。該頻段分為79個信道，每個信道1MHz，總數(shù)據(jù)率為1Mbps，采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。2）藍牙基帶層將原始位流轉(zhuǎn)變成幀，每一幀都是在一個邏輯信道上進行傳輸?shù)模撨壿嬓诺牢挥谥鞴?jié)點與某一個從節(jié)點之間，稱為鏈路。藍牙標(biāo)準(zhǔn)中共有兩種鏈路。第一種是ACL鏈路（異步無連接鏈路，AsynchronousConnection-Less），另一種是SCO鏈路（面向連接的同步鏈路，SynchronousConnectionOriented），用于實時數(shù)據(jù)傳輸，例如電話。第二十四頁，共95頁。3）鏈路管理器負(fù)責(zé)在設(shè)備之間建立邏輯信道，包括電源管理、認(rèn)證和服務(wù)質(zhì)量。邏輯鏈路控制適應(yīng)協(xié)議（LogicalLinkControladaptationProtocol，L2CAP）為上面各層屏蔽傳輸細(xì)節(jié)，主要包含三個功能：第一，在發(fā)送方，接收來自上面各層的分組，分組最大為64KB，將其拆散到幀中；在接收方，重組為對應(yīng)分組。第二，處理多個分組源的多路復(fù)用和解復(fù)用。當(dāng)一個分組被重組時，決定由哪一個上層協(xié)議來處理它。例如，由RFcomm或者電話協(xié)議來處理。第三，處理與服務(wù)質(zhì)量有關(guān)的需求。此外，音頻協(xié)議和控制協(xié)議分別處理音頻和控制相關(guān)的事宜，上層應(yīng)用可略過L2CAP直接調(diào)用這兩個協(xié)議。第二十五頁，共95頁。4）中間件層由許多不同的協(xié)議混合組成。RFcomm（無線電頻率通信/射頻通信，RadioFrequencyCommunication）是指模擬連接鍵盤、鼠標(biāo)、modem等設(shè)備的串口通信。5）應(yīng)用層包含特定應(yīng)用的協(xié)議子集。第二十六頁，共95頁。桂小林275.1.3ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)是新興的可以實現(xiàn)短距離內(nèi)雙向無線通信的技術(shù)，以其復(fù)雜程度低、能耗低、成本低取勝于其余的短距離無線通信技術(shù)。它因模擬蜜蜂的通信方式而得名，過去又稱“HomeRFLite”、“RF-Easylink”或“FireFly”，目前統(tǒng)一稱為Zigbee，是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)提案，主要應(yīng)用于短距離內(nèi)，傳輸速度要求不高的電子通信設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和典型的有周期性、間歇性反應(yīng)時間的數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee技術(shù)主要被作為短距離無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于家庭居住控制、商業(yè)建筑自動化和工廠車間管理等領(lǐng)域。第二十七頁，共95頁。桂小林28Zigbee處理器第二十八頁，共95頁。桂小林29Zigbee節(jié)點第二十九頁，共95頁。CC2530CC2530是用于2.4-GHz

IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KBRAM和許多其它強大的功能。CC2530有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB的閃存。CC2530F256結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee協(xié)議棧（Z-Stack?），提供了一個強大和完整的ZigBee解決方案。CC2530F64結(jié)合了德州儀器的黃金單元RemoTI，更好地提供了一個強大和完整的ZigBeeRF4CE遠(yuǎn)程控制解決方案。第三十頁，共95頁。第三十一頁，共95頁。Zigbee網(wǎng)關(guān)第三十二頁，共95頁。ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)ZigBee針對低速率無線個人局域網(wǎng)，基于IEEE802.15.4介質(zhì)訪問控制層和物理層標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee的協(xié)議框架主要由IEEE802.15.4小組和ZigBee聯(lián)盟兩個組織負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定，ZigBee建立在802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上，它確定了可在不同制造商之間共享的應(yīng)用綱要。IEEE802.15.4只定義了物理層（PHY）和數(shù)據(jù)鏈路層。第三十三頁，共95頁。ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)第三十四頁，共95頁。ZigBee傳輸距離ZigBee兼容的產(chǎn)品工作在IEEE802.15.4的物理層上，可工作在2.4GHz（全球通用標(biāo)準(zhǔn)）、868MHz（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）和915MHz（美國標(biāo)準(zhǔn)）三個頻段上，并且在這三個頻段上分別具有250kbps（16個信道）、20kbps（1個信道）和40kbps（10個信道）的最高數(shù)據(jù)傳輸速率。在使用2.4GHz頻段時，ZigBee技術(shù)室內(nèi)傳輸距離為10米，室外傳輸距離則能達到200米；使用其它頻段時，室內(nèi)傳輸距離為30米，室外傳輸距離則能達到1000米。實際傳輸中，其傳輸距離根據(jù)發(fā)射功率確定，可變化調(diào)整。第三十五頁，共95頁。ZigBee組網(wǎng)技術(shù)ZigBee可以采用星形、樹狀、網(wǎng)狀拓?fù)?，也允許三者之間的組合在ZigBee技術(shù)的應(yīng)用中，具有ZigBee協(xié)調(diào)點功能、且未加入任一網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點可以發(fā)起建立一個新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，該節(jié)點就是該網(wǎng)絡(luò)的ZigBee協(xié)調(diào)點（Sink節(jié)點）當(dāng)一個未加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點要加入當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時，向網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點發(fā)送關(guān)聯(lián)請求，收到關(guān)聯(lián)請求的節(jié)點如果有能力接受其他節(jié)點為其子節(jié)點，就為該節(jié)點分配一個網(wǎng)絡(luò)中唯一的16bit網(wǎng)絡(luò)地址，并發(fā)出關(guān)聯(lián)應(yīng)答，收到關(guān)聯(lián)應(yīng)答后，此節(jié)點成功加入網(wǎng)絡(luò)，并可接受其他節(jié)點的關(guān)聯(lián)。節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后，將自己的PANID標(biāo)識設(shè)為與ZigBee協(xié)調(diào)點相同的標(biāo)識。第三十六頁，共95頁。ZigBee組網(wǎng)技術(shù)第三十七頁，共95頁。桂小林38學(xué)生討論，互動環(huán)節(jié)說出幾個Zigbee的應(yīng)用1）2）第三十八頁，共95頁。Zigbee應(yīng)用燈光控制系統(tǒng)第三十九頁，共95頁。桂小林40第四十頁，共95頁。桂小林41第四十一頁，共95頁。路燈管理視頻城市照明智能監(jiān)控與綜合管理系統(tǒng)第四十二頁，共95頁。數(shù)字礦山視頻第四十三頁，共95頁。桂小林445.2遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)常被用在偏遠(yuǎn)山區(qū)、島嶼等有線通信設(shè)施（例如光纜等）因地域，條件、費用等因素可能無法鋪設(shè)的區(qū)域，以及船、人等需要數(shù)據(jù)通信卻又在實施移動的物體。與Internet技術(shù)相結(jié)合，成為網(wǎng)絡(luò)骨干通信技術(shù)的補充。常規(guī)遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)有衛(wèi)星通信技術(shù)、微波通信技術(shù)、移動通信技術(shù)。第四十四頁，共95頁。5.2.1衛(wèi)星通信技術(shù)衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，在兩個或多個地面站之間進行的通信過程或方式。衛(wèi)星通信屬于宇宙無線電通信的一種形式，工作在微波頻段。衛(wèi)星通信是在地面微波中繼通信和空間技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。微波中繼通信是一種“視距”通信，即只有在“看得見”的范圍內(nèi)才能通信。而通信衛(wèi)星的作用相當(dāng)于離地面很高的微波中繼站。由于作為中繼的衛(wèi)星離地面很高，因此經(jīng)過一次中繼轉(zhuǎn)接之后即可進行長距離的通信。第四十五頁，共95頁。第四十六頁，共95頁。第四十七頁，共95頁。1.衛(wèi)星通信技術(shù)原理圖5-7是一種簡單的衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖，它是由一顆通信衛(wèi)星和多個地面通信站組成的。地面通信站通過衛(wèi)星接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。第四十八頁，共95頁。2.衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇的主要工作頻段C頻段被最早用于商業(yè)衛(wèi)星，其中，較低的頻率范圍用于下行流量（從衛(wèi)星發(fā)出），較高的頻率用于上行流量（發(fā)向衛(wèi)星）。頻段下行鏈路上行鏈路帶寬問題L1.5GHz1.6GHz15MHz低帶寬、擁擠S1.9GHz2.2GHz70MHz低帶寬、擁擠C4.0GHz6.0GHz500MHz地面干擾Ku11GHz14GHz500MHz雨水Ka20GHz30GHz3500MHz雨水、設(shè)備成本第四十九頁，共95頁。3.通信衛(wèi)星的種類①低軌道衛(wèi)星，指的是距離在5000km以內(nèi)的衛(wèi)星；②中間軌道衛(wèi)星，指的是距離在5000km和20000km之間的衛(wèi)星；③高軌道衛(wèi)星，指的是距離在20000km以上的衛(wèi)星。同步衛(wèi)星距地面高達35800km，一顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)（從衛(wèi)星上能“看到”的地球區(qū)域）可達地球總面積的40%左右，地面最大跨距可達18000km。第五十頁，共95頁。通信衛(wèi)星種類靜止地球軌道（GEO）衛(wèi)星全球覆蓋的固定衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)靜止地球軌道(GEO）衛(wèi)星，軌道高度大約為36000km，成圓形軌道，只要三顆相隔120°的均勻分布衛(wèi)星，就可以覆蓋全球。國際衛(wèi)星通信組織的IntelsatI-IX代衛(wèi)星。是全球覆蓋的最好例子，已發(fā)展到第九代。三顆相距120度的衛(wèi)星就能覆蓋整個赤道圓周。故衛(wèi)星通信易于實現(xiàn)越洋和洲際通信。最適合衛(wèi)星通信的頻率是1一10GHz頻段，即微波頻段、為了滿足越來越多的需求，已開始研究應(yīng)用新的頻段，如12GHz,14GHz,20GHz及30GHz。衛(wèi)星在空中起中繼站的作用，即把地球站發(fā)上來的電磁波放大后再反送回另一地球站。地球站則是衛(wèi)星系統(tǒng)形成的鏈路。由于靜止衛(wèi)星在赤道上空36000千米，它繞地球一周時間恰好與地球自轉(zhuǎn)一周（23小時56分4秒）一致，從地面看上去如同靜止不動一樣。第五十一頁，共95頁。通信衛(wèi)星種類移動衛(wèi)星通信全球覆蓋的移動衛(wèi)星：通信海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)Inmarsat是全球覆蓋的移動衛(wèi)星通信，工作的為第三代海事通信衛(wèi)星，它們分布在大西洋東區(qū)和西區(qū)、印度洋區(qū)和太平洋區(qū)。全球覆蓋的低軌道移動通信衛(wèi)星有：“銥星”(Iridium）和全球星(Globalstar），“銥星”系統(tǒng)有66顆星，分成6個軌道，每個軌道有11顆衛(wèi)星，軌道高度為765km，衛(wèi)星之間、衛(wèi)星與網(wǎng)關(guān)和系統(tǒng)控制中心之間的鏈路采用ka波段，衛(wèi)星與用戶間鏈路采用L波段。2005年6月底銥星用戶達12．7萬戶，在卡特里娜颶風(fēng)災(zāi)害時”銥星”業(yè)務(wù)流量增加30倍，衛(wèi)星電話通信量增加5倍。全球星（Globalstar）有48顆衛(wèi)星組成，分布在8個圓形傾斜軌道平面內(nèi)，軌道高度為1389km，傾角為52度。用戶數(shù)逐年穩(wěn)定增長，成本下降。第五十二頁，共95頁。第五十三頁，共95頁。衛(wèi)星通信原理第五十四頁，共95頁。桂小林555.2.2移動通信技術(shù)移動通信是指通信雙方或至少一方是在運動中實現(xiàn)信息傳輸?shù)倪^程或方式。例如移動體（車輛、船舶、飛機、人）與固定點之間、或移動體之間的通信等等。移動通信可以應(yīng)用在任何條件之下，特別是在有線通信不可及的情況下（如無法架線、埋電纜等）更能顯示出其優(yōu)越性。第五十五頁，共95頁。1.移動通信分類隨著移動通信應(yīng)用范圍的不斷擴大，移動通信系統(tǒng)的類型越來越多，其分類方法也多種多樣。1）按設(shè)備的使用環(huán)境分類按這種方式分類主要有陸地移動通信、海上移動通信和航空移動通信三種類型。作為特殊使用環(huán)境，還有地下隧道礦井、水下潛艇和太空航天等移動通信。2）按服務(wù)對象分類按這種方式分類可分為公用移動通信和專用移動通信兩種類型。在公用移動通信中，目前我國有中國移動、中國聯(lián)通經(jīng)營的移動電話業(yè)務(wù)。稱為公用網(wǎng)。專用移動通信是為保證某些特殊部門的通信所建立的通信系統(tǒng)，例如公安、消防、急救、防汛、交通管理、機場調(diào)度等。第五十六頁，共95頁。3）按系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)分類（1）蜂窩狀移動電話系統(tǒng)。蜂窩狀移動電話是移動通信的主體，它是具有全球性的用戶容量的最大移動電話網(wǎng)。（2）集群調(diào)度移動電話。它可將各個部門所需的調(diào)度業(yè)務(wù)進行統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，集中管理，每個部門都可建立自己的調(diào)度中心臺。（3）無中心個人無線電話系統(tǒng)。它沒有中心控制設(shè)備，這是與蜂窩網(wǎng)和集群網(wǎng)的主要區(qū)別。適用于個人業(yè)務(wù)和小企業(yè)的單區(qū)組網(wǎng)分散小系統(tǒng)。（4）公用無繩電話系統(tǒng)。公用無繩電話是公共場所使用的無繩電話系統(tǒng)，例如商場、機場、火車站等。通過無繩電話的手機可以呼入市話網(wǎng)，也可以實現(xiàn)雙向呼叫。它的特點是不適用于乘車使用，只適用于步行。（5）移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)。21世紀(jì)通信的最大特點是衛(wèi)星通信終端手持化，個人通信實現(xiàn)全球化。第五十七頁，共95頁。第五十八頁，共95頁。第五十九頁，共95頁。移動通信的發(fā)展階段1）第一代（1G：1Generation）——模擬移動通信系統(tǒng)從1946年美國使用150MHz單個汽車無線電話開始到20世紀(jì)90年代初，是移動通信發(fā)展的第一階段。因為調(diào)制前信號都是模擬的，也稱模擬移動通信系統(tǒng)。2）第二代（2G）——數(shù)字移動通信系統(tǒng)這時候移動通信系統(tǒng)的主要特征是采用了數(shù)字技術(shù)。GSM是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI制訂的一個數(shù)字移動通信標(biāo)準(zhǔn)。GSM是全球移動通信系統(tǒng)(GlobalSystemofMobilecommunication)的簡稱。GSM采用時分多址技術(shù).自90年代中期投入商用以來，被全球超過100個國家采用。第六十頁，共95頁。2）第二代（2G）——數(shù)字移動通信系統(tǒng)CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又稱碼分多址，是在無線通訊上使用的技術(shù)，CDMA允許所有使用者同時使用全部頻帶(1.2288Mhz)，且把其他使用者發(fā)出訊號視為雜訊，完全不必考慮到訊號碰撞(collision)問題。CDMA中所提供語音編碼技術(shù)，通話品質(zhì)比目前GSM好，且可把用戶對話時周圍環(huán)境噪音降低，使通話更清晰。GPRS是通用分組無線服務(wù)技術(shù)（GeneralPacketRadioService)的簡稱，是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS經(jīng)常被描述成“2.5G”，位于第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術(shù)之間。第六十一頁，共95頁。3）第三代（3G）第三代移動通信系統(tǒng)以全球通用、系統(tǒng)綜合作為基本出發(fā)點，以圖建立一個全球范圍的移動通信綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，提供與固定電話網(wǎng)業(yè)務(wù)兼容、質(zhì)量相當(dāng)?shù)亩喾N話音和非話音業(yè)務(wù)。目前國內(nèi)正在大力建設(shè)和發(fā)展的3G網(wǎng)絡(luò)，CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA三種技術(shù)分別為中國電信、中國聯(lián)通和中國移動所采用，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也各具優(yōu)勢。由歐洲提出的WCDMA也被稱為CDMADirectSpread，意為寬頻分碼多重存取，國內(nèi)目前由中國聯(lián)通公司運營。WCDMA支持高速數(shù)據(jù)傳輸（慢速移動時384Kbps，室內(nèi)走動時2Mbps）第六十二頁，共95頁。3）第三代（3G）CDMA2000由美國高通公司提出，國內(nèi)現(xiàn)由中國電信公司運營。該技術(shù)采用多載波方式，載波帶寬為1.25MHz，分為兩個階段：第一階段提供144Kbps的數(shù)據(jù)傳送率，第二階段則加速到2Mbps。CDMA2000和WCDMA在原理上沒有本質(zhì)的區(qū)別，都起源于CDMA（IS-95）系統(tǒng)技術(shù)TD-SCDMA由中國原郵電部電信科學(xué)技術(shù)研究院（大唐電信）于1999年6月29日向ITU提出，融入了智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當(dāng)今領(lǐng)先技術(shù)。僅需單一的1.6M頻帶就可提供速率達2Mbps的3G業(yè)務(wù)需求。第六十三頁，共95頁。4）第四代（4G）4G是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱，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，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。國際電信聯(lián)盟(ITU)已經(jīng)將WiMax、HSPA+、LTE正式納入到4G標(biāo)準(zhǔn)里，加上之前就已經(jīng)確定的LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced這兩種標(biāo)準(zhǔn)，目前4G標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達到了5種。第六十四頁，共95頁。第六十五頁，共95頁。學(xué)生調(diào)研第5代移動通信第六十六頁，共95頁。3G應(yīng)用列舉若干3G+GPS的應(yīng)用長途汽車監(jiān)控泥頭車監(jiān)控BUS調(diào)度Taxi調(diào)度人員管理。。。第六十七頁，共95頁。校車監(jiān)控-1/2校車監(jiān)控3GInternet第六十八頁，共95頁。校車監(jiān)控-2/2第六十九頁，共95頁。公交調(diào)度系統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)第七十頁，共95頁。拉土車監(jiān)控第七十一頁，共95頁。拉土車監(jiān)控第七十二頁，共95頁。作業(yè) 針對現(xiàn)實中的問題，設(shè)計一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控方案。每人5張PPT。一個Word文檔（1000字）占50%4月15日晚上12點前發(fā)送到xlgui@過期不候。第七十三頁，共95頁。桂小林745.2.3微波通信技術(shù)微波（microwave）是指頻率為300MHz~300GHz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1m（不含1m）到1mm之間的電磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱，其頻譜示意圖如圖5-13所示。無線電波。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性。微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射微波。第七十四頁，共95頁。桂小林751.微波類型表5-3微波類型波段波長頻率頻段名稱分米波1m~10cm0.3~3GHz特高頻（UHF）厘米波10cm~1cm3~30GHz超高頻（SHF）毫米波1cm~1mm30~300GHz極高頻（EHF）第七十五頁，共95頁。桂小林762.微波通信方式第七十六頁，共95頁。第七十七頁，共95頁。微波通信的應(yīng)用第七十八頁，共95頁。列舉幾種微波通信的應(yīng)用互動環(huán)節(jié)第七十九頁，共95頁。桂小林805.3有線通信技術(shù)有線通信技術(shù)是局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的常用組網(wǎng)技術(shù)。在面向物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，常被用在局域網(wǎng)組網(wǎng)以及與Internet網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。典型的有以太網(wǎng)（雙絞線）和光通信技術(shù)。第八十頁，共95頁。桂小林815.3.1雙絞線雙絞線常見的有3類線，5類線和超5類線，以及最新的6類線，第八十一頁，共95頁。桂小林825.3.2光纖光纖（opticalfiber）是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達成的光傳導(dǎo)工具。微細(xì)的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。光纖示意圖如圖5-16所示。在多模光纖中，芯的直徑是15μm~50μm，大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)，一般光纖跳纖用橙色表示，也有的用灰色表示，接頭和保護套用米色或者黑色；傳輸距離較短。而單模光纖芯的直徑為8μm~10μm，一般光纖跳纖用黃色表示，接頭和保護套為藍色；傳輸距離較長。第八十二頁，共95頁。桂小林83學(xué)生討論光纖通信的特點光纖連接器第八十三頁，共95頁。光纖通信的特點1）頻帶寬頻帶的寬窄代表傳輸容量的大小。載波的頻率越高，可以傳輸信號的頻帶寬度就越大。在VHF頻段，載波頻率為48．