物联网概论(IoT)_Chp5 物联网通信 Zigbee/蓝牙/UWB/WLAN/WiMax

Chp5 物联网通信

公用电信网可划分为三个部分,即长途网(长途局以上的部分)、中继网(长途局与市话端局之间、市话端局与市话端局之间的部分)和接入网(端局与用户之间的部分)。目前国际上倾向于将长途网和中继网合在一起称为核心网,相对于核心网的部分就是接入网。

在物联网中,接入网技术是物联网通信的关键技术,接入网和核心网共同构成了物联网通信的体系架构。

依通信覆盖范围的不同,无线网络从小到大依次为无线个域网(WPAN)、无线局域网(WLAN)、无线城域网(WMAN)和无线广域网(WWAN)。无线接入技术能实现真正意义上的个人通信,目前无线接入有ZigBee、蓝牙、RFID、UWB、60GHz、Wi-Fi、WiMAX、3G、4G等。

Zigbee

低功耗,低成本,短时延,高容量,高安全

ZigBee的应用场景符合如下条件的应用,可以采用ZigBee技术

(1)需要数据采集或监控的网点多;

(2)要求传输的数据量不大,而要求设备成本低;

(3)要求数据传输的可靠性高,安全性高;

(4)设备体积很小,电池供电;

(5)地形复杂,监测点多,需要较大的网络覆盖。

蓝牙

短距离、低成本的无线传输应用技术,使短程无线通信技术标准化

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范,工作在全球通用的2.4GHzISM频段,采用分散式网络结构、快跳频、短包技术、时分双工等传输方案,支持点对点及点对多点通信。

UWB

超宽带(UlItra Wideband,UWB)能在较宽的频谱上传送极低功率的信号,能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s的无线数据传输。

与普通信号波形相比,UWB不利用余弦波进行载波调制,而是发送许多小于1ns的脉冲,也称为脉冲无线电(lmpulse Radio)通信。UWB调制采用脉冲宽度在ns级的快速上升和下降脉冲,脉冲覆盖的频谱从直流至GHz。UWB不同于把基带信号变换为无线射频,脉冲成型后可直接送至天线发射

结构简单,定位精确,高速的数据传输

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UWB技术多年来一直是美国军方使用的作战技术之一,但由于UWB具有巨大的数据传输速率优势,同时发射功率较小,在短距离范围内提供高速无线数据传输将是UWB的重要应用领域。目前UWB主要应用于数字家庭和精确地理定位。

60GHz通信

60GHz电磁波属毫米波范畴,具有高度的直线传播特性,绕射能力差,容易受障碍物的遮挡。60GHz的毫米波容易被氧气吸收,也容易被障碍物所阻挡,可以采用增大发射功率、选用高增益天线、增加中继站、采用相控阵天线的技术来解决。

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WLAN

WLAN的技术特点

(1)WLAN具有灵活性和移动性

(2)WLAN安装便捷

(3)WLAN易于进行网络规划和调整

(4)WLAN容易定位故障

(5)WLAN易于扩展

(6)WLAN的缺陷是容易造成信息泄漏
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WiMax

无线城域网(WMAN)主要用于解决城域网的无线接入问题,覆盖范围为几千米到几十千米,除提供固定的无线接入外,还提供具有移动性的接入能力。IEEE802.16是无线城域网的标准之一,为了促进IEEE802.16的应用,2003年Intel、西门子、富士通、AT&T等公司成立了旨在推进无线宽带接入技术的WiMAX论坛。

2.WiMax的技术特点

实现更远的传输距离。WiMAX所能实现的50公里无线信号传输距离是WLAN所不能比拟的,这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。

提供更高速的宽带接入。WiMAX所能提供的接入速度可以达到70Mbps;2011年4月,IEEE通过了802.16m标准,下载速率可能超过300Mbps。

基于双绞线传输的接入网

1.HDSL

HDSL采用多对双绞线进行并行传输,将T1或E1(1.5Mbit/s或2Mbit/s)的数据流分开在两对或三对双绞线上传输,降低每线对上的传信率,增加传输距离。

HDSL的基本构成:
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2.ADSL

ADSL以普通电话线路(普通双绞铜线)作为传输介质,可实现下行高达12Mbit/s、上行1Mbit/s的传输速度,这样就出现了所谓的不对称传输模式。

3.VDSL

VDSL是目前传输带宽最高的一种铜线接入技术。VDSL系统图像信号由局端经馈线光纤送到远端,速率为622Mb/s;在用户端,经收发信机解调为25Mb/s和50Mb/s的基带信号,收发信机同时调制上行1.5Mb/s数字信号传送给双绞线。

VDSL的基本构成:
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基于光传输的接入网

1.光纤接入网特点

光纤接入技术与其他接入技术相比,最大的优势在于可用带宽大。此外,光纤接入网还有传输质量好、传输距离长、抗干扰能力强、网络可靠性高、节约管道资源等特点。光纤接入网通过光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTP)、光纤到家庭(FTTH),可以实现千兆到小区、百兆到楼单元和十兆到家庭。

2.光纤接入网技术

(1)有源光网络

有源光网络的局端设备和远端设备以SDH技术为主。远端设备主要完成业务的收集、接口适配、复用和传输功能,局端设备主要完成接口适配、复用和传输功能。

(2)无源光网络

ATM无源光网络(ATM-PON)综合了ATM技术和无源光网络技术,可以提供从窄带到竞带的各种业务。

混合光纤/同轴接入网

混合光纤/同轴(HFC)是一种基于频分复用的宽带接入技术,它的主干网使用光纤,采用频分复用方式传输多种信息,分配网则采用树状拓扑和同轴电缆,用于传输和分配用户信息。HFC是将光纤逐渐推向用户的一种新的演进策略,可实现多媒体通信和交互式视频图像业务。

光网络

光纤的发明

1966年,英/美籍华裔物理学家高琨博士发表了论文《Dielectric-fiber surface waveguides for optical frequencies》,从理论上证明了用高纯度石英玻璃纤维(即光纤)作为传输媒介实现长距离、大容量通信的可能性,并论述了实现低损耗光纤的技术途径,从而奠定了光纤通信的基础。高银则成为“光纤之父”,获颁2009年诺贝尔物理学奖。

量子通信

er surface waveguides for optical frequencies》,从理论上证明了用高纯度石英玻璃纤维(即光纤)作为传输媒介实现长距离、大容量通信的可能性,并论述了实现低损耗光纤的技术途径,从而奠定了光纤通信的基础。高银则成为“光纤之父”,获颁2009年诺贝尔物理学奖。

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