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1、短距离无线通信技术短距离无线通信技术第第 1 章章 概概 述述林虹林虹1.短距离无线通信基本概念短距离无线通信基本概念2.各种短距离无线通信技术的发展、应用及各种短距离无线通信技术的发展、应用及 特点特点3.短距离无线通信技术的研究开发短距离无线通信技术的研究开发1.短距离无线通信短距离无线通信基本概念基本概念有线通信有线通信数据传输的介质：双绞线，同轴电缆，光纤，数据传输的介质：双绞线，同轴电缆，光纤，或是别的有线介质或是别的有线介质。无线通信无线通信数据传输的介质：红外线，无线电微波，或是数据传输的介质：红外线，无线电微波，或是其它无线介质其它无线介质。信号在空气中传播，可以被任何人接收信
2、号在空气中传播，可以被任何人接收。无线数据网的种类无线数据网的种类 无线广域网（无线广域网（WWAN）无线城域网（无线城域网（WMAN）无线局域网（无线局域网（WLAN）无线个人网（无线个人网（WPAN）无线体域网（无线体域网（WBAN）IEEE:美国电气电子工程师学会美国电气电子工程师学会 Wireless LANWired LAN1rd Gen2rd Gen3rd Gen4rd Gen10Mbps2Mbps11Mbps54Mbps250Mbps105.55.55.5GAP Bottle Neck in the Last Mile Of Access100Mbps1Gbps10Gbps101
3、0Gap of transmission ability between fixed and wireless10k110k384k?什么是短距离无线通信？什么是短距离无线通信？短距离无线通信的主要特点为短距离无线通信的主要特点为通信距离短通信距离短，覆盖，覆盖距离一般在距离一般在几十几十m m或或100m100m（200200m m）之内。）之内。无线发射器的无线发射器的发射功率较低发射功率较低，发射功率一般小于，发射功率一般小于100100mWmW。自由地连接各种个人便携式电子设备、计算机外自由地连接各种个人便携式电子设备、计算机外部设备和各种家用电气设备，实现信息共享和多部设备和各种家用
4、电气设备，实现信息共享和多业务的无线传输。业务的无线传输。各种短距离无线通信技术各种短距离无线通信技术Bluetooth（蓝牙）技术（蓝牙）技术WLAN（无线局域网）技术（无线局域网）技术IEEE 802.11 系列系列HiperLAN 系列系列IrDA(红外数据协会红外数据协会)技术技术 UWB（超宽带）技术（超宽带）技术Zigbee（紫蜂）技术（紫蜂）技术Ad hoc（自组织网络）（自组织网络）技术技术RFID（射频识别）技术（射频识别）技术HomeRF 技术技术 NFC(短距通信短距通信)技术技术无线无线13942.各种短距离无线通信技术各种短距离无线通信技术的发展、应用的发展、应用及及
5、特点特点蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的短距离无线接口。环境建立通用的短距离无线接口。蓝牙技术的发展蓝牙技术的发展蓝蓝牙牙技技术术诞诞生生于于1994年年，Ericsson当当时时决决定定开开发发一一种种低低功功耗耗、低低成成本本的的无无线线接接口口，以以建建立立手手机机及及其其附附件件间间的的通通信信。19981998年年5 5月，爱立信联合诺基亚月，爱立信联合诺基亚(Nokia)(Nokia)、英特尔、英特尔(Intel)(I
6、ntel)、IBMIBM和东芝和东芝(Toshiba)(Toshiba)成立了成立了“蓝牙特殊利益集团蓝牙特殊利益集团“（SIGSIG）。）。并提出了近距离无线数据通信技术标准。并提出了近距离无线数据通信技术标准。19991999年年7 7月蓝牙月蓝牙SIGSIG正式公布蓝牙正式公布蓝牙1.01.0版本规范，将蓝牙的发版本规范，将蓝牙的发展推进到实用化阶段。展推进到实用化阶段。2.1 Bluetooth(蓝牙）技术蓝牙）技术2001年年3月，蓝牙月，蓝牙1.1版本正式发布。版本正式发布。蓝牙规范蓝牙规范1.0版本主要针对点对点的无线连接，比如手机与计算版本主要针对点对点的无线连接，比如手机与计
7、算机、计算机与外设、手机与耳机等的无线应用。蓝牙机、计算机与外设、手机与耳机等的无线应用。蓝牙1.1版本将点版本将点对点扩展为点对多点，并修整了前一版本的错误与模糊概念。对点扩展为点对多点，并修整了前一版本的错误与模糊概念。2003年年11月，蓝牙月，蓝牙SIG公布了蓝牙公布了蓝牙1.2版本规范版本规范。实现设实现设备识别高速化的基础上，减少了与无线局域网备识别高速化的基础上，减少了与无线局域网(WLAN)的的无线电波干扰。无线电波干扰。2004年年11月，蓝牙月，蓝牙2.0标准标准(2.0+EDR)正式推出。使蓝牙正式推出。使蓝牙的应用扩展到多媒体设备中，新标准具有更高的数据传的应用扩展到多
8、媒体设备中，新标准具有更高的数据传输速率和带宽（输速率和带宽（2-10Mbps），且在大量数据传输时功耗），且在大量数据传输时功耗降低为原标准的一半。降低为原标准的一半。各版本的蓝牙技术标准可从蓝牙国际组织的官方网站(http:/www.bluetooth.org)免费下载。蓝牙的技术特点蓝牙的技术特点蓝牙工作在全球开放的蓝牙工作在全球开放的2.4GHz ISM频段。频率范围为频段。频率范围为2.42.4835GHz。使用跳频频谱扩展和时分多址技术，把频带分成若干个跳频信道，使用跳频频谱扩展和时分多址技术，把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道在一次
9、连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道“跳跳”到另一个信道。到另一个信道。79个信道，个信道，1600跳跳/s。一台蓝牙设备可同时与其他一台蓝牙设备可同时与其他7台蓝牙设备建立连接。台蓝牙设备建立连接。数据传输速率可达数据传输速率可达1Mb/s。FEC ARQ低功耗、通信安全性好。四种工作模式：激活低功耗、通信安全性好。四种工作模式：激活(Active)模式、呼吸模式、呼吸(Sniff)模式、保持模式、保持(Hold)模式和休眠模式和休眠(Park)模式。模式。在链路层中，蓝牙在链路层中，蓝牙系统使用认证、加密和密钥管理等功能进行安全控制。在应用层中，系统使用认证、加密和密钥管理等
10、功能进行安全控制。在应用层中，用户可以使用个人标用户可以使用个人标 识码（识码（PIN）来进行单双向认证。）来进行单双向认证。在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通信视角和方向在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通信视角和方向要求。要求。组网简单方便。采用组网简单方便。采用“即插即用即插即用”的概念，嵌入蓝牙技术的设备一的概念，嵌入蓝牙技术的设备一旦搜索到另一蓝牙设备，马上就可以建立连接，传输数据。旦搜索到另一蓝牙设备，马上就可以建立连接，传输数据。蓝牙技术具有电路交换和分组交换两种数据传输类型，能够同时支蓝牙技术具有电路交换和分组交换两种数据传输类型，能够同时支持语音业务和数
11、据业务的传输。持语音业务和数据业务的传输。蓝牙规范蓝牙规范 蓝牙规范目前已发展到蓝牙规范目前已发展到4.0版本，各版本的规范都是分为版本，各版本的规范都是分为核核心系统心系统(Core)和应用模型和应用模型(Profile)两部分两部分。其中其中核心部分包括射频核心部分包括射频(RF)、链路控制、链路控制(LC)、链路管理、链路管理(LMP)、逻辑链路控制与适应、逻辑链路控制与适应(L2CAP)四个最底层协议以及四个最底层协议以及通用的业务搜寻协议通用的业务搜寻协议(SDP)和通用接入模型和通用接入模型(GAP)。而应用模型则是根据具体产品的不同需要而提出的而应用模型则是根据具体产品的不同需要
12、而提出的各种协议各种协议组合，如串口组合，如串口(Serial Port Profile)、传真、传真(FAX)、拨号网络、拨号网络(Dial-up Networking)等等。WLAN是一种借助无线技术取代以往有线信道方式构成计算机是一种借助无线技术取代以往有线信道方式构成计算机局域网的手段，以解决有线方式不易实现的计算机的可移动性，局域网的手段，以解决有线方式不易实现的计算机的可移动性，使其应用更加不受空间限制。技术标准包括使其应用更加不受空间限制。技术标准包括IEEE 802.11 系列系列 和和 欧洲的欧洲的HiperLAN 系列。系列。IEEE 802.11 系列系列IEEE的的80
13、2.11标准由很多子集构成，它详细定义了标准由很多子集构成，它详细定义了WLAN中从物理层到中从物理层到MAC层（媒体访问控制）的通信协议。层（媒体访问控制）的通信协议。HiperLAN系列系列欧洲电信标准化协会欧洲电信标准化协会(ETSI)推出推出HiperLAN1和和HiperLAN2的接入泛的接入泛欧标准。在欧标准。在2000年，年，HIPERLAN2标准制定完成，标准采用预留标准制定完成，标准采用预留TDMA多址方式，动态多址方式，动态TDD双工方式，双工方式，OFDM调制，最高数据速率调制，最高数据速率能达到能达到54Mbit/s，标准详细定义了，标准详细定义了WLAN的检测功能和转
14、换信令，的检测功能和转换信令，用以支持许多无线网络，支持动态频率选择、无线信元转换、链路用以支持许多无线网络，支持动态频率选择、无线信元转换、链路自适应、多束天线和功率控制等，并且强调与自适应、多束天线和功率控制等，并且强调与3G整合。整合。2.2 WLAN（无线局域网）技术（无线局域网）技术IEEEIEEE802.11802.11标准定义了单一的标准定义了单一的MACMAC层和多样的物理层，其物层和多样的物理层，其物理层标准主要有理层标准主要有IEEEIEEE802.11b802.11b（WiFiWiFi）、）、IEEEIEEE802.11a802.11a和和IEEEIEEE802.11g8
15、02.11g。Wi-Fi最具潜力的应用主要是在最具潜力的应用主要是在SOHO、家庭无线网络以及、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。凭借这些优点，不便安装电缆的建筑物或场所。凭借这些优点，Wi-Fi已成已成为目前最为流行的笔记本电脑无线上网技术为目前最为流行的笔记本电脑无线上网技术。IEEE在在2009年年9月月11日批准了日批准了802.11n高速无线局域网标准高速无线局域网标准。IEEE 802.11n使用使用2.4GHz频段和频段和5GHz频段，传输速度频段，传输速度300Mbps，最高可达，最高可达600Mbps，可向下兼容，可向下兼容802.11b、802.11g。WLAN
16、802.11系列系列标准标准标准标准IEEE802.11IEEE802.11bIEEE802.11aIEEE802.11g使用使用频频帶帶2.4GHz2.4GHz5GHz2.4GHz传输传输速率速率2Mbps11Mbps54Mbps54Mbps扩频技术扩频技术DSSS/FHSSDSSSFHSSFHSS调制技术调制技术BPSK/QPSKBPSK/QPSKOFDMOFDM传输距离传输距离100M100M50M100M标准标准制定時制定時间间1997199920012003在在MAC(媒体接入控制媒体接入控制)层，层，802.11、802.11b、802.11a、802.11g 这四种标准均采用的是
17、这四种标准均采用的是CSMA/CA（载波侦听多点接入载波侦听多点接入/冲突避免冲突避免）2.3 IrDA(红外数据协会红外数据协会)技术技术红外线数据协会红外线数据协会(Infrared Data Association，IrDA)成立于成立于1993年，是致力于建立红外线无线连接的非营利组织。起初，年，是致力于建立红外线无线连接的非营利组织。起初，采用采用IrDA标准的无线设备仅能在标准的无线设备仅能在1m范围内以范围内以115.2 kb/s的的速率传输数据，很快发展到速率传输数据，很快发展到 4Mb/s的速率（的速率（4PPM），后来，），后来，速率又达到速率又达到16Mb/s。IrDA技
18、术是一种利用红外线进行点对点通信的技术。目前它技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术。目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备(如如PDA、手机、手机)上上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持记本电脑、打印机等产品都支持IrDA技术。技术。IrDA的主要优点是无须申请频率的使用权，因而红外通信成的主要优点是无须申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。它还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方本低廉。它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
19、；由于数据传输率较高，因而适于传输便、简单易用的特点；由于数据传输率较高，因而适于传输大容量的文件和多媒体数据。此外，红外线发射角度较小，大容量的文件和多媒体数据。此外，红外线发射角度较小，传输安全性高。传输安全性高。IrDA的不足在于它是一种视距传输，的不足在于它是一种视距传输，2个相互通信的设备之个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而该技术只能用间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，因而该技术只能用于于2台台(非多台非多台)设备之间的连接。设备之间的连接。IrDA目前的研究方向是如目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。何解决视距传输问题及提高数据传输率。2
20、.4 UWB（超宽带）技术（超宽带）技术超宽带超宽带(Ultra-Wideband)的定义的定义:UWB信号的带宽应大于等于信号的带宽应大于等于500MHz，或其相对带宽大，或其相对带宽大于于0.2。UWB无线通信的实际使用频谱范围为无线通信的实际使用频谱范围为3.1-10.6GHz，其，其有效各向同性辐射功率有效各向同性辐射功率(EIRP)不超过不超过-41.3dBm/MHz。超宽带的特点超宽带的特点:共享宽带频谱资源共享宽带频谱资源.系统容量大，传输速率高系统容量大，传输速率高.低功耗、低截获概率，低成本低功耗、低截获概率，低成本.良好的多径分辨率，定位精度高良好的多径分辨率，定位精度高
21、UWB的两个突破的两个突破在频谱划分方面，开创在频谱划分方面，开创“共存共存”局局面面在传输速度方面，真正走向了高速在传输速度方面，真正走向了高速超宽带的应用超宽带的应用:高速无线通信高速无线通信雷达探测成像雷达探测成像定位跟踪定位跟踪 超宽带的技术发展动态超宽带的技术发展动态:脉冲（脉冲（IR）UWB -，载波载波UWBDS-CDMA -，MB-OFDM -，高速高速UWB最终标准最终标准IEEE802.15.3a至今仍未至今仍未确定，但形成了确定，但形成了WiMedia联盟。联盟。低速低速UWB的标准的标准IEEE802.15.4a最终采用了最终采用了IR UWB技术，用于短距离无线工业自
22、动控制技术，用于短距离无线工业自动控制网。网。IEEE802.15.4a的另外一个可选技术为的另外一个可选技术为工作在工作在2.4GHz的的 CSS技术。技术。IEEE 802.15 Working Group for WPAN http:/www.ieee802.org/15/2.5 Zigbee（紫蜂）技术（紫蜂）技术ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。距离和方向等信息。ZigBee技术是一种近距离
23、、低复杂度、低功耗、低数据速技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。ZigBee 联盟成立于联盟成立于2001年年9月月,拥有拥有150个成员，包括飞思个成员，包括飞思卡尔、菲利普、三菱、三星、卡尔、菲利普、三菱、三星、IBM及华为等。及华为等。宗旨是在一个开放式全球标准的基础上使稳定的、低成本的、宗旨是在一个开放式全球标准的基础上使稳定的、低成本的、低功耗的、无线联网的监控和控制
24、产品成为可能低功耗的、无线联网的监控和控制产品成为可能Zigbee自身的技术优势自身的技术优势：低功耗低功耗。在低耗电待机模式下。在低耗电待机模式下,2 节节5 号干电池可支持号干电池可支持1个个节点工作节点工作624个月个月,甚至更长。这是甚至更长。这是Zigbee的突出优势。的突出优势。相比较相比较,蓝牙能工作数周、蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。可工作数小时。低成本低成本。通过大幅简化协议。通过大幅简化协议(不到蓝牙的不到蓝牙的1/10),降低了对降低了对通信控制器的要求通信控制器的要求,按预测分析按预测分析,以以8051的的8位微控制器测位微控制器测算算,全功能的主节点需要全功能
25、的主节点需要32KB代码代码,子功能节点少至子功能节点少至4KB代码代码,而且而且Zigbee免协议专利费。每块芯片的价格大约为免协议专利费。每块芯片的价格大约为2 美元。美元。低速率低速率。Zigbee工作在工作在20250 kbps的较低速率的较低速率,分别提分别提供供250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz)和和20kbps(868 MHz)的原始数据吞吐率的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应满足低速率传输数据的应用需求。用需求。近距离。传输范围一般介于近距离。传输范围一般介于10100 m 之间之间,在增加在增加RF 发射发射功率后功率后,亦可增加到亦可增加到
26、13 km。这指的是相邻节点间的距离。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。传输距离将可以更远。短时延。短时延。Zigbee 的响应速度较快的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态一般从睡眠转入工作状态只需只需15 ms,节点连接进入网络只需节点连接进入网络只需30 ms,进一步节省了电进一步节省了电能。相比较能。相比较,蓝牙需要蓝牙需要310 s、WiFi 需要需要3 s。高容量。高容量。Zigbee 可采用星状、片状和网状网络结构可采用星状、片状和网状网络结构,由一个由一个主节点管理若干子节点主节点管理若干子节点,最多一个
27、主节点可管理最多一个主节点可管理254 个子节点个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成最多可组成65000 个节点的大网。个节点的大网。高安全。高安全。Zigbee 提供了三级安全模式提供了三级安全模式,包括无安全设定、使包括无安全设定、使用接入控制清单用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密防止非法获取数据以及采用高级加密标准标准(AES 128)的对称密码的对称密码,以灵活确定其安全属性。以灵活确定其安全属性。免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段频段-2.4 G
28、Hz(全球全球)、915 MHz(美国美国)和和868 MHz(欧洲欧洲)真正的真正的ZigBee，由，由ZigBee Alliance所主导的标准，定义了网络层所主导的标准，定义了网络层（Network Layer）、安全层（）、安全层（Security Layer）、应用层（）、应用层（Application Layer）、以及各种应用产品的资料（）、以及各种应用产品的资料（Profile）；而由）；而由IEEE所制订的所制订的802.15.4标准，则是定义了物理层（标准，则是定义了物理层（PHY Layer）及媒体存取层（）及媒体存取层（MAC Layer）。）。物理层（物理层（PHY）
29、采用直接序列展频（）采用直接序列展频（DSSS，）技术，在媒体，）技术，在媒体存取控制（存取控制（MAC）层方面，主要是沿用）层方面，主要是沿用WLAN中中802.11系列标准的系列标准的CSMA/CA方式。方式。低速无线设备 TV VCR DVD CD 鼠标鼠标 键盘键盘 操作杆操作杆 保安保安 HVAC 照明照明 门禁门禁 玩具玩具 游戏器具游戏器具 监视监视 诊断诊断 传感器传感器工业、农业和商业消费电子消费电子个人健康监护 监视监视 传感器传感器 自动化自动化控制控制玩具和玩具和游戏游戏家庭家庭自动化自动化PC 机的机的外围设备外围设备ZigBee适应的应用场合2.6 Ad hoc（自
30、组织网络）（自组织网络）技术技术蜂窝移动通信网络和无线局域、移动蜂窝移动通信网络和无线局域、移动IP协议都属于现有网络基协议都属于现有网络基础设施范畴，它们需要类似基站、访问服务点或外地代理这样础设施范畴，它们需要类似基站、访问服务点或外地代理这样的中心控制设备。但是，在很多特殊环境的中心控制设备。但是，在很多特殊环境(如动态环境下如动态环境下)和应急和应急情况下，没有可用的网络基础设施如何通信？这就要求能够动情况下，没有可用的网络基础设施如何通信？这就要求能够动态的、可以快速部署的、不依赖或者很少依赖现有的有线网络，态的、可以快速部署的、不依赖或者很少依赖现有的有线网络，也就是无线自组织网络
31、，也称也就是无线自组织网络，也称Ad hoc网络。网络。无线自组织网络无线自组织网络(Ad hoc Network)(Ad hoc Network)是由一组带有无线通信收发是由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成的一个多跳临时性无中心网络，可以装置的移动终端节点组成的一个多跳临时性无中心网络，可以在任何时刻、任何地点快速构建起一个移动通信网络，并且不在任何时刻、任何地点快速构建起一个移动通信网络，并且不需要现有信息基础网络设施的支持，网络中的每个终端可以自需要现有信息基础网络设施的支持，网络中的每个终端可以自由移动，地位相等由移动，地位相等，而且具有分组转发能力。，而且具有分组转发能力。
32、也称为多跳无线也称为多跳无线网网(Multi-hop Wireless Network)(Multi-hop Wireless Network)。Ad hoc网络的前身是分组无线网网络的前身是分组无线网PRNET(Packet Radio Network)。早在。早在1972年，美国国防部高级研究规划署年，美国国防部高级研究规划署(DARPA)就启动了分组无线网项目就启动了分组无线网项目PRNET，研究在战场环境，研究在战场环境下利用分组无线网进行数据通信。下利用分组无线网进行数据通信。在此之后，在此之后，DARPA又在又在1983年和年和1994年进行了抗毁可适应年进行了抗毁可适应网络网络S
33、URAN(Survivable Adaptive Network)和全球移动信和全球移动信息系统息系统GloMo(Global Information System)项目的研究。项目的研究。研研究如何将究如何将PRNET的研究成果加以扩展，以支持更大规模的网的研究成果加以扩展，以支持更大规模的网络。络。由于无线通信和终端技术的不断发展，由于无线通信和终端技术的不断发展，Ad Hoc网络在民用环网络在民用环境下也得到了发展，如需要在没有有线基础设施的地区进行境下也得到了发展，如需要在没有有线基础设施的地区进行临时通信时，可以很方便地通过搭建临时通信时，可以很方便地通过搭建Ad Hoc网络实现。网
34、络实现。紧急和突发场合紧急和突发场合 、偏远野外地区、临时场合、个人通信、偏远野外地区、临时场合、个人通信Ad Hoc网络的特点网络的特点网络的独立性网络的独立性 Ad HocAd Hoc网络相对常规通信网络而言，最大网络相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要硬件基础的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要硬件基础网络设施的支持，快速构建起一个移动通信网络。它的网络设施的支持，快速构建起一个移动通信网络。它的建立不依赖于现有的网络通信设施，具有一定的独立性。建立不依赖于现有的网络通信设施，具有一定的独立性。Ad HocAd Hoc网络的这种特点很适合灾难救助、偏远地
35、区通信网络的这种特点很适合灾难救助、偏远地区通信等应用。等应用。动态变化的网络拓扑结构动态变化的网络拓扑结构 在在Ad HocAd Hoc网络中，移动主机网络中，移动主机可以在网中随意移动。主机的移动会导致主机之间的链可以在网中随意移动。主机的移动会导致主机之间的链路增加或消失，主机之间的关系不断发生变化。在自组路增加或消失，主机之间的关系不断发生变化。在自组网中，主机可能同时还是路由器，因此，移动会使网络网中，主机可能同时还是路由器，因此，移动会使网络拓扑结构不断发生变化，而且变化的方式和速度都是不拓扑结构不断发生变化，而且变化的方式和速度都是不可预测的。对于常规网络而言，网络拓扑结构则相对
36、较可预测的。对于常规网络而言，网络拓扑结构则相对较为稳定为稳定。l有限的无线通信带宽有限的无线通信带宽 在在Ad Hoc网络中没有有线基础设施的网络中没有有线基础设施的支持，因此，主机之间的通信均通过无线传输来完成。由于支持，因此，主机之间的通信均通过无线传输来完成。由于无线信道本身的物理特性，它提供的网络带宽相对有线信道无线信道本身的物理特性，它提供的网络带宽相对有线信道要低得多。除此以外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、要低得多。除此以外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰等多种因素，移动终端可得到的实际带信号衰减、噪音干扰等多种因素，移动终端可得到的实际带宽远远小于理
37、论中的最大带宽值。宽远远小于理论中的最大带宽值。l 有限的主机能源有限的主机能源 在在Ad Hoc网络中，主机均是一些移动设备，网络中，主机均是一些移动设备，如如PDA、便携计算机或掌上电脑。由于主机可能处在不停的、便携计算机或掌上电脑。由于主机可能处在不停的移动状态下，主机的能源主要由电池提供，因此移动状态下，主机的能源主要由电池提供，因此Ad Hoc网网络有能源有限的特点。络有能源有限的特点。l网络的分布式特性网络的分布式特性 在在Ad Hoc网络中没有中心控制节点，主机网络中没有中心控制节点，主机通过分布式协议互联。一旦网络的某个或某些节点发生故障，通过分布式协议互联。一旦网络的某个或某
38、些节点发生故障，其余的节点仍然能够正常工作其余的节点仍然能够正常工作。l生存周期短生存周期短 Ad Hoc网络主要用于临时的通信需求，相对与有网络主要用于临时的通信需求，相对与有线网络，它的生存时间一般比较短。线网络，它的生存时间一般比较短。l 有限的物理安全有限的物理安全 移动网络通常比固定网络更容易受到物理移动网络通常比固定网络更容易受到物理安全攻击，易于遭受窃听、欺骗和拒绝服务等攻击。现有的链安全攻击，易于遭受窃听、欺骗和拒绝服务等攻击。现有的链路安全技术有些已应用于无线网络中来减小安全攻击。不过路安全技术有些已应用于无线网络中来减小安全攻击。不过Ad Hoc网络的分布式特性相对于集中式
39、的网络具有一定的抗网络的分布式特性相对于集中式的网络具有一定的抗毁性。毁性。对于对于Ad hoc网络来说，信道接入的控制必须是分网络来说，信道接入的控制必须是分布式的。每个移动节点必须知道自己的周围环境中布式的。每个移动节点必须知道自己的周围环境中发生了什么，而且需要和其他节点合作，实现网络发生了什么，而且需要和其他节点合作，实现网络业务传输。因为业务传输。因为Ad hoc网中的节点常常是移动的，网中的节点常常是移动的，所以所以MAC协议的复杂性较高协议的复杂性较高。由于这种分布式的特。由于这种分布式的特性，移动性，移动Ad hoc网的信道接入需要在竞争节点之间网的信道接入需要在竞争节点之间协
40、调。因此，协调。因此，需要采用某些分布式协商机制来得到需要采用某些分布式协商机制来得到高效率的高效率的MAC协议协议。其中，协商中需要的时间和带。其中，协商中需要的时间和带宽等信道资源是影响网络性能的重要因素。宽等信道资源是影响网络性能的重要因素。无线传感器网络无线传感器网络（WSN）随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络，借助于节点中内置的形式节点通过自组织的方式构成网络，借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和
41、地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、和地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。感兴趣的物质现象。在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大部分在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止的。因为它们通常运行在人无法接近的恶劣的节点都是静止的。因为它们通常运行在人无法接近的恶劣的甚至危险的远程环境中，能源无法替代，设计有效的策略延甚至危险的远程环境中，能源无法替代，设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。
42、长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。物联网物联网2.7 RFID（射频识别）技术（射频识别）技术RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便操作快捷方便。RFID射频标签是承印物与电子技术的一个典型组合应用。射频标签是承印物与电子技术的一个典型组合应用。其在承印物
43、上就包含了存有产品信息的其在承印物上就包含了存有产品信息的IC芯片与天线组成的芯片与天线组成的射频电路，通过天线接收来自专用阅读器所发射的射频信号，射频电路，通过天线接收来自专用阅读器所发射的射频信号，并应答出标签芯片中所包含的数据信息，它打破了传统条形并应答出标签芯片中所包含的数据信息，它打破了传统条形码识别的局限性，因为码识别的局限性，因为RFID有移动数据库的特性。有移动数据库的特性。RFID无疑是一项革命性的技术，物流、包装、零售、制造、无疑是一项革命性的技术，物流、包装、零售、制造、交通等行业都会因为交通等行业都会因为RFID全球化的推动引发翻天覆地的变全球化的推动引发翻天覆地的变化
44、，改写企业的运作流程化，改写企业的运作流程。缺乏全球统一标准已经成为阻挠缺乏全球统一标准已经成为阻挠RFID产业进一步发展的关产业进一步发展的关键因素键因素。几种短距离无线通信技术的比较几种短距离无线通信技术的比较对比项目对比项目BluetoothZigBeeUWBRFID工作频段工作频段 2.4GHz频段2.4GHz868/915MHz3.110.6GHz2.45GHz扩频方式扩频方式 跳频扩频直接序列扩频跳时扩频直接序列扩频调制方式调制方式 GFSKBPSK OQPSK单脉冲调制、多脉冲调制ASK传输速率传输速率小于1Mbps20250Kbps可高达500Mbps40kbps通信距离通信距
45、离10-100m10-100m小于10m1m发射功率发射功率1-100mW1-100mW1mW以下1mW应用范围应用范围计算机等家庭和办公室设备互连家庭智能化、无线传感器网络近距离多媒体仓储、物流、生产管理终端类型终端类型笔记本，移动电话，掌上电脑，移动设备路由器，无线传感器网络节点无线电视，DVD高速因特网网关标签芯片WBAN 技术技术3.短距离无线通信技术的研究开发短距离无线通信技术的研究开发物理层物理层频谱规划方案频谱规划方案信号波形设计信号波形设计扩频、调制和编码技术扩频、调制和编码技术 信道模型信道模型接收机信号检测处理技术接收机信号检测处理技术同步技术同步技术 均衡技术均衡技术 空
46、时处理技术空时处理技术 抗干扰技术抗干扰技术 天线设计和系统实现天线设计和系统实现 MAC层层帧格式帧格式接入控制接入控制-多址接入协议多址接入协议功率控制功率控制 QOS网络层网络层 应用层应用层 路由协议路由协议 流量控制流量控制 计费系统计费系统 用户界面用户界面网络拓扑结构网络拓扑结构 系统设计系统设计 可靠性可靠性 有效性有效性 成本成本（功耗）（功耗）衰落信道下的系统性能分析衰落信道下的系统性能分析 单片机单片机 DSP EDA Protel VHDL VB C C MATLAB NS2 Opnet 无线通信技术的共存和融合无线通信技术的共存和融合 跨层设计跨层设计 协同通信协同通信在当今短距离无线通信领域，没有真在当今短距离无线通信领域，没有真正的王者，只有适合的技术正的王者，只有适合的技术。Thanks !Questions?