《物联网技术与实践》.pdf

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1、《物联网技术与实践》作者：华清远见第6章无线传输与组网技术本章简介第5章中了解到数据有线传输的几种方式和网络协议。如果只使用有线数据传输来实现现实生活的连接，那将会出现一个什么样的场景？走进办公室后，走在街道上，各种各样的线路铺展开来，一团乱糟的景象。针对这个问题，无线网络有它的特殊用途。本章就当前使用较为广泛的几种无线传输方式进行讲解。专业始于专注卓识源于远见6.1ZigBee技术概述6.1.1低速无线网特点随着通信事业的高速发展，无线网络进入了一个新的天地，其有标准作基础、功能强、容易安装、组网灵活、即插即用的网络连

2、接、可移动性等优点，提供了不受限制的应用。网络管理人员可以快速而便捷地将它加入到现有的网络中运行。无线数据通信已逐渐成为一种重要的通信方式。总之，无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充和延伸，而且还可以与有线网络环境互为补充。在某种特殊环境下，无线通信是主要的甚至唯一的可行通信方式。从通信方式上考虑，多元化通信方式是现代化通信网络的重要特征。下面将从传输方式、网络拓扑、网络接口3个方面来描述无线网的特点。1．传输方式传输方式涉及无线网采用的传输媒体、选择的频段及调制方式。目前，无线网采用的传输媒体主要有两种，即无线电

3、波与红外线。而采用无线电波作为传输媒体的无线网根据调制方式不同，又可分为扩展频谱方式和窄带调制方式。1）扩展频谱方式在扩展频谱方式中，数据基带信号的频谱被扩展至几倍甚至几十倍后再被搬移至射频发射出去。这一做法虽然牺牲了频带带宽，却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。由于单位频带内的功率降低，对其他电子设备的干扰也减小了。采用扩展频谱方式的无线局域网一般选择ISM频段，这里ISM分别取于Industrial、Scientific及Medical的第一个字母。许多工业、科研和医疗设备辐射的能量集中于该频段。例如，美国ISM频

4、段由902~928MHz，2.4~2.48GHz，5.725~5.850GHz三个频段组成。如果发射功率及带宽辐射满足美国联邦通信委员会（FCC）的要求，则无须向FCC提出专门的申请即可使用ISM频段。2）窄带调制方式在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少、频带利用率高。采用窄带调制方式的无线局域网一般选用专用频段，需要经过国家无线电管理部门的许可方能使用。当然，也可选用ISM频段，这样可免去向无线电管理委员会申请，但带来的问题是，当临近的仪

5、器设备或通信设备也在使用这一频段时，会严重影响通信质量，通信的可靠性无法得到保障。3）红外线方式基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。目前，广泛使用的家电遥控器几乎都是采用红外线传输技术。作为无线局域网的传输方式，红外线的最大优点是不受无线电干扰，且红外线的使用不受国家无线电管理委员会的限制。然而，红外线对非透明物体的透过性极差，这导致传输距离受限。2．网络拓扑无线局域网的拓扑结构可归结为两类：无中心或对等式（PeertoPeer）拓扑和有中心（Hub-Based）拓扑。1）无中心拓扑无中心拓扑的网络要求网中任意两个

6、站点均可直接通信。采用这种拓扑结构的网络一般是用公用广播信道，各站点都可竞争公用信道，而信道接入控制（MAC）协议大多采用载波监测多址接入（CSMA）类型的多址接入协议。这种结构的优点是网络抗毁性好、建网容易且费用较低。但当网中用户数（站点数）过多时，信道竞争成为限制网络性能的主要原因。并且为了满足任意两个站点可直接通信，网络中站点布局受环境限制较大。因此这种拓扑结构适用于用户相对较少的工作群网络规模。2）有中心拓扑‐ 2 ‐      专业始于专注卓识源于远见在中心拓扑结构中，需要一个无线站点充当中心站，所有站点对网络

7、的访问均由其控制。这样，当网络业务量增大时网络吞吐性能及网络时延性能不会受太大影响。由于每个站点只需在中心站覆盖范围之内就可与其他站点通信，故网络中点站布局受环境限制较小。此外，中心站为接入有线主干网提供了一个逻辑接入点。有中心网络拓扑结构的弱点是抗毁性差，中心点的故障容易导致整个网络瘫痪，并且中心站点的引入增加了网络成本。在实际应用中，无线网往往与有线主干网络结合起来使用。这时，中心站点充当无线网与有线主干网的转接器。3．网络接口这涉及无线网中站点从哪一层接入网络系统的问题。一般来讲，网络接口可以选择在OSI参考模型的

8、物理层或数据链路层。所谓物理层接口，是指使用无线信道替代通常的有线信道，而物理层以上各层不变。这样做的最大特点是上层的网络操作系统及相应的驱动程序可不做任何修改，这种接口方式在使用时一般作为有线网的集线器和无线转发器以实现有线局域网间互连或扩大有线局域网的覆盖面积。另一种接口方法是从数据链路层接入网络。这种接口方法并