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

在这里插入图片描述

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。

在这里插入图片描述

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
在这里插入图片描述

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：
在这里插入图片描述

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：
在这里插入图片描述

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。