第5章 物联网通信与网络技术

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1、第5章物联网通信与网络技术5.1无线通信技术概述5.2蓝牙技术5.3Wi-Fi技术5.4ZigBee技术5.5超宽带(UWB)技术5.6无线局域网5.7无线城域网5.8无线广域网5.1无线通信技术概述1．蜂窝革命蜂窝革命直观地表现在移动电话市场罕见的增长上。在1990年，移动用户数大约是1100万。今天，这个数字是几十亿。根据国际电信联盟(ITU)的统计，全世界范围的移动用户数在2002年首次超过固定电话的用户数。更新一代的设备，添加了具有可接入Internet和内置数码照相机这样的强大功能。移动电话显著增长的原因有很多：首先是移动电话的便捷性，它们可以随使用者

2、移动；此外，其特性决定了它们是位置感知的；再有，移动电话是与处于固定位置的地区基站进行通信的。移动电话仅是这场蜂窝革命中较为明显的一个方面。随着新型无线设备的引进，这些新型设备可以接入到Internet上。它们除具有可对个人信息进行组织管理以及电话功能外，现在又有了Web接入、即时消息、E-mail和其他在Internet上可获得的服务。汽车中的无线设备可以根据需要为用户下载地图和导向。无线技术带来的第一个高潮是话音方面，现在，人们的注意力在数据上。这一市场比较大的一块是“无线”Internet。无线用户使用Internet不同于固定用户，与典型的固定设备(诸如

3、PC)相比，无线设备受显示和输入能力方面的限制，采用事务处理和消息会话，而不是冗长的浏览会话。无线设备由于具有位置感知能力，因而可以根据用户的地理位置对信息做适当的剪裁。信息有能力找到用户，而不需用户去搜索信息。2．全球蜂窝网络今天的蜂窝网不再是单一的。然而，设备仅能支持众多技术中的一两种，且通常只能在某一个运营商的网络范围内运行。国际电信联盟已开发出下一代无线设备的标准。新的标准会使用更高的频率以增加其容量，新的标准也致力于消除过去人们在开发和使用的第一代、第二代网络时产生的不兼容性。在北美，使用较广泛的第一代数字无线网络是先进移动电话系统(AdvancedM

4、obilePhoneSystem，AMPS)。该网络使用蜂窝数字分组数据(CellularDigitalPacketData，CDPD)覆盖网络提供数据服务，它提供19.2kb/s的数据速率。CDPD在规则的话音通道上使用空闲期提供数据服务。第二代无线系统有全球移动通信系统(GlobalSystemforMobileCommunications，GSM)、个人通信服务(PersonalCommunicationService，PCS)IS-136和PCSIS-95。PCSIS-136使用时分多点接入(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA

5、)，PCSIS-95使用码分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)。GSM和PCSIS-136使用专用信道以9.6kb/s的速率交付数据服务。ITU已开发出新的标准(InternationalMobileTelecommunication-2000，IMT-2000)。该系列标准致力于提供无缝的全球网，标准是围绕着2GHz频带开发的。新的标准和频带提供的数据速率可达到2Mb/s。除定义频率使用、编码技术和传输以外，标准还需要定义移动设备如何与Internet交互。有几个标准工作组和工业联盟正在致力于实现这样的目标。无线应用协议(W

6、irelessApplicationProtocol，WAP)论坛已开发出一个通用协议，该协议准许具有有限显示和输入能力的设备存取Internet。因特网工程任务组(InternetEngineeringTaskForce，IETF)已开发出一个移动IP标准，该标准可以使无处不在的IP协议在一个移动环境下工作。3．宽带Internet上有越来越多的多媒体应用。在万维网(WorldWideWeb，WWW)的网页上有大量的图片、视频和音频信息，商业通信也呈现同样的趋势。例如，E-mail常常包含了大量的多媒体附件。为了能够完全参与到通信中，要求无线网络具有与其进行通

7、信的固定设备同样高的数据速率。通过宽带无线技术可以得到更高的数据速率。宽带无线服务具有所有无线服务同样的优点：便利和廉价。运营商的服务可以比固定服务更快地交付，且没有铺设线路设备的成本。这样的服务也是移动的，几乎能够在任一地方交付。围绕着很多不同的应用，有许多开发宽带无线标准的尝试。这些标准几乎覆盖了从无线局域网到小型无线家庭网络的所有方面。数据传输率也由2Mb/s到100Mb/s，甚至100Mb/s以上。这其中的很多技术现在就可获得，更多的技术在未来几年内也可获得。无线局域网(WLAN)在架设固定网络很困难或太昂贵的地方提供网络服务。主要的WLAN标准是IEE

8、E802.11，它提供高