物聯(lián)網(wǎng)概論 模塊4. 通過智能家居認識物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

模塊4通過智能家居認識物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)目錄CONTENTS1智能家居2有線接入網(wǎng)3無線接入網(wǎng)4移動通信網(wǎng)絡5量子通信思維導圖01PARTONE智能家居學習目標了解無線接入技術(shù)的特點。了解藍牙技術(shù)和ZigBee技術(shù)的優(yōu)缺點。掌握移動通信技術(shù)的基本概念。了解各類物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的標準。知識目標能識別與物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相關(guān)的設備。掌握藍牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)網(wǎng)絡連接方式。能對常用的藍牙設備進行配置與連接。能搭建基于ZigBee技術(shù)的開發(fā)環(huán)境、創(chuàng)建工程、編寫簡單代碼并使用仿真器對程序進行調(diào)試、下載。技能目標能理解物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的分類與各種通信技術(shù)特點，能根據(jù)應用場景選擇合適的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。能洞察物聯(lián)網(wǎng)市場需求及其發(fā)展動態(tài)，掌握物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢。掌握各類接入技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的應用。素質(zhì)目標情景導入智能

家居智能家電、網(wǎng)絡家居家居管理、家居安全……“智能家居”未來家是什么樣子？“智能家居”智能家居概述智能家居：利用先進的計算機、嵌入式系統(tǒng)、綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)、云計算平臺將家居生活有關(guān)的設施集成連接到一起，構(gòu)建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境，為用戶提供個性化生活服務。

基本內(nèi)涵一方面，智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設備，比如，通過無線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識別控制家用設備，更可以執(zhí)行場景操作，使多個設備形成聯(lián)動；另一方面，智能家居內(nèi)的各種設備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動運行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。智能家居系統(tǒng)介紹智能家居主要內(nèi)容智能家電控制智能遮陽控制智能背景音樂智能燈光控制智能情景控制智能安防管理智能安防管理智能傳感管理智能暖通控制智能家電之智能冰箱食品管理功能物聯(lián)云服務功能冰箱控制系統(tǒng)娛樂功能全屋智能家居全屋智能家居02PARTTWO有線接入網(wǎng)通信網(wǎng)在水平方向上分為用戶駐地網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。圖8-1水平方向上接入網(wǎng)在電信網(wǎng)的位置02接入網(wǎng)在通信網(wǎng)中的位置根據(jù)距離用戶的遠近，通信網(wǎng)可以劃分為公用網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)兩部分。公用電信網(wǎng)又可以劃分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。公用網(wǎng)離用戶相對較遠，物權(quán)歸通信運營商或內(nèi)容服務商所有，包含所有屬于運營商或服務商的、用于完成用戶間通信的機線設備。核心網(wǎng)顧名思義就是通信網(wǎng)絡的核心，是數(shù)據(jù)交換、轉(zhuǎn)發(fā)、接續(xù)和路由的網(wǎng)絡部分。用戶駐地網(wǎng)靠近用戶，通常是指一棟樓房內(nèi)完成用戶通信和控制功能的用戶駐地布線系統(tǒng)，物權(quán)屬用戶所有。在水平方向上，接入網(wǎng)位于用戶駐地網(wǎng)和核心網(wǎng)之間，是整個公用網(wǎng)絡的邊緣部分，是公用網(wǎng)中與用戶距離最近的一部分，負責使用有線或無線連接，將廣大用戶一級一級匯接到核心網(wǎng)中，常被形象地稱作通信網(wǎng)的“最后一公里”。

接入網(wǎng)在通信網(wǎng)中的位置數(shù)字用戶線（DSL）技術(shù)在同一電話線上分別傳送數(shù)據(jù)和語音信號，數(shù)據(jù)信號并不通過電話交換機設備，減輕了電話交換機的負載，使用DSL技術(shù)上網(wǎng)并不需要繳付另外的電話費，DSL接入網(wǎng)連接示意圖見圖8-6。圖8-6DSL接入網(wǎng)示意圖DSL技術(shù)xDSL技術(shù)是對多種用戶線高速接入技術(shù)的統(tǒng)稱，其傳輸速率與傳輸距離成反比。xDSL包括ADSL、HDSL、VDSL、SDSL、RADSL等等。它們主要的區(qū)別體現(xiàn)在信號傳輸速率和距離的不同，以及上、下行速率對稱性的不同這兩個方面。xDSL技術(shù)對稱性傳輸速率最大傳輸距離（KM）線對支持POTSHDSL對稱最大速率2.3Mbps3.62或3不支持ADSL非對稱下行最大速率8196Kbps，上行最大速率896Kbps51支持VDSL對稱/不對稱下行最大速率52Mbps（非對稱），上行最大速率12Mbps（對稱）1.51支持XDSL技術(shù)ADSL是DSL技術(shù)中應用最廣的一種，因為ADSL技術(shù)可以在一對雙絞線上同時傳輸電話信號和高速數(shù)據(jù)信號，而且高速數(shù)據(jù)信號的上、下行速率是非對稱的，其上行速率比下行速率小，非常適合大多數(shù)住宅用戶上網(wǎng)時的下載數(shù)據(jù)量遠大于上載數(shù)據(jù)量的特點。圖8-7ADSL接入網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ADSL技術(shù)ADSL是在現(xiàn)有雙絞線上傳送高速非對稱數(shù)字信號的一種新技術(shù)，只需在雙絞線兩側(cè)各裝一個ADSL收發(fā)機（一種專用的調(diào)制解調(diào)器，用戶端為ATU-R，即用戶端貓，局端為ATU-C，也稱為DSLAM，即局端貓），即可迅速提供高速數(shù)字通道。ADSL接入系統(tǒng)由局端設備和用戶端設備組成。用戶端設備包括用戶ADSLModem即ATU-R用戶端收發(fā)模塊和用戶端分離器，局端設備包括在中心機房的ADSLModem，即ATU-C局端收發(fā)模塊DSL接入多路復用器DSLAM和局端分離器。

ADSL技術(shù)1880年，貝爾發(fā)明光電話。1960年，梅曼發(fā)明第一臺紅寶石激光器。1966年，高錕博士提出SiO2光纖的可行性，被譽為“世界光纖之父”1970年，美國康寧公司研制出衰減為20dB／km的單模光纖。1976～1977年，光纖損耗降低到4dB/km，半導體激光器的壽命達到106小時，各種通信系統(tǒng)出現(xiàn)。1976年，美國在亞特蘭大（Atlanta）進行了世界上第一個實用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗，信息速率為45Mbit/s，中繼距離為10km。1980年，140Mbit/s光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應用。1983年敷設了縱貫日本南北的光纜長途干線。

光纖通信發(fā)展由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。第一條橫跨太平洋海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。1990年，565Mbit/s的光纖通信系統(tǒng)進入商用化階段，并開始進行波分復用（DWM）的現(xiàn)場實驗，陸續(xù)制定同步數(shù)字系列（SDH）的技術(shù)標準。1993年，速率為622Mbit/s以下SDH產(chǎn)品開始商用化。1995年，速率為2.5Gbit/s的SDH產(chǎn)品開始商用化。1996年，10Gbit/s的SDH產(chǎn)品開始商用化。1997年，用于波分復用技術(shù)的20Gbit/s和40Gbit/s的SDH產(chǎn)品試驗取得重大突破。近年來，密集型波分復用（DWDM）技術(shù)取得了較大的進展，美國AT&T實驗室等機構(gòu)已成功地研究了速率為Tbit/s數(shù)量級的傳輸系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展和IP技術(shù)的應用，光傳輸逐漸從干線傳輸普及到城域網(wǎng)、接入網(wǎng)中，并廣泛應用。

光纖通信發(fā)展數(shù)字光纖通信系統(tǒng)由光端機、光纜、中繼器和電端機組成。光端機包括光發(fā)送機與光接收機兩部分，光發(fā)送機實現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換，光接收機實現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換。電端機的作用是將低速支路電信號復用成高速信號，然后送往光端機中繼器用來對信號放大，增加光信號傳輸距離

光纖系統(tǒng)光接入網(wǎng)（OpticalAccessNetwork，OAN）就是在接入網(wǎng)中采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)的接入技術(shù)，泛指本地交換機或遠端模塊與用戶之間采用光纖通信或部分采用光纖通信的系統(tǒng)。光接入網(wǎng)采用樹形拓撲、點到多點結(jié)構(gòu)、單纖雙向傳輸。光接入網(wǎng)OAN包含與同一光線路終端（OpticalLineTerminal，OLT）相連的多個光分配網(wǎng)（OpticalDistributionNetwork，ODN）和光網(wǎng)絡單元（OpticalNetworkUnit，ONU）。PON網(wǎng)絡的ODN是無源的，而AON的ODN是有源的。

光網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)接入網(wǎng)中ODN是否含有源設備，OAN又可以劃分為無源光網(wǎng)絡（PassiveOpticalNetwork，PON）和有源光網(wǎng)絡（ActiveOpticalNetwork，AON）。無源光網(wǎng)絡（PON）是指在OLT和ONU之間沒有任何有源的設備而只使用光纖等無源器件。有源光網(wǎng)絡（AON）中，用有源設備或網(wǎng)絡系統(tǒng)（如SDH環(huán)網(wǎng)）的光分配終端（Opticaldistributionterminal，ODT）代替無源光網(wǎng)絡中的ODN，傳輸距離和容量大大增加

光接入網(wǎng)設備03PARTTHREE無線接入網(wǎng)

無線網(wǎng)絡技術(shù)豐富多樣，根據(jù)距離不同，可以組成無線個域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)。其中近距離的無線技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)最為活躍的部分，因為物聯(lián)網(wǎng)被稱作是互聯(lián)網(wǎng)的最后一公里，也稱為末梢網(wǎng)絡。根據(jù)應用的不同，其通信距離可能是幾厘米到幾百米之間，目前常用的技術(shù)主要有藍牙、ZigBee、UWB、WI-FI等。無線網(wǎng)絡技術(shù)藍牙（Bluetooth）是一種短距離（一般10m內(nèi)）的無線通信技術(shù)。利用藍牙技術(shù)能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關(guān)外設等眾多設備之間進行無線信息交換，以取代原來所需的有線電纜。圖8-23藍牙耳機和藍牙模塊

藍牙技術(shù)1994年，瑞典愛立信公司移動通信部在一項課題研究中，確定使用無線電射頻技術(shù)實現(xiàn)移動電話與周圍器件之間的低成本、低功耗的無線互連，并將互連的技術(shù)規(guī)范命名為藍牙（Bluetooth）。1998年2月，由世界上最有名的5個IT產(chǎn)業(yè)公司（愛立信、Intel、IBM、東芝、諾基亞）發(fā)起組建“藍牙特殊利益小組”（SpecialInterestGroup）SIG，小組的任務是制訂藍牙技術(shù)標準、如何測試藍牙產(chǎn)品、協(xié)調(diào)各國藍牙技術(shù)的使用頻段。SIG于1998年5月正式成立，1999年12月，又有4家公司（3Com、微軟、摩托羅拉和朗訊）加入SIG。通常把這9個公司稱為SIG的倡議者，后來加入的其它成員被稱為SIG的響應者。

藍牙技術(shù)由來對藍牙芯片的基本要求有：（1）在10m范圍內(nèi)實現(xiàn)一點對多點的通信；（2）藍牙數(shù)據(jù)傳輸速率有效值應達到每條信道721k位/秒；（3）使用頻段2.4～2.4835GHZ；（4）要求成本低廉，價格與所取代的電纜線基本持平。近期藍牙的主要目標是取代各種電纜連接，通過統(tǒng)一標準的無線鏈路網(wǎng)將數(shù)字設備連成一個密不可分的整體，方便靈活、低成本、低功耗，像移動通信那樣傳輸語音，像因特網(wǎng)那樣傳輸信息。長遠藍牙的主要目標是占領(lǐng)家用和商用的近距離數(shù)據(jù)傳輸市場。

藍牙技術(shù)簡介

藍牙技術(shù)指標

藍牙技術(shù)可以實現(xiàn)語音、視頻和數(shù)據(jù)的傳輸，其最高的通信速率為1Mb/s，采用時分方式的全雙工通信，通信距離為10m左右（如果配置功率放大器可以使通信距離達到100m），其特點為：

成本低功耗低、體積小近距離通信安全性藍牙技術(shù)主要特點藍牙無線接入技術(shù)具有規(guī)模小、成本低、短距離連接等特點，藍牙技術(shù)主要針對三大類的應用：話音/數(shù)據(jù)接入、外圍設備互連和個人局域網(wǎng)。應用的領(lǐng)域包括：血氧計、血壓計、體溫計、體重秤、血糖儀、心血管活動監(jiān)控儀、便攜式心電圖儀等等，全球大約80%以上的手機都使用了藍牙技術(shù)，車載網(wǎng)的應用、電玩、電腦、手表、運動及健體、保健、汽車工業(yè)、家居電器、遠程控制、自動化工業(yè)等等。藍牙技術(shù)主要應用ZigBee譯為“紫蜂”，是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。ZigBee技術(shù)研究組織是ZigBee聯(lián)盟（ZigBeeAlliance），協(xié)議是IEEE802.15.4標準的WPAN協(xié)議。

ZigBee技術(shù)ZigBee名稱的由來

源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式；蜜蜂通過跳Zig-Zag形狀的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源位置、距離和方向等資訊。2001年

8月ZigBee聯(lián)盟成立2004年12月1.0標準敲定(ZigBee2004)2005年9月公布1.0標準并提供下載2006年12月進行標準修訂，推出1.1版(ZigBee2006)2007年

10月完成再次修訂(ZigBee2007/PRO)2000年

12月成立工作小組起IEEE802.15.4標準ZigBee形成與發(fā)展20～250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率。最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式,功耗低；ZigBee模塊的初始成本；協(xié)議簡單，免專利費。基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認證,采用了AES-128的加密算法；采取了碰撞避免策略。響應速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30ms。傳輸速率低速度快、時延短網(wǎng)絡容量大安全、可靠低功耗、低成本特點ZigBee技術(shù)特點適用條件BECDA設備成本很低，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小

設備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊沒有充足的電源支持，只能使用一次性電池頻繁地更換電池或者反復地充電無法做到或者很困難用于監(jiān)測或控制且通信覆蓋較大范圍的網(wǎng)絡ZigBee技術(shù)適用條件數(shù)字家庭工業(yè)領(lǐng)域精準農(nóng)業(yè)醫(yī)學領(lǐng)域智能交通

ZigBee技術(shù)應用領(lǐng)域物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)路層應用層IEEE802.15.4ZigBee聯(lián)盟

ZigBee協(xié)議棧ZigBee協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)

NB-IoT技術(shù)窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NarrowBandInternetofThings,NB-IoT）是IoT領(lǐng)域一個新興的技術(shù)，支持低功耗設備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡、UMTS網(wǎng)絡或LTE網(wǎng)絡，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。覆蓋范圍廣終端節(jié)點功耗低海量連接運營維護成本低

BN-IoT技術(shù)特點NB-IoT具備四大特點：一是廣覆蓋，將提供改進的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡增益20dB，相當于提升了100倍覆蓋區(qū)域的能力；二是具備支撐連接的能力，NB-IoT一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡架構(gòu)；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年；四是更低的模塊成本，企業(yè)預期的單個接連模塊不超過5美元。

NB-IoT網(wǎng)絡體系架構(gòu)智能秒表智能停車

共享單車

NB-IoT應用智能畜牧業(yè)

LoRa（LongRangeRadio,遠距離無線電）是一種基于擴頻技術(shù)的遠距離無線傳輸技術(shù)，是LPWAN（Low-PowerWide-AreaNetwork，低功率廣域網(wǎng)絡）通信技術(shù)中的一種，是SEMTECH公司創(chuàng)建的低功耗局域網(wǎng)無線標準。這一方案為用戶提供一種簡單的能實現(xiàn)遠距離、低功耗無線通信手段。它最大特點就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠，實現(xiàn)了低功耗和遠距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無線射頻通信距離擴大3-5倍。目前，LoRa主要在ISM頻段運行，主要包括433、868、915MHz等。

LoRa技術(shù)傳輸距離：城鎮(zhèn)可達2-5Km，郊區(qū)可達15Km。工作頻率：ISM頻段包括433、868、915MHz等。標準：IEEE802.15.4g。調(diào)制方式：基于擴頻技術(shù)，線性調(diào)制擴頻（CSS）的一個變種，具有前向糾錯（FEC）能力，SEMTECH公司私有專利技術(shù)。容量：一個LoRa網(wǎng)關(guān)可以連接上千上萬個LoRa節(jié)點。電池壽命：長達10年。安全：AES128加密。傳輸速率：幾百到幾十Kbps，速率越低傳輸距離越長。LoRa技術(shù)特征

LoRaWAN網(wǎng)絡架構(gòu)“UWB”（ultrawideband）是超寬帶無線技術(shù)的縮寫。UWB技術(shù)是一種使用1GHz以上帶寬的無線通信技術(shù)。雖然是無線通信，但其通信速度可以達到幾百Mbit/秒以上。

UWB超寬帶技術(shù)UWB的主要技術(shù)特點（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)比較簡單（2）高速的數(shù)據(jù)傳輸（3）功耗低（4）安全性高（5）多徑分辨能力強（6）定位精確。（7）工程簡單、造價便宜UWB技術(shù)應用按照通信距離分大體可以分為兩類：一類是短距離高速應用，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到數(shù)百兆比特每秒，主要是構(gòu)建短距離高速WPAN、家庭無線多媒體網(wǎng)絡以及替代高速率短程有線連接，如無線USB和DVD，其典型的通信距離是10m；另一類是中長距離（幾十米以上）低速率應用，通常數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbit/s，主要應用于無線傳感器網(wǎng)絡和低速率連接。同時，由于UWB技術(shù)可以利用低功耗、低復雜度的收發(fā)信機實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，所以UWB技術(shù)在近年來得到了迅速發(fā)展。它在非常寬的頻譜范圍內(nèi)采用低功率脈沖傳輸數(shù)據(jù)而不會對常規(guī)窄帶無線通信系統(tǒng)造成大的干擾，并可充分利用頻譜資源。基于UWB技術(shù)而構(gòu)建的高速率數(shù)據(jù)收發(fā)機有看廣泛的用途。

UWB應用60GHz短距離無線通信技術(shù)是指通信載波為60GHz附近頻率的無線通信技術(shù)

60GHz屬于毫米波通信技術(shù)，面向PC、數(shù)字家電等應用，能夠?qū)崿F(xiàn)設備間數(shù)Gbit/s的超高速無線傳輸。毫米波與較低頻段的微波相比，特點是：①可利用的頻譜范圍寬，信息容量大。②易實現(xiàn)窄波束和高增益的天線，因而分辨率高，抗干擾性好。③穿透等離子體的能力強。④多普勒頻移大，測速靈敏度高。60GHz原始數(shù)據(jù)的最高速度達到25000Mbit/s，而802.11n標準和UWB只能分別實現(xiàn)600Mbit/s和480Mbit/s的傳輸速度。例如：用802.11n需要近一個小時才能傳完的DVD，用60GHz則只需要15s。由于60GHz的無線頻點處于大氣傳播中的衰減峰值，頻段不適合長距離通信（大于2km）

60GHz通信無線局域網(wǎng)WLAN是利用無線技術(shù)實現(xiàn)快速接入以太網(wǎng)的技術(shù)。IEEE802.11制定了無線局域網(wǎng)技術(shù)標準。WiFi（WirelessFidelity）是IEEE802.11系列標準的應用，是一個名為“無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA，又稱“WiFi聯(lián)盟”）的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語。WiFi聯(lián)盟（WiFiAlliance）旨在全球范圍內(nèi)推行WiFi產(chǎn)品的兼容認證。由于WiFi產(chǎn)品的廣泛應用，人們往往把WiFi與WLAN及IEEE802.11標準相混淆，將它們不加區(qū)分地等同起來。

WLAN技術(shù)概述IEEE802.11是無線網(wǎng)絡的協(xié)議標準。共同的協(xié)議標準是確保不同廠商生產(chǎn)設備實現(xiàn)互通與兼容的基礎，到目前為止，IEEE正式發(fā)布的無線網(wǎng)絡協(xié)議標準共有IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n五個標準，五個標準的相關(guān)技術(shù)比較見表8-4。

標準提出工作頻段最大速率覆蓋范圍IEEE802.111997年2.4GHz2Mbps100米IEEE802.11b1999年2.4GHz11Mbps80至100米IEEE802.11a1999年5GHz54Mbps30米IEEE802.11g2003年2.4GHz108Mbps室內(nèi)150米，室外500米IEEE802.11n2004年2.4GHz和5GHz600Mbps幾公里表8-4IEEE802.11系列標準比較

WLAN技術(shù)標準WLAN網(wǎng)絡由無線接入點（AccessPoint，AP）、無線工作站（STA）和空中端口組成。AP是WLAN的核心設備，是一種配備有WLAN適配器的網(wǎng)絡設備STA是WLAN的用戶設備，是一種配備有WLAN適配器的終端設備空中端口是WLAN設備的信道，可以支持單個點對點連接。WLAN網(wǎng)絡組成WLAN基本組成常見WLAN網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，一般有一個無線站點充當中心站，所有站點對網(wǎng)絡的訪問均由其控制。WLAN網(wǎng)絡拓撲

WLAN網(wǎng)絡拓撲04PARTFOUR移動通信技術(shù)1896年，伽利爾摩和波波夫幾乎同時實現(xiàn)了人類首次無線電電報通信。

1906年，美國匹茲堡大學教授費森登通過馬薩諸塞州一座128米高的無線電塔成功地進行了人類歷史上第一次正式無線電廣播。

移動通信技術(shù)導入

移動通信(MobileCommunication)，是指通信雙方或至少有一方處于運動狀態(tài)的時候進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。

移動通信技術(shù)概述移動通信技術(shù)演進移動通信技術(shù)具有代際演進的規(guī)律

--全球移動通信經(jīng)過1G、2G、3G、4G和5G五個發(fā)展階段，正從5G向6G演進

--當前各國正在積極推進5G技術(shù)應用移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)為5G發(fā)展提供廣闊發(fā)展空間1G2G3G4G1980s1990s2000s2010短信社交應用在線、互動、游戲語音5G虛擬現(xiàn)實、“零”時延感知2020有好強爽悅移動業(yè)務交換中心(MSC)移動臺(MS)基站(BS)中繼傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫移動通信系統(tǒng)組成用戶的移動性。電波傳播條件復雜。噪聲和干擾嚴重。系統(tǒng)和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜。要求頻帶利用率高、設備性能好。移動通信的特點移動通信網(wǎng)的覆蓋方式包括大區(qū)制和小區(qū)制。移動通信網(wǎng)的用戶多址方式分為：頻分多路訪問、時分多路訪問、空分多址、碼分多路訪問。

移動通信網(wǎng)中的基本技術(shù)模擬制式的移動通信系統(tǒng)1G代表：美國的AMPS、英國的TACS等。FirstPortable

CellularPhone

DynaTAC1983第一代移動通信主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多路訪問（FDMA）技術(shù)。第一代移動通信有很多不足之處，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、通話質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務和自動漫游等。第一代移動通信包括語音在內(nèi)的全數(shù)字化系統(tǒng)代表：泛歐的GSM、美國的DAMPS、IS-95CDMA2G

我國從1995年開始建設GSM網(wǎng)絡，到2000年3月全國GSM用戶數(shù)已突破5000萬，并實現(xiàn)了與近60個國家的國際漫游業(yè)務。2005年發(fā)展到近2.8億用戶，并超過固定電話用戶數(shù)，成為世界上最大的移動經(jīng)營網(wǎng)絡。第二代移動通信與第一代模擬蜂窩移動通信相比，第二代移動通信系統(tǒng)提供了更高的網(wǎng)絡容量，改善了話音質(zhì)量和保密性，并為用戶提供無縫的國際漫游。具有保密性強、頻譜利用率高、能提供豐富的業(yè)務、標準化程度高等特點。在2G基礎上提供增強業(yè)務，如WAP代表：GPRS(GSM向WCDMA過渡)、EDGE2004V32.5G第二代移動通信GPRSGPRS屬于第二代移動通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封?Packet)式來傳輸，因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kb/s。移動多媒體通信系統(tǒng)標準：基于GSM的WCDMA基于IS-95CDMA的CDMA2000

TD-SCDMA（我國提出的標準）提供的業(yè)務包括語音、傳真、數(shù)據(jù)、多媒體娛樂和全球無縫漫游等2009CLIQ3G第三代移動通信3G通信業(yè)務應用主要表現(xiàn)：（1）高級話音業(yè)務、（2）移動接入互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務、（3）定位業(yè)務、（4）監(jiān)測和控制業(yè)務、（5）移動多媒體業(yè)務、（6）金融證券業(yè)務、（7）電視媒體廣播業(yè)務、（8）視頻社區(qū)業(yè)務。真正意義上的高速移動通信系統(tǒng)標準：FDD-LTE，TD-LTE4G第四代移動通信4G的優(yōu)勢極強的信號傳播能力；極快的傳輸速度；極高的智能化水平；極靈活的通信方式；更好的兼容性、提供增值服務、高質(zhì)量通信、頻率效率高等。4G是第四代移動通信技術(shù)的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像且圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)。4G之后的延伸，具有高速率、低延時和大連接特點5G第五代移動通信5G通訊設施是實現(xiàn)人機物互聯(lián)的網(wǎng)絡基礎設施。第五代移動通信技術(shù)（5G）是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，也是繼2G、3G和4G之后的延伸。5G的性能目標是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設備連接。5G網(wǎng)絡主要有三大特點：極高的速率，極大的容量，極低的時延。相對4G網(wǎng)絡，傳輸速率提升10～100倍，峰值傳輸速率達到10Gbit/s，端到端時延達到毫秒級，連接設備密度增加10～100倍，流量密度提升1000倍，頻譜效率提升5～10倍，能夠在500km/h的速度下保證用戶體驗。如果說前四代移動通信的發(fā)展都是為了解決“人與人之間的連接”那么，5G就是為了解決“人與人、人與物、物與物之間的連接”，這正是萬物互聯(lián)的核心要義。

5G的特點5G典型業(yè)務視頻會話視頻播放移動在線游戲增強現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實云桌面實時視頻分享無線數(shù)據(jù)下載云存儲高清圖片上傳智能家居控制OTT消息視頻監(jiān)控車聯(lián)網(wǎng)安全駕駛05PARTFIVE量子通信量子通信導入

2016年8月16日1時40分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征二號”運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空。中國量子衛(wèi)星科學實驗取得重大突破。量子是物理世界里最小的、不可分割的基本單元，是能量的最基本攜帶者。它是光子、質(zhì)子、中子、電子、介子等基本粒子的統(tǒng)稱。

量子通信（QuantumTeleportation）是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。

量子通信是20世紀80年代開始發(fā)展起來的新型交叉學科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。

PS：量子糾纏是指兩（多）個量子級別的粒子，當其中一顆被操作而狀態(tài)發(fā)生變化，另一顆也會即刻發(fā)生相應的狀態(tài)變化，盡管距離極其遙遠。（即兩個或多個量子系統(tǒng)之間的非定域非經(jīng)典的關(guān)聯(lián)）量子通信概念量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等，21世紀初，這門學科已逐步從理論走向?qū)嶒?，并向?qū)嵱没l(fā)展。1982年，法國物理學家艾倫·愛斯派克特和他的小組成功地完成了一項實驗，證實了微觀粒子“量子糾纏”的現(xiàn)象確實存在。在量子糾纏理論的基礎上，1993年，美國科學C.H.Bennett提出了量子通信（QuantumTeleportation）的概念。1993年，在貝內(nèi)特提出量子通信概念以后，6位來自不同國家的科學家，基于量子糾纏理論，提出了利用經(jīng)典與量子相結(jié)合的方法實現(xiàn)量子隱形傳送的方案。從此量子通信發(fā)展起來了

量子通信的起源量子隱形傳送的方案將某個粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個地方，把另一個粒子制備到該量子態(tài)上，而原來的粒子仍留在原處?；舅枷耄簩⒃锏男畔⒎殖山?jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別經(jīng)由經(jīng)典通道和量子通道傳送給接收者。經(jīng)典信息:發(fā)送者對原物進行某種測量而獲得的。量子信息:發(fā)送者在測量中未提取的其余信息。

量子隱形傳送方案中科大量子領(lǐng)頭人潘建偉3.2010年，中國科技大學和清華大學的自由空間量子通信實驗將通信距離從數(shù)百米記錄一步跨越到16公里。4.2012年，中國科技大學的研究人員再次創(chuàng)造了新紀錄，將通信距離擴大到了97公里，橫跨中國的一個湖泊。2.中科大潘建偉教授及其同事，首次實現(xiàn)了具有存儲和讀出功能的糾纏交換，實現(xiàn)了“量子中繼器”，向量子通信網(wǎng)絡的最終實現(xiàn)邁出了堅實的一步。1.1997年潘建偉與荷蘭學者波密斯特等人首次實現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠程傳輸。

量子通信中國貢獻6.2016年2月19日，科技部公布的第一批國家重點研發(fā)計劃項目中，量子通信、納米科技等9大專項入選。5.合肥量子通信網(wǎng)建成使用2010年7月啟動建設2012年3月29日通過驗收30日正式投入使用標志著我國繼量子信息基礎研究躋身全球一流水平后，在量子信息先期產(chǎn)業(yè)化競爭中也邁出了重要一步。05量子通信中國貢獻(二)1993年，英國國防部研究局實現(xiàn)了在光纖中利用BB84協(xié)議進行了10km距離上的量