第5次課-通信技術(shù)

第4章物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

——通信技術(shù)

4.1無線低速網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)背景下連接的物體，既有智能的也有非智能的。為了適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)中那些能力較低的節(jié)點(diǎn)低速率、低通信半徑、低計算能力，和低能量的要求，需要對物聯(lián)網(wǎng)中各種各樣的物體進(jìn)行操作的前提就是先將他們連接起來，低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是實(shí)現(xiàn)全面互聯(lián)互通的前提。4.1無線低速網(wǎng)絡(luò)典型的無線低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有藍(lán)牙（802.15.1協(xié)議）、紫蜂ZigBee（802.15.4協(xié)議）、紅外及近距離無線通信NFC等無線低速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無線傳輸頻段比較

4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）藍(lán)牙技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。利用“藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地簡化移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）藍(lán)牙技術(shù)使用高速跳頻和時分多址等先進(jìn)技術(shù)，在近距離內(nèi)最廉價地將幾臺數(shù)字化設(shè)備呈網(wǎng)狀鏈接起來。藍(lán)牙技術(shù)采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）1.藍(lán)牙技術(shù)的起源1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司等五家著名廠商，在聯(lián)合開展短程無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動時提出了藍(lán)牙技術(shù)，其宗旨是提供一種短距離、低成本的無線傳輸應(yīng)用技術(shù)。藍(lán)牙的名字來源于10世紀(jì)丹麥國王HaraldBlatand-英譯為HaroldBluetooth(因為他十分喜歡吃藍(lán)梅,所以牙齒每天都帶著藍(lán)色)。他將當(dāng)時的瑞典、芬蘭與丹麥統(tǒng)一起來。用他的名字來命名這種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來的意思。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）2.藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)可以應(yīng)用于日常生活的各個方面，例如，引入藍(lán)牙技術(shù)，就可以去掉移動電話與膝上型電腦之間的令人討厭的連接電纜而而通過無線使其建立通信。打印機(jī)、PDA、桌上型電腦、傳真機(jī)、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍(lán)牙系統(tǒng)的一部分。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）3.藍(lán)牙技術(shù)的規(guī)范及特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接。其程序?qū)懺谝粋€9x9mm的微芯片中。藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHzISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，工作在2.4GHz頻帶，帶寬為1Mb/s。以時分方式進(jìn)行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。一個跳頻頻率發(fā)送一個同步分組，每個分組占用一個時隙，使用擴(kuò)頻技術(shù)也可擴(kuò)展到5個時隙。

4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）同時，藍(lán)牙技術(shù)支持1個異步數(shù)據(jù)通道或3個并發(fā)的同步話音通道，或1個同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每一個話音通道支持64kb/s的同步話音；異步通道支持最大速率為721kb/s，反向應(yīng)答速率為57.6kb/s的非對稱連接，或者是432.6kb/s的對稱連接。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）依據(jù)發(fā)射輸出電平功率不同，藍(lán)牙傳輸有3種距離等級：Class1為100m左右；Class2約為10m；Class3約為2-3m。一般情況下，其正常的工作范圍是10m半徑之內(nèi)。在此范圍內(nèi)，可進(jìn)行多臺設(shè)備間的互聯(lián)。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）4.藍(lán)牙匹配規(guī)則兩個藍(lán)牙設(shè)備在進(jìn)行通訊前，必須將其匹配在一起，以保證其中一個設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)信息只會被經(jīng)過允許的另一個設(shè)備所接受。藍(lán)牙技術(shù)將設(shè)備分為兩種：主設(shè)備和從設(shè)備。4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）①藍(lán)牙主設(shè)備：主設(shè)備一般具有輸入端。在進(jìn)行藍(lán)牙匹配操作時，用戶通過輸入端可輸入隨機(jī)的匹配密碼來將兩個設(shè)備匹配。藍(lán)牙手機(jī)、安裝有藍(lán)牙模塊的PC等都是主設(shè)備。（例如：藍(lán)牙手機(jī)和藍(lán)牙PC進(jìn)行匹配時，用戶可在藍(lán)牙手機(jī)上任意輸入一組數(shù)字，然后在藍(lán)牙PC上輸入相同的一組數(shù)字，來完成這兩個設(shè)備之間的匹配。）4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）②藍(lán)牙從設(shè)備：從設(shè)備一般不具備輸入端。因此從設(shè)備在出廠時，在其藍(lán)牙芯片中，固化有一個4位或6位數(shù)字的匹配密碼。藍(lán)牙耳機(jī)、UD數(shù)碼筆等都是從設(shè)備。（例如：藍(lán)牙PC與UD數(shù)碼筆匹配時，用戶將UD筆上的藍(lán)牙匹配密碼正確的輸入到藍(lán)牙PC上，完成UD筆與藍(lán)牙PC之間的匹配。）4.1.1藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）③主設(shè)備與主設(shè)備之間、主設(shè)備與從設(shè)備之間，是可以互相匹配在一起的；而從設(shè)備與從設(shè)備是無法匹配的。例如：藍(lán)牙PC與藍(lán)牙手機(jī)可以匹配在一起；藍(lán)牙PC也可以與UD筆匹配在一起；而UD筆與UD筆之間是不能匹配的。一個主設(shè)備，可匹配一個或多個其他設(shè)備。例如：一部藍(lán)牙手機(jī)，一般只能匹配7個藍(lán)牙設(shè)備。而一臺藍(lán)牙PC，可匹配十多個或數(shù)十個藍(lán)牙設(shè)備。在同一時間，藍(lán)牙設(shè)備之間僅支持點(diǎn)對點(diǎn)通訊。4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）ZigBee采用DSSS技術(shù)調(diào)制發(fā)射，用于多個無線傳感器組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，是一種短距離、低速率低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，采用DSSS技術(shù)調(diào)制發(fā)射，用于多個無線傳感器組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，新一代的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將采用802.15.4(ZigBee)協(xié)議。4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）1.紫蜂技術(shù)（ZigBee）簡介ZigBee這個名字來源于蜂群的通信方式：蜜蜂之間通過跳Zigzag形狀的舞蹈來交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距離等信息。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。

紫蜂網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）紫蜂是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。

ZigBee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個網(wǎng)絡(luò)模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）與移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，紫蜂網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點(diǎn)。而移動通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個紫蜂網(wǎng)絡(luò)“基站”卻不到1000元人民幣。4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）2.技術(shù)特點(diǎn)紫蜂是一種無線連接,可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國流行)3個頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率,它的傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi),但可以繼續(xù)增加。4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）作為一種無線通信技術(shù),紫蜂具有如下特點(diǎn):

(1)低功耗

(2)成本低(3)時延短(4)網(wǎng)絡(luò)容量大(5)可靠(6)安全4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）3.應(yīng)用領(lǐng)域①家庭和建筑物的自動化控制：照明、空調(diào)、窗簾等家具設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；

②消費(fèi)性電子設(shè)備：電視、DVD、CD機(jī)等電器的遠(yuǎn)程遙控。

③PC外設(shè)：無線鍵盤、鼠標(biāo)、游戲操縱桿等；

④工業(yè)控制：使數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理變得更加容易；

⑤醫(yī)療設(shè)備控制：醫(yī)療傳感器、病人的緊急呼叫按鈕等；

⑥交互式玩具。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）4.紫蜂（ZigBee）聯(lián)盟ZigBee聯(lián)盟成立于2002年8月，由英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司組成，如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設(shè)備公司和開發(fā)商的加入。聯(lián)盟是一個高速成長的非盈利業(yè)界組織。聯(lián)盟制定了基于IEEE802.15.4，具有高可靠、高性價比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）5.

ZigBee協(xié)議棧

ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)是基于標(biāo)準(zhǔn)OSI七層模型的，包括高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入層和物理層。

ZigBee協(xié)議棧

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）IEEE802.15.4定義了兩個物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩者均基于直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)。868MHz只有一個信道，傳輸速率為20kb/s；902MHz～928MHZ頻段有10個信道，信道間隔為2MHz，傳輸速率為40kb/s。以上這兩個頻段都采用BPSK調(diào)制。2.4GHz～2.4835GHz頻段有16個信道，信道間隔為5MHz，能夠提供250kb/s的傳輸速率，采用O-QPSK調(diào)制。4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）為了提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，IEEE802.15.4定義的媒體接入控制（MAC）層采用了CSMA-CA和時隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手協(xié)議。應(yīng)用匯聚層主要負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，主要包括安全與鑒權(quán)、多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的會聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）6.ZigBee網(wǎng)絡(luò)配置

低數(shù)據(jù)速率的WPAN中包括兩種無線設(shè)備：全功能設(shè)備（FFD）和精簡功能設(shè)備（RFD）。其中，F(xiàn)FD可以和FFD、RFD通信，而RFD只能和FFD通信，RFD之間是無法通信的。RFD的應(yīng)用相對簡單，例如在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，它們只負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給它的協(xié)調(diào)點(diǎn)，并不具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等功能。RFD占用資源少，需要的存儲容量也小，成本比較低。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）在一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，至少存在一個FFD充當(dāng)整個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)點(diǎn)，即PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)。通常，PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)是一個特殊的FFD，它具有較強(qiáng)大的功能，是整個網(wǎng)絡(luò)的主要控制者，它負(fù)責(zé)建立新的網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、管理網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)以及存儲網(wǎng)絡(luò)信息等。FFD和RFD都可以作為終端節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）此外，普通FFD也可以在它的個人操作空間（POS）中充當(dāng)協(xié)調(diào)點(diǎn)，但它仍然受PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)的控制。ZigBee中每個協(xié)調(diào)點(diǎn)最多可連接255個節(jié)點(diǎn)，一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納65535個節(jié)點(diǎn)。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）

7.ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種，星型網(wǎng)、網(wǎng)狀（mesh）網(wǎng)和混合網(wǎng)。星型網(wǎng)是由一個PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)和一個或多個終端節(jié)點(diǎn)組成的。PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)必須是FFD，它負(fù)責(zé)發(fā)起建立和管理整個網(wǎng)絡(luò)，其它的節(jié)點(diǎn)（終端節(jié)點(diǎn)）一般為RFD，分布在PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)的覆蓋范圍內(nèi)，直接與PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)進(jìn)行通信。星型網(wǎng)通常用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少的場合。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）

網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)一般是由若干個FFD連接在一起形成，它們之間是完全的對等通信，每個節(jié)點(diǎn)都可以與它的無線通信范圍內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn)通信。Mesh網(wǎng)中，一般將發(fā)起建立網(wǎng)絡(luò)的FFD節(jié)點(diǎn)作為PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)。Mesh網(wǎng)是一種高可靠性網(wǎng)絡(luò)，具有“自恢復(fù)”能力，它可為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包提供多條路徑，一旦一條路徑出現(xiàn)故障，則存在另一條或多條路徑可供選擇。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）

Mesh網(wǎng)可以通過FFD擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，組成Mesh網(wǎng)與星型網(wǎng)構(gòu)成的混合網(wǎng)?；旌暇W(wǎng)中，終端節(jié)點(diǎn)采集的信息首先傳到同一子網(wǎng)內(nèi)的協(xié)調(diào)點(diǎn)，再通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上傳到上一層網(wǎng)絡(luò)的PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)?；旌暇W(wǎng)都適用于覆蓋范圍較大的網(wǎng)絡(luò)。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）

9.ZigBee組網(wǎng)技術(shù)

當(dāng)ZigBeePAN協(xié)調(diào)點(diǎn)希望建立一個新網(wǎng)絡(luò)時，首先掃描信道，尋找網(wǎng)絡(luò)中的一個空閑信道來建立新的網(wǎng)絡(luò)。如果找到了合適的信道，ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)會為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個PAN標(biāo)識符（PAN標(biāo)識符必須在信道中是唯一的）。一旦選定了PAN標(biāo)識符，就說明已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）另外，這個ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)還會為自己選擇一個16bit網(wǎng)絡(luò)地址。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都有一個64bitIEEE擴(kuò)展地址和一個16bit網(wǎng)絡(luò)地址，其中，16bit的網(wǎng)絡(luò)地址在整個網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，也就是802.15.4中的MAC短地址。

4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)選定了網(wǎng)絡(luò)地址后，就開始接受新的節(jié)點(diǎn)加入其網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時，它首先會通過信道掃描來搜索它周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，如果找到了一個網(wǎng)絡(luò)，它就會進(jìn)行關(guān)聯(lián)過程加入網(wǎng)絡(luò)，只有具備路由功能的節(jié)點(diǎn)可以允許別的節(jié)點(diǎn)通過它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)選定了網(wǎng)絡(luò)地址后，就開始接受新的節(jié)點(diǎn)加入其網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時，它首先會通過信道掃描來搜索它周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，如果找到了一個網(wǎng)絡(luò)，它就會進(jìn)行關(guān)聯(lián)過程加入網(wǎng)絡(luò)，只有具備路由功能的節(jié)點(diǎn)可以允許別的節(jié)點(diǎn)通過它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）ZigBee網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可分為三類：①周期性數(shù)據(jù)，例如傳感器網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率根據(jù)不同的應(yīng)用而確定；②間歇性數(shù)據(jù)，例如電燈開關(guān)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率根據(jù)應(yīng)用或者外部激勵而確定；③反復(fù)性的、反應(yīng)時間低的數(shù)據(jù)，例如無線鼠標(biāo)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率是根據(jù)時隙分配而確定的。4.1.2紫蜂技術(shù)（ZigBee）為了降低ZigBee節(jié)點(diǎn)的平均功耗，ZigBee節(jié)點(diǎn)有激活和睡眠兩種狀態(tài)，只有當(dāng)兩個節(jié)點(diǎn)都處于激活狀態(tài)才能完成數(shù)據(jù)的傳輸。在有信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)通過定期地廣播信標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供同步；在無信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，終端節(jié)點(diǎn)定期睡眠，定期醒來，除終端節(jié)點(diǎn)以外的節(jié)點(diǎn)要保證始終處于激活狀態(tài)，終端節(jié)點(diǎn)醒來后會主動詢問它的協(xié)調(diào)點(diǎn)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送給它。4.1.3紅外通信技術(shù)1.紅外通訊技術(shù)簡介紅外通訊技術(shù)使用一種點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，是傳統(tǒng)的設(shè)備之間連接線纜的替代。它的通訊距離一般在0到1米之間，傳輸速率最快可達(dá)16Mbps，通訊介質(zhì)為波長為900納米左右的近紅外線。4.1.3紅外通信技術(shù)

它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。小角度（30度錐角以內(nèi)），短距離，點(diǎn)對點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)；傳輸速率較高，目前4M速率的FIR技術(shù)已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。

4.1.3紅外通信技術(shù)2.IrDA紅外通訊標(biāo)準(zhǔn)IrDA是紅外數(shù)據(jù)組織（InfraredDataAssociation）的簡稱，IrDA紅外連接技術(shù)就是由該組織提出的。在紅外通訊技術(shù)發(fā)展早期，存在好幾個紅外通訊標(biāo)準(zhǔn)，不同標(biāo)準(zhǔn)之間的紅外設(shè)備不能進(jìn)行紅外通訊。為了使各種紅外設(shè)備能夠互聯(lián)互通，1993年，由二十多個大廠商發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(IrDA)，統(tǒng)一了紅外通訊的標(biāo)準(zhǔn)，這就是目前被廣泛使用的IrDA紅外數(shù)據(jù)通訊協(xié)議及規(guī)范。4.1.3紅外通信技術(shù)IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無需申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。并且還具有移動通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點(diǎn)。此外，紅外線發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高。

IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，兩個相互通信的設(shè)備之間必須對準(zhǔn)，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺(非多臺)設(shè)備之間的連接。而藍(lán)牙就沒有此限制，且不受墻壁的阻隔。

4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)近距離無線通信NFC是NearFieldCommunication縮寫，即近距離無線通訊技術(shù)。由飛利浦公司和索尼公司共同開發(fā)的NFC是一種非接觸式識別和互聯(lián)技術(shù)，可以在移動設(shè)備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、PC和智能控件工具間進(jìn)行近距離無線通信。NFC提供了一種簡單、觸控式的解決方案，可以讓消費(fèi)者簡單直觀地交換信息、訪問內(nèi)容與服務(wù)。4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)1.概述近場通信（NFC），又稱近距離無線通信，是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸（在10厘米內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。這個技術(shù)由免接觸式射頻識別（RFID）演變而來，并向下兼容RFID，最早由Philips、Nokia和Sony主推，主要可能用于手機(jī)等手持設(shè)備中。由于近場通訊具有天然的安全性，因此，NFC技術(shù)被認(rèn)為在手機(jī)支付等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。

4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)NFC將非接觸讀卡器、非接觸卡和點(diǎn)對點(diǎn)（Peer-to-Peer）功能整合進(jìn)一塊單芯片，為消費(fèi)者的生活方式開創(chuàng)了不計其數(shù)的全新機(jī)遇。這是一個開放接口平臺，可以對無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速、主動設(shè)置，也是虛擬連接器，服務(wù)于現(xiàn)有蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙和無線802.11設(shè)備。4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)和RFID不同，NFC采用了雙向的識別和連接。在20cm距離內(nèi)工作于13.56MHz頻率范圍。NFC最初僅僅是遙控識別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無線連接技術(shù)。它能快速自動地建立無線網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、Wi-Fi設(shè)備提供一個“虛擬連接”，使電子設(shè)備可以在短距離范圍進(jìn)行通訊。

4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)2.NFC全球最早的商用應(yīng)用

目前，Nokia3220手機(jī)已集成了NFC技術(shù)，可以用作電子車票，還可在當(dāng)?shù)亓闶鄣旰吐糜尉包c(diǎn)作為折扣忠誠卡使用。哈瑙市的大約95.000位居民現(xiàn)在只需輕松地刷一下兼容手機(jī)，就能享受NFC式公交移動售票帶來的便利。

4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)3.NFC技術(shù)原理NFC的設(shè)備可以在主動或被動模式下交換數(shù)據(jù)。在被動模式下，啟動NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備(主設(shè)備)，在整個通信過程中提供射頻場。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺設(shè)備。另一臺設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備(從設(shè)備)，不必產(chǎn)生射頻場，而使用負(fù)載調(diào)制(loadmodulation)技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。

4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)移動設(shè)備主要以被動模式操作，可以大幅降低功耗，并延長電池壽命。電池電量較低的設(shè)備可以要求以被動模式充當(dāng)目標(biāo)設(shè)備，而不是發(fā)起設(shè)備。

NFC被動通信模式

4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)在主動模式下，每臺設(shè)備要向另一臺設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，都必須產(chǎn)生自己的射頻場。這是對等網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式，可以獲得非?？焖俚倪B接設(shè)置。NFC主動通信模式

4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)4.技術(shù)優(yōu)勢NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容。NFC是一種近距離連接協(xié)議。NFC是一種近距離的私密通信方式。NFC在門禁、公交、手機(jī)支付等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用。NFC還優(yōu)于紅外和藍(lán)牙傳輸方式。

4.1.4近距離通信（NFC）技術(shù)NFC技術(shù)支持多種應(yīng)用，包括移動支付與交易、對等式通信及移動中信息訪問等。NFC設(shè)備可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及設(shè)備對設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，其應(yīng)用主要可分為以下四個基本類型：用于付款和購票、用于電子票證、用于智能媒體以及用于交換、傳輸數(shù)據(jù)。4.2移動通信網(wǎng)絡(luò)移動通信(Mobilecommunication)，是指通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動中進(jìn)行信息傳輸和交換的通信方式。移動通信系統(tǒng)包括無繩電話、無線尋呼、陸地蜂窩移動通信、衛(wèi)星移動通信等。移動體之間通信聯(lián)系的傳輸手段只能依靠無線電通信，因此，無線通信是移動通信的基礎(chǔ)。4.2.1移動通信系統(tǒng)簡介1.移動通信系統(tǒng)的組成

移動通信是移動體之間的通信，或移動體與固定體之間的通信。移動體可以是人，也可以是汽車、火車、輪船、收音機(jī)等在移動狀態(tài)中的物體。移動通信包括無線傳輸、有線傳輸，信息的收集、處理和存儲等，使用的主要設(shè)備有無線收發(fā)信機(jī)、移動交換控制設(shè)備和移動終端設(shè)備。4.2.1移動通信系統(tǒng)簡介移動通信無線服務(wù)區(qū)由許多正六邊形小區(qū)覆蓋而成，呈蜂窩狀，通過接口與公眾通信網(wǎng)（PSTN、ISDN、PDN）互聯(lián)。移動通信系統(tǒng)包括移動交換子系統(tǒng)（SS）、操作維護(hù)管理子系統(tǒng)（OMS）、基站子系統(tǒng)（BSS）和移動臺（MS），是一個完整的信息傳輸實(shí)體。4.2.1移動通信系統(tǒng)簡介移動通信系統(tǒng)的組成

4.2.1移動通信系統(tǒng)簡介移動通信中建立一個呼叫是由BSS和SS共同完成的；BSS提供并管理MS和SS之間的無線傳輸通道，SS負(fù)責(zé)呼叫控制功能，所有的呼叫都是經(jīng)由SS建立連接的；OMS負(fù)責(zé)管理控制整個移動網(wǎng)。MS也是一個子系統(tǒng)。它實(shí)際上是由移動終端設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)兩部分組成的，移動終端設(shè)備稱為移動設(shè)備；用戶數(shù)據(jù)存放在一個與移動設(shè)備可分離的數(shù)據(jù)模塊中，此數(shù)據(jù)模塊稱為用戶識別卡（SIM）。4.2.1移動通信系統(tǒng)簡介2.移動通信的工作頻段

早期的移動通信主要使用VHF和UHF頻段。目前，大容量移動通信系統(tǒng)均使用800MHz頻段（CDMA），900MHz頻段（GSM），并開始使用1800MHz頻段(GSM1800），該頻段用于微蜂窩（Microcell）系統(tǒng)。第三代移動通信使用2.4GHz頻段。4.2.1移動通信系統(tǒng)簡介3.移動通信的工作方式從傳輸方式的角度來看，無線通信分為單向傳輸（廣播式）和雙向傳輸（應(yīng)答式）。單向傳輸只用于無線電尋呼系統(tǒng)。雙向傳輸有單工、雙工和半雙工三種工作方式。4.2.1移動通信系統(tǒng)簡介4.移動通信的組網(wǎng)移動通信采用無線蜂窩式小區(qū)覆蓋和小功率發(fā)射的模式。蜂窩式組網(wǎng)放棄了點(diǎn)對點(diǎn)傳輸和廣播覆蓋模式，把整個服務(wù)區(qū)域劃分成若干個較小的區(qū)域（cell，在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū)），各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(jī)（即基站發(fā)射機(jī)）進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿（即覆蓋）任意形狀的服務(wù)地區(qū)。4.2.1移動通信系統(tǒng)簡介蜂窩移動通信小區(qū)覆蓋

4.2.2第一代移動通信：模擬語音1982年，為了解決大區(qū)制容量飽和的問題，美國貝爾實(shí)驗室發(fā)明了高級移動電話系統(tǒng)AMPS。AMPS提出了“小區(qū)制”，“蜂窩單元”的概念，同時采用頻率復(fù)用（FrequencyDivisionMultiplexing,FDM）技術(shù)，解決了公用移動通信系統(tǒng)所需要的大容量要求和頻譜資源限制的矛盾。在100千米范圍之內(nèi)，IMTS每個頻率上只允許一個電話呼叫；AMPS以允許100個10千米的蜂窩單元，從而可以保證每個頻率上有10～15個電話呼叫。4.2.3第二代移動通信：數(shù)字語音第二代移動通信技術(shù)使用數(shù)字制式，支持傳統(tǒng)語音通信、文字和多媒體短信，并支持一些無線應(yīng)用協(xié)議。主要有如下二種工作模式：1.GSM移動通信（900/1800MHz）工作在900/1800MHz頻段，無線接口采用TDMA技術(shù)，核心網(wǎng)移動性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議。4.2.3第二代移動通信：數(shù)字語音2.CDMA移動通信（800MHz）工作在800MHz頻段，核心網(wǎng)移動性管理協(xié)議采用IS-41協(xié)議，無線接口采用窄帶碼分多址（CDMA）技術(shù)。CDMA在蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用容量在理論上可以達(dá)到AMPS容量的20倍。CDMA可以同時區(qū)分并分離多個同時傳輸?shù)男盘?。CDMA有以下特點(diǎn)：抗干擾性好、抗多徑衰落、保密安全性高、容量質(zhì)量之間可以權(quán)衡取舍、同頻率可在多個小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用。4.2.4第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù)

第三代移動通信技術(shù)（3rd-generation，3G），是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術(shù)。3G服務(wù)能夠同時傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾百kbps以上。第三代移動通信（3G）可以提供所有2G的信息業(yè)務(wù)，同時保證更快的速度，以及更全面的業(yè)務(wù)內(nèi)容，如移動辦公，視頻流服務(wù)等。4.2.4第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù)3G的主要特征是可提供移動寬帶多媒體業(yè)務(wù)，包括高速移動環(huán)境下支持144Kbps速率，步行和慢速移動環(huán)境下支持384Kbps速率，室內(nèi)環(huán)境則應(yīng)達(dá)到2Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時保證高可靠服務(wù)質(zhì)量。人們發(fā)現(xiàn)從2G直接跳躍到3G存在較大的難度，于是出現(xiàn)了一個2.5G（也有人稱后期2.5G為2.75G）的過渡階段。4.2.4第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù)3G的發(fā)展歷程4.2.4第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù)1.CDMA碼分多址技術(shù)CDMA是碼分多址(Code-DivisionMultipleAccess)技術(shù)的縮寫，是近年來在數(shù)字移動通信進(jìn)程中出現(xiàn)的一種先進(jìn)的無線擴(kuò)頻通信技術(shù)，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆覆蓋廣等特點(diǎn)，可以大量減少投資和降低運(yùn)營成本。4.2.4第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù)CDMA最早由美國高通公司推出，CDMA也有2代、2.5代和3代技術(shù)。中國聯(lián)通推出的CDMA屬于2.5代技術(shù)。CDMA被認(rèn)為是第3代移動通信技術(shù)的首選。CDMA利用展頻的通訊技術(shù)，因而可以減少手機(jī)之間的干擾，并且可以增加用戶的容量，而且手機(jī)的功率還可以做的比較低，不但可以使使用時間更長，更重要的是可以降低電磁波輻射對人的傷害。

4.2.4第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù)

我國采用的三種3G標(biāo)準(zhǔn)分別是TD-SCDMA，W-CDMA和CDMA2000。(1)CDMA2000CDMA2000（CodeDivisionMultipleAccess2000）是一個3G移動通訊CDMA框架標(biāo)準(zhǔn)。是國際電信聯(lián)盟ITU的IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的無線電接口。CDMA2000由美國高通北美公司為主導(dǎo)提出。目前使用CDMA的地區(qū)只有日、韓和北美。CDMA2000與另兩個主要的3G標(biāo)準(zhǔn)WCDMA以及TD-SCDMA不兼容。4.2.4第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù)(2)W-CDMAWCDMA（WidebandCodeDivisionMultipleAccess寬帶碼分多址）是一種3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)。WCDMA使用的部分協(xié)議與2GGSM標(biāo)準(zhǔn)一致。具體一點(diǎn)來說，WCDMA是一種利用碼分多址復(fù)用方法的寬帶擴(kuò)頻3G移動通信空中接口。是由愛立信公司提出，是3GPP具體制定的基于GSMMAP核心網(wǎng)，UTRAN為無線接口的3G系統(tǒng)。4.2.4第三代移動通信：數(shù)字語音與數(shù)據(jù)WCDMA源于歐洲和日本幾種技術(shù)的融合，采用直擴(kuò)（MC）模式，載波帶寬為5mhz，數(shù)據(jù)傳送