物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)【運(yùn)用學(xué)習(xí)】

4.1藍(lán)牙技術(shù) 藍(lán)牙是一種近距離無(wú)線連接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的代稱，藍(lán)牙的實(shí)質(zhì)就是要建立通用的無(wú)線電空中接口及其控制軟件公開標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙技術(shù)使用高速跳頻和時(shí)分多址等先進(jìn)技術(shù)。藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.15，工作在2.4GHz頻帶，帶寬為1MB/s，配有藍(lán)牙的電子產(chǎn)品可以在10m內(nèi)彼此相連，傳輸速率可以達(dá)到1Mbit/s。 藍(lán)牙的目標(biāo)是實(shí)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(jīng)過(guò)神行便可利用2.4GHz的ISM頻帶，在其上設(shè)立79個(gè)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(kuò)散技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電波的收發(fā)。 藍(lán)牙系統(tǒng)的基本術(shù)語(yǔ)： 1.微微網(wǎng)：是由采用藍(lán)牙技術(shù)的所有設(shè)備一對(duì)等網(wǎng)方式組成的網(wǎng)絡(luò)。 2.分布式網(wǎng)絡(luò)：是由多個(gè)獨(dú)立、非同步的微微網(wǎng)形成的 3.主設(shè)備：在微微網(wǎng)中，如果某臺(tái)設(shè)備的始終和跳頻序列用于同步其他設(shè)備，則稱它為主設(shè)備 4.從設(shè)備：非主設(shè)備的設(shè)備均為從設(shè)備。 5.MAC地址：用3bit表示的地址，用于區(qū)分微微網(wǎng)中的設(shè)備 6.休眠設(shè)備：在微微網(wǎng)中只參與同步，但沒(méi)有MAC地址的設(shè)備。 7.監(jiān)聽及保持方式：指微微網(wǎng)中從設(shè)備的兩種低功耗工作方式。 4.1.1藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1.微微網(wǎng)：微微網(wǎng)是采用藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)備以特定方式組成的網(wǎng)絡(luò)。微微網(wǎng)的建立由兩臺(tái)設(shè)備的連接開始，最多由8臺(tái)設(shè)備構(gòu)成。所有的用戶都共享同一可以達(dá)到的資源。從設(shè)備最多只能有3個(gè)面相同步的(SCO)連接和一個(gè)面向異步的(ACL)連接同時(shí)進(jìn)行。 2.分布式網(wǎng)絡(luò)：分布式網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)獨(dú)立、非同步的微微網(wǎng)形成的，它靠調(diào)頻順序識(shí)別每個(gè)微微網(wǎng)。同一微微網(wǎng)的多有用戶都與這個(gè)調(diào)頻順序同步。在一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)帶有的10個(gè)全負(fù)載的獨(dú)立微微網(wǎng)的情況下，全雙工數(shù)據(jù)傳輸速率超過(guò)6Mbit/s 4.1.2藍(lán)牙協(xié)議體系 藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)可以分為底層硬件模塊、核心協(xié)議層、高端應(yīng)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(gòu)成了藍(lán)牙的物理模塊。RF通過(guò)2.4GHz的ISM頻段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位流的傳輸，它主要定義了藍(lán)牙收發(fā)器應(yīng)滿足的條件?；鶐Ь褪撬{(lán)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(fù)責(zé)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(wèn)入口，但是兩個(gè)模塊接口之間的小溪河數(shù)據(jù)傳輸必須通過(guò)藍(lán)牙主機(jī)控制器(HCI)的解析。 4.2 ZigBee技術(shù) 定義：ZigBee技術(shù)是一種具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。他是為低速率控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，依據(jù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器能以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)在全球2.4GHz免費(fèi)頻帶范圍內(nèi)的高效、低速率的通信功能。 功能：ZigBee設(shè)備具有能量檢測(cè)和鏈路質(zhì)量指示的功能，并采用了碰撞避免機(jī)制，以避免發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突。另外ZigBee設(shè)備采用了密鑰長(zhǎng)度為128位的加密算法。 由ZigBee技術(shù)構(gòu)建的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有功耗低、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、性價(jià)比高、擴(kuò)展簡(jiǎn)便、安全可靠等顯著特點(diǎn)。 4.2.1 ZigBee技術(shù)特點(diǎn) 1.低功耗。ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備工作周期較短、收發(fā)信息功率低、并且采用了休眠模式。 2.傳輸可靠，抗干擾強(qiáng)。兩個(gè)物理層，都采用DSSS擴(kuò)頻通信方式，以化整為零的方式將一個(gè)信號(hào)分為多個(gè)信號(hào)，再有編碼方式傳送信號(hào)，與RFID的寬帶通信和433~915MHz的FSK通信相比，具有抗干擾性強(qiáng)、距離遠(yuǎn)、速度快等特點(diǎn)。在MAC層采用碰撞避免機(jī)制，并為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)沖突，傳輸可靠，時(shí)延短，誤碼率和漏檢率低。 3.低成本。由于ZigBee協(xié)議棧設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練，因此研發(fā)成本較低。 4.安全。ZigBee技術(shù)提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能。 5.速度快、距離遠(yuǎn).ZigBee具有兩個(gè)物理層，即2.4Ghz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(dá)30~70M，如果擴(kuò)大信號(hào)，傳輸距離可超過(guò)百米。 4.2.2 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)組成(選填) ZigBee定義了兩種類型的物理設(shè)備，即全功能設(shè)備FFD和簡(jiǎn)化功能設(shè)備RFD，這兩種物理設(shè)備在邏輯上又定義為三類，即ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器、ZigBee終端設(shè)備(由簡(jiǎn)化功能設(shè)備或者全功能設(shè)備構(gòu)成) (FFD可作為協(xié)調(diào)器或者設(shè)備并與任何設(shè)備進(jìn)行通信) (FFD只發(fā)送和接收信號(hào)，并不起轉(zhuǎn)發(fā)器或者路由器的作用。RFD不能作為協(xié)調(diào)器，只能與全功能設(shè)備通信) 6.2寬帶有線接入網(wǎng)技術(shù) 6.2.1ADSL接入網(wǎng) 1.ADSL是一種以普通電話雙絞線為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)接入的技術(shù)，其最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)4~5KM，下行傳輸速率最高可達(dá)6~8Mbit/s，上行最高768Kbit/s，速度比傳統(tǒng)的56kbit/s模擬調(diào)制解調(diào)器快100多倍，這也是傳輸速率達(dá)128kbit/s的窄帶ISDN所無(wú)法比擬的。 2.ADSL采用FDM(頻分復(fù)用)和離散多音調(diào)制(DMT)技術(shù)。 3.利用雙絞線的空閑頻帶，ADSL實(shí)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(wù)(0~20KHz) 上行信道(25~138KHz) 下行信道(138~1104 KHz) 4.基于ADSL技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)主要由局端設(shè)備和用戶設(shè)備組成。 6.2.2光纖接入網(wǎng) PON口：一個(gè)廣口一根纖，單纖雙向傳輸---波分復(fù)用(WDM) 一個(gè)PON用三個(gè)技術(shù)：WDM、TDM、TDMA。 EPON和APON的區(qū)別：EPON中數(shù)據(jù)傳輸采用IEEE 802.3 Ethernet的幀格式，其分組長(zhǎng)度可變，最大為1518B；APON中采用標(biāo)準(zhǔn)的ATM53B的固定場(chǎng)分組格式。由于IP分組也是可變長(zhǎng)的，最大長(zhǎng)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(zhǎng)方式實(shí)現(xiàn)單纖上的全雙工通信，下行信道使用1510nm波長(zhǎng)，上行信道使用1310nm波長(zhǎng)。 OLT光線路終端 ONU用戶端的光網(wǎng)絡(luò)接口 ODN光配線網(wǎng) EPON和GPON的區(qū)別： EPON的單PON口為1.25G 帶寬為15/20 最大分光比為1:32/1:64 GPON的單PON口為2.5G 帶寬為20/60 最大分光比為1::64/1:128 HFC接入網(wǎng) 1.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(luò)發(fā)展而來(lái)的。 2.工作原理：在HFC上利用CableModem進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需對(duì)原有的CATV網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向蓋在，主要包括配線網(wǎng)絡(luò)帶寬要升級(jí)到860MHz以上，網(wǎng)絡(luò)中使用的信號(hào)放大器要換成雙向放大器，同時(shí)光纖段和用戶端也應(yīng)增加相應(yīng)的設(shè)備用于話音和數(shù)據(jù)通信。 CableModem采用副載波頻分復(fù)用方式將各種圖像，數(shù)據(jù)、話音信號(hào)條知道相互區(qū)分的不同頻段上，在經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)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(gè)6MHz頻段，一般采用64/256QAM調(diào)制方式，速率可達(dá)30~40Mbit/s；上行數(shù)據(jù)通道占用5~42Mhz之間的一個(gè)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(qiáng)的QPSK調(diào)制方式，速率可達(dá)320kbit/s~10Mbit/s HFC頻譜安排參考方案如下：橫坐標(biāo) 頻率/MHz，縱坐標(biāo) 中到高/dBmV 上行信號(hào)：5~42 60路模擬CATV：50~550 VOD、CATV或其他交互數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：550~750 3.應(yīng)用領(lǐng)域和缺點(diǎn)： 基于HFC的Cable Modem技術(shù)主要依托有線電視網(wǎng)，目前提供的主要業(yè)務(wù)又Internet訪問(wèn)、IP電話、視頻會(huì)議、VOD、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)游戲等。此外，Cable Modem沒(méi)有ADSL技術(shù)的嚴(yán)格距離限制，采用Cable Modem在有線電視網(wǎng)上建立數(shù)據(jù)平臺(tái)，已成為有線電視公司介入電信業(yè)務(wù)的首選。 Cable Modem速率雖快，但也存在一些問(wèn)題，如CMTS與CM的連接是一種總線方式。Cable Modem用戶是共享帶寬的，當(dāng)多個(gè)CableModem用戶同時(shí)接入Internet時(shí)，數(shù)據(jù)帶寬就由這些用戶均分，從而速率會(huì)下降。另外，共享總線式的接入方式使的在進(jìn)行交互式通信時(shí)必須注意安全性和可靠性問(wèn)題。 第七章無(wú)線局網(wǎng)技術(shù) 7.1無(wú)線局域網(wǎng)概述 1.無(wú)線局域網(wǎng)是利用射頻RF無(wú)線信道或者紅外信道取代有線傳輸介質(zhì)所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)。WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在已經(jīng)能夠達(dá)到11Mbit/s(IEEE 802.11b)，最高速率可達(dá)到54Mbit/s(IEEE 802.11a),是不同情況傳輸距離可從10m~10KM，即可滿足各類便攜機(jī)的入網(wǎng)要求，也可作為傳統(tǒng)有線LAN的補(bǔ)充手段。 2.無(wú)線局域網(wǎng)多用于以下場(chǎng)合：1.無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(shí)間所需臨時(shí)局域網(wǎng)，如會(huì)議中心、展覽館、休閑娛樂(lè)中心等。5.流動(dòng)工作者需隨時(shí)獲得信息的區(qū)域 3.無(wú)線LAN具有的優(yōu)點(diǎn)：1.由于無(wú)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(wú)線LAN可作為有線LAN的無(wú)限延伸，也可用于有線LAN的無(wú)線互聯(lián)。3.便于筆記本計(jì)算機(jī)的介入。4.不受場(chǎng)地限制，能迅速建立局域網(wǎng)。5.通過(guò)支持移動(dòng)IP，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 7.2無(wú)線局域網(wǎng)的技術(shù)要點(diǎn)：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(dòng)性 7.3無(wú)線局域網(wǎng)的組成：1.無(wú)線網(wǎng)卡2.橋接器 其中 無(wú)線網(wǎng)卡分為：1.PCMCIA無(wú)線網(wǎng)卡、PCI無(wú)線網(wǎng)卡和USB無(wú)線網(wǎng)卡。 一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)集包括兩個(gè)或者更多的基本服務(wù)集，而這些基本服務(wù)集通過(guò)分配系統(tǒng)連接在一起，擴(kuò)展服務(wù)集是一個(gè)在LLC子層上的邏輯局域網(wǎng) 7.4無(wú)線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：1.無(wú)中心拓?fù)?2.單接入點(diǎn)方式 3.多接入點(diǎn)方式 4.多蜂窩漫游工作方式 7.5無(wú)線LAN體系結(jié)構(gòu) 7.5.1 IEEE 802.11無(wú)線LAN標(biāo)準(zhǔn) 1.IEEE 802.11規(guī)范了OSI物理層和介質(zhì)訪問(wèn)控制(mac)層。物理層確定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)特征和調(diào)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(kuò)頻 3.跳頻擴(kuò)頻FHSS。 IEEE 802.11b IEEE 802.11b規(guī)定物理層采用DSSS和補(bǔ)償編碼控件(cck)調(diào)制方式，工作在2.4~2.4835GHz頻段，每5MHz一個(gè)載頻，共14個(gè)頻點(diǎn)，由于信道帶寬是22MHz，故實(shí)際可用的頻點(diǎn)只有三個(gè)。IEEE 802.11b的速率最高可達(dá)11Mbit/s，根據(jù)情況可以選用5.5、2、1Mbit/s，實(shí)際的工作速率在5Mbit/s左右。 IEEE 802.11b的優(yōu)點(diǎn)： 1.速度：IEEE 802.11b工作在2.4GHz頻段，采用直接序列擴(kuò)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。 2.動(dòng)態(tài)速率轉(zhuǎn)換：當(dāng)信道特性變差時(shí)，可降低數(shù)據(jù)傳輸速率為5.5、2和1Mbit/s 3.覆蓋范圍大：IEEE 802.11b室外覆蓋范圍為300m，室內(nèi)為100m。 4.可靠性：與以太網(wǎng)類似的連接協(xié)議和數(shù)據(jù)包確認(rèn)提供可靠的數(shù)據(jù)傳送和網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效使用。 5.電源管理：IEEE 802.11b網(wǎng)卡可轉(zhuǎn)到休眠模式，AP將信息緩存，延長(zhǎng)了筆記本計(jì)算機(jī)的電池壽命。 6.支持漫游：當(dāng)用戶在覆蓋區(qū)移動(dòng)時(shí)，在AP之間可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。 7.加載平衡：若當(dāng)前的AP流量較擁擠，或者信號(hào)質(zhì)量降低時(shí)，IEEE 802.11b可更改連接的AP，以提高性能。 8.可伸縮性：在有效使用范圍中，最多可同時(shí)設(shè)置3 個(gè)AP，支持上百個(gè)用戶 9.同時(shí)支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 10.安全性：采用前面所講的安全措施，可以保證信息安全。 IEEE 802.11a IEEE802.11a擴(kuò)充了標(biāo)準(zhǔn)的物理層，工作在5.15~5.25GHz、5.25~5.35GHz和5.728~5.825GHz等3個(gè)可選頻段，采用QFSK調(diào)制方式，物理層可傳送從6~54Mbit/s的速率。IEEE 802.11a采用正交頻分復(fù)用OFDM擴(kuò)頻技術(shù)，可提供25Mbit/s的無(wú)線ATM接口和10Mbit/s的以太網(wǎng)無(wú)限幀結(jié)構(gòu)接口，支持語(yǔ)音數(shù)據(jù)圖像業(yè)務(wù)。 IEEE 802.11g 它采用OFDM技術(shù)。 7.6.2 無(wú)限LAN擴(kuò)展頻譜技術(shù) 特點(diǎn)：1抗干擾能力強(qiáng) 2.可進(jìn)行多址通信 3.安全保密 1.擴(kuò)頻技術(shù)有以下幾種方式：1.直接序列擴(kuò)頻DSSS 2.跳頻擴(kuò)頻 3.跳時(shí)擴(kuò)頻 4.線性調(diào)頻擴(kuò)頻 2.DSSS和FHSS的對(duì)比：DSSS方式與FHSS方式不同，它采用固定載波頻率，將信號(hào)用偽隨機(jī)碼擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上，在接收端用相同的偽隨機(jī)碼對(duì)接收的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行解析。 DSSS方式的基本原理： 1.首先將數(shù)字信號(hào)調(diào)制到窄帶頻率為f0的載波上(1次調(diào)制)，調(diào)制信號(hào)的頻譜在經(jīng)擴(kuò)頻器進(jìn)行橫向擴(kuò)展(二次調(diào)頻)。 2.擴(kuò)頻器中有一個(gè)為隨機(jī)噪聲碼信號(hào)發(fā)生器，它產(chǎn)生發(fā)送端和接收端事前都知道的PN碼，由這個(gè)PN碼對(duì)頻譜進(jìn)行擴(kuò)展。 3.接收端接收來(lái)自發(fā)送端的擴(kuò)頻后的調(diào)制信號(hào)。 4.再?zèng)]有其他電波信號(hào)和噪聲干擾時(shí)，擴(kuò)展后的頻譜在接收端與使用和發(fā)送端相同的PN信號(hào)相互作用，恢復(fù)成原來(lái)的窄帶信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)濾波器過(guò)濾和解調(diào)器解調(diào)變成數(shù)字信號(hào)交給主機(jī)B。 5.在有噪聲干擾時(shí)，在擴(kuò)展后的頻譜上疊加了一個(gè)高電平的雜波譜。在接收端用PN信號(hào)與之相互作用，由于PN信號(hào)與雜波不相關(guān)，信號(hào)頻譜回復(fù)成原來(lái)的窄帶信號(hào)，而雜波頻譜進(jìn)行了擴(kuò)展，最后經(jīng)濾波后窄帶信號(hào)中的雜波分量很小，經(jīng)解調(diào)后仍能恢復(fù)成原來(lái)的數(shù)字信號(hào)交給主機(jī)B 第十章 傳送網(wǎng)技術(shù) 1.SDH保護(hù)方式復(fù)用段保護(hù)，通道保護(hù)，雙發(fā)選收(SNCP) 2.SDH傳送網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)單元可分為：終端復(fù)用器(TM)、分插復(fù)用器(ADM)、數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC) SDH傳送網(wǎng)是一種以同步時(shí)分復(fù)用和光纖技術(shù)為核心的傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu) 3.OTN中的幀被稱為光信道傳送單元(OTU)，它是通過(guò)數(shù)字打包技術(shù)向客戶信號(hào)加入開銷OH和FEC部分形成的，2.5G、10G、40Gbit/s三種不同的速率 4.OTN的時(shí)分復(fù)用采用異步映射方式 5.OTN分為三層：光信道層，光復(fù)用層，光傳輸段層 4 技術(shù)l類別