物聯(lián)網(wǎng)通信技術

藍牙技術藍牙是一種近距離無線連接技術標準的代稱，藍牙的實質就是要建立通用的無線電空中接口及其控制軟件公開標準。藍牙技術使用高速跳頻和時分多址等先進技術。藍牙的標準是IEEE，工作在頻帶，帶寬為1MB/s，配有藍牙的電子產品可以在10m內彼此相連，傳輸速率可以達到1Mbit/s。藍牙的目標是實現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速度1Mbit/s(最大傳輸距離為721kbit/s)、最大傳輸距離為10m，用戶不必經過神行便可利用的ISM頻帶，在其上設立79個帶寬為1MHz的信道，用每秒切換1600次的頻率、滾齒方式的頻譜擴散技術來實現(xiàn)電波的收發(fā)。藍牙系統(tǒng)的基本術語：微微網(wǎng)：是由采用藍牙技術的所有設備一對等網(wǎng)方式組成的網(wǎng)絡。分布式網(wǎng)絡：是由多個獨立、非同步的微微網(wǎng)形成的主設備：在微微網(wǎng)中，如果某臺設備的始終和跳頻序列用于同步其他設備，則稱它為主設備從設備：非主設備的設備均為從設備。地址：用3bit表示的地址，用于區(qū)分微微網(wǎng)中的設備休眠設備：在微微網(wǎng)中只參與同步，但沒有MAC地址的設備。監(jiān)聽及保持方式：指微微網(wǎng)中從設備的兩種低功耗工作方式。藍牙網(wǎng)絡拓撲結構微微網(wǎng)：微微網(wǎng)是采用藍牙技術的設備以特定方式組成的網(wǎng)絡。微微網(wǎng)的建立由兩臺設備的連接開始，最多由8臺設備構成。所有的用戶都共享同一可以達到的資源。從設備最多只能有3個面相同步的(SCO)連接和一個面向異步的(ACL)連接同時進行。分布式網(wǎng)絡：分布式網(wǎng)絡是由多個獨立、非同步的微微網(wǎng)形成的，它靠調頻順序識別每個微微網(wǎng)。同一微微網(wǎng)的多有用戶都與這個調頻順序同步。在一個分布式網(wǎng)絡帶有的10個全負載的獨立微微網(wǎng)的情況下，全雙工數(shù)據(jù)傳輸速率超過6Mbit/s藍牙協(xié)議體系藍牙協(xié)議體系結構可以分為底層硬件模塊、核心協(xié)議層、高端應用層三大部分。1.物理硬件部分：鏈路管理器(LM)、基帶(BB)和射頻(RF)構成了藍牙的物理模塊。RF通過的ISM頻段實現(xiàn)數(shù)據(jù)位流的傳輸，它主要定義了藍牙收發(fā)器應滿足的條件?；鶐Ь褪撬{牙的物理層，基本上起鏈路控制和鏈路管理的作用。鏈路管理器負責連接的建立和拆除以及鏈路的安全和控制，其為上層軟件模塊提供了不同的訪問入口，但是兩個模塊接口之間的小溪河數(shù)據(jù)傳輸必須通過藍牙主機控制器(HCI)的解析。ZigBee技術定義：ZigBee技術是一種具有統(tǒng)一技術標準的短距離無線通信技術。他是為低速率控制網(wǎng)絡設計的標準無線網(wǎng)絡協(xié)議，依據(jù)IEEE標準，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調實現(xiàn)通信。這些傳感器能以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個結點傳送到另一個結點，從而實現(xiàn)在全球免費頻帶范圍內的高效、低速率的通信功能。功能：ZigBee設備具有能量檢測和鏈路質量指示的功能，并采用了碰撞避免機制，以避免發(fā)送數(shù)據(jù)時產生數(shù)據(jù)沖突。另外ZigBee設備采用了密鑰長度為128位的加密算法。由ZigBee技術構建的無線傳感器網(wǎng)絡具有功耗低、成本低、結構簡單、體積小、性價比高、擴展簡便、安全可靠等顯著特點。ZigBee技術特點低功耗。ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點設備工作周期較短、收發(fā)信息功率低、并且采用了休眠模式。傳輸可靠，抗干擾強。兩個物理層，都采用DSSS擴頻通信方式，以化整為零的方式將一個信號分為多個信號，再有編碼方式傳送信號，與RFID的寬帶通信和433~915MHz的FSK通信相比，具有抗干擾性強、距離遠、速度快等特點。在MAC層采用碰撞避免機制，并為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時出現(xiàn)沖突，傳輸可靠，時延短，誤碼率和漏檢率低。低成本。由于ZigBee協(xié)議棧設計簡練，因此研發(fā)成本較低。安全。ZigBee技術提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能。速度快、距離遠.ZigBee具有兩個物理層，即物理層和565~915MHz物理層，其速度為250Kbit/s和20~40kit/s，傳輸距離可達30~70M，如果擴大信號，傳輸距離可超過百米。ZigBee的網(wǎng)絡組成(選填)ZigBee定義了兩種類型的物理設備，即全功能設備FFD和簡化功能設備RFD，這兩種物理設備在邏輯上又定義為三類，即ZigBee協(xié)調器、ZigBee路由器、ZigBee終端設備(由簡化功能設備或者全功能設備構成)(FFD可作為協(xié)調器或者設備并與任何設備進行通信)(FFD只發(fā)送和接收信號，并不起轉發(fā)器或者路由器的作用。RFD不能作為協(xié)調器，只能與全功能設備通信)寬帶有線接入網(wǎng)技術接入網(wǎng)是一種以普通電話雙絞線為傳輸介質，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)接入的技術，其最遠傳輸距離可達4~5KM，下行傳輸速率最高可達6~8Mbit/s，上行最高768Kbit/s，速度比傳統(tǒng)的56kbit/s模擬調制解調器快100多倍，這也是傳輸速率達128kbit/s的窄帶ISDN所無法比擬的。采用FDM(頻分復用)和離散多音調制(DMT)技術。利用雙絞線的空閑頻帶，ADSL實現(xiàn)了全雙工數(shù)據(jù)通信ADSL頻譜安排參考方案：傳統(tǒng)電話業(yè)務(0~20KHz)上行信道(25~138KHz)下行信道(138~1104KHz)基于ADSL技術的寬帶接入網(wǎng)主要由局端設備和用戶設備組成。光纖接入網(wǎng)PON口：一個廣口一根纖，單纖雙向傳輸---波分復用(WDM)一個PON用三個技術：WDM、TDM、TDMA。EPON和APON的區(qū)別：EPON中數(shù)據(jù)傳輸采用IEEEEthernet的幀格式，其分組長度可變，最大為1518B；APON中采用標準的ATM53B的固定場分組格式。由于IP分組也是可變長的，最大長度為65535B，這就意味著APON承載IP數(shù)據(jù)流的效率低、開銷大。EPON采用雙波長方式實現(xiàn)單纖上的全雙工通信，下行信道使用1510nm波長，上行信道使用1310nm波長。OLT光線路終端ONU用戶端的光網(wǎng)絡接口ODN光配線網(wǎng)EPON和GPON的區(qū)別：EPON的單PON口為帶寬為15/20最大分光比為1:32/1:64GPON的單PON口為帶寬為20/60最大分光比為1::64/1:128HFC接入網(wǎng)背景：光纖和同軸電纜混合網(wǎng)(HFC)是從傳統(tǒng)的有線電視網(wǎng)絡發(fā)展而來的。工作原理：在HFC上利用CableModem進行雙向數(shù)據(jù)傳輸時，需對原有的CATV網(wǎng)絡進行雙向蓋在，主要包括配線網(wǎng)絡帶寬要升級到860MHz以上，網(wǎng)絡中使用的信號放大器要換成雙向放大器，同時光纖段和用戶端也應增加相應的設備用于話音和數(shù)據(jù)通信。CableModem采用副載波頻分復用方式將各種圖像，數(shù)據(jù)、話音信號條知道相互區(qū)分的不同頻段上，在經過電光轉換成電信號，經過同軸電纜傳輸送去用戶端。為了支持雙向數(shù)據(jù)通信，CableModem將同軸帶寬分為上行通道和下行通道，其中下行數(shù)據(jù)通道占用50~750MHz之間的一個6MHz頻段，一般采用64/256QAM調制方式，速率可達30~40Mbit/s；上行數(shù)據(jù)通道占用5~42Mhz之間的一個200~3200KHz頻段，為了有效抑制上行噪聲積累，一般采用抗噪聲能力較強的QPSK調制方式，速率可達320kbit/s~10Mbit/sHFC頻譜安排參考方案如下：橫坐標頻率/MHz，縱坐標中到高/dBmV 上行信號：5~4260路模擬CATV：50~550VOD、CATV或其他交互數(shù)據(jù)業(yè)務：550~750應用領域和缺點：基于HFC的CableModem技術主要依托有線電視網(wǎng)，目前提供的主要業(yè)務又Internet訪問、IP電話、視頻會議、VOD、遠程教育、網(wǎng)絡游戲等。此外，CableModem沒有ADSL技術的嚴格距離限制，采用CableModem在有線電視網(wǎng)上建立數(shù)據(jù)平臺，已成為有線電視公司介入電信業(yè)務的首選。CableModem速率雖快，但也存在一些問題，如CMTS與CM的連接是一種總線方式。CableModem用戶是共享帶寬的，當多個CableModem用戶同時接入Internet時，數(shù)據(jù)帶寬就由這些用戶均分，從而速率會下降。另外，共享總線式的接入方式使的在進行交互式通信時必須注意安全性和可靠性問題。第七章無線局網(wǎng)技術無線局域網(wǎng)概述無線局域網(wǎng)是利用射頻RF無線信道或者紅外信道取代有線傳輸介質所構成的局域網(wǎng)絡。WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在已經能夠達到11Mbit/s(IEEE，最高速率可達到54Mbit/s(IEEE，是不同情況傳輸距離可從10m~10KM，即可滿足各類便攜機的入網(wǎng)要求，也可作為傳統(tǒng)有線LAN的補充手段。無線局域網(wǎng)多用于以下場合：1.無線接入網(wǎng)絡信息系統(tǒng)，收發(fā)電子郵件、文件傳輸?shù)取?.難于布線的環(huán)境，如大樓內部布線以及樓宇之間的通信。3.頻繁變化的環(huán)境，如醫(yī)院、餐飲店、零食店。4.專門工程或者高峰時間所需臨時局域網(wǎng)，如會議中心、展覽館、休閑娛樂中心等。5.流動工作者需隨時獲得信息的區(qū)域無線LAN具有的優(yōu)點：1.由于無限LAN不需要布線，因此可以自由的放置終端，有效合理的利用辦公室的空間。2.無線LAN可作為有線LAN的無限延伸，也可用于有線LAN的無線互聯(lián)。3.便于筆記本計算機的介入。4.不受場地限制，能迅速建立局域網(wǎng)。5.通過支持移動IP，實現(xiàn)移動計算機網(wǎng)絡。無線局域網(wǎng)的技術要點：1.可靠性2.兼容性3.數(shù)據(jù)傳輸速率4.通信安全和移動性無線局域網(wǎng)的組成：1.無線網(wǎng)卡2.橋接器其中無線網(wǎng)卡分為：無線網(wǎng)卡、PCI無線網(wǎng)卡和USB無線網(wǎng)卡。一個擴展服務集包括兩個或者更多的基本服務集，而這些基本服務集通過分配系統(tǒng)連接在一起，擴展服務集是一個在LLC子層上的邏輯局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)的拓撲結構：1.無中心拓撲2.單接入點方式3.多接入點方式4.多蜂窩漫游工作方式無線LAN體系結構IEEE無線LAN標準規(guī)范了OSI物理層和介質訪問控制(mac)層。物理層確定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柼卣骱驼{制方法，定義了三種不同的傳輸方式：1.紅外線2.直接序列擴頻3.跳頻擴頻FHSS。IEEEIEEE規(guī)定物理層采用DSSS和補償編碼控件(cck)調制方式，工作在~頻段，每5MHz一個載頻，共14個頻點，由于信道帶寬是22MHz，故實際可用的頻點只有三個。IEEE的速率最高可達11Mbit/s，根據(jù)情況可以選用、2、1Mbit/s，實際的工作速率在5Mbit/s左右。IEEE的優(yōu)點：速度：IEEE工作在頻段，采用直接序列擴頻方式，提供最高數(shù)據(jù)傳輸速率為11Mbit/s，且不要求直線視距傳播。動態(tài)速率轉換：當信道特性變差時，可降低數(shù)據(jù)傳輸速率為、2和1Mbit/s覆蓋范圍大：IEEE室外覆蓋范圍為300m，室內為100m?？煽啃裕号c以太網(wǎng)類似的連接協(xié)議和數(shù)據(jù)包確認提供可靠的數(shù)據(jù)傳送和網(wǎng)絡帶寬的有效使用。電源管理：IEEE網(wǎng)卡可轉到休眠模式，AP將信息緩存，延長了筆記本計算機的電池壽命。支持漫游：當用戶在覆蓋區(qū)移動時，在AP之間可實現(xiàn)無縫連接。加載平衡：若當前的AP流量較擁擠，或者信號質量降低時，IEEE可更改連接的AP，以提高性能?？缮炜s性：在有效使用范圍中，最多可同時設置3個AP，支持上百個用戶同時支持語音和數(shù)據(jù)業(yè)務。安全性：采用前面所講的安全措施，可以保證信息安全。IEEE擴充了標準的物理層，工作在~、~和~等3個可選頻段，采用QFSK調制方式，物理層可傳送從6~54Mbit/s的速率。IEEE采用正交頻分復用OFDM擴頻技術，可提供25Mbit/s的無線ATM接口和10Mbit/s的以太網(wǎng)無限幀結構接口，支持語音數(shù)據(jù)圖像業(yè)務。IEEE它采用OFDM技術。無限LAN擴展頻譜技術特點：1抗干擾能力強2.可進行多址通信3.安全保密1.擴頻技術有以下幾種方式：1.直接序列擴頻DSSS2.跳頻擴頻3.跳時擴頻4.線性調頻擴頻和FHSS的對比：DSSS方式與FHSS方式不同，它采用固定載波頻率，將信號用偽隨機碼擴展到一個很寬的頻帶上，在接收端用相同的偽隨機碼對接收的擴頻信號進行解析。DSSS方式的基本原理：首先將數(shù)字信號調制到窄帶頻率為f0的載波上(1次調制)，調制信號的頻譜在經擴頻器進行橫向擴展(二次調頻)。擴頻器中有一個為隨機噪聲碼信號發(fā)生器，它產生發(fā)送端和接收端事前都知道的PN碼，由這個PN碼對頻譜進行擴展。接收端接收來自發(fā)送端的擴頻后的調制信號。再沒有其他電波信號和噪聲干擾時，擴展后的頻譜在接收端與使用和發(fā)送端相同的PN信號相互作用，恢復成原來的窄帶信號，然后經過濾波器過濾和解調器解調變成數(shù)字信號交給主機B。在有噪聲干擾時，在擴展后的頻譜上疊加了一個高電平的雜波譜。在接收端用PN信號與之相互作用，由于PN信號與雜波不相關，信號頻譜回復成原來的