生活中的物联网技术应用第七讲课件

感知感知层主要技主要技术 感感知知层层所所需需要要的的关关键键技技术术包包括括检检测测技技术术、标标识识技技术术、中中低速无线或有线短距离传输技术等。低速无线或有线短距离传输技术等。感感知知层层综综合合了了传传感感器器技技术术、嵌嵌入入式式计计算算技技术术、智智能能组组网网技技术术、无无线线通通信信技技术术、分分布布式式信信息息处处理理技技术术等等，能能够够通通过过各各类类集集成成化化的的微微型型传传感感器器的的协协作作实实时时监监测测、感感知知和和采采集集各各种种环环境境或或监监测测对对象象的的信信息息。通通过过嵌嵌入入式式系系统统对对信信息息进进行行处处理理，并并通通过过随随机机自自组组织织无无线线通通信信网网络络以以多多跳跳中中继继方方式式将将所所感感知知信信息息传传送送到到接接入入层层的的基基站站节节点点和和接接入入网网关关，最最终终到到达达用用户户终终端端，从而真正实现从而真正实现“无处不在无处不在”的物联网的理念。的物联网的理念。u传感器技感器技术传感感器器是是一一种种检测装装置置，能能感感受受到到被被测的的信信息息，并并能能将将检测感感受受到到的的信信息息，按按一一定定规律律变换成成为电信信号号或或其其他他所所需需形形式式的的信信息息输出出，以以满足足信信息息的的传输、处理理、存存储、显示示、记录和和控控制等要求。制等要求。u标识技技术标识技技术是是通通过RFID、条条形形码等等设备对所所感感知知到到的的目目标外外在特征信息在特征信息来来证实和判断目和判断目标本本质的技的技术。u标识技技术标识技技术是是通通过RFID、条条形形码等等设备所所感感知知到到的的目目标外外在在特征信息特征信息来来证实和判断目和判断目标本本质的技的技术来。来。u标识技技术标识技技术是是通通过RFID、条条形形码等等设备所所感感知知到到的的目目标外外在在特征信息特征信息来来证实和判断目和判断目标本本质的技的技术来。来。u定位技定位技术定定位位技技术是是测量量目目标的的位位置置参参数数、时间参参数数、运运动参参数数等等时空空信信息息的的技技术，它它利利用用信信息息化化手手段段来来得得知知某某一一用用户或或者物体的具体位置。者物体的具体位置。GPS定位系统定位系统u定位技定位技术定定位位技技术是是测量量目目标的的位位置置参参数数、时间参参数数、运运动参参数数等等时空空信信息息的的技技术，它它利利用用信信息息化化手手段段来来得得知知某某一一用用户或或者物体的具体位置。者物体的具体位置。蜂窝定位系统蜂窝定位系统u嵌入式技嵌入式技术嵌入式系统一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。第七讲第七讲 物联网通信网络技术物联网通信网络技术 网络层：也叫传输层，负责感知信息或控制信息的传输，物联网通过信息在物体间的传输可以虚拟成为一个更大的“物体”，或者通过网络，将感知信息传输到更远的地方。网络层包括各种有线和无线组网技术、接入互联网的网关等。物联网体系结构-网络层学习任务学习任务无线低速网络无线低速网络 移动通信网络 其它通信技术Clicktoaddtitleinhere123本讲主要涉及：本讲主要涉及：物物联联网网要要实实现现物物物物相相连连，需需要要网网络络作作为为连连接接的的桥桥梁梁。物物联联网网的的通通信信与与组组网网技技术术主主要要完完成成感感知知信信息息的的可可靠靠传传输输。通通信信技技术术将将物物联联网网中中种种类类繁繁多多的的物物品品高高速速连连接接到到互互联联网网中中，是是实实现对物品的实时监控和智能控制中最重要的环节。现对物品的实时监控和智能控制中最重要的环节。由由于于物物联联网网连连接接的的物物体体多多种种多多样样，物物联联网网涉涉及及的的网网络络技技术术也也有有多多种种，如如可可以以是是有有线线网网络络、无无线线网网络络；可可以以是是短短距距离离网网络络和和长长距距离离网网络络；可可以以是是企企业业专专用用网网络络、公公用用网网络络；还还可可以是局域网、互联网等等。以是局域网、互联网等等。7.1物联网通信与网络技术概述物联网通信与网络技术概述 通通信信技技术术简简单单地地说说是是指指将将信信息息从从一一个个地地点点传传送送到到另另一一个个地地点点所所采采取取的的方方法法和和措措施施。按按照照历历史史发发展展的的顺顺序序，通通信信技技术术先先后后由由人人体体传传递递信信息息通通信信到到简简易易信信号号通通信信，再再发发展展到到有有线线通通信信和和无无线线通通信信。近近年年来来发发展展最最快快、应应用用最最广广的的就就是是无无线线通通信信技术。技术。无无线线通通信信技技术术主主要要包包括括无无线线电电通通信信、微微波波通通信信、红红外外通通信信和和光光通通信信等等多多种种形形式式。其其中中无无线线电电通通信信最最为为广广泛泛，它它是是利利用用电电磁磁波波信信号号在在自自由由空空间间传传播播的的特特性性进进行行信信息息交交换换的的一一种种通通信方式。信方式。7.1.1无线通信技术无线通信技术无无线线通通信信网网络络是是利利用用无无线线通通信信技技术术、通通信信设设备备、通通信信标标准准和和协协议议等等组组成成的的通通信信网网络络，在在该该网网络络中中通通信信终终端端能能够够接接入入网络并依赖该网络进行相互通信。网络并依赖该网络进行相互通信。物物联联网网的的网网络络是是连连接接物物体体的的信信息息通通道道，在在物物联联网网中中的的网网络络有有多多种种形形式式，如如有有线线网网络络、无无线线网网络络，局局域域网网络络、互互联联网网，企企业业网网络络、专专用用网网络络等等等等。对对于于物物联联网网，无无线线网网络络具具有有特特别别的的吸吸引引力力，不不仅仅可可以以摆摆脱脱布布线线的的麻麻烦烦和和费费用用，而而且且对对于于移移动动物体可能是唯一的连网选择。物体可能是唯一的连网选择。7.1.2无线通信网络无线通信网络无无线线网网络络技技术术丰丰富富多多样样，根根据据距距离离不不同同，可可以以组组成成无无线线个个域域网网、无无线线局局域域网网、无无线线城城域域网网和和无无线线广广域域网网。其其中中近近距距离离的的无无线线技技术术是是物物联联网网最最为为活活跃跃的的部部分分，因因为为物物联联网网被被称称作作是是互互联联网网的的最最后后一一公公里里，也也称称为为末末梢梢网网络络。根根据据应应用用的的不不同同，其其通通信信距距离离可可能能是是几几厘厘米米到到几几百百米米之之间间，目目前前常常用用的的技技术术主主要要有有蓝蓝牙牙、ZigBeeZigBee、Z-waveZ-wave、RFIDRFID、NFCNFC、UWBUWB、WI-FIWI-FI等。等。7.1.2无线通信网络无线通信网络7.2无线低速网络无线低速网络物联网背景下连接的物体，既有智能的也有非物联网背景下连接的物体，既有智能的也有非智能的。智能的。为了适应物联网中那些能力较低的节点低速率、为了适应物联网中那些能力较低的节点低速率、低通信半径、低计算能力，和低能量的要求，低通信半径、低计算能力，和低能量的要求，需要对物联网中各种各样的物体进行操作的前需要对物联网中各种各样的物体进行操作的前提就是先将他们连接起来，低速网络协议是实提就是先将他们连接起来，低速网络协议是实现全面互联互通的前提。现全面互联互通的前提。典型的无线低速网络协议有蓝牙（典型的无线低速网络协议有蓝牙（802.15.1协协议）、紫蜂议）、紫蜂ZigBee（802.15.4协议）、红外及协议）、红外及近距离无线通信近距离无线通信NFC等无线低速网络技术。等无线低速网络技术。无线传输频段比较无线传输频段比较 7.2无线低速网络无线低速网络7.2.1蓝牙技术（蓝牙技术（Bluetooth）蓝牙技术是一种支持设备短距离通信（一般蓝牙技术是一种支持设备短距离通信（一般10m内）内）的无线电技术。能在包括移动电话、的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。交换。7.2.1蓝牙技术（蓝牙技术（Bluetooth）利用利用“蓝牙蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。道路。蓝牙技术使用的工作频率为蓝牙技术使用的工作频率为2.4G-2.5G之间，属于免费的之间，属于免费的ISM（IndustryScienceMedicine）频段。）频段。蓝牙技术可以实现语音、视频和数据的传输，其最高的通蓝牙技术可以实现语音、视频和数据的传输，其最高的通信速率为信速率为1Mb/s，采用时分方式的全双工通信，通信距离为，采用时分方式的全双工通信，通信距离为10m左右（如果配置功率放大器可以使通信距离达到左右（如果配置功率放大器可以使通信距离达到100m）。）。7.2.1蓝牙技术蓝牙技术-特点特点-20-功耗低功耗低便于集成便于集成全球范围全球范围适用适用能同时传输能同时传输语音数据语音数据安全性好安全性好传输距离短传输距离短蓝牙技术蓝牙技术特点特点l蓝牙工作在蓝牙工作在2.4GHz的的ISM频频段，全球大多数国家段，全球大多数国家ISM频段频段的范围是的范围是2.4-2.4835GHz。l蓝牙采用电路交换和分组交换蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。音同时传输的信道。l跳频更快，数据包更跳频更快，数据包更短，能够更有效地减少短，能够更有效地减少同频干扰，具有较高的同频干扰，具有较高的安全性安全性l蓝牙设备在通信连接状态下，有蓝牙设备在通信连接状态下，有3种模式为低功耗的节点模式种模式为低功耗的节点模式l蓝牙模块体积较小、轻蓝牙模块体积较小、轻薄，可以很方便地嵌入个薄，可以很方便地嵌入个人移动设备内部。人移动设备内部。l蓝牙的传输距离一般蓝牙的传输距离一般是是10m左右左右1.蓝牙技术的起源蓝牙技术的起源1998年年5月，爱立信、诺基亚、东芝、月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。蓝牙的名字来源于蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王世纪丹麦国王HaraldBlatand-英译为英译为HaroldBluetooth(因为他十分喜欢吃蓝梅因为他十分喜欢吃蓝梅,所以牙齿每天都带着蓝色所以牙齿每天都带着蓝色)。他将当时的瑞典、芬他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。7.2.1蓝牙技术（蓝牙技术（Bluetooth）2.蓝牙组网方式蓝牙组网方式蓝蓝牙牙系系统统采采用用无无基基站站的的灵灵活活组组网网方方式式，支支持持点点对对点点或或点点对对多多点点的的通通信信方方式式，在在蓝蓝牙牙2.0标标准准中中一一个个蓝蓝牙牙设设备备可可同同时时与与7个个其其他他的的蓝蓝牙牙设设备备相相连连接。如图所示：接。如图所示：7.2.1蓝牙技术（蓝牙技术（Bluetooth）3.蓝牙技术的应用蓝牙技术的应用目前蓝牙技术的应用非常普遍，产品涉及到目前蓝牙技术的应用非常普遍，产品涉及到PC、移动电话等信息设备和、移动电话等信息设备和A/V设备、汽车电设备、汽车电子、家用电器和工业设备等领域，如各种无线子、家用电器和工业设备等领域，如各种无线设备（如设备（如PDA、手机等）、图像处理设备、消、手机等）、图像处理设备、消费娱乐产品、汽车产品、家用电器、楼宇无线费娱乐产品、汽车产品、家用电器、楼宇无线局域网、医疗健身设备、玩具等。局域网、医疗健身设备、玩具等。7.2.1蓝牙技术（蓝牙技术（Bluetooth）7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）ZigBee技术是一种新兴的短距离无线通信技术，技术是一种新兴的短距离无线通信技术，主要面向低速率无线个人区域网，典型特征是近主要面向低速率无线个人区域网，典型特征是近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本。距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。1.紫蜂技术（紫蜂技术（ZigBee）简介）简介ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息，以便共形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。借此意义享食物源的方向、位置和距离等信息。借此意义Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。作为新一代无线通讯技术的命名。紫蜂网络节点模块紫蜂网络节点模块 7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）紫蜂是一种高可靠的无线数传网络，类似于紫蜂是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和和GSM网络。网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基数传模块类似于移动网络基站。站。通讯距离从标准的通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支到几百米、几公里，并且支持无限扩展。持无限扩展。ZigBee是一个由可多到是一个由可多到65000个无线数传模块组个无线数传模块组成的一个无线网络平台，在整个网络范围内，每一成的一个无线网络平台，在整个网络范围内，每一个网络模块之间可以相互通信，每个网络节点间的个网络模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的距离可以从标准的75m无限扩展。无限扩展。7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）与移动通信的与移动通信的CDMA网或网或GSM网不同的是，紫网不同的是，紫蜂网络主要是为工业现场自动化控制数据传输蜂网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个紫蜂网络紫蜂网络“基站基站”却不到却不到1000元人民币。元人民币。7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）2.技术特点技术特点紫蜂是一种无线连接紫蜂是一种无线连接,可工作在可工作在2.4GHz(全球流全球流行行)、868MHz(欧洲流行欧洲流行)和和915MHz(美国流行美国流行)3个频段上个频段上,分别具有最高分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和和40kbit/s的传输速率的传输速率,它的传输距离在它的传输距离在10-75m的范围内的范围内,但可以继续但可以继续增加。增加。7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）作为一种无线通信技术作为一种无线通信技术,紫蜂具有如下特点紫蜂具有如下特点:(1)低功耗低功耗 (2)成本低成本低(3)时延短时延短(4)网络容量大网络容量大(5)可靠可靠(6)安全安全7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）3.ZigBee网络技术体系网络技术体系ZigBee技术体系技术体系ZigBeeZigBee网状网络网状网络ZigBee技术体系技术体系ZigBeeZigBee网状网络网状网络ZigBee技术体系技术体系ZigBeeZigBee网状网络网状网络ZigBee技术体系技术体系ZigBeeZigBee网状网络网状网络ZigBee技术体系技术体系ZigBeeZigBee网状网络网状网络3.紫蜂（紫蜂（ZigBee）联盟）联盟ZigBee联盟成立于联盟成立于2002年年8月，由英国月，由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司组成，如今罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司组成，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入。发商的加入。联盟是一个高速成长的非盈利业界组织。联盟制联盟是一个高速成长的非盈利业界组织。联盟制定了基于定了基于IEEE802.15.4，具有高可靠、高性价，具有高可靠、高性价比、低功耗的网络应用规格。比、低功耗的网络应用规格。7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）4.应用领域应用领域7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）4.应用领域应用领域7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）4.应用领域应用领域7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）4.应用领域应用领域7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）4.应用领域应用领域7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）4.应用领域应用领域7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）4.应用领域应用领域7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）4.应用领域应用领域7.2.2紫蜂技术紫蜂技术（ZigBee）7.2.3Wi-Fi通信通信技术技术1、Wi-Fi技术简介技术简介Wi-Fi（WirelessFidelity，无线高保真）属，无线高保真）属于无线局域网的一种，通常是指符合于无线局域网的一种，通常是指符合IEEE802.11b标准的网络产品，标准的网络产品，Wi-Fi可以将个人可以将个人电脑、手持设备（如电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线、手机）等终端以无线方式互相连接。方式互相连接。7.2.3Wi-Fi通信技术通信技术-特点特点-46-无线接入无线接入覆盖范围广覆盖范围广传输速度快传输速度快业务可集成业务可集成较低的厂商较低的厂商进入门槛进入门槛WiFi技术特点lIEEE802.11b的无线电波覆盖半径最的无线电波覆盖半径最远可达远可达300米，米，Vivato公司推出的新型公司推出的新型交换机能把目前交换机能把目前WiFi无线网络的通信无线网络的通信距离扩大到约距离扩大到约6.5公里。公里。lIEEE802.11b速度为速度为11Mbps，IEEE802.11a/g为为54Mbps，IEEE802.11n为为300Mbps。lWiFi技术在技术在OSI(开放开放系统互联系统互联)参考模型的数参考模型的数据链路层上与以太网完据链路层上与以太网完全一致，所以可以利用全一致，所以可以利用已有的有线接入资源，已有的有线接入资源，迅速部署无线网络，形迅速部署无线网络，形成无缝覆盖。成无缝覆盖。l厂商只要在机场、车站、咖啡店等公共场所设置厂商只要在机场、车站、咖啡店等公共场所设置“热点热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所，并通过高速线路将因特网接入上述场所，省去了大量铺设电缆需花费的资金。省去了大量铺设电缆需花费的资金。lWiFi最主要的优势在于最主要的优势在于无需布线，可以不受布线无需布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。合移动办公用户的需要。7.2.3Wi-Fi通信通信技术技术2、Wi-Fi工作模式工作模式使用使用Wi-Fi联网的两种工作方式主要有点对点和基联网的两种工作方式主要有点对点和基本模式两种。本模式两种。点对点模式：点对点模式：Wi-Fi联网的点对点模式是指无线网联网的点对点模式是指无线网卡和无线网卡这间的通讯方式。卡和无线网卡这间的通讯方式。基本模式：与点对点模式不同的，基本模式指无基本模式：与点对点模式不同的，基本模式指无线网络的扩充或无线和有线网络并存时的通讯方线网络的扩充或无线和有线网络并存时的通讯方式，这是式，这是Wi-Fi目前最常用的方式。目前最常用的方式。7.2.3Wi-Fi通信通信技术技术3、Wi-Fi应用应用WiFi主要的应用为无线接入互联网。任何支持WiFi的设备在WiFi热点覆盖的地方，均可以无线接入互联网。大部分WiFi热点均位于供大众访问的地方，如机场、大型办公室、车间、酒店宾馆、咖啡店、旅馆、书店以及校园等。WiFi典型的行业应用：交通运输：航空行李及货物控制、移动售票、无线安全监控、停车管理系统、机场因特网访问无线接入等。医疗：病房看护监控、生理支持系统及监护、急救系统监控等。教育：迅速构建校区网络、学生宿舍网络接入系统、学术交流的临时性网络等。7.2.3Wi-Fi通信通信技术技术3、Wi-Fi应用应用7.2.3Wi-Fi通信通信技术技术3、Wi-Fi应用应用7.2.4红外通信技术红外通信技术1.红外通讯技术简介红外通讯技术简介红外通讯技术使用一种点对点的数据传输协议，红外通讯技术使用一种点对点的数据传输协议，是传统的设备之间连接线缆的替代。是传统的设备之间连接线缆的替代。它的通讯距离一般在它的通讯距离一般在0到到1米之间，传输速率最米之间，传输速率最快可达快可达16Mbps，通讯介质为波长为，通讯介质为波长为900纳米纳米左右的近红外线。左右的近红外线。它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，通过数据电脉冲和红外光脉冲之间线连接技术，通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。的相互转换实现无线的数据收发。小角度（小角度（30度锥角以内），短距离，点对点直度锥角以内），短距离，点对点直线数据传输，保密性强；线数据传输，保密性强；传输速率较高，目前传输速率较高，目前4M速率的速率的FIR技术已被广泛技术已被广泛使用，使用，16M速率的速率的VFIR技术已经发布。技术已经发布。7.2.4红外通信技术红外通信技术2.IrDA红外通讯标准红外通讯标准IrDA是红外数据组织（是红外数据组织（InfraredDataAssociation）的简称，的简称，IrDA红外连接技术就是由该组织提出的。红外连接技术就是由该组织提出的。在红外通讯技术发展早期，存在好几个红外通讯标准，在红外通讯技术发展早期，存在好几个红外通讯标准，不同标准之间的红外设备不能进行红外通讯。不同标准之间的红外设备不能进行红外通讯。为了使各种红外设备能够互联互通，为了使各种红外设备能够互联互通，1993年，由二十年，由二十多个大厂商发起成立了红外数据协会多个大厂商发起成立了红外数据协会(IrDA)，统一了，统一了红外通讯的标准，这就是目前被广泛使用的红外通讯的标准，这就是目前被广泛使用的IrDA红外红外数据通讯协议及规范。数据通讯协议及规范。7.2.4红外通信技术红外通信技术IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积外通信成本低廉。并且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。此外，小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。红外线发射角度较小，传输上安全性高。IrDA的不足在于它是一种视距传输，两个相互通的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于因而该技术只能用于2台台(非多台非多台)设备之间的连接。设备之间的连接。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。7.2.4红外通信技术红外通信技术7.2.5近距离通信（近距离通信（NFC）技术）技术近距离无线通信近距离无线通信NFC是是NearFieldCommunication缩写，即近距离无线通讯技术。缩写，即近距离无线通讯技术。由飞利浦公司和索尼公司共同开发的由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线和智能控件工具间进行近距离无线通信。通信。NFC提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。1.概述概述近场通信（近场通信（NFC），又称近距离无线通信，是一种），又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在行非接触式点对点数据传输（在10厘米内）交换数厘米内）交换数据。据。这个技术由免接触式射频识别（这个技术由免接触式射频识别（RFID）演变而来，）演变而来，并向下兼容并向下兼容RFID，最早由，最早由Philips、Nokia和和Sony主推，主要可能用于手机等手持设备中。主推，主要可能用于手机等手持设备中。由于近场通讯具有天然的安全性，因此，由于近场通讯具有天然的安全性，因此，NFC技术技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。7.2.5近距离通信（近距离通信（NFC）技术）技术NFC 将将非非接接触触读读卡卡器器、非非接接触触卡卡和和点点对对点点（Peer-to-Peer）功功能能整整合合进进一一块块单单芯芯片片，为为消消费费者的生活方式开创了不计其数的全新机遇。者的生活方式开创了不计其数的全新机遇。这这是是一一个个开开放放接接口口平平台台，可可以以对对无无线线网网络络进进行行快快速速、主主动动设设置置，也也是是虚虚拟拟连连接接器器，服服务务于于现现有有蜂蜂窝窝状状网网络、蓝牙和无线络、蓝牙和无线802.11设备。设备。7.2.5近距离通信（近距离通信（NFC）技术）技术和和RFID不同，不同，NFC采用了双向的识别和连采用了双向的识别和连接。在接。在20cm距离内工作于距离内工作于13.56MHz频率范围。频率范围。NFC最初仅仅是遥控识别和网络技术的合并，但最初仅仅是遥控识别和网络技术的合并，但现在已发展成无线连接技术。现在已发展成无线连接技术。它能快速自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝它能快速自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、牙设备、Wi-Fi设备提供一个设备提供一个“虚拟连接虚拟连接”，使，使电子设备可以在短距离范围进行通讯。电子设备可以在短距离范围进行通讯。7.2.5近距离通信（近距离通信（NFC）技术）技术2.NFC全球最早的商用应用全球最早的商用应用目前，目前，Nokia3220手机已集成了手机已集成了NFC技术，可技术，可以用作电子车票，还可在当地零售店和旅游景以用作电子车票，还可在当地零售店和旅游景点作为折扣忠诚卡使用。点作为折扣忠诚卡使用。哈瑙市的大约哈瑙市的大约95.000位居民现在只需轻松地刷位居民现在只需轻松地刷一下兼容手机，就能享受一下兼容手机，就能享受NFC式公交移动售票式公交移动售票带来的便利。带来的便利。7.2.5近距离通信（近距离通信（NFC）技术）技术3.NFC技术原理技术原理NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。的设备可以在主动或被动模式下交换数据。在被动模式下，启动在被动模式下，启动NFC通信的设备，也称为通信的设备，也称为NFC发起设备发起设备(主设备主设备)，在整个通信过程中提供射频场。，在整个通信过程中提供射频场。它可以选择它可以选择106kbps、212kbps或或424kbps其中一其中一种传输速度，将数据发送到另一台设备。种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台设备称为另一台设备称为NFC目标设备目标设备(从设备从设备)，不必产生射，不必产生射频场，而使用负载调制频场，而使用负载调制(loadmodulation)技术，即技术，即可以相同的速度将数据传回发起设备。可以相同的速度将数据传回发起设备。7.2.5近距离通信（近距离通信（NFC）技术）技术移动设备主要以被动模式操作，可以大幅降低功耗，移动设备主要以被动模式操作，可以大幅降低功耗，并延长电池寿命。电池电量较低的设备可以要求以并延长电池寿命。电池电量较低的设备可以要求以被动模式充当目标设备，而不是发起设备。被动模式充当目标设备，而不是发起设备。NFC被动通信模式被动通信模式 7.2.5近距离通信（近距离通信（NFC）技术）技术在主动模式下，每台设备要向另一台设备发送数据在主动模式下，每台设备要向另一台设备发送数据时，都必须产生自己的射频场。这是对等网络通信时，都必须产生自己的射频场。这是对等网络通信的标准模式，可以获得非常快速的连接设置。的标准模式，可以获得非常快速的连接设置。NFC主动通信模式主动通信模式 7.2.5近距离通信（近距离通信（NFC）技术）技术4.技术优势技术优势NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。具有距离近、带宽高、能耗低等特点。NFC与现有非接触智能卡技术兼容。与现有非接触智能卡技术兼容。NFC是一种近距离连接协议。是一种近距离连接协议。NFC是一种近距离的私密通信方式。是一种近距离的私密通信方式。NFC在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。巨大的作用。NFC还优于红外和蓝牙传输方式。还优于红外和蓝牙传输方式。7.2.5近距离通信（近距离通信（NFC）技术）技术NFC技术支持多种应用，包括移动支付与交易、对技术支持多种应用，包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等。等式通信及移动中信息访问等。NFC设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写器终端以及设备对设备的数据传输链路，器终端以及设备对设备的数据传输链路，其应用主要可分为以下四个基本类型：用于付款和其应用主要可分为以下四个基本类型：用于付款和购票、用于电子票证、用于智能媒体以及用于交换、购票、用于电子票证、用于智能媒体以及用于交换、传输数据。传输数据。7.2.5近距离通信（近距离通信（NFC）技术）技术7.3移动通信网络移动通信网络移动通信移动通信(Mobilecommunication)，是指通信，是指通信双方或至少有一方处于运动中进行信息传输和交双方或至少有一方处于运动中进行信息传输和交换的通信方式。换的通信方式。移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂移动通信系统包括无绳电话、无线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等。窝移动通信、卫星移动通信等。移动体之间通信联系的传输手段只能依靠无线电移动体之间通信联系的传输手段只能依靠无线电通信，因此，无线通信是移动通信的基础。通信，因此，无线通信是移动通信的基础。7.3.1移动通信系统简介移动通信系统简介1.移动通信系统的组成移动通信系统的组成移动通信是移动体之间的通信，或移动体与移动通信是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人，也可以是固定体之间的通信。移动体可以是人，也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。体。移动通信包括无线传输、有线传输，信息的收移动通信包括无线传输、有线传输，信息的收集、处理和存储等，使用的主要设备有无线收发集、处理和存储等，使用的主要设备有无线收发信机、移动交换控制设备和移动终端设备。信机、移动交换控制设备和移动终端设备。移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆移动通信无线服务区由许多正六边形小区覆盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信网盖而成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信网（PSTN、ISDN、PDN）互联。）互联。移动通信系统包括移动交换子系统（移动通信系统包括移动交换子系统（SS）、）、操作维护管理子系统（操作维护管理子系统（OMS）、基站子系统）、基站子系统（BSS）和移动台（和移动台（MS），是一个完整的信息），是一个完整的信息传输实体。传输实体。7.3.1移动通信系统简介移动通信系统简介移动通信系统的组成移动通信系统的组成 7.3.1移动通信系统简介移动通信系统简介3.移动通信的工作方式移动通信的工作方式从传输方式的角度来看，无线通信分为单向传从传输方式的角度来看，无线通信分为单向传输（广播式）和双向传输（应答式）。输（广播式）和双向传输（应答式）。单向传输只用于无线电寻呼系统。单向传输只用于无线电寻呼系统。双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。双向传输有单工、双工和半双工三种工作方式。7.3.1移动通信系统简介移动通信系统简介单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和单工通信是指通信双方电台交替地进行收信和发信，根据收、发频率的异同，又可分为同频单发信，根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。工和异频单工。7.3.1移动通信系统简介移动通信系统简介双工通信是指通信双方电台同时进行收信和发信。双工通信是指通信双方电台同时进行收信和发信。半双工通信的组成与双工通信相似，移动台采用类半双工通信的组成与双工通信相似，移动台采用类似单工的似单工的“按讲按讲”方式，即按下按讲开关，发射机方式，即按下按讲开关，发射机才工作，而接收机总是工作的。才工作，而接收机总是工作的。双工通信双工通信 7.3.1移动通信系统简介移动通信系统简介4.移动通信的组网移动通信的组网移移动动通通信信采采用用无无线线蜂蜂窝窝式式小小区区覆覆盖盖和和小小功功率率发发射射的的模式。模式。蜂蜂窝窝式式组组网网放放弃弃了了点点对对点点传传输输和和广广播播覆覆盖盖模模式式，把把整整个个服服务务区区域域划划分分成成若若干干个个较较小小的的区区域域（cell，在在蜂窝系统中称为小区），蜂窝系统中称为小区），各各小小区区均均用用小小功功率率的的发发射射机机（即即基基站站发发射射机机）进进行行覆覆盖盖，许许多多小小区区像像蜂蜂窝窝一一样样能能布布满满（即即覆覆盖盖）任任意意形状的服务地区。形状的服务地区。7.3.1移动通信系统简介移动通信系统简介蜂窝移动通信小区覆盖蜂窝移动通信小区覆盖 7.3.1移动通信系统简介移动通信系统简介7.3.2第一代移动通信：模拟语音第一代移动通信：模拟语音1982年年，为为了了解解决决大大区区制制容容量量饱饱和和的的问问题题，美美国贝尔实验室发明了高级移动电话系统国贝尔实验室发明了高级移动电话系统AMPS。AMPS提出了提出了“小区制小区制”，“蜂窝单元蜂窝单元”的概念，的概念，同时采用频率复用（同时采用频率复用（FrequencyDivisionMultiplexing,FDM）技术，解决了公用移动通信系）技术，解决了公用移动通信系统所需要的大容量要求和频谱资源限制的矛盾。统所需要的大容量要求和频谱资源限制的矛盾。在在100千米范围之内，千米范围之内，IMTS每个频率上只允许一个每个频率上只允许一个电话呼叫；电话呼叫；AMPS以允许以允许100个个10千米的蜂窝单元，千米的蜂窝单元，从而可以保证每个频率上有从而可以保证每个频率上有1015个电话呼叫。个电话呼叫。1.系统结构系统结构每一个蜂窝单元有一个基站负责接收该单元中电话的每一个蜂窝单元有一个基站负责接收该单元中电话的信息。基站连接到移动电话交换局（信息。基站连接到移动电话交换局（MobileTelephoneSwitchingOffice,MTSO）。）。MTSO采采用分层机制，一级用分层机制，一级MTSO负责与基站之间的直接通信；负责与基站之间的直接通信；高级高级MTSO则负责低级则负责低级MTSO之间的业务处理。之间的业务处理。2.移交移交当电话在蜂窝单元之间移动的时候，基站之间会通信，当电话在蜂窝单元之间移动的时候，基站之间会通信，从而交换控制权，避免信道分配不错导致信号冲突。从而交换控制权，避免信道分配不错导致信号冲突。基站对于电话用户控制权的转换也称为基站对于电话用户控制权的转换也称为“移交移交”。7.3.2第一代移动通信：模拟语音第一代移动通信：模拟语音7.3.3第二代移动通信：第二代移动通信：数字语音数字语音第二代移动通信技术使用数字制式，支持传统第二代移动通信技术使用数字制式，支持传统语音通信、文字和多媒体短信，并支持一些无线应语音通信、文字和多媒体短信，并支持一些无线应用协议。主要有如下二种工作模式：用协议。主要有如下二种工作模式：1.GSM移动通信（移动通信（900/1800MHz）工作在工作在900/1800MHz频段，无线接口采用频段，无线接口采用TDMA技技术，核心网移动性管理协议采用术，核心网移动性管理协议采用MAP协议。协议。2.CDMA移动通信（移动通信（800MHz）工作在工作在800MHz频段，核心网移动性管理协议采用频段，核心网移动性管理协议采用IS-41协议，无线接口采用窄带码分多址（协议，无线接口采用窄带码分多址（CDMA）技术。技术。CDMA在蜂窝移动通信网络中的应用容量在理论上在蜂窝移动通信网络中的应用容量在理论上可以达到可以达到AMPS容量的容量的20倍。倍。CDMA可以同时区分可以同时区分并分离多个同时传输的信号。并分离多个同时传输的信号。CDMA有以下特点：抗干扰性好、抗多径衰落、保有以下特点：抗干扰性好、抗多径衰落、保密安全性高、容量质量之间可以权衡取舍、同频率密安全性高、容量质量之间可以权衡取舍、同频率可在多个小区内重复使用。可在多个小区内重复使用。7.3.3第二代移动通信：第二代移动通信：数字语音数字语音7.3.4第三代移动通信：数字语音与数据第三代移动通信：数字语音与数据第第三三代代移移动动通通信信技技术术（3rd-generation，3G），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百几百kbps以上。以上。第三代移动通信（第三代移动通信（3G）可以提供所有）可以提供所有2G的信息业的信息业务，同时保证更快的速度，以及更全面的业务内容，务，同时保证更快的速度，以及更全面的业务内容，如移动办公，视频流服务等。如移动办公，视频流服务等。3G的主要特征是可提供移动宽带多媒体业务，包括的主要特征是可提供移动宽带多媒体业务，包括高速移动环境下支持高速移动环境下支持144Kbps速率，步行和慢速移速率，步行和慢速移动环境下支持动环境下支持384Kbps速率，室内环境则应达到速率，室内环境则应达到2Mbps的数据传输速率，同时保证高可靠服务质量。的数据传输速率，同时保证高可靠服务质量。人们发现从人们发现从2G直接跳跃到直接跳跃到3G存在较大的难度，于存在较大的难度，于是出现了一个是出现了一个2.5G（也有人称后期（也有人称后期2.5G为为2.75G）的过渡阶段。的过渡阶段。7.3.4第三代移动通信：数字语音与数据第三代移动通信：数字语音与数据3G的发展历程的发展历程7.3.4第三代移动通信：数字语音与数据第三代移动通信：数字语音与数据7.3.5GPRS技术技术GPRS为通用分组无线业务为通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的简称，是第二代移动通信技术的简称，是第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信（向第三代移动通信（3G）的过渡技术，是英）的过渡技术，是英国在国在1993年提出的，它是年提出的，它是GSMPhase2.1规范实现规范实现的内容。它是在现有的的内容。它是在现有的GSM系统上发展出来的一种系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的用户提供分组形式的数据业务。数据业务。7.3.5GPRS技术技术-82-丰富的数据业务丰富的数据业务按流量计费按流量计费广域覆盖广域覆盖资源利用率高资源利用率高传输速率高传输速率高接入速度快接入速度快GPRS技术优点lGPRS覆盖在覆盖在GSM的物理层和网络的物理层和网络实体之上，理论上在手机可以打电实体之上，理论上在手机可以打电话的地方都可以通过话的地方都可以通过GPRS无线上网。无线上网。lGPRS采用分组交换传输模式，采用分组交换传输模式，用户并不固定占用无线信道，提用户并不固定占用无线信道，提高了资源的利用率。高了资源的利用率。lGPRS具有具有56115Kbps的传输速度，的传输速度，10倍于倍于GSM。lGPRS能提供快速即时的连接，能提供快速即时的连接，Internet应用操作更加便捷、流畅。应用操作更加便捷、流畅。lGPRS包含丰富的数据业务，包含丰富的数据业务，如：点对点、点对多点广播、如：点对点、点对多点广播、点对多点群呼、点对多点群呼、IP广播等业务。广播等业务。lGPRS按传输的数据按传输的数据量计费，只要不进行数量计费，只要不进行数据传输据传输便不必担心费用便不必担心费用问题，真正体现了少用问题，真正体现了少用少付费的原则。少付费的原则。同时，GPRS技术也存在一些问题，如会发生包丢失现象、调制方式不是最优、存在转接延时。7.3.5GPRS技术技术l 基于GPRS的无线传输（监控）系统无无线线监监控控管管理理系系统统主主要要由由采采集集控控制制模模块块、GPRS模模块块、传传输输网网络络（GPRS网网和和公公共共数数据据网网）、监监控控中中心心组组成成。此此外外在在采采集集控控制制部部分分和和监监控控中中心心中中都都应应该该包包含含相相应应的的数数据据管管理理模模块块，满满足足数数据据安安全全性性地地要要求求，在在关关键键监监控控终终端端是是临临时时存存储储，以以备备万万一一网网络络中中断断或或监监控控中中心心故故障障时时不不致致丢丢失失数数据据。其其中中监监控控中中心心可可根根据据用用户户需需求求，扩扩展展成成多多级级监监控控网网络络，一一个个一一级级监监控控中中心心可可同同时时管管理理几几个个二二级级监监控控中心。中心。几种基于GPRS的无线传输（监控）系统介绍 电梯监控系统 远程抄表及监控系统 LED屏远程监控 锅炉远程监管系统 自动售水机控制（短信）7.3.64G第四代移动通信技术（第四代移动通信技术（4G）4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网的速度下载，比拨号上网快快2000倍，上传的速度也能达到倍，上传的速度也能达到20Mbps。而在用户最为关注的价格方面，而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络与固定宽带网络在价格方面不相上下。在价格方面不相上下。此外，此外，4G可以在可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。4G通信特征通信特征目前正在构思中的目前正在构思中的4G通信具有下面的特征：通信具有下面的特征：1、通信速度更快、通信速度更快2、网络频谱更宽、网络频谱更宽3、通信更加灵活、通信更加灵活4、智能性能更高、智能性能更高5、兼容性能更平滑、兼容性能更平滑6、提供各种增殖服务、提供各种增殖服务7、更高质量的多媒体通信、更高质量的多媒体通信8、频率使用效率更高、频率使用效率更高9、通信费用更加便宜、通信费用更加便宜7.3.64G第四代移动通信技术（第四代移动通信技术（4G）移动通信技术代际分期移动通信技术代际分期 7.3.64G第四代移动通信技术（第四代移动通信技术（4G）无线光通信也称为自由空间光通信（FreeSpaceOptics），简称为FSO。FSO技术具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。FSO技术以激光为载体，用点对点或点对多点方式实现连接。虽然FSO通信不需要光纤而是以空气为介质，但由于其设备以发光二极管或激光二极管为光源，因此又有“无线光纤”之称。7.4其它通信技术其它通信技术7.4.1光通信技术光通信技术96什么是光通信？什么是光通信？光通信是一种以光波作为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同都属于电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短（如图）。969797通信波段划分及相应传输媒介通信波段划分及相应传输媒介频率频率Hz10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空间波长（自由空间波长（m）电力、电话电力、电话无线电、电视无线电、电视微波微波红外线红外线可见光可见光双铰线双铰线同轴电缆同轴电缆光纤光纤卫星卫星/微波微波AM无线电无线电FM无线电无线电频段频段划分划分传传输输介介质质光通信按传输介质不同可分为光纤通信和大气激光通信。光纤通信：是以光波作为信息载体，以光纤作为传输介质的一种通信。光纤通信已成为广域网、城域网的主要传输方式之一。大气激光通信：是利用大气作为传输介质的激光通信。光通信的分光通信的分类98光通信有线光通信：光纤通信无线光通信：大气、海水、外层空间室内半导体照明信息网络半导体照明智能通信的优越性功耗速度（mW/Mbps）距离速度（mMb/s）1.无电磁污染有利于人体健康；2.私密性强安全性高；3.与照明结合无处不在、无须新建专用网络、节能和环保；4.网络带宽高可快速下载网络上信息；5.无需频率许可证。半导体照明通信的应用领域基于半导体照明的室内高速数据传输1基于照明设施的公共场所信息广播；2汽车等交通工具间的通信和智能交通管理网络3射频敏感区域（如医院、飞机、保密区）的通信4基于半导体照明的光学标签和仓储管理系统 57.5未来的物联网通信技术未来的物联网通信技术从短期来看，在未来物联网通信技术的研究过从短期来看，在未来物联网通信技术的研究过程中，下面这些内容将是研究的重点：程中，下面这些内容将是研究的重点：（1）发展发展“物品物品”与与“物品物品”之间以及之间以及“物品物品”与网络之间可以方便的进行信息交换的各种通信技与网络之间可以方便的进行信息交换的各种通信技术。术。（2）发展传感器与传感器之间以及传感器与物联发展传感器与传感器之间以及传感器与物联网系统之间的各种通信技术。网系统之间的各种通信技术。（3）开展驱动装置之间以及驱动装置与物联网系开展驱动装置之间以及驱动装置与物联网系统之间的通信技术研究工作。统之间的通信技术研究工作。（4）开展各种分布式数据存储单元之间以及他们开展各种分布式数据存储单元之间以及他们与物联网系统之间的通信息技术研究工作。与物联网系统之间的通信息技术研究工作。（5）发展那些可以满足现实世界中人与人之间各发展那些可以满足现实世界中人与人之间各种交互需求的物联网通信技术。种交互需求的物联网通信技术。（6）开展用来提供数据挖掘和数据服务的各种通开展用来提供数据挖掘和数据服务的各种通信技术和处理技术的研发工作。信技术和处理技术的研发工作。（7）开展与标识技术相适应的通信技术的研究工开展与标识技术相适应的通信技术的研究工作。作。7.5未来的物联网通信技术未来的物联网通信技术ThankYou!