物联网中的几种无线通信技术(20111122).doc

第7讲几种常用的无线网络通信技术
随着轻型移动设备的与日剧增,其数量已经远远超过了固定设备。由于有线网络连接在空间上的局限性,如何将这些移动设备、高速地联入互联网中呢?无线通信技术在其中起到了至关重要的作用。无线通信技术消除了有线网络对接入设备的位置限制,同时也节省了光线、电缆等有线信号传输设施的成本。这就意味着人们可以以相对低廉的价格且非常方便地在餐厅、教学楼、机场等有无线信号覆盖的区域上网浏览和获取信息。IT界许多人都认为将来移动通信网络将全面打败现在的互联网。本讲主要介绍无线网络的分类和几种无线通信技术。
无线网络简介
无线网络包含了一系列的无线通信协议。例如WiFi(Wireless Fidelity)、3G、ZigBee协议等。为了更加准确区别不同协议的特性,首先要了解一些组成无线网络的基本元素。
1. 无线网络用户
无线网络用户是指具备无线通信能力,并可将无线通信信号转化为有效信息的终端设备。如,装有WiFi无线模块的台式机、笔记本电脑或者是PDA(个人数字数理)、2420无线通信模块的传感器。
2. 无线连接
无线接入是指无线网络用户与基站或者无线网络用户之间用以传输数据的通路。相对于优先网络中的电缆、光缆、同轴电缆等物理连接介质,无线连接主要通过无线电波、光波作为传输载体。不同无线连接技术提供不同的数据传输速率和传输距离。
3. 基站
基站的职责是将一些无线网络用户连接到更大的网络中(校园网、互联网、电话网)。无线网络用户通过基站接收和发送数据包,基站将用户的数据包发给它所属的上层网络,并将上层网络的数据包转发给指定的无线网络用户。根据不同的无线连接协议,相应基站的名称和覆盖的范围是不同的。例如,WiFi的基站被称为接入点(AP),它的覆盖范围为几十米;蜂窝电话网的基站被称为蜂窝塔,在城市中它的覆盖范围为几千米,而在空旷的平地中其覆盖范围可达几十千米。只有在基站的覆盖范围内,用户才可能通过它进行数据交互。用户除了通过基站与上层网络交互的无线组织模式之外,还可以通过子组织的方式形成自组网。它的特点是无需基站和上层网络支持,用户自身具备网络地址指派、路由选择以及类似域名解析等功能。
基于不同技术和协议的无线连接的传输范围,可以将无线网络分为4类,如图7-1所示。
1Gb/s
UWB
WiMAX
WiFi
100Mb/s
3G

10Mb/s
蓝牙
1Mb/s

约10米约100米可达约100km 可达约30km
个域网局域网城域网广域网
图7-1 无线网络协议分类
4. 无线广域网
无线广域网(Wireless Wide work)连接信号可以覆盖整个城市甚至整个国家,其信号传播途径主要有两种:一种是通过多个相邻的地面基站接力传播,另一种是信号可以通过卫星系统传播。当前主要的广域网包括2G、。2G系统的贡献是使用数字信号取代了1G中的模拟信号进行语音传输,它的核心技术包括全球移动通信系统(Globle System for munications, GSM)和码分多址数字无线技术,~400kb/s。3G系统使用独立于2G系统的基本架构,其核心技术包括CDMA-2000、时分同步码分多址数字无线技术(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access,TD-SCDMA)和WCDMA,相比2G系统在数据传输速率上有重大提升,其最大的带宽约为2Mb/s。
5. 无线城域网
无线城域网(Wireless Metropolitan work)基站的信号可以覆盖整个城市,在服务区域内的用户可以通过基站访问互联网等上层网络。微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microware Access, WiMAX)是实现无线城域网的主要技术,IEEE 。WiMAX基站的视线(Line of Sight,LoS),所谓的“LoS”是指无线电波在相对空旷的区域以直线传播,但在建筑相对密集的城市,无线电波会以非视线(None Line of Sight,NLoS)方式传输,。
6. 无线局域网
无线局域网(Wireless Local work)在一个局部的区域内(如教学楼、机场候机大厅、餐厅等)内为用户提供可访问互联网等上层网络的无线连接。无线局域网是已有有线局域网的拓展和延伸,使得用户在一个区域内随时随地访问互联网。无线局域网有两种工作模式,第一种基于基站模式,无线设备(手机、