《物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論》課件第五章

目錄5.25.35.55.1現(xiàn)代通信技術(shù)概述藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)WI-FI技術(shù)

NB-IoT技術(shù)5.4AdHoc網(wǎng)5.6UWB技術(shù)介紹5.7移動(dòng)通信技術(shù)5.1現(xiàn)代通信技術(shù)概述5.1.1通信技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展

所謂通信就是人與人相互交流溝通的方式或者方法。無(wú)論是電話還是網(wǎng)絡(luò)，解決的都是最基本的問(wèn)題，就是人與人之間的溝通。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，通信在遠(yuǎn)古時(shí)代就已存在，人與人之間的對(duì)話是通信，用手勢(shì)表達(dá)情緒也算是通信。現(xiàn)代的通信一般是指電信，國(guó)際上稱為遠(yuǎn)程通信。隨著科技的不斷發(fā)展，人與人的溝通變得更為便捷高效。通信技術(shù)和通信產(chǎn)業(yè)是20世紀(jì)80年代以來(lái)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，是人類進(jìn)入信息社會(huì)的重要標(biāo)志之一。5.1.1通信技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展通信技術(shù)發(fā)展階段

第一階段是語(yǔ)言和文字通信階段。在這一階段，通信方式比較簡(jiǎn)單，內(nèi)容單一。第二階段是電通信階段。1837年，莫爾斯發(fā)明電報(bào)機(jī)，并設(shè)計(jì)莫爾斯電報(bào)碼。1876年，貝爾發(fā)明電話機(jī)。這樣，利用電磁波不僅可以傳輸文字，還可以傳輸語(yǔ)音，由此大大加快了通信的發(fā)展進(jìn)程。1895年，馬可尼發(fā)明無(wú)線電設(shè)備，從而開(kāi)創(chuàng)了無(wú)線電通信發(fā)展的道路。第三階段是電子信息通信階段。從總體上看，通信技術(shù)實(shí)際上就是通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)的技術(shù)。通信系統(tǒng)是指點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信所需的全部設(shè)施，而通信網(wǎng)是由許多通信系統(tǒng)組成的多點(diǎn)之間能相互通信的全部設(shè)備。5.1.1通信技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)代通信技術(shù)

現(xiàn)代的通信技術(shù)主要有數(shù)字通信技術(shù)、程控交換技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)網(wǎng)等等。其中最重要的是前三種技術(shù)。（1）數(shù)字通信技術(shù)數(shù)字通信技術(shù)是通過(guò)信源發(fā)出的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字終端的信源編碼成為數(shù)字信號(hào)，終端發(fā)出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)信道編碼變成適合與信道傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，然后由調(diào)制解調(diào)器把信號(hào)調(diào)制到系統(tǒng)所使用的數(shù)字信道上，在傳輸?shù)搅硪欢耍?jīng)過(guò)相反的變換最終傳送到信宿。其優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，便于存儲(chǔ)、處理和交換等特點(diǎn)，已經(jīng)成為現(xiàn)代通信網(wǎng)中的最主要的通信技術(shù)基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信網(wǎng)的各種通信系統(tǒng)。5.1.1通信技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展（2）程控交換技術(shù)程控交換技術(shù)是指人們用專門的電子計(jì)算機(jī)根據(jù)需要把預(yù)先編好的程序存入計(jì)算機(jī)后完成通信中的各種交換。程控?cái)?shù)字交換機(jī)處理速度快，體積小，容量大，靈活性強(qiáng)，服務(wù)功能多，便于改變交換機(jī)功能，便于建設(shè)智能網(wǎng)，向用戶提供更多，更方便的電話服務(wù)。隨著電信業(yè)務(wù)從以話音為主向以數(shù)據(jù)為主轉(zhuǎn)移，交換技術(shù)也相應(yīng)地從傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)逐步轉(zhuǎn)向基于分組的數(shù)據(jù)交換和寬帶交換，以適應(yīng)下一代網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)。5.1.1通信技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展（3）信息傳輸技術(shù)信息傳輸技術(shù)主要包括光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信以及圖像通信。光纖是以光波為載頻，以光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。

其主要特點(diǎn)是頻帶寬，比常用微波頻率高，損耗低，中繼距離長(zhǎng)，具有抗電磁干擾能力，線經(jīng)細(xì)，重量輕，耐腐蝕，不怕高溫等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字微波中繼通信，是指利用波長(zhǎng)為1m~1mm范圍內(nèi)的電磁波通過(guò)中繼站傳輸信號(hào)的通信方式。

其主要特點(diǎn)為信號(hào)可以“再生”，便于數(shù)字程控交換機(jī)的連接，便于采用大規(guī)模集成電路，保密性好，數(shù)字微波系統(tǒng)占用頻帶較寬等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字微波通信與光纖通信，衛(wèi)星通信一起被國(guó)際公認(rèn)為最有發(fā)展前途的三大傳輸手段。5.1.1通信技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展衛(wèi)星通信是利用地球衛(wèi)星作中繼站而進(jìn)行的通信。其主要特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，投資費(fèi)用和通信距離無(wú)關(guān)，工作頻帶寬，通信容量大，適用于多種業(yè)務(wù)的傳輸；通信線路穩(wěn)定可靠；通信質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。在通信領(lǐng)域，信息一般可以分為話音，數(shù)據(jù)和圖像三大類型。數(shù)據(jù)是具有某種含義的數(shù)字信號(hào)的組合，數(shù)據(jù)通信就是將這樣的數(shù)據(jù)信號(hào)夾道數(shù)據(jù)傳輸信道上傳輸，到達(dá)接收地點(diǎn)后再正確地恢復(fù)出原始發(fā)送的數(shù)據(jù)信息的一種通信方式。

而數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是一個(gè)由分布在各地?cái)?shù)據(jù)終端設(shè)備，數(shù)據(jù)交換設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸鏈路所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，在通信協(xié)議的支持下完成數(shù)據(jù)終端之間的數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)交換。5.1.1通信技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)據(jù)網(wǎng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與近代通信技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的產(chǎn)物，它是信息采集，傳送，存儲(chǔ)及處理融為一體，并朝著更高級(jí)的綜合體發(fā)展。

縱觀通信技術(shù)的發(fā)展，雖然只有短短的一百多年的歷史，卻發(fā)生了翻天覆地的變化.

由當(dāng)初的人工轉(zhuǎn)接到后來(lái)的電路轉(zhuǎn)接、程控交換，分組交換，還有可以作為未來(lái)分組化核心網(wǎng)用的ATM交換機(jī)，IP路由器；由單一的固定電話到衛(wèi)星電話，移動(dòng)電話，IP電話等等。第四代通信技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)已經(jīng)逐漸步入信息化的社會(huì)。5.1.2短距離通信介紹在物聯(lián)網(wǎng)中比較常用的無(wú)線短距離通信技術(shù)主要有以下幾種：華為Hilink協(xié)議WiFi(IEEE802.11協(xié)議)Mesh藍(lán)牙ZigBeeThreadZ-WaveNFCUWBLiFi簡(jiǎn)單介紹如下。5.1.2短距離通信介紹華為Hilink協(xié)議

在2015年12月，華為推出了自主研發(fā)的智能家居“三件套”—Hilink協(xié)議、Huawei-LiteOS系統(tǒng)以及IOT芯片。Hilink協(xié)議被譽(yù)為是智能設(shè)備之間的“普通話”，它能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備并一鍵連接，同時(shí)兼容ZigBee、WiFi以及藍(lán)牙等協(xié)議。

華為HiLink協(xié)議不依賴于Huawei-LiteOS。但進(jìn)入這個(gè)方案最主要的標(biāo)識(shí)是用華為HiLink協(xié)議。這也是實(shí)現(xiàn)智能家居生態(tài)系統(tǒng)最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，只有遵守統(tǒng)一的協(xié)議才能實(shí)現(xiàn)不同硬件設(shè)備之間的互聯(lián)互通。5.1.2短距離通信介紹WiFi/IEEE802.11協(xié)議WiFi，全稱Wireless-Fidelity，無(wú)線保真，是無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。從1999年推出以來(lái)一直是我們生活中較常用的訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的方式之一。通常WiFi技術(shù)使用2.4GHz和5GHz頻段，通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)外接一個(gè)無(wú)線路由器，就可以把有線信號(hào)轉(zhuǎn)換成WiFi信號(hào)。WiFi標(biāo)準(zhǔn)有802.11a、802.11b、802.11g、802.11n等。5.1.2短距離通信介紹Mesh/IEEE802.11s協(xié)議

無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)，它利用多跳無(wú)線網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為移動(dòng)用戶提供寬帶接入。與WLAN相比，各網(wǎng)絡(luò)終端之間可以對(duì)等的進(jìn)行直接通信，不再需要經(jīng)過(guò)無(wú)線訪問(wèn)接入點(diǎn)（AP）轉(zhuǎn)發(fā)，且覆蓋范圍更大。Mesh網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)部署快，無(wú)需復(fù)雜配置；網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，任意節(jié)點(diǎn)壞了，不影響其他設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大，可以和多種寬帶無(wú)線接入技術(shù)（如WLAN、WiMAX、UWB、3G等）相結(jié)合組成更大的多跳網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。Mesh網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)是具有一定的延遲性，不適于實(shí)時(shí)監(jiān)控的應(yīng)用領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)容量有限。5.1.2短距離通信介紹Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示。5.1.2短距離通信介紹藍(lán)牙/IEEE802.15.1協(xié)議

藍(lán)牙技術(shù)最早始于1994，由瑞典愛(ài)立信公司研發(fā)。采用調(diào)頻技術(shù)，通信頻段為2.402GHz-2.480GHz。截止目前為止已經(jīng)更新了十多個(gè)個(gè)版本，通信半徑從幾米延伸到幾百米，藍(lán)牙5.0版有效工作距離可達(dá)300米，是之前4.2LE版的4倍。藍(lán)牙技術(shù)被廣泛的使用在手機(jī)、PC、GPS設(shè)備以及大量的無(wú)線外圍設(shè)備。5.1.2短距離通信介紹ZigBee/IEEE802.15.4協(xié)議ZigBee被正式提出來(lái)是在2003年，它的出現(xiàn)是為了彌補(bǔ)藍(lán)牙技術(shù)的高復(fù)雜、功耗大、距離近、組網(wǎng)規(guī)模太小等缺點(diǎn)。ZigBee采用自組網(wǎng)的方式進(jìn)行通信，也是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)最為著名的無(wú)線通信協(xié)議。

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)某個(gè)傳感器的信息從某條通信路徑無(wú)法順暢的傳遞出去時(shí)，動(dòng)態(tài)路由器會(huì)迅速的找出另外一條近距離的信道傳輸數(shù)據(jù)，從而保證了信息的可靠傳遞。ZigBee技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是安全性高，功耗低，組網(wǎng)能力強(qiáng)，容量大，電池壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是成本高，抗干擾性差，ZigBee協(xié)議沒(méi)有開(kāi)源，通信距離短。5.1.2短距離通信介紹Thread/IEEE

802.15.4協(xié)議Thread是建立在IPv6的基礎(chǔ)之上的一個(gè)協(xié)議，無(wú)論在傳輸安全，還是系統(tǒng)可靠性上都做了優(yōu)化。它既可以承載企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)盟AllSeen，也可以支持蘋(píng)果的Homekit智能家居平臺(tái)，谷歌旗下的Nest將Thread定為家庭物聯(lián)網(wǎng)的唯一通訊協(xié)定，隨后Nest發(fā)起產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，聯(lián)盟成員共同推廣Thread協(xié)議，Thread短距離通信上也可以應(yīng)用。5.1.2短距離通信介紹Z-Wave協(xié)議Z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠的一門技術(shù)。適用于短距離窄帶寬的應(yīng)用場(chǎng)合。Z-Wave專注于家庭自動(dòng)化，在歐美國(guó)家比較流行。Z-Wave優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低速率，低功耗，低成本，相比于ZigBee傳輸距離較遠(yuǎn)，可靠性較高。缺點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)不開(kāi)放，芯片只能通過(guò)SigmaDesigns這一唯一來(lái)源獲取。5.1.2短距離通信介紹NFCNFC是2002年飛利浦半導(dǎo)體、諾基亞和索尼共同研發(fā)。致力于短距離通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和推廣，該技術(shù)由RFID及互連技術(shù)整合演變而來(lái)，NFC是一種短距高頻的無(wú)線電技術(shù)，工作頻率在13.56MHz，20cm距離內(nèi)。其傳輸速度有106Kb/s、212Kb/s或者424Kb/s三種。通過(guò)卡、讀卡器以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)三種業(yè)務(wù)模式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與交換。NFC與藍(lán)牙技術(shù)功能類似，但傳輸速率和傳輸距離沒(méi)有藍(lán)牙快和遠(yuǎn)，同時(shí)功耗和成本都較低，但是保密性好。5.1.2短距離通信介紹UWB超寬帶（UWB）是一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，能在10m左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)b/s至數(shù)Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。UWB具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢(shì)。

其主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無(wú)線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無(wú)繩電話、安全檢測(cè)、位置測(cè)定、雷達(dá)等領(lǐng)域。5.1.2短距離通信介紹LiFi光保真技術(shù)（LiFi）是一種利用可見(jiàn)光波譜（如燈泡發(fā)出的光）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜聼o(wú)線傳輸技術(shù)，由英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)HaraldHass教授發(fā)明。LiFi相當(dāng)于Wi-Fi的可見(jiàn)光無(wú)線通信（VLC）技術(shù)，利用發(fā)光二極管燈泡的光波傳輸數(shù)據(jù)，可同時(shí)提供照明與無(wú)線聯(lián)網(wǎng)，且不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，有助緩解網(wǎng)絡(luò)流量爆增的問(wèn)題。5.2藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)5.2.1藍(lán)牙技術(shù)的產(chǎn)生藍(lán)牙的創(chuàng)始人是瑞典愛(ài)立信公司，愛(ài)立信公司早在1994年就開(kāi)始進(jìn)行研發(fā)。1997年愛(ài)立信與其他硬件設(shè)備生產(chǎn)商聯(lián)系，激發(fā)了他們對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的濃厚興趣。1998年5月，五個(gè)跨國(guó)大公司，包括愛(ài)立信、諾基亞、IBM、東芝和英特爾經(jīng)過(guò)磋商，聯(lián)合成立了藍(lán)牙技術(shù)共同利益集團(tuán)（SIG），目的是加速其開(kāi)發(fā)、推廣和應(yīng)用。到了2008年，加盟藍(lán)牙SIG的公司已達(dá)到9000多個(gè)，其中包括許多世界最著名的計(jì)算機(jī)、通信以及電子消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域的企業(yè)。5.2.2藍(lán)牙技術(shù)原理組成藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信的無(wú)線電技術(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)線數(shù)據(jù)通信。

藍(lán)牙技術(shù)能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的連結(jié)，也能夠簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，讓數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，還為無(wú)線通信開(kāi)拓了新的道路。5.2.2藍(lán)牙技術(shù)原理組成藍(lán)牙技術(shù)原理藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范，它以低成本的短距離無(wú)線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)便捷連接。

其采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信方式，藍(lán)牙技術(shù)采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸，使用IEEE802.15協(xié)議。藍(lán)牙特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定，防止其他頻段干擾。優(yōu)點(diǎn)：與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙比其它系統(tǒng)都更加穩(wěn)定。5.2.2藍(lán)牙技術(shù)原理組成藍(lán)牙系統(tǒng)組成藍(lán)牙系統(tǒng)一般由以下4個(gè)功能單元組成：天線單元；鏈路控制（硬件）單元；鏈路管理（軟件）單元；藍(lán)牙軟件（協(xié)議）單元，其組成如下圖所示。5.2.2藍(lán)牙技術(shù)原理組成（1）天線單元藍(lán)牙的天線部分體積十分小巧、重量輕，因此，藍(lán)牙天線屬于微帶天線。

藍(lán)牙空中接口是建立在天線電平為0dBm的基礎(chǔ)上的?？罩薪涌谧裱绹?guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）有關(guān)電平為0dBm的ISM頻段的標(biāo)準(zhǔn)。如果全電平達(dá)到100mW以上，可以使用擴(kuò)展頻譜功能來(lái)增加一些補(bǔ)充業(yè)務(wù)。（2）鏈路控制、管理單元鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。LM能夠發(fā)現(xiàn)其它遠(yuǎn)端LM并通過(guò)鍵路管理協(xié)議與之通信。LM模塊提供如下服務(wù)：發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；請(qǐng)求名稱；鏈路地址查詢；建立連接；鑒權(quán)；鏈路模式協(xié)商和建立；決定幀的類型；將設(shè)備設(shè)為Sniff模式；將設(shè)備設(shè)為Hold模式。5.2.2藍(lán)牙技術(shù)原理組成（3）軟件（協(xié)議）單元藍(lán)牙設(shè)備支持一些基本互操作特性要求。藍(lán)牙設(shè)備必須能夠彼此識(shí)別并裝載與之相應(yīng)的軟件以支持設(shè)備更高層次的性能。藍(lán)牙對(duì)不同級(jí)別的設(shè)備有不同的要求，我們無(wú)法期望一個(gè)藍(lán)牙耳機(jī)提供地址簿。但是移動(dòng)電話、手持機(jī)、筆記本電腦就需要有更多的功能特性。通常藍(lán)牙軟件（協(xié)議）結(jié)構(gòu)需有如下功能：設(shè)置及故障診斷工具；能自動(dòng)識(shí)別其它設(shè)備；取代電纜連接；與外設(shè)通信；音頻通信與呼叫控制；商用卡的交易與號(hào)簿網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。5.2.2藍(lán)牙技術(shù)原理組成藍(lán)牙的連接類型和數(shù)據(jù)包類型連接類型定義了哪種類型的數(shù)據(jù)包能在特別連接中使用。

藍(lán)牙基帶技術(shù)支持兩種連接類型：同步定向連接（SCO）類型，主要用于傳送語(yǔ)音；異步無(wú)連接（ACL）類型，主要用于傳送數(shù)據(jù)包。SCO是點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，主節(jié)點(diǎn)在周期性的保留時(shí)隙上維持SCO；ACL是點(diǎn)到多點(diǎn)鏈路。主節(jié)點(diǎn)可以利用SCO占用的時(shí)隙建立ACL鏈路，從節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)參與SCO和ACL。當(dāng)用藍(lán)牙技術(shù)把一定范圍內(nèi)裝有藍(lán)牙單元的各種設(shè)備組合成微型網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)中不同的主從對(duì)可以使用不同的連接類型，而且在一個(gè)階段內(nèi)還可以任意改變連接類型。每個(gè)連接類型最多可以支持16種不同類型的數(shù)據(jù)包。5.2.2藍(lán)牙技術(shù)原理組成藍(lán)牙技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)（1）藍(lán)牙3.0技術(shù)規(guī)范Bluetooth2.0+EDR標(biāo)準(zhǔn)BluetoothCoreSpecificationVersion3.0HighSpeed”（藍(lán)牙核心規(guī)范3.0版高速）集成了“802.11PAL”（協(xié)議適應(yīng)層）（2）藍(lán)牙4.0技術(shù)規(guī)范藍(lán)牙4.0包含三個(gè)子規(guī)范，即傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)、高速藍(lán)牙和新的藍(lán)牙低功耗技術(shù)。藍(lán)牙4.0的改進(jìn)之處主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，電池續(xù)航時(shí)間、節(jié)能和設(shè)備種類上。此外，藍(lán)牙4.0的有效傳輸距離也有所提升。5.2.2藍(lán)牙技術(shù)原理組成（3）藍(lán)牙5.0技術(shù)規(guī)范藍(lán)牙5.0針對(duì)低功耗設(shè)備在速度方面有了明顯的提升和優(yōu)化，提升了定位精度，也提高了傳輸速度。藍(lán)牙5.1版提供了新的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)提出了具有一米以下定位精確度、GATT緩存、隨機(jī)廣告和定期廣告同步的功能。藍(lán)牙5.2版新增的功能包括：LE同步信道，增強(qiáng)版屬性協(xié)議及LE功率控制。5.2.2藍(lán)牙技術(shù)原理組成藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用近年來(lái)Bluetooth技術(shù)得到了空前廣泛的應(yīng)用，集成該技術(shù)的產(chǎn)品從手機(jī)、汽車到醫(yī)療設(shè)備，使用該技術(shù)的用戶從消費(fèi)者、工業(yè)市場(chǎng)到企業(yè)等。

低功耗，小體積以及低成本的芯片解決方案使得Bluetooth技術(shù)甚至可以應(yīng)用于極微小的設(shè)備中。它不要求固定的基礎(chǔ)設(shè)施，且易于安裝和設(shè)置。Bluetooth設(shè)備用戶可以在10米以內(nèi)無(wú)線控制存儲(chǔ)在PC或AppleiPod上的音頻文件。Bluetooth技術(shù)還可以用在適配器中，允許人們從相機(jī)、手機(jī)、移動(dòng)計(jì)算機(jī)向電視發(fā)送照片以與朋友共享。5.3WI-FI技術(shù)5.3.1WI-FI技術(shù)的產(chǎn)生Wi-Fi是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)稱，它可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備等終端以無(wú)線方式互相連接起來(lái)進(jìn)行通信。Wi-Fi聯(lián)盟成立于1999年，Wi-Fi是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，由Wi-Fi聯(lián)盟所持有，目的是改善基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。一般人們會(huì)把Wi-Fi及IEEE802.11等同于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

通俗地說(shuō)Wi-Fi就是一種無(wú)線聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，它是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百米范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無(wú)線電信號(hào)。5.3.2WI-FI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范Wi-Fi實(shí)際上是無(wú)線局域網(wǎng)聯(lián)盟的一個(gè)商標(biāo)，但是后來(lái)人們逐漸習(xí)慣用Wi-Fi來(lái)稱呼802.11b協(xié)議。它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高，另外它的有效距離也很長(zhǎng)，同時(shí)也與已有的各種802.11DSSS設(shè)備兼容。1997年，IEEE802.11第一個(gè)版本發(fā)表了，其中定義了介質(zhì)訪問(wèn)接入控制層（MAC層）和物理層。1999年加上了兩個(gè)補(bǔ)充版本：802.11a和802.11b。

Wi-Fi主要特性為：速度快，可靠性高，在開(kāi)放性區(qū)域，通訊距離可達(dá)305米，在封閉性區(qū)域，通訊距離為76米到122米，方便與現(xiàn)有的以太網(wǎng)絡(luò)整合，使得組網(wǎng)的成本更低、更方便。5.3.3WI-FI技術(shù)應(yīng)用范圍Wi-Fi的覆蓋范圍則可達(dá)100米，因此Wi-Fi一直是企業(yè)實(shí)現(xiàn)自己無(wú)線局域網(wǎng)所青睞的技術(shù)。Wi-Fi帶來(lái)的高速無(wú)線上網(wǎng)將像今天人們使用手機(jī)一樣普及。各廠商目前都積極將該技術(shù)應(yīng)用于從掌上電腦到桌面計(jì)算機(jī)的各種設(shè)備中。由于Wi-Fi的頻段在世界范圍內(nèi)是無(wú)需任何電信運(yùn)營(yíng)執(zhí)照的免費(fèi)頻段，因此WLAN無(wú)線設(shè)備提供了一個(gè)世界范圍內(nèi)可以使用的，費(fèi)用極其低廉且數(shù)據(jù)帶寬極高的無(wú)線空中接口。用戶可以在Wi-Fi覆蓋區(qū)域內(nèi)快速瀏覽網(wǎng)頁(yè)，隨時(shí)隨地接聽(tīng)撥打電話，有了Wi-Fi功能人們打長(zhǎng)途電話、瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收發(fā)電子郵件、音樂(lè)下載、數(shù)碼照片傳遞等，再無(wú)需擔(dān)心速度慢和花費(fèi)高的問(wèn)題。5.4NB-IoT技術(shù)5.4NB-IoT技術(shù)

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）是萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要分支。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)。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支持待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。由于NB-IoT自身具備的低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優(yōu)勢(shì)，使其可以廣泛應(yīng)用于多種垂直行業(yè)，如遠(yuǎn)程抄表、資產(chǎn)跟蹤、智能停車、智慧農(nóng)業(yè)等。5.4NB-IoT技術(shù)NB-IoT具有以下特點(diǎn)。（1）廣覆蓋NB-IoT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)提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力。（2）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)。（3）更低功耗NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年。（4）更低的模塊成本5.5AdHoc網(wǎng)5.5AdHoc技術(shù)

AdHoc結(jié)構(gòu)是一種省去了無(wú)線中介設(shè)備AP而搭建起來(lái)的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只要安裝了無(wú)線網(wǎng)卡，計(jì)算機(jī)彼此之間即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線互聯(lián)。

基本原理：網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)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(guò)這個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與共享。特點(diǎn)：無(wú)需常規(guī)的基礎(chǔ)設(shè)施的支持，組網(wǎng)靈活方便，這種技術(shù)拓寬了移動(dòng)通信的應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。5.5.1AdHoc網(wǎng)絡(luò)介紹

AdHoc源于拉丁語(yǔ)，是一種“特別的”意思，即Adhoc網(wǎng)絡(luò)是一種有特殊用途的網(wǎng)絡(luò)。AdHoc網(wǎng)絡(luò)不需要有線基礎(chǔ)設(shè)備的支持，通過(guò)移動(dòng)主機(jī)自由的組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。AdHoc網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)推進(jìn)了人們?cè)谌我猸h(huán)境下自由通信的進(jìn)程，同時(shí)也為軍事通信、災(zāi)難救助和臨時(shí)通信提供了有效的解決方案。5.5.2AdHoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)那么關(guān)于AdHoc無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，大致上是能夠分為兩種的，分別就是分級(jí)結(jié)構(gòu)以及對(duì)等式平面結(jié)構(gòu)。在對(duì)等式平面結(jié)構(gòu)里面，全部的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地位都是平等。

在分級(jí)結(jié)構(gòu)的AdHoc無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)里面，整一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是以簇為子網(wǎng)組成的，每一個(gè)簇都是由一個(gè)簇頭以及多個(gè)簇成員組成的，簇頭就會(huì)形成高一級(jí)網(wǎng)絡(luò)。5.5.2AdHoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分級(jí)結(jié)構(gòu)主要就是根據(jù)硬件的不一樣配置，又能夠分為單頻分級(jí)結(jié)構(gòu)和多頻分級(jí)結(jié)構(gòu)這兩種類型。

單頻分級(jí)結(jié)構(gòu)主要使用的就是單一頻率通信，全部的節(jié)點(diǎn)都是使用同一個(gè)頻率；

然而在多頻分級(jí)結(jié)構(gòu)里面，假如說(shuō)存在兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)的話，那么低級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信范圍小，高級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信范圍大，簇成員就需要使用一個(gè)頻率通信，簇頭節(jié)點(diǎn)需要使用一個(gè)頻率和簇成員進(jìn)行通信，使用另外一個(gè)頻率來(lái)維持和簇頭兩者之間的通信。5.5.3AdHoc技術(shù)應(yīng)用由于Adhoc網(wǎng)絡(luò)的特殊性，它的應(yīng)用領(lǐng)域與普通的通信網(wǎng)絡(luò)有著顯著的區(qū)別。它適用于無(wú)法或不便預(yù)先鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的場(chǎng)合、需快速自動(dòng)組網(wǎng)的場(chǎng)合等。因此，軍事應(yīng)用仍是Adhoc網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，但是民用方面，Adhoc網(wǎng)絡(luò)也有非常廣泛的應(yīng)用前景。在戰(zhàn)爭(zhēng)中，通信系統(tǒng)很容易受到敵方的攻擊，因此，需要通信系統(tǒng)能夠抵御一定程度的攻擊。若采用集中式的通信系統(tǒng)，一旦通信中心受到破壞，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。而Adhoc網(wǎng)絡(luò)可以很大程度的解決這一問(wèn)題。5.5.3AdHoc技術(shù)應(yīng)用

Adhoc網(wǎng)絡(luò)還可以與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)相結(jié)合，利用移動(dòng)臺(tái)的多跳轉(zhuǎn)發(fā)能力擴(kuò)大蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋范圍、均衡相鄰小區(qū)的業(yè)務(wù)、提高小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)速率等。

在實(shí)際應(yīng)用中，Adhoc網(wǎng)絡(luò)除了可以單獨(dú)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)局部的通信外，還可以作為末端子網(wǎng)通過(guò)接入點(diǎn)接入其他的固定或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，與Adhoc網(wǎng)絡(luò)以外的主機(jī)進(jìn)行通信。因此，Adhoc網(wǎng)絡(luò)也可以作為各種通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入手段之一。5.5.4AdHoc存在問(wèn)題

AdHoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫莿?dòng)態(tài)變化的，所以要求網(wǎng)絡(luò)管理也是動(dòng)態(tài)自動(dòng)配置。而且要考慮到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)本身的限制，例如能源有限、鏈路狀態(tài)變化和有限的存儲(chǔ)能力等，因此，要將管理協(xié)議給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的負(fù)荷考慮在內(nèi)。最后還要考慮到網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)不同環(huán)境的適用性等。AdHoc網(wǎng)絡(luò)管理需要解決的問(wèn)題為以下幾方面：（1）AdHoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋯?wèn)題（2）網(wǎng)絡(luò)管理中所消耗的能源問(wèn)題（3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及時(shí)更新問(wèn)題（4）網(wǎng)絡(luò)連接檢測(cè)問(wèn)題（5）網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題5.6UWB技術(shù)介紹5.6UWB技術(shù)介紹超寬帶（UWB）在20世紀(jì)60年代剛出現(xiàn)的時(shí)候是一種軍用技術(shù)，但后來(lái)它被重新定位成一種高數(shù)據(jù)率的短距通訊技術(shù)，專門用于消費(fèi)電子、個(gè)人計(jì)算和移動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)中的新興應(yīng)用。與其它現(xiàn)有的和新興的無(wú)線連接技術(shù)相比，UWB的性能優(yōu)勢(shì)十分突出。例如，利用UWB把1Gb的照片從數(shù)碼相機(jī)傳送到照片洗印店，僅需要幾秒鐘的時(shí)間，而利用其它現(xiàn)有的速度較低的技術(shù)則將需要花費(fèi)更多時(shí)間，而且UWB在完成上述操作過(guò)程中所耗費(fèi)的電池電量也低得多。5.6UWB技術(shù)介紹超寬帶UWB最初使用脈沖無(wú)線電技術(shù)，此技術(shù)可追溯至19世紀(jì)，后來(lái)由Intel等大公司提出并應(yīng)用了UWB的MB-OFDM（MultiBand）技術(shù)方案。UWB不同于把基帶信號(hào)變換為無(wú)線射頻(RF)的常規(guī)無(wú)線系統(tǒng)，可視為在RF上基帶傳播方案，在建筑物內(nèi)能以極低頻譜密度達(dá)到100Mb/s數(shù)據(jù)速率。通過(guò)在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號(hào)，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit／s至數(shù)Gbit／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。UWB具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無(wú)線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無(wú)繩電話、安全檢測(cè)、位置測(cè)定、雷達(dá)等領(lǐng)域。5.6UWB技術(shù)介紹與藍(lán)牙和WLAN等帶寬相對(duì)較窄的傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)相比，UWB具有著抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)射功率小、截獲率/偵測(cè)率低等特點(diǎn)。5.7移動(dòng)通信技術(shù)5.7.1第一代移動(dòng)通信1G第一階段從上世紀(jì)20年代至40年代，是基于模擬傳輸?shù)?，其特點(diǎn)是業(yè)務(wù)量小、質(zhì)量差、安全性差、沒(méi)有加密和速度低。主要是基于蜂窩結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，直接使用模擬語(yǔ)音調(diào)制技術(shù)。第二階段從上世紀(jì)40年代中期至60年代初期。美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室建立了世界上第一個(gè)公用汽車電話網(wǎng)，稱為“城市系統(tǒng)”。第三階段從上世紀(jì)60年代中期至70年代中期。在此期間，美國(guó)推出了改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線頻道自動(dòng)選擇并能夠自動(dòng)接續(xù)到公用電話網(wǎng)。第四階段從上世紀(jì)70年代中期至80年代中期。美國(guó)貝爾試驗(yàn)室研制成功先進(jìn)的移動(dòng)電話系統(tǒng)，建成了蜂窩狀移動(dòng)通信網(wǎng)，該階段稱為第一代移動(dòng)通訊技術(shù)。第一代移動(dòng)通信模擬蜂窩網(wǎng)雖然取得了很大成功，但也暴露了一些問(wèn)題，最主要的問(wèn)題是其容量已不能滿足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)用戶需求。5.7.2移動(dòng)通信2G、3G、4G2G時(shí)代

2G（2ndGeneration）是第二代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱，主要采用的是數(shù)碼的時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)和碼分多址（CDMA）技術(shù)。一般定義為以數(shù)碼語(yǔ)音傳輸技術(shù)為核心，無(wú)法直接傳送如電子郵件、軟件等信息，只具有通話和一些如時(shí)間、日期等信息傳送的手機(jī)通信技術(shù)規(guī)格。5.7.2移動(dòng)通信2G、3G、4G3G時(shí)代

3G（3rdGeneration）是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谌苿?dòng)通信技術(shù)。與第一代、第二代移動(dòng)通信技術(shù)相比，3G將有更高的帶寬，其傳輸速度最低為384K，最高為2M，帶寬可達(dá)5MHz以上。不僅能傳輸話音，還能傳輸數(shù)據(jù).3G存在四種標(biāo)準(zhǔn)：CDMA2000，WCDMA，TD