05A物联网中的通信技术.docVIP

第5章 物联网中的通信技术 前面几次课程中讲到了传感器技术、RFID以及二维码等信息采集技术，他们都是用于数据的采集。这一讲我们主要讨论怎么将“感知”到的数据传输到终端平台。这就涉及到数据通信技术。在通信领域，发展最快、应用最广的是无线通信及通信网络技术，其中移动IP、WiFi、ZigBee、UWB、蓝牙、3G/4G、GPS、GPRS等都是目前为止热门的无线通信技术。无线通信技术给人们带来的影响是无可争议的，它作为物联网的核心技术之一，必将更加深入到人民的生活和工作的各个方面。本章主要介绍无线通信网络的概念及模型、无线通信网的分类、无线通信网的技术发展、无线个域网无线局域网和几种常用的无线通信技术等内容。 5.1 概述 无线通信是利用电磁波信号在自由空间中传播特性进行信息交换的一种通信方式。采用通信技术来传输信息在现代社会发展的重要工具。特别是数字通信，推动力数字化社会的形成，使人们进入信息化社会。现在无线通信基本上是区分通信或蜂窝通信，它的实现基于数字化、移动性和个人通信、分区制和频率复用、点对多点通信等基本技术。在物联网中，可以根据不同的需要来选择使用不同的无线通信技术。通信数字化现在已居于绝对的优势地位。数字化技术指的是运用0和1两位数字编码，通过传输和处理所有信息的技术。数字化技术是信息技术的核心，信息的载体有多种，如字符、声音、语言和图像等。这些信息载体存在着共同的问题：一是信息量小，二是难以交换、交流。显然，数字化带来的问题是信号的模数变换、信源编码、数字调制、信道编码、低电压功率集成电路等研究与开发。因此，数字化技术一般包括数字编码、数字压缩、数字传输、数字调制与解调等技术。现代无线通信的重要成果之一是通信的移动性。早在19世纪末期，赫兹发明无线电后，马可尼演示海上航船间的通信，这可以说是开创了无线移动通信的先河。进入20世纪20年代，有些国家的海军舰船和陆地公安部门开始正式使用移动无线电调度系统。在第二次世界大战中，有些国家军队中的通信部队利用数字编码的话音通信实现了必威体育官网网址通信，这包括了话音编码和脉码调制技术。事实上，1946年开始建立了第一批商用移动电话系统，但需要由话务员负责接通。其后不久，蜂窝网方式发明问世，一个适当大的地区设置多个半径1km的蜂窝小区，互相紧密邻接排列，其中心基站可使用较低的射频发射功率，每隔几个蜂窝就可以使用相同的频率，节约了无线电频谱资源的利用。通信系统的容量问题是移动通信所要解决的基本问题，即大量用户与有限频带之间的矛盾。由于分配给移动通信的带宽有限，提供的信道满足不了用户的需求，必须用空间的分区制来加以补偿，也就是将通信空间划分成许多通信小区，常用六边形表示，形象地称为蜂窝。这种移动通信称作蜂窝移动通信，是移动通信的主流。频率复用也称频率再用，就是重用频率，在GSM网络中频率复用就是使同一频率覆盖不同的区域站的一部分，这些使用同一频率的区域彼此需要相隔一定的距离，以满足将同频率干扰拟制到允许的指标之内。 5.2 无线通信网络的概念及模型 1. 现代无线通信模型的概念 现代通信技术的一个重要标志是网络化。有线与无线通信系统的结合构成了现代通信网。目前，在各类通信网络中最具增长潜力的是无线通信网。图5-1为无线通信网组织结构图。 图5-1 无线通信网组织结构图 2. 无线通信网络模型 （1）移动自组织网络 移动自组织网络是对等网络，它通常包含成千上万个可以完全移动的通信节点，每个节点可视为一种个人信息设备，能覆盖几百米的范围。MANET的目的是形成并维持一个有联系关系的多跳网络，这种网络能在节点之间传输多媒体业务。 在移动自组织网络中，为了使服务质量最优，需要做好网络的组织结构、路由寻址算法和移动性管理等工作。也就是说，当节点在高速移动的情况下，网络也能提供好的吞吐/时延特性。 （2）蜂窝网络 蜂窝网络是由静止节点和移动节点组成的较大的网络。位于通信子网中的静止节点（基站）和构成固定基础设施结构的有线中枢网络相连。移动节点的数量大大超过静止节点，每个基站中有成百上千个移动节点，这些移动节点通常分布的很分散。每个基站都覆盖一个很大的区域，且区域之间很少重叠。只有当移动节点移动并发生越区切换时，才会出现区域间的重叠覆盖情况。这种蜂窝网络的主要目标就是提供高服务质量和高带宽效率。 （3）短距离无线通信网 短距离无线通信是指可以在室内、办公室或封闭的公共场提供近距离通信的技术。一般，SRW可以在100m以内实现传输速度为10～100Mb/s的低功率近距离通信。SRW可分为两种：一种是传输范围在10m内，低成本、低功耗的短距离无线连接的无线个人局域网；另一种是以更快传输速度和更大的覆盖范围为目标的无线局域网（WLAN）。总之，通过SRW技术、手机、Headset、PD