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生活中的物联网技术应用-第七讲_图文

感知层主要技术
感知层所需要的关键技术包括检测技术、标识技术、中 低速无线或有线短距离传输技术等。 感知层综合了传感器技术、嵌入式计算技术、智能组网 技术、无线通信技术、分布式信息处理技术等,能够通过各 类集成化的微型传感器的协作实时监测、感知和采集各种环 境或监测对象的信息。通过嵌入式系统对信息进行处理,并 通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息 传送到接入层的基站节点和接入网关,最终到达用户终端, 从而真正实现“无处不在”的物联网的理念。

? 传感器技术
?传感器是一种检测装置,能感受到被测的信息,并能将检测 感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的 信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控 制等要求。

? 标识技术
?标识技术是通过 RFID 、条形码等设备对所感知到的目标 外在特征信息 来证实和判断目标本质的技术。

? 标识技术
?标识技术是通过 RFID 、条形码等设备所感知到的目标外 在特征信息 来证实和判断目标本质的技术来。

? 标识技术
?标识技术是通过 RFID 、条形码等设备所感知到的目标外 在特征信息 来证实和判断目标本质的技术来。

? 定位技术
?定位技术是测量目标的位置参数、时间参数、运动参数 等时空信息的技术,它利用信息化手段来得知某一用户或 者物体的具体位置。
S2 S3

S1 S4
d2 d3

z y x

d1 d4

GPS定位系统

? 定位技术
?定位技术是测量目标的位置参数、时间参数、运动参数 等时空信息的技术,它利用信息化手段来得知某一用户或 者物体的具体位置。

d2 d1

BS2

BS1

d3

BS3

蜂窝定位系统

? 嵌入式技术
?嵌入式系统一般指非 PC 系统,有计算机功能但又不称 之为计算机的设备或器材。它是 以应用为中心、以计算 机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、 体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

第七讲 物联网通信网络技术

物联网体系结构-网络层

网络层:也叫传输层,负责感知信息或控制信息的传输, 物联网通过信息在物体间的传输可以虚拟成为一个更大的 “物体”,或者通过网络,将感知信息传输到更远的地方。 网络层包括各种有线和无线组网技术、接入互联网的网关等。

学习任务
本讲主要涉及:

1

无线低速网络 移动通信网络 其它通信技术
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2 3

7.1 物联网通信与网络技术概述
物联网要实现物物相连,需要网络作为连接的桥梁。物 联网的通信与组网技术主要完成感知信息的可靠传输。通信 技术将物联网中种类繁多的物品高速连接到互联网中,是实 现对物品的实时监控和智能控制中最重要的环节。 由于物联网连接的物体多种多样,物联网涉及的网络技 术也有多种,如可以是有线网络、无线网络;可以是短距离

网络和长距离网络;可以是企业专用网络、公用网络;还可
以是局域网、互联网等等。

7.1.1 无线通信技术
通信技术简单地说是指将信息从一个地点传送到另一个

地点所采取的方法和措施。按照历史发展的顺序,通信技术
先后由人体传递信息通信到简易信号通信,再发展到有线通 信和无线通信。近年来发展最快、应用最广的就是无线通信 技术。 无线通信技术主要包括无线电通信、微波通信、红外通 信和光通信等多种形式。其中无线电通信最为广泛,它是利 用电磁波信号在自由空间传播的特性进行信息交换的一种通

信方式。

7.1.2 无线通信网络
无线通信网络是利用无线通信技术、通信设备、通信标

准和协议等组成的通信网络,在该网络中通信终端能够接入
网络并依赖该网络进行相互通信。 物联网的网络是连接物体的信息通道,在物联网中的网 络有多种形式,如有线网络、无线网络,局域网络、互联网 ,企业网络、专用网络等等。对于物联网,无线网络具有特 别的吸引力,不仅可以摆脱布线的麻烦和费用,而且对于移 动物体可能是唯一的连网选择。

7.1.2 无线通信网络

无线网络技术丰富多样,根据距离不同,可以组成无线个
域网、无线局域网、无线城域网和无线广域网。其中近距离的 无线技术是物联网最为活跃的部分,因为物联网被称作是互联 网的最后一公里,也称为末梢网络。根据应用的不同,其通信 距离可能是几厘米到几百米之间,目前常用的技术主要有蓝牙

、ZigBee、Z-wave、RFID、NFC、UWB、WI-FI等。

7.2 无线低速网络
? 物联网背景下连接的物体,既有智能的也有非 智能的。 ? 为了适应物联网中那些能力较低的节点低速率、 低通信半径、低计算能力,和低能量的要求, 需要对物联网中各种各样的物体进行操作的前 提就是先将他们连接起来,低速网络协议是实 现全面互联互通的前提。

7.2 无线低速网络
? 典型的无线低速网络协议有蓝牙(802.15.1协
议)、紫蜂ZigBee(802.15.4协议)、红外及

近距离无线通信NFC等无线低速网络技术。

无线传输频段比较

7.2.1蓝牙技术(Bluetooth)
? 蓝牙技术是一种支持设备短距离通信(一般10m内)

的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、

笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息
交换。

7.2.1蓝牙技术(Bluetooth)
? 利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之

间的通信,也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的
通信,从而数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽 道路。
? 蓝牙技术使用的工作频率为2.4G-2.5G之间,属于免费的

ISM(Industry Science Medicine)频段。
? 蓝牙技术可以实现语音、视频和数据的传输,其最高的通

信速率为1Mb/s,采用时分方式的全双工通信,通信距离 为10m左右(如果配置功率放大器可以使通信距离达到

100m)。

7.2.1蓝牙技术-特点
?蓝牙工作在2.4GHz的 ISM频 段,全球大多数国家ISM频段 的范围是2.4-2.4835GHz。 全球范围 适用 能同时传输 语音数据

?蓝牙采用电路交换和分组交换 技术,支持异步数据信道、三路 语音信道以及异步数据与同步语 音同时传输的信道。

?蓝牙模块体积较小、轻 薄,可以很方便地嵌入个 人移动设备内部。

便于集成

蓝牙技术 特点

安全性好

?跳频更快,数据包更 短,能够更有效地减少 同频干扰,具有较高的 安全性

功耗低 ?蓝牙设备在通信连接状态下,有 3种模式为低功耗的节点模式

传输距离短 ?蓝牙的传输距离一般 是10m左右 - 20 -

7.2.1蓝牙技术(Bluetooth)
1. 蓝牙技术的起源 ? 1998年5月,爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特 尔公司等五家著名厂商,在联合开展短程无线通信 技术的标准化活动时提出了蓝牙技术,其宗旨是提 供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。 ? 蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand - 英译为Harold Bluetooth(因为他十分喜欢吃蓝梅, 所以牙齿每天都带着蓝色)。他将当时的瑞典、芬 兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技 术标准,含有将四分五裂的局面统一起来的意思。

7.2.1蓝牙技术(Bluetooth) 2. 蓝牙组网方式
蓝牙系统采用无基站的 灵活组网方式,支持点 对点或点对多点的通信 方式,在蓝牙2.0标准中 一个蓝牙设备可同时与7 个其他的蓝牙设备相连 接。如图所示:
蓝牙从 设备一 蓝牙从 设备二 蓝牙从 设备三

蓝牙从 设备七

蓝牙主设备 蓝牙从 设备四 蓝牙从 设备六 蓝牙从 设备五

7.2.1蓝牙技术(Bluetooth)
3. 蓝牙技术的应用 ? 目前蓝牙技术的应用非常普遍,产品涉及到 PC、移动电话等信息设备和A/V设备、汽车电 子、家用电器和工业设备等领域,如各种无线 设备(如PDA、手机等)、图像处理设备、消 费娱乐产品、汽车产品、家用电器、楼宇无线 局域网、医疗健身设备、玩具等。

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) ? ZigBee技术是一种新兴的短距离无线通信技术, 主要面向低速率无线个人区域网,典型特征是近 距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本。 ? 主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种 电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性 数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) 1. 紫蜂技术(ZigBee)简介 ? ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式:蜜蜂之 间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息,以便共 享食物源的方向、位置和距离等信息。借此意义 Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。

紫蜂网络节点模块

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee)
? 紫蜂是一种高可靠的无线数传网络,类似于

CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动 网络基站。
? 通讯距离从标准的75m到几百米、几公里,并且

支持无限扩展。
?

ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组 成的一个无线网络平台,在整个网络范围内,每 一个网络模块之间可以相互通信,每个网络节点 间的距离可以从标准的75m无限扩展。

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee)
? 与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是,紫

蜂网络主要是为工业现场自动化控制数据传输
而建立,因而,它必须具有简单,使用方便,

工作可靠,价格低的特点。
? 而移动通信网主要是为语音通信而建立,每个

基站价值一般都在百万元人民币以上,而每个 紫蜂网络 “基站”却不到1000元人民币。

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee)

2. 技术特点
? 紫蜂是一种无线连接,可工作在2.4GHz(全球流 行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流 行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、 20kbit/s和40kbit/s的传输速率,

? 它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续 增加。

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) 作为一种无线通信技术, 紫蜂具有如下特点: (1) 低功耗

(2) 成本低
(3) 时延短 (4) 网络容量大 (5) 可靠 (6) 安全

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee)
3. ZigBee网络技术体系

ZigBee技术体系
? ZigBee网状网络

ZigBee技术体系
? ZigBee网状网络

ZigBee技术体系
? ZigBee网状网络

ZigBee技术体系
? ZigBee网状网络

ZigBee技术体系
? ZigBee网状网络

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee)

3. 紫蜂(ZigBee)联盟
? ZigBee联盟成立于2002年8月,由英国 Invensys 公司、日本三菱电气公司、美国摩托 罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司组成,如 今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司 和开发商的加入。 ? 联盟是一个高速成长的非盈利业界组织。联盟 制定了基于IEEE802.15.4,具有高可靠、高性 价比、低功耗的网络应用规格。

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) 4. 应用领域

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) 4. 应用领域

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) 4. 应用领域

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) 4. 应用领域

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) 4. 应用领域

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) 4. 应用领域

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) 4. 应用领域

7.2.2 紫蜂技术 (ZigBee) 4. 应用领域

7.2.3 Wi-Fi通信技术
1、Wi-Fi技术简介

?

Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真) 属于无线局域网的一种,通常是指符合 IEEE802.11b标准的网络产品,Wi-Fi可以将个人 电脑、手持设备(如PDA、手机)等终端以无线 方式互相连接。

7.2.3 Wi-Fi通信技术-特点
?IEEE802.11b的无线电波覆盖半径最 远可达300米,Vivato公司推出的新型 交换机能把目前WiFi无线网络的通信 距离扩大到约6.5公里。 覆盖范围广 传输速度快 ?IEEE802.11b速度为11Mbps, IEEE802.11a/g为54Mbps, IEEE802.11n为300Mbps。

?WiFi最主要的优势在于 无需布线,可以不受布线 条件的限制,因此非常适 合移动办公用户的需要。

WiFi技术 特点
无线接入
较低的厂商 进入门槛

业务可集成

?WiFi技术在OSI(开放 系统互联)参考模型的数 据链路层上与以太网完 全一致,所以可以利用 已有的有线接入资源, 迅速部署无线网络,形 成无缝覆盖。

?厂商只要在机场、车站、咖啡店等公共场所设置 “热点”,并通过高速线路将因特网接入上述场所, 省去了大量铺设电缆需花费的资金。

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7.2.3 Wi-Fi通信技术
2、Wi-Fi工作模式

? 使用Wi-Fi联网的两种工作方式主要有点对点和基 本模式两种。
? 点对点模式:Wi-Fi联网的点对点模式是指无线网 卡和无线网卡这间的通讯方式。 ? 基本模式:与点对点模式不同的,基本模式指无 线网络的扩充或无线和有线网络并存时的通讯方 式,这是Wi-Fi目前最常用的方式。

7.2.3 Wi-Fi通信技术
3、Wi-Fi应用
? WiFi主要的应用为无线接入互联网。
? 任何支持WiFi的设备在WiFi热点覆盖的地方,均可以无线接入互联网。 ? 大部分WiFi热点均位于供大众访问的地方,如机场、大型办公室、车间、酒店宾馆、咖 啡店、旅馆、书店以及校园等。 ? WiFi典型的行业应用:

? 交通运输:航空行李及货物控制、移动售票、无线安全监控、停车 管理系统、机场因特网访问无线接入等。

? 医疗:病房看护监控、生理支持系统及监护、急救系统监控等。
? 教育:迅速构建校区网络、学生宿舍网络接入系统、学术交流的临 时性网络等。

7.2.3 Wi-Fi通信技术
3、Wi-Fi应用

7.2.3 Wi-Fi通信技术
3、Wi-Fi应用

7.2.4 红外通信技术
1. 红外通讯技术简介

? 红外通讯技术使用一种点对点的数据传输协议, 是传统的设备之间连接线缆的替代。
? 它的通讯距离一般在0到1米之间,传输速率最 快可达16Mbps,通讯介质为波长为900纳米 左右的近红外线。

7.2.4 红外通信技术

它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无 线连接技术,通过数据电脉冲和红外光脉冲之 间的相互转换实现无线的数据收发。

? 小角度(30度锥角以内),短距离,点对点直 线数据传输,保密性强;
? 传输速率较高,目前4M速率的FIR技术已被广 泛使用,16M速率的VFIR技术已经发布。

7.2.4 红外通信技术
2. IrDA红外通讯标准 ? IrDA是红外数据组织(Infrared Data Association) 的简称,IrDA红外连接技术就是由该组织提出的。

? 在红外通讯技术发展早期,存在好几个红外通讯标准, 不同标准之间的红外设备不能进行红外通讯。 ? 为了使各种红外设备能够互联互通,1993年,由二十 多个大厂商发起成立了红外数据协会(IrDA),统一了 红外通讯的标准,这就是目前被广泛使用的IrDA红外 数据通讯协议及规范。

7.2.4 红外通信技术
? IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权,因而红

外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积 小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。此外, 红外线发射角度较小,传输上安全性高。
?

IrDA的不足在于它是一种视距传输,两个相互通 信的设备之间必须对准,中间不能被其它物体阻隔, 因而该技术只能用于2台(非多台)设备之间的连接。 而蓝牙就没有此限制,且不受墙壁的阻隔。

7.2.5 近距离通信(NFC)技术
? 近距离无线通信NFC是Near Field

Communication缩写,即近距离无线通讯技术。
? 由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非

接触式识别和互联技术,可以在移动设备、消费类 电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线 通信。
? NFC 提供了一种简单、触控式的解决方案,可以

让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。

7.2.5 近距离通信(NFC)技术 1. 概述 ? 近场通信(NFC),又称近距离无线通信,是一种 短距离的高频无线通信技术,允许电子设备之间进 行非接触式点对点数据传输(在10厘米内)交换数 据。 ? 这个技术由免接触式射频识别(RFID)演变而来, 并向下兼容RFID,最早由Philips、Nokia和Sony 主推,主要可能用于手机等手持设备中。 ? 由于近场通讯具有天然的安全性,因此,NFC技术 被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。

7.2.5 近距离通信(NFC)技术 ? NFC 将 非 接 触 读 卡 器 、 非 接 触 卡 和 点 对 点

( Peer-to-Peer)功能整合进一块单芯片,为消费
者的生活方式开创了不计其数的全新机遇。 主动设置,也是虚拟连接器,服务于现有蜂窝状网 络、蓝牙和无线 802.11 设备。

? 这是一个开放接口平台,可以对无线网络进行快速、

7.2.5 近距离通信(NFC)技术 ? 和RFID不同,NFC采用了双向的识别和连 接。在20cm距离内工作于13.56MHz频率范围。

? NFC最初仅仅是遥控识别和网络技术的合并,但
现在已发展成无线连接技术。

? 它能快速自动地建立无线网络,为蜂窝设备、蓝
牙设备、Wi-Fi设备提供一个“虚拟连接”,使 电子设备可以在短距离范围进行通讯。

7.2.5 近距离通信(NFC)技术 2. NFC全球最早的商用应用 ? 目前,Nokia 3220手机已集成了NFC技术,可 以用作电子车票,还可在当地零售店和旅游景 点作为折扣忠诚卡使用。 ? 哈瑙市的大约95.000位居民现在只需轻松地刷 一下兼容手机,就能享受NFC式公交移动售票 带来的便利。

7.2.5 近距离通信(NFC)技术 3. NFC技术原理 ? NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。

? 在被动模式下,启动NFC通信的设备,也称为NFC 发起设备(主设备),在整个通信过程中提供射频场。 它可以选择106kbps、212kbps或424kbps其中一 种传输速度,将数据发送到另一台设备。
? 另一台设备称为NFC目标设备(从设备),不必产生射 频场,而使用负载调制(load modulation)技术,即 可以相同的速度将数据传回发起设备。

7.2.5 近距离通信(NFC)技术
? 移动设备主要以被动模式操作,可以大幅降低功耗,

并延长电池寿命。电池电量较低的设备可以要求以 被动模式充当目标设备,而不是发起设备。

NFC被动通信模式

7.2.5 近距离通信(NFC)技术
? 在主动模式下,每台设备要向另一台设备发送数据

时,都必须产生自己的射频场。这是对等网络通信 的标准模式,可以获得非常快速的连接设置。

NFC主动通信模式

7.2.5 近距离通信(NFC)技术 4. 技术优势 ? NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。 ? NFC与现有非接触智能卡技术兼容。 ? NFC是一种近距离连接协议。 ? NFC是一种近距离的私密通信方式。 ? NFC在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着 巨大的作用。 ? NFC还优于红外和蓝牙传输方式。

7.2.5 近距离通信(NFC)技术 ? NFC技术支持多种应用,包括移动支付与交易、对 等式通信及移动中信息访问等。 ? NFC设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写 器终端以及设备对设备的数据传输链路, ? 其应用主要可分为以下四个基本类型:用于付款和 购票、用于电子票证、用于智能媒体以及用于交换、 传输数据。

7.3 移动通信网络
? 移动通信(Mobile communication),是指通信 双方或至少有一方处于运动中进行信息传输和交 换的通信方式。 ? 移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂 窝移动通信、卫星移动通信等。 ? 移动体之间通信联系的传输手段只能依靠无线电 通信,因此,无线通信是移动通信的基础。

7.3.1移动通信系统简介

1. 移动通信系统的组成 ? 移动通信是移动体之间的通信,或移动体与 固定体之间的通信。移动体可以是人,也可以是 汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物 体。 ? 移动通信包括无线传输、有线传输,信息的收 集、处理和存储等,使用的主要设备有无线收发 信机、移动交换控制设备和移动终端设备。

7.3.1移动通信系统简介

?

移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆 盖而成,呈蜂窝状,通过接口与公众通信网 (PSTN、ISDN、PDN)互联。 移动通信系统包括移动交换子系统(SS)、 操作维护管理子系统(OMS)、基站子系统 (BSS) 和移动台(MS),是一个完整的信息 传输实体。

?

7.3.1移动通信系统简介
移动通信系统的组成

7.3.1移动通信系统简介 3. 移动通信的工作方式

? 从传输方式的角度来看,无线通信分为单向传
输(广播式)和双向传输(应答式)。

? 单向传输只用于无线电寻呼系统。
? 双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。

7.3.1移动通信系统简介 单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和 发信,根据收、发频率的异同,又可分为同频单 工和异频单工。

7.3.1移动通信系统简介 ? 双工通信是指通信双方电台同时进行收信和发信。 ? 半双工通信的组成与双工通信相似,移动台采用类 似单工的“按讲”方式,即按下按讲开关,发射机 才工作,而接收机总是工作的。

双工通信

7.3.1移动通信系统简介 4. 移动通信的组网

? 移动通信采用无线蜂窝式小区覆盖和小功率发射的 模式。
? 蜂窝式组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式,把 整个服务区域划分成若干个较小的区域( cell ,在 蜂窝系统中称为小区),

? 各小区均用小功率的发射机(即基站发射机)进行 覆盖,许多小区像蜂窝一样能布满 (即覆盖)任意 形状的服务地区。

7.3.1移动通信系统简介
蜂窝移动通信小区覆盖

7.3.2 第一代移动通信:模拟语音 1982年,为了解决大区制容量饱和的问题,美 国贝尔实验室发明了高级移动电话系统AMPS。 ? AMPS提出了“小区制”,“蜂窝单元”的概念, 同时采用频率复用(Frequency Division Multiplexing, FDM)技术,解决了公用移动通信系 统所需要的大容量要求和频谱资源限制的矛盾。

? 在100千米范围之内,IMTS每个频率上只允许一个 电话呼叫;AMPS以允许100个10千米的蜂窝单元, 从而可以保证每个频率上有10~15个电话呼叫。

7.3.2 第一代移动通信:模拟语音 1. 系统结构

? 每一个蜂窝单元有一个基站负责接收该单元中电话 的信息。基站连接到移动电话交换局(Mobile Telephone Switching Office, MTSO)。MTSO采 用分层机制,一级MTSO负责与基站之间的直接通信; 高级MTSO则负责低级MTSO之间的业务处理。 2. 移交 ? 当电话在蜂窝单元之间移动的时候,基站之间会通 信,从而交换控制权,避免信道分配不错导致信号 冲突。基站对于电话用户控制权的转换也称为“移 交”。

7.3.3 第二代移动通信: 数字语音

第二代移动通信技术使用数字制式,支持传统
语音通信、文字和多媒体短信,并支持一些无线应

用协议。主要有如下二种工作模式:
1. GSM移动通信(900/1800MHz) ? 工作在900/1800MHz频段,无线接口采用TDMA技 术,核心网移动性管理协议采用MAP协议。

7.3.3 第二代移动通信: 数字语音
2. CDMA移动通信(800MHz)

? 工作在800MHz频段,核心网移动性管理协议采用 IS-41协议,无线接口采用窄带码分多址(CDMA) 技术。 ? CDMA在蜂窝移动通信网络中的应用容量在理论上 可以达到AMPS容量的20倍。CDMA可以同时区分 并分离多个同时传输的信号。 ? CDMA有以下特点:抗干扰性好、抗多径衰落、保 密安全性高、容量质量之间可以权衡取舍、同频率 可在多个小区内重复使用。

7.3.4 第三代移动通信:数字语音与数据 第三代移动通信技术( 3rd-generation , 3G ), 是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。 ? 3G服务能够同时传送声音及数据信息,速率一般 在几百kbps以上。 ? 第三代移动通信(3G)可以提供所有2G的信息业 务,同时保证更快的速度,以及更全面的业务内容, 如移动办公,视频流服务等。

7.3.4 第三代移动通信:数字语音与数据

? 3G的主要特征是可提供移动宽带多媒体业务,包 括高速移动环境下支持144Kbps速率,步行和慢速 移动环境下支持384Kbps速率,室内环境则应达到 2Mbps的数据传输速率,同时保证高可靠服务质量。
? 人们发现从2G直接跳跃到3G存在较大的难度,于 是出现了一个2.5G(也有人称后期2.5G为2.75G) 的过渡阶段。

7.3.4 第三代移动通信:数字语音与数据

3G的发展历程

7.3.5 GPRS技术 ? GPRS为通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称,是第二代移动通信技术 GSM向第三代移动通信(3G)的过渡技术,是英 国在1993年提出的,它是GSMPhase2.1规范实现 的内容。它是在现有的GSM系统上发展出来的一种 新的承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的 数据业务。

7.3.5 GPRS技术
?GPRS覆盖在GSM的物理层和网络 实体之上,理论上在手机可以打电 话的地方都可以通过GPRS无线上网。 广域覆盖 资源利用率高 ?GPRS采用分组交换传输模式, 用户并不固定占用无线信道, 提高了资源的利用率。

?GPRS按传输的数据 量计费,只要不进行数 据传输便不必担心费用 问题,真正体现了少用 少付费的原则。

按流量计费

GPRS技术 优点

传输速率高

?GPRS具有56—115Kbps 的传输速度,10倍于 GSM。

丰富的数据业务

接入速度快

?GPRS包含丰富的数据业务, ?GPRS能提供快速即时的连接, 如:点对点、点对多点广播、 Internet应用操作更加便捷、流畅。 点对多点群呼、IP广播等业务。 同时,GPRS技术也存在一些问题,如会发生包丢失现象、调制方式不是最优、存在转接延时。 - 82 -

7.3.5 GPRS技术 ? 基于GPRS的无线传输(监控)系统
无线监控管理系统主要由采集控制模块、GPRS模块、传输网
络( GPRS 网和公共数据网)、监控中心组成。此外在采集控制 部分和监控中心中都应该包含相应的数据管理模块,满足数据安 全性地要求,在关键监控终端是临时存储,以备万一网络中断或 监控中心故障时不致丢失数据。其中监控中心可根据用户需求, 扩展成多级监控网络,一个一级监控中心可同时管理几个二级监 控中心。

? 几种基于GPRS的无线传输(监控)系统介绍

电梯监控系统

远程抄表及监控系统

LED屏远程监控

锅炉远程监管系统

自动售水机控制(短信)

7.3.6 4G第四代移动通信技术(4 G) ? 4G是第四代移动通信及其技术的简称,是集3G与 WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像 传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。

? 4G系统能够以100Mbps的速度下载,比拨号上网 快2000倍,上传的速度也能达到20Mbps。
? 而在用户最为关注的价格方面,4G与固定宽带网 络在价格方面不相上下。 ? 此外,4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有 覆盖的地方部署,然后再扩展到整个地区。

7.3.6 4G第四代移动通信技术(4 G) 4G通信特征 目前正在构思中的4G通信具有下面的特征: 1、通信速度更快 2、网络频谱更宽

3、通信更加灵活
5、兼容性能更平滑

4、智能性能更高
6、提供各种增殖服务

7、更高质量的多媒体通信
9、通信费用更加便宜

8、频率使用效率更高

7.3.6 4G第四代移动通信技术(4 G)
移动通信技术代际分期

7.4 其它通信技术
7.4.1 光通信技术 ? 无线光通信也称为自由空间光通信(Free Space Optics),简称为FSO。 ? FSO技术具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。 FSO技术以激光为载体,用点对点或点对多点方式 实现连接。虽然FSO通信不需要光纤而是以空气为 介质,但由于其设备以发光二极管或激光二极管为 光源,因此又有“无线光纤”之称。

什么是光通信?
光通信是一种以光波作为传输媒质的通 信方式。光波和无线电波同都属于电磁波 ,但光波的频率比无线电波的频率高,波 长比无线电波的波长短(如图)。

96
96

通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
101
102 103

104

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106

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1011

1012

1013

1014

1015

频段 划分 传 输 介 质

电力、电话

无线电、电视
AM无线电 同轴电缆 双铰线
FM无线电

微波
卫星/微波

红外线

可见光
光纤

107

106

105

104

103

102

101

100

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

自由空间波长(m)

97

10-6
97

光通信的分类

光通信按传输介质不同可分为光纤通信和大 气激光通信。 ? 光纤通信:是以光波作为信息载体,以光 纤作为传输介质的一种通信。光纤通信已 成为广域网、城域网的主要传输方式之一 。 ? 大气激光通信:是利用大气作为传输介质 的激光通信。
有线光通信:光纤通信 光通信 无线光通信:大气、海水、外层空间
98

室内半导体照明信息网络

半导体照明智能通信的优越性
1. 无电磁污染→有利于人体健康; 2. 私密性强→安全性高; 3. 与照明结合→无处不在、无须新建专用网络、节能和环保; 4. 网络带宽高→可快速下载网络上信息; 5. 无需频率许可证。

功耗/速度 (mW/Mbps)

距离?速度(m?Mb/s)

半 导 体 照 明 通 信 的 应 用 领 域

基于照明设施的公共场所信息广播;

2

基于半导体照明的室内高 速数据传输

1

汽车等交通工具间的通信和智能交通管理网络

3
基于半导体照明的光学标 签和仓储管理系统 射频敏感区域(如医院、飞机、保密区)的通信

4

5

7.5 未来的物联网通信技术
从短期来看,在未来物联网通信技术的研究过 程中,下面这些内容将是研究的重点: ? (1) 发展“物品”与“物品”之间以及“物品” 与网络之间可以方便的进行信息交换的各种通信技 术。 ? (2) 发展传感器与传感器之间以及传感器与物联 网系统之间的各种通信技术。 ? (3) 开展驱动装置之间以及驱动装置与物联网系 统之间的通信技术研究工作。

7.5 未来的物联网通信技术
? (4) 开展各种分布式数据存储单元之间以及他们 与物联网系统之间的通信息技术研究工作。 ? (5) 发展那些可以满足现实世界中人与人之间各 种交互需求的物联网通信技术。 ? (6) 开展用来提供数据挖掘和数据服务的各种通 信技术和处理技术的研发工作。 ? (7) 开展与标识技术相适应的通信技术的研究工 作。

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