物聯(lián)網(wǎng)概論 模塊4. 通過(guò)智能家居認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

模塊4通過(guò)智能家居認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)目錄CONTENTS1智能家居2有線接入網(wǎng)3無(wú)線接入網(wǎng)4移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)5量子通信思維導(dǎo)圖01PARTONE智能家居學(xué)習(xí)目標(biāo)了解無(wú)線接入技術(shù)的特點(diǎn)。了解藍(lán)牙技術(shù)和ZigBee技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。掌握移動(dòng)通信技術(shù)的基本概念。了解各類物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。知識(shí)目標(biāo)能識(shí)別與物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相關(guān)的設(shè)備。掌握藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)連接方式。能對(duì)常用的藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行配置與連接。能搭建基于ZigBee技術(shù)的開(kāi)發(fā)環(huán)境、創(chuàng)建工程、編寫(xiě)簡(jiǎn)單代碼并使用仿真器對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試、下載。技能目標(biāo)能理解物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的分類與各種通信技術(shù)特點(diǎn)，能根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。能洞察物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)需求及其發(fā)展動(dòng)態(tài)，掌握物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。掌握各類接入技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的應(yīng)用。素質(zhì)目標(biāo)情景導(dǎo)入智能

家居智能家電、網(wǎng)絡(luò)家居家居管理、家居安全……“智能家居”未來(lái)家是什么樣子？“智能家居”智能家居概述智能家居：利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)、云計(jì)算平臺(tái)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成連接到一起，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境，為用戶提供個(gè)性化生活服務(wù)。

基本內(nèi)涵一方面，智能家居將讓用戶有更方便的手段來(lái)管理家庭設(shè)備，比如，通過(guò)無(wú)線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，從而給用戶帶來(lái)最大程度的高效、便利、舒適與安全。智能家居系統(tǒng)介紹智能家居主要內(nèi)容智能家電控制智能遮陽(yáng)控制智能背景音樂(lè)智能燈光控制智能情景控制智能安防管理智能安防管理智能傳感管理智能暖通控制智能家電之智能冰箱食品管理功能物聯(lián)云服務(wù)功能冰箱控制系統(tǒng)娛樂(lè)功能全屋智能家居全屋智能家居02PARTTWO有線接入網(wǎng)通信網(wǎng)在水平方向上分為用戶駐地網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。圖8-1水平方向上接入網(wǎng)在電信網(wǎng)的位置02接入網(wǎng)在通信網(wǎng)中的位置根據(jù)距離用戶的遠(yuǎn)近，通信網(wǎng)可以劃分為公用網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)兩部分。公用電信網(wǎng)又可以劃分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。公用網(wǎng)離用戶相對(duì)較遠(yuǎn)，物權(quán)歸通信運(yùn)營(yíng)商或內(nèi)容服務(wù)商所有，包含所有屬于運(yùn)營(yíng)商或服務(wù)商的、用于完成用戶間通信的機(jī)線設(shè)備。核心網(wǎng)顧名思義就是通信網(wǎng)絡(luò)的核心，是數(shù)據(jù)交換、轉(zhuǎn)發(fā)、接續(xù)和路由的網(wǎng)絡(luò)部分。用戶駐地網(wǎng)靠近用戶，通常是指一棟樓房?jī)?nèi)完成用戶通信和控制功能的用戶駐地布線系統(tǒng)，物權(quán)屬用戶所有。在水平方向上，接入網(wǎng)位于用戶駐地網(wǎng)和核心網(wǎng)之間，是整個(gè)公用網(wǎng)絡(luò)的邊緣部分，是公用網(wǎng)中與用戶距離最近的一部分，負(fù)責(zé)使用有線或無(wú)線連接，將廣大用戶一級(jí)一級(jí)匯接到核心網(wǎng)中，常被形象地稱作通信網(wǎng)的“最后一公里”。

接入網(wǎng)在通信網(wǎng)中的位置數(shù)字用戶線（DSL）技術(shù)在同一電話線上分別傳送數(shù)據(jù)和語(yǔ)音信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)并不通過(guò)電話交換機(jī)設(shè)備，減輕了電話交換機(jī)的負(fù)載，使用DSL技術(shù)上網(wǎng)并不需要繳付另外的電話費(fèi)，DSL接入網(wǎng)連接示意圖見(jiàn)圖8-6。圖8-6DSL接入網(wǎng)示意圖DSL技術(shù)xDSL技術(shù)是對(duì)多種用戶線高速接入技術(shù)的統(tǒng)稱，其傳輸速率與傳輸距離成反比。xDSL包括ADSL、HDSL、VDSL、SDSL、RADSL等等。它們主要的區(qū)別體現(xiàn)在信號(hào)傳輸速率和距離的不同，以及上、下行速率對(duì)稱性的不同這兩個(gè)方面。xDSL技術(shù)對(duì)稱性傳輸速率最大傳輸距離（KM）線對(duì)支持POTSHDSL對(duì)稱最大速率2.3Mbps3.62或3不支持ADSL非對(duì)稱下行最大速率8196Kbps，上行最大速率896Kbps51支持VDSL對(duì)稱/不對(duì)稱下行最大速率52Mbps（非對(duì)稱），上行最大速率12Mbps（對(duì)稱）1.51支持XDSL技術(shù)ADSL是DSL技術(shù)中應(yīng)用最廣的一種，因?yàn)锳DSL技術(shù)可以在一對(duì)雙絞線上同時(shí)傳輸電話信號(hào)和高速數(shù)據(jù)信號(hào)，而且高速數(shù)據(jù)信號(hào)的上、下行速率是非對(duì)稱的，其上行速率比下行速率小，非常適合大多數(shù)住宅用戶上網(wǎng)時(shí)的下載數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于上載數(shù)據(jù)量的特點(diǎn)。圖8-7ADSL接入網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ADSL技術(shù)ADSL是在現(xiàn)有雙絞線上傳送高速非對(duì)稱數(shù)字信號(hào)的一種新技術(shù)，只需在雙絞線兩側(cè)各裝一個(gè)ADSL收發(fā)機(jī)（一種專用的調(diào)制解調(diào)器，用戶端為ATU-R，即用戶端貓，局端為ATU-C，也稱為DSLAM，即局端貓），即可迅速提供高速數(shù)字通道。ADSL接入系統(tǒng)由局端設(shè)備和用戶端設(shè)備組成。用戶端設(shè)備包括用戶ADSLModem即ATU-R用戶端收發(fā)模塊和用戶端分離器，局端設(shè)備包括在中心機(jī)房的ADSLModem，即ATU-C局端收發(fā)模塊DSL接入多路復(fù)用器DSLAM和局端分離器。

ADSL技術(shù)1880年，貝爾發(fā)明光電話。1960年，梅曼發(fā)明第一臺(tái)紅寶石激光器。1966年，高錕博士提出SiO2光纖的可行性，被譽(yù)為“世界光纖之父”1970年，美國(guó)康寧公司研制出衰減為20dB／km的單模光纖。1976～1977年，光纖損耗降低到4dB/km，半導(dǎo)體激光器的壽命達(dá)到106小時(shí)，各種通信系統(tǒng)出現(xiàn)。1976年，美國(guó)在亞特蘭大（Atlanta）進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，信息速率為45Mbit/s，中繼距離為10km。1980年，140Mbit/s光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。1983年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長(zhǎng)途干線。

光纖通信發(fā)展由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。第一條橫跨太平洋海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。1990年，565Mbit/s的光纖通信系統(tǒng)進(jìn)入商用化階段，并開(kāi)始進(jìn)行波分復(fù)用（DWM）的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，陸續(xù)制定同步數(shù)字系列（SDH）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1993年，速率為622Mbit/s以下SDH產(chǎn)品開(kāi)始商用化。1995年，速率為2.5Gbit/s的SDH產(chǎn)品開(kāi)始商用化。1996年，10Gbit/s的SDH產(chǎn)品開(kāi)始商用化。1997年，用于波分復(fù)用技術(shù)的20Gbit/s和40Gbit/s的SDH產(chǎn)品試驗(yàn)取得重大突破。近年來(lái)，密集型波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)取得了較大的進(jìn)展，美國(guó)AT&T實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)已成功地研究了速率為Tbit/s數(shù)量級(jí)的傳輸系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展和IP技術(shù)的應(yīng)用，光傳輸逐漸從干線傳輸普及到城域網(wǎng)、接入網(wǎng)中，并廣泛應(yīng)用。

光纖通信發(fā)展數(shù)字光纖通信系統(tǒng)由光端機(jī)、光纜、中繼器和電端機(jī)組成。光端機(jī)包括光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)兩部分，光發(fā)送機(jī)實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換，光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換。電端機(jī)的作用是將低速支路電信號(hào)復(fù)用成高速信號(hào)，然后送往光端機(jī)中繼器用來(lái)對(duì)信號(hào)放大，增加光信號(hào)傳輸距離

光纖系統(tǒng)光接入網(wǎng)（OpticalAccessNetwork，OAN）就是在接入網(wǎng)中采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)的接入技術(shù)，泛指本地交換機(jī)或遠(yuǎn)端模塊與用戶之間采用光纖通信或部分采用光纖通信的系統(tǒng)。光接入網(wǎng)采用樹(shù)形拓?fù)?、點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、單纖雙向傳輸。光接入網(wǎng)OAN包含與同一光線路終端（OpticalLineTerminal，OLT）相連的多個(gè)光分配網(wǎng)（OpticalDistributionNetwork，ODN）和光網(wǎng)絡(luò)單元（OpticalNetworkUnit，ONU）。PON網(wǎng)絡(luò)的ODN是無(wú)源的，而AON的ODN是有源的。

光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)接入網(wǎng)中ODN是否含有源設(shè)備，OAN又可以劃分為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PassiveOpticalNetwork，PON）和有源光網(wǎng)絡(luò)（ActiveOpticalNetwork，AON）。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是指在OLT和ONU之間沒(méi)有任何有源的設(shè)備而只使用光纖等無(wú)源器件。有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）中，用有源設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如SDH環(huán)網(wǎng)）的光分配終端（Opticaldistributionterminal，ODT）代替無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的ODN，傳輸距離和容量大大增加

光接入網(wǎng)設(shè)備03PARTTHREE無(wú)線接入網(wǎng)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)豐富多樣，根據(jù)距離不同，可以組成無(wú)線個(gè)域網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)和無(wú)線廣域網(wǎng)。其中近距離的無(wú)線技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)最為活躍的部分，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)被稱作是互聯(lián)網(wǎng)的最后一公里，也稱為末梢網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)應(yīng)用的不同，其通信距離可能是幾厘米到幾百米之間，目前常用的技術(shù)主要有藍(lán)牙、ZigBee、UWB、WI-FI等。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)藍(lán)牙（Bluetooth）是一種短距離（一般10m內(nèi)）的無(wú)線通信技術(shù)。利用藍(lán)牙技術(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，以取代原來(lái)所需的有線電纜。圖8-23藍(lán)牙耳機(jī)和藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙技術(shù)1994年，瑞典愛(ài)立信公司移動(dòng)通信部在一項(xiàng)課題研究中，確定使用無(wú)線電射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話與周圍器件之間的低成本、低功耗的無(wú)線互連，并將互連的技術(shù)規(guī)范命名為藍(lán)牙（Bluetooth）。1998年2月，由世界上最有名的5個(gè)IT產(chǎn)業(yè)公司（愛(ài)立信、Intel、IBM、東芝、諾基亞）發(fā)起組建“藍(lán)牙特殊利益小組”（SpecialInterestGroup）SIG，小組的任務(wù)是制訂藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、如何測(cè)試藍(lán)牙產(chǎn)品、協(xié)調(diào)各國(guó)藍(lán)牙技術(shù)的使用頻段。SIG于1998年5月正式成立，1999年12月，又有4家公司（3Com、微軟、摩托羅拉和朗訊）加入SIG。通常把這9個(gè)公司稱為SIG的倡議者，后來(lái)加入的其它成員被稱為SIG的響應(yīng)者。

藍(lán)牙技術(shù)由來(lái)對(duì)藍(lán)牙芯片的基本要求有：（1）在10m范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信；（2）藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸速率有效值應(yīng)達(dá)到每條信道721k位/秒；（3）使用頻段2.4～2.4835GHZ；（4）要求成本低廉，價(jià)格與所取代的電纜線基本持平。近期藍(lán)牙的主要目標(biāo)是取代各種電纜連接，通過(guò)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線鏈路網(wǎng)將數(shù)字設(shè)備連成一個(gè)密不可分的整體，方便靈活、低成本、低功耗，像移動(dòng)通信那樣傳輸語(yǔ)音，像因特網(wǎng)那樣傳輸信息。長(zhǎng)遠(yuǎn)藍(lán)牙的主要目標(biāo)是占領(lǐng)家用和商用的近距離數(shù)據(jù)傳輸市場(chǎng)。

藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介

藍(lán)牙技術(shù)指標(biāo)

藍(lán)牙技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)的傳輸，其最高的通信速率為1Mb/s，采用時(shí)分方式的全雙工通信，通信距離為10m左右（如果配置功率放大器可以使通信距離達(dá)到100m），其特點(diǎn)為：

成本低功耗低、體積小近距離通信安全性藍(lán)牙技術(shù)主要特點(diǎn)藍(lán)牙無(wú)線接入技術(shù)具有規(guī)模小、成本低、短距離連接等特點(diǎn)，藍(lán)牙技術(shù)主要針對(duì)三大類的應(yīng)用：話音/數(shù)據(jù)接入、外圍設(shè)備互連和個(gè)人局域網(wǎng)。應(yīng)用的領(lǐng)域包括：血氧計(jì)、血壓計(jì)、體溫計(jì)、體重秤、血糖儀、心血管活動(dòng)監(jiān)控儀、便攜式心電圖儀等等，全球大約80%以上的手機(jī)都使用了藍(lán)牙技術(shù)，車載網(wǎng)的應(yīng)用、電玩、電腦、手表、運(yùn)動(dòng)及健體、保健、汽車工業(yè)、家居電器、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)化工業(yè)等等。藍(lán)牙技術(shù)主要應(yīng)用ZigBee譯為“紫蜂”，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)。ZigBee技術(shù)研究組織是ZigBee聯(lián)盟（ZigBeeAlliance），協(xié)議是IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的WPAN協(xié)議。

ZigBee技術(shù)ZigBee名稱的由來(lái)

源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式；蜜蜂通過(guò)跳Zig-Zag形狀的舞蹈來(lái)分享新發(fā)現(xiàn)的食物源位置、距離和方向等資訊。2001年

8月ZigBee聯(lián)盟成立2004年12月1.0標(biāo)準(zhǔn)敲定(ZigBee2004)2005年9月公布1.0標(biāo)準(zhǔn)并提供下載2006年12月進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂，推出1.1版(ZigBee2006)2007年

10月完成再次修訂(ZigBee2007/PRO)2000年

12月成立工作小組起IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)ZigBee形成與發(fā)展20～250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率。最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式,功耗低；ZigBee模塊的初始成本；協(xié)議簡(jiǎn)單，免專利費(fèi)。基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證,采用了AES-128的加密算法；采取了碰撞避免策略。響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms。傳輸速率低速度快、時(shí)延短網(wǎng)絡(luò)容量大安全、可靠低功耗、低成本特點(diǎn)ZigBee技術(shù)特點(diǎn)適用條件BECDA設(shè)備成本很低，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小

設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊沒(méi)有充足的電源支持，只能使用一次性電池頻繁地更換電池或者反復(fù)地充電無(wú)法做到或者很困難用于監(jiān)測(cè)或控制且通信覆蓋較大范圍的網(wǎng)絡(luò)ZigBee技術(shù)適用條件數(shù)字家庭工業(yè)領(lǐng)域精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域智能交通

ZigBee技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)路層應(yīng)用層IEEE802.15.4ZigBee聯(lián)盟

ZigBee協(xié)議棧ZigBee協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)

NB-IoT技術(shù)窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NarrowBandInternetofThings,NB-IoT）是IoT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。覆蓋范圍廣終端節(jié)點(diǎn)功耗低海量連接運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低

BN-IoT技術(shù)特點(diǎn)NB-IoT具備四大特點(diǎn)：一是廣覆蓋，將提供改進(jìn)的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力；二是具備支撐連接的能力，NB-IoT一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年；四是更低的模塊成本，企業(yè)預(yù)期的單個(gè)接連模塊不超過(guò)5美元。

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)智能秒表智能停車

共享單車

NB-IoT應(yīng)用智能畜牧業(yè)

LoRa（LongRangeRadio,遠(yuǎn)距離無(wú)線電）是一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸技術(shù)，是LPWAN（Low-PowerWide-AreaNetwork，低功率廣域網(wǎng)絡(luò)）通信技術(shù)中的一種，是SEMTECH公司創(chuàng)建的低功耗局域網(wǎng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。這一方案為用戶提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低功耗無(wú)線通信手段。它最大特點(diǎn)就是在同樣的功耗條件下比其他無(wú)線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無(wú)線射頻通信距離擴(kuò)大3-5倍。目前，LoRa主要在ISM頻段運(yùn)行，主要包括433、868、915MHz等。

LoRa技術(shù)傳輸距離：城鎮(zhèn)可達(dá)2-5Km，郊區(qū)可達(dá)15Km。工作頻率：ISM頻段包括433、868、915MHz等。標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.15.4g。調(diào)制方式：基于擴(kuò)頻技術(shù)，線性調(diào)制擴(kuò)頻（CSS）的一個(gè)變種，具有前向糾錯(cuò)（FEC）能力，SEMTECH公司私有專利技術(shù)。容量：一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可以連接上千上萬(wàn)個(gè)LoRa節(jié)點(diǎn)。電池壽命：長(zhǎng)達(dá)10年。安全：AES128加密。傳輸速率：幾百到幾十Kbps，速率越低傳輸距離越長(zhǎng)。LoRa技術(shù)特征

LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)“UWB”（ultrawideband）是超寬帶無(wú)線技術(shù)的縮寫(xiě)。UWB技術(shù)是一種使用1GHz以上帶寬的無(wú)線通信技術(shù)。雖然是無(wú)線通信，但其通信速度可以達(dá)到幾百M(fèi)bit/秒以上。

UWB超寬帶技術(shù)UWB的主要技術(shù)特點(diǎn)（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單（2）高速的數(shù)據(jù)傳輸（3）功耗低（4）安全性高（5）多徑分辨能力強(qiáng)（6）定位精確。（7）工程簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜UWB技術(shù)應(yīng)用按照通信距離分大體可以分為兩類：一類是短距離高速應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到數(shù)百兆比特每秒，主要是構(gòu)建短距離高速WPAN、家庭無(wú)線多媒體網(wǎng)絡(luò)以及替代高速率短程有線連接，如無(wú)線USB和DVD，其典型的通信距離是10m；另一類是中長(zhǎng)距離（幾十米以上）低速率應(yīng)用，通常數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbit/s，主要應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和低速率連接。同時(shí)，由于UWB技術(shù)可以利用低功耗、低復(fù)雜度的收發(fā)信機(jī)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，所以UWB技術(shù)在近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。它在非常寬的頻譜范圍內(nèi)采用低功率脈沖傳輸數(shù)據(jù)而不會(huì)對(duì)常規(guī)窄帶無(wú)線通信系統(tǒng)造成大的干擾，并可充分利用頻譜資源?；赨WB技術(shù)而構(gòu)建的高速率數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)有看廣泛的用途。

UWB應(yīng)用60GHz短距離無(wú)線通信技術(shù)是指通信載波為60GHz附近頻率的無(wú)線通信技術(shù)

60GHz屬于毫米波通信技術(shù)，面向PC、數(shù)字家電等應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備間數(shù)Gbit/s的超高速無(wú)線傳輸。毫米波與較低頻段的微波相比，特點(diǎn)是：①可利用的頻譜范圍寬，信息容量大。②易實(shí)現(xiàn)窄波束和高增益的天線，因而分辨率高，抗干擾性好。③穿透等離子體的能力強(qiáng)。④多普勒頻移大，測(cè)速靈敏度高。60GHz原始數(shù)據(jù)的最高速度達(dá)到25000Mbit/s，而802.11n標(biāo)準(zhǔn)和UWB只能分別實(shí)現(xiàn)600Mbit/s和480Mbit/s的傳輸速度。例如：用802.11n需要近一個(gè)小時(shí)才能傳完的DVD，用60GHz則只需要15s。由于60GHz的無(wú)線頻點(diǎn)處于大氣傳播中的衰減峰值，頻段不適合長(zhǎng)距離通信（大于2km）

60GHz通信無(wú)線局域網(wǎng)WLAN是利用無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速接入以太網(wǎng)的技術(shù)。IEEE802.11制定了無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。WiFi（WirelessFidelity）是IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，是一個(gè)名為“無(wú)線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA，又稱“WiFi聯(lián)盟”）的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語(yǔ)。WiFi聯(lián)盟（WiFiAlliance）旨在全球范圍內(nèi)推行WiFi產(chǎn)品的兼容認(rèn)證。由于WiFi產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，人們往往把WiFi與WLAN及IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)相混淆，將它們不加區(qū)分地等同起來(lái)。

WLAN技術(shù)概述IEEE802.11是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。共同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是確保不同廠商生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)互通與兼容的基礎(chǔ)，到目前為止，IEEE正式發(fā)布的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)共有IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)比較見(jiàn)表8-4。

標(biāo)準(zhǔn)提出工作頻段最大速率覆蓋范圍IEEE802.111997年2.4GHz2Mbps100米IEEE802.11b1999年2.4GHz11Mbps80至100米IEEE802.11a1999年5GHz54Mbps30米IEEE802.11g2003年2.4GHz108Mbps室內(nèi)150米，室外500米IEEE802.11n2004年2.4GHz和5GHz600Mbps幾公里表8-4IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)比較

WLAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)WLAN網(wǎng)絡(luò)由無(wú)線接入點(diǎn)（AccessPoint，AP）、無(wú)線工作站（STA）和空中端口組成。AP是WLAN的核心設(shè)備，是一種配備有WLAN適配器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備STA是WLAN的用戶設(shè)備，是一種配備有WLAN適配器的終端設(shè)備空中端口是WLAN設(shè)備的信道，可以支持單個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。WLAN網(wǎng)絡(luò)組成WLAN基本組成常見(jiàn)WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，一般有一個(gè)無(wú)線站點(diǎn)充當(dāng)中心站，所有站點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)均由其控制。WLAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

WLAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?4PARTFOUR移動(dòng)通信技術(shù)1896年，伽利爾摩和波波夫幾乎同時(shí)實(shí)現(xiàn)了人類首次無(wú)線電電報(bào)通信。

1906年，美國(guó)匹茲堡大學(xué)教授費(fèi)森登通過(guò)馬薩諸塞州一座128米高的無(wú)線電塔成功地進(jìn)行了人類歷史上第一次正式無(wú)線電廣播。

移動(dòng)通信技術(shù)導(dǎo)入

移動(dòng)通信(MobileCommunication)，是指通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候進(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)通信技術(shù)概述移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)移動(dòng)通信技術(shù)具有代際演進(jìn)的規(guī)律

--全球移動(dòng)通信經(jīng)過(guò)1G、2G、3G、4G和5G五個(gè)發(fā)展階段，正從5G向6G演進(jìn)

--當(dāng)前各國(guó)正在積極推進(jìn)5G技術(shù)應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)為5G發(fā)展提供廣闊發(fā)展空間1G2G3G4G1980s1990s2000s2010短信社交應(yīng)用在線、互動(dòng)、游戲語(yǔ)音5G虛擬現(xiàn)實(shí)、“零”時(shí)延感知2020有好強(qiáng)爽悅移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心(MSC)移動(dòng)臺(tái)(MS)基站(BS)中繼傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)移動(dòng)通信系統(tǒng)組成用戶的移動(dòng)性。電波傳播條件復(fù)雜。噪聲和干擾嚴(yán)重。系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。要求頻帶利用率高、設(shè)備性能好。移動(dòng)通信的特點(diǎn)移動(dòng)通信網(wǎng)的覆蓋方式包括大區(qū)制和小區(qū)制。移動(dòng)通信網(wǎng)的用戶多址方式分為：頻分多路訪問(wèn)、時(shí)分多路訪問(wèn)、空分多址、碼分多路訪問(wèn)。

移動(dòng)通信網(wǎng)中的基本技術(shù)模擬制式的移動(dòng)通信系統(tǒng)1G代表：美國(guó)的AMPS、英國(guó)的TACS等。FirstPortable

CellularPhone

DynaTAC1983第一代移動(dòng)通信主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多路訪問(wèn)（FDMA）技術(shù)。第一代移動(dòng)通信有很多不足之處，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和自動(dòng)漫游等。第一代移動(dòng)通信包括語(yǔ)音在內(nèi)的全數(shù)字化系統(tǒng)代表：泛歐的GSM、美國(guó)的DAMPS、IS-95CDMA2G

我國(guó)從1995年開(kāi)始建設(shè)GSM網(wǎng)絡(luò)，到2000年3月全國(guó)GSM用戶數(shù)已突破5000萬(wàn)，并實(shí)現(xiàn)了與近60個(gè)國(guó)家的國(guó)際漫游業(yè)務(wù)。2005年發(fā)展到近2.8億用戶，并超過(guò)固定電話用戶數(shù)，成為世界上最大的移動(dòng)經(jīng)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)。第二代移動(dòng)通信與第一代模擬蜂窩移動(dòng)通信相比，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供了更高的網(wǎng)絡(luò)容量，改善了話音質(zhì)量和保密性，并為用戶提供無(wú)縫的國(guó)際漫游。具有保密性強(qiáng)、頻譜利用率高、能提供豐富的業(yè)務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點(diǎn)。在2G基礎(chǔ)上提供增強(qiáng)業(yè)務(wù)，如WAP代表：GPRS(GSM向WCDMA過(guò)渡)、EDGE2004V32.5G第二代移動(dòng)通信GPRSGPRS屬于第二代移動(dòng)通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封?Packet)式來(lái)傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kb/s。移動(dòng)多媒體通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：基于GSM的WCDMA基于IS-95CDMA的CDMA2000

TD-SCDMA（我國(guó)提出的標(biāo)準(zhǔn)）提供的業(yè)務(wù)包括語(yǔ)音、傳真、數(shù)據(jù)、多媒體娛樂(lè)和全球無(wú)縫漫游等2009CLIQ3G第三代移動(dòng)通信3G通信業(yè)務(wù)應(yīng)用主要表現(xiàn)：（1）高級(jí)話音業(yè)務(wù)、（2）移動(dòng)接入互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、（3）定位業(yè)務(wù)、（4）監(jiān)測(cè)和控制業(yè)務(wù)、（5）移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)、（6）金融證券業(yè)務(wù)、（7）電視媒體廣播業(yè)務(wù)、（8）視頻社區(qū)業(yè)務(wù)。真正意義上的高速移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：FDD-LTE，TD-LTE4G第四代移動(dòng)通信4G的優(yōu)勢(shì)極強(qiáng)的信號(hào)傳播能力；極快的傳輸速度；極高的智能化水平；極靈活的通信方式；更好的兼容性、提供增值服務(wù)、高質(zhì)量通信、頻率效率高等。4G是第四代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像且圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)。4G之后的延伸，具有高速率、低延時(shí)和大連接特點(diǎn)5G第五代移動(dòng)通信5G通訊設(shè)施是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，也是繼2G、3G和4G之后的延伸。5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。5G網(wǎng)絡(luò)主要有三大特點(diǎn)：極高的速率，極大的容量，極低的時(shí)延。相對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率提升10～100倍，峰值傳輸速率達(dá)到10Gbit/s，端到端時(shí)延達(dá)到毫秒級(jí)，連接設(shè)備密度增加10～100倍，流量密度提升1000倍，頻譜效率提升5～10倍，能夠在500km/h的速度下保證用戶體驗(yàn)。如果說(shuō)前四代移動(dòng)通信的發(fā)展都是為了解決“人與人之間的連接”那么，5G就是為了解決“人與人、人與物、物與物之間的連接”，這正是萬(wàn)物互聯(lián)的核心要義。

5G的特點(diǎn)5G典型業(yè)務(wù)視頻會(huì)話視頻播放移動(dòng)在線游戲增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)云桌面實(shí)時(shí)視頻分享無(wú)線數(shù)據(jù)下載云存儲(chǔ)高清圖片上傳智能家居控制OTT消息視頻監(jiān)控車聯(lián)網(wǎng)安全駕駛05PARTFIVE量子通信量子通信導(dǎo)入

2016年8月16日1時(shí)40分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征二號(hào)”運(yùn)載火箭成功將世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空。中國(guó)量子衛(wèi)星科學(xué)實(shí)驗(yàn)取得重大突破。量子是物理世界里最小的、不可分割的基本單元，是能量的最基本攜帶者。它是光子、質(zhì)子、中子、電子、介子等基本粒子的統(tǒng)稱。

量子通信（QuantumTeleportation）是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式。

量子通信是20世紀(jì)80年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。

PS：量子糾纏是指兩（多）個(gè)量子級(jí)別的粒子，當(dāng)其中一顆被操作而狀態(tài)發(fā)生變化，另一顆也會(huì)即刻發(fā)生相應(yīng)的狀態(tài)變化，盡管距離極其遙遠(yuǎn)。（即兩個(gè)或多個(gè)量子系統(tǒng)之間的非定域非經(jīng)典的關(guān)聯(lián)）量子通信概念量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等，21世紀(jì)初，這門學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展。1982年，法國(guó)物理學(xué)家艾倫·愛(ài)斯派克特和他的小組成功地完成了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了微觀粒子“量子糾纏”的現(xiàn)象確實(shí)存在。在量子糾纏理論的基礎(chǔ)上，1993年，美國(guó)科學(xué)C.H.Bennett提出了量子通信（QuantumTeleportation）的概念。1993年，在貝內(nèi)特提出量子通信概念以后，6位來(lái)自不同國(guó)家的科學(xué)家，基于量子糾纏理論，提出了利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)量子隱形傳送的方案。從此量子通信發(fā)展起來(lái)了

量子通信的起源量子隱形傳送的方案將某個(gè)粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個(gè)地方，把另一個(gè)粒子制備到該量子態(tài)上，而原來(lái)的粒子仍留在原處?；舅枷耄簩⒃锏男畔⒎殖山?jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別經(jīng)由經(jīng)典通道和量子通道傳送給接收者。經(jīng)典信息:發(fā)送者對(duì)原物進(jìn)行某種測(cè)量而獲得的。量子信息:發(fā)送者在測(cè)量中未提取的其余信息。

量子隱形傳送方案中科大量子領(lǐng)頭人潘建偉3.2010年，中國(guó)科技大學(xué)和清華大學(xué)的自由空間量子通信實(shí)驗(yàn)將通信距離從數(shù)百米記錄一步跨越到16公里。4.2012年，中國(guó)科技大學(xué)的研究人員再次創(chuàng)造了新紀(jì)錄，將通信距離擴(kuò)大到了97公里，橫跨中國(guó)的一個(gè)湖泊。2.中科大潘建偉教授及其同事，首次實(shí)現(xiàn)了具有存儲(chǔ)和讀出功能的糾纏交換，實(shí)現(xiàn)了“量子中繼器”，向量子通信網(wǎng)絡(luò)的最終實(shí)現(xiàn)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。1.1997年潘建偉與荷蘭學(xué)者波密斯特等人首次實(shí)現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸。

量子通信中國(guó)貢獻(xiàn)6.2016年2月19日，科技部公布的第一批國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目中，量子通信、納米科技等9大專項(xiàng)入選。5.合肥量子通信網(wǎng)建成使用2010年7月啟動(dòng)建設(shè)2012年3月29日通過(guò)驗(yàn)收30日正式投入使用標(biāo)志著我國(guó)繼量子信息基礎(chǔ)研究躋身全球一流水平后，在量子信息先期產(chǎn)業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)中也邁出了重要一步。05量子通信中國(guó)貢獻(xiàn)(二)1993年，英國(guó)國(guó)防部研究局實(shí)現(xiàn)了在光纖中利用BB84協(xié)議進(jìn)行了10km距離上的量