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物联网概论 第3章 物联网传输层技术 主讲 胡成全 教学内容 3.1 有线通信传输层 3.1.1 三网融合 3.1.2 现场总线 3.2 无线通信传输层 3.2.1 长距离无线通信 3.2.2 短距离无线通信 3.3 协议与标准 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 物联网概论 IEEE 802.15.4（ZigBee） IEEE 802.11b（WiFi） IEEE 802.16（WiMAX） ISO （Bluetooth） 2 第3章 物联网传输层 传输层主要分： 有线通信 无线通信 两种通信方式对物联网产业来说处于同等重要、 互相补充的作用。例如，工业化和信息化“两化 融合”业务中大部分还是有线通信，智能楼宇等 领域也还是以有线通信为主。 有线通信将来会成为物联网产业发展的主要支撑， 但无线通信技术也是不可或缺的。 物联网概论 3 3.1 有线通信传输层 有线通信技术可分为： 中、长距离（WAN）的广域网络（包括PSTN、 ADSL和HFC数字电视Cable等） 短距离的现场总线（Field Bus，也包括PLC电 力线载波等技术） 物联网概论 4 3.1.1 三网融合 现有的电信网、有线电视网和计算机网是物联网 业务可以利用的中、长距离有线网络。还有一些 和这三大网络规模相当的未公开的覆盖全国的专 网，如公安系统的专网，据说国家电网的专网比 有线电视网规模还要大。 三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三 大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、 图像等综合多媒体的通信业务。 物联网概论 5 3.1.1 三网融合——基本概述 三网融合是一种广义的、社会化的说法，在现阶段它并不 意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合 一，而主要是指高层业务应用的融合。其表现为技术上趋 向一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖，业 务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP协 议，在经营上互相竞争、互相合作，朝着向人类提供多样 化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起， 行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。三大网络通过技术 改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通 信业务。这就是所谓的三网融合。 物联网概论 6 3.1.1 三网融合——结合点 三网融合，在概念上从不同角度和层次上分析，可以涉及到技术融合、 业务融合、行业融合、终端融合及网络融合。目前更主要的是应用层 次上互相使用统一的通信协议。IP优化光网络就是新一代电信网的 基础，是我们所说的三网融合的结合点。 数字技术的迅速发展和全面采用，使电话、数据和图像信号都可以通过 统一的编码进行传输和交换，所有业务在网络中都将成为统一的“0”或 “1”的比特流。 光通信技术的发展，为综合传送各种业务信息提供了必要的带宽和传输 高质量，成为三网业务的理想平台。 软件技术的发展使得三大网络及其终端都通过软件变更，最终支持各种 用户所需的特性、功能和业务。 最重要的是统一的TCP/IP协议的普遍采用，将使得各种以IP为基础的业 务都能在不同的网上实现互通。人类首次具有统一的为三大网都能接受 的通信协议，从技术上为三网融合奠定了最坚实的基础。 物联网概论 7 3.1.1 三网融合——发展 如果按传统的办法处理三网融合将是一个长期而艰巨的过程，如何绕 过传统的三网来达到融合的目的，那就是寻找通信体制革命的这条路， 我们必须把握技术的发展趋势，结合我国实际情况，选择我们自己的 发展道路。 我们的实际情况是数据通信与发达国家相比起步晚，传统的数据通信 业务规模不大，比起发达国家的多协议、多业务的包袱要小得多，因 此，可以尽快转向以IP为基础的新体制，在光缆上采用IP优化光网 络，建设宽带IP网，加速我国Internet网的发展，使之与我国传统 的通信网长期并存，既节省开支又充分利用现有的网络资源。 2010年1月13日国务院总理温 家宝主持召开国务院常务会议，决 定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合。 8 物联网概论 3.1.1 三网融合 有线广域网在物联网应用中的一个劣势就是众所周知的IP 地址不够的问题，在IPv6未全面实施之前，这个问题将制 约有线网在物联网业务中的使用。 而无线广域网可以通过发SIM卡（电话ID号码）的方式解 决每个智能物件对应一个ID（号码）的问题。尽管如此， 中国电信、歌华有线等以有线网络为主的营运商也都有宏 大的物联网业务计划，例如在智能家庭网关（Home Gateway）领域，歌华有线凭借机顶盒的部署基础占据一 定优势。 物联网概论 9 3.1.2 现场总线FieldBus 物联网概论 10 概念 IEC61158标准定义,现场总线是指安装在制造或 过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装 置之间数字式、串行、多点通信的数据总线. 总线上的数据输入设备包括按钮、传感器、 接触器、变送器、阀门等，传输其位置状态 、参数值等数据； 总线上的输出数据用于驱动信号灯、接触器 、开关、阀门等； 物联网概论 11 总线将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，连 接成能相互沟通信息，共同完成自控任务的控制网络 物联网概论 产生的背景 在计算机数据传输中，长期使用低数据速率和点 对点的数据传输标准。 在工业控制或生产自动化领域中使用大量的传感 器、执行器和控制器，若采用星形拓扑结构，安 装成本和介质造价高。 采用流行的LAN组件和环形、总线型拓扑结构，其 硬件和软件对应的系统造价高。 需要设计一种造价低、而又能经受工业现场环境 的通信系统。 物联网概论 减少了接线与安装 物联网概论 现场总线控制系统 FCS 是建立在现场总线技术基础上的网络结构 扁平化，具有开放性、可互操作性、常规 控制功能彻底分散、有统一的控制策略组 态方法的新一代的分散型控制系统。 物联网概论 技术特点 ①开放性。现场总线的开放性有几层含义。一是指相关标 准的一致性和公开性。一致开放的标准有利于不同厂家设 备之间的互连与替换。二是系统集成的透明性和开放性， 用户进行系统设计、集成和重构的能力大大提高。三是产 品竞争的公正性和公开性，用户可按自己的需要和评价， 选用不同供应商的产品组成大小随意的系统。 ②交互性。现场总线设备的交互性有几层含义。一是指上 层网络与现场设备之间具有相互沟通的能力。二是指现场 设备之间具有相互沟通能力，也就是具有互操作性。三是 指不同厂家的同类设备可以相互替换，也就是具有互换性 物联网概论 16 技术特点 ③自治性。由于智能仪表将传感测量、补偿计算、工程量 处理与控制等功能下载到现场设备中完成，因此一台单独 的现场设备即具有自动控制的基本功能，可以随时诊断自 己的运行状况，实现功能的自治。 ④适应性。安装在工业生产第一线的现场总线是专为恶劣 环境而设计的，对现场环境具有很强的适应性。具有防电 、防磁、防潮和较强的抗干扰能力，可满足本质安全防爆 要求，可支持多种通信介质，如双绞线、同轴电缆、光缆 、射频、 红外线、 电力线等。 物联网概论 现场总线与其他通信技术的区别 现场总线与RS232、RS485 RS232、RS485只能代表通信的物理介质层和链路层， 如果实现数据的双向访问，就必须自己编写通信应用 和程序 现场总线技术是以ISO/OSI模型为基础的，具有完整的 软件支持。 现场总线与计算机网络 现场总线是一种传输速率低、实时控制网络。短帧传 送，实时性强，可靠性高，安全性好，适应工业应用 环境。 计算机网络是一种实时性不高、高速信息网络。 物联网概论 现场总线协议参考模型 为使不同厂家的智能仪表接入统一系统进行互连 操作，国际标准化组织ISO于1978年建立了一 个“开放系统互连”的技术委员会。起草了“开 放系统互连基本参考模型”（Open System Interconnection）的建议草案。1983年正 式成为国际标准（ISO7498）。1986年又对 该标准进行了进一步的完善和补充。 物联网概论 物联网概论 OSI 参考模型 现场总线系统是企业的底层网络 NT 服务器 企业管理层 （数据网络） Internet 局域网 过程监控层 （数据网络） 其它工作站 监控工作站 现场总线接口 现场总线网段 现场控制层 （控制网络） 物联网概论 调节阀 差压变送器 差压变送器 差压变送器 温度变送器 发展历史 1984年美国Inter公司提出一种计算机分布式控制系统-位总线 （BITBUS） 80年代中期，美国Rosemount 公司开发了一种可寻址的远程传感 器（HART）通信协议 1985年由Honeywell和Bailey等大公司发起， 成立了World FIP制定了FIP协议。 1987年，以Siemens，Rosemount，横河等几家著名公司为首 也成立了一个专门委员会 互操作系统协议（ISP） 并制定了 PROFIBUS协议。 后来美国仪器仪表学会也制定了现场总线标准IEC/ISA SP50。 两个现场总线集团：ISP集团、WorldFIP集团。 1994年，两大集团宣布合并，融合成现场总线基金会（Fieldbus Foundation）简称FF。 物联网概论 22 现场总线组织 现场总线基金会（Fieldbus Foundation） LonMark协会, Profibus协会， 工业以太网协会IEA（ Industrial Ethernet Association）， 工业自动化开放网络联盟IAONA（ Industrial Automation Open Network Alliance） Society of Automotive Engineers（SAE） 物联网概论 现场总线标准 制定现场总线标准的国际标准化组织 IEC ISO IEC/TC65负责测量和控制系统数据通信国际标准化工作的 SC65C/WG6，是最先开始现场总线标准化工作的组织。 2000年初宣布，IEC现场总线国际标准子集有八种： IEC 61158； ControlNet； Profibus； P-Net； High Speed Ethernet；Newcomer SwiftNet； WorldFIP； Interbus-S 最早成为国际标准的是CAN，它属于ISO标准：ISO11898 物联网概论 技术优点 快速实时响应能力的要求 • 传输速率 节省硬件数量与投资 不高于1Mbps • 响应时间 • 硬件严格筛选； 节省安装费用 为0.01－0.5s • 软件简单易用； 节省维护开销 • 具有处理 • 在线快速排除故障； 随机事件的能 用户具有高度的系统集成主动权• 独立的局部数据库； 力 • 容错技术和冗余技术 系统的实时性与可靠性 物联网概论 25 网络拓扑结构 环形拓扑结构 星形拓扑结构 总线型拓扑结构 树型拓扑结构 物联网概论 26 现场总线的分类 目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种 现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的 大小可分为4类： 传感器总线：信息量小、响应快、位传输 设备总线：可靠性高、响应快、字节传输 控制总线：信息量大、可靠性高、信息传输 信息总线：信息量大、集成度高、文件传输 物联网概论 27 物联网概论 常用现场总线 现场总线是FCS的核心。目前，世界上出现了多种 现场总线的企业或国家标准。这些现场总线技术 各具特点，已经逐渐形成自己的产品系列，并占 有相当大的市场份额。由于技术和商业利益的原 因，尚没有统一。以下就是目前流行的几种著名 的现场总线。 物联网概论 CAN CAN（Control Area Network， ISO11898 ），由德国 Bosch公司推出、最早用于汽车内部监测部件与控制部件 的数据通信网络。现在已经逐步应用到其它控制领域。 CAN协议采用了OSI底层的物理层、数据链路层和高层的 应用层，信号传输介质为双绞线。最高通信速率为 1Mbps（通信距离40m），最远通信距离可达10km （通 信速率为5kbps），节点总数可达110个。 CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8 个，因而传输的时间短，受干扰的概率低，每帧信息均采 用循环冗余校验CRC，通信误码率极低。CAN节点在错 误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，这时故障节 点与总线脱离，使其它节点的通信不受影响。 物联网概论 30 Lon Works Lon Works（Local Operating Network的缩写）。由美 国 Echelon公司研制、1990年正式公布。采用了ISO/OSI 模型中完整的七层通信协议，其最高通信速率为 1.25mbps （通信距离不超过130m），最远通信距离为 27km（通信速率为78kbps），节点总数可达32000个。 网络的传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤、射频、 红外线、电力线等。 Lon Works的信号传输采用可变长帧结构。每帧的有效字 节可由0~288个。 Lon Works所采用的Lon Talk通信协 议被封装在称之为Neuron的神经元芯片中。 物联网概论 PROFIBUS PROFIBUS是(Process Field Bus的缩写)。它是德国国 家标准 DIN 19245和欧洲标准 EN 50170所规定的现场总 线标准。 PROFIBUS由三个兼容部分组成，即 PROFIBUS－DP、PROFIBUS－PA和 PROFIBUS－ FMS。最高通信速率为12Mbps（通信距离不超过100m ），最大通信距离为 1200m（通信速率为9.6kbps）。如 果采用中继器可延长至10km ，其传输介质可以是双绞线 或光缆。每个网络可挂32个节点，如带中继器，最多可挂 127个节点。 PROFIBUS采用定长或可变长帧结构，定长帧一般为8字 节，可变长帧每帧的有效字节数为l~244个。近年来，多 家公司联合开发PROFIBUS通信系统的专用集成电路芯片 物联网概论 Fieldbus Foundation 现场总线基金会(Fieldbus Foundation, FF) 是国际公认 的、惟一不属于某企业的、非商业化的国际标准化组织。 其宗旨是制定单一的国际现场总线标准。 FF总线以OSI参考模型为基础，取其物理层、链路层和应 用层为FF通信模型的相应层次，并在此基础上增加了用户 层。FF总线分为低速现场总线和高速现场总线两种通信速 率。低速现场总线H1的传输速率为31.25kbps，高速现场 总线HSE的传输速率为100Mbps，H1支持总线供电和本质安 全特性，最大通信距离为1900m（如果加中继器可延长至 9500m，最多可直接连接32个节点（非总线供电）、13个 节点（总线供电）、6个节点（本质安全要求）。 物联网概论 如果加中继器最多可连接240个节点。通信介质为 双绞线、光缆或无线电。 FF采用可变长帧结构，每帧的有效字节数为 0~251个。目前已经有 Smar、 Fuji、National、 Semiconductor、Siemens、Yokogawa等12家公司 可以提供FF的通信芯片。 目前，全世界已有120多个用户和制造商成为现场 总线基金会的成员。基金会董事会囊括了世界上 最主要的自动化设备供应商。基金会成员所生产 的自动化设备占世界市场的90％以上。 物联网概论 HART 可寻址远程传感器数据通路（Highway Addressable Remote Transducer），最早由Rosemount公司开发。参考 了ISO/OSI参考模型的物理层、数据链路层和应用层。采 用基于Bell 202通信标准的频移键控FSK技术。通信速率 为1200bps，单台设备的最大通信距离为3000m，多台设备 互连的最大通信距离为1500m ，通信介质为双绞线，最大 节点数为15个。 HART采用可变长帧结构，每帧最长为25个字节，寻址范围 为0～15。当地址为0时，处于4~20mA与数字通信兼容状态 。而当地址为l~15时，则处于全数字状态。 物联网概论 WorldFIP 世界工厂仪表协议World Factory Instrument Protocol 的缩写。采纳了IEC物理层国际标准（IEC6ll58－2），是 欧洲现场总线标准EN50170-3。 WorldFIP协议按照OSI参考模型定义了物理层、数据链路 层和应用层。WorldFIP采用有调度的总线访问控制，通信 速率分别为31.35kbps、1Mbps、2.5Mbps，对应的最大通 信距离分别为5000m、1000m、500m ，其通信介质为双绞 线。如果采用光纤，其最大通信距离可达40km。每段现场 总线的最大节点数为32个，使用分线盒可连接256个节点 。整个网络最多可以使用3个中继器，连接4个网段。 WorldFIP采用可变长帧结构，每帧的最大字节数为256个 。适合于包括TCP／IP在内的各种类型的协议数据单元。 WorldFIP可以提供各种专用通信芯片。 物联网概论 现 场 总 线 的 特 点 和 应 用 范 围 现场总线 特点 应用 传输速率 9.6-12Kbps Profibus-DP 8 种 现 场 总 线 的 特 点 和 应 用 范 围 传输距离 100－1200m 支持Profibus-DP总线的智能电气设备、PLC等 ，适用于过程顺序控制和过程参数的监控 传输介质 双绞线或光缆 传输速率 31.25Kbps FF 传输距离 1900m 现场总线仪表，执行机构等过程参数的监控 传输介质 双绞线或光缆 传输速率 5－500Kbps CAN 传输距离 40-500m 汽车内部的电子装置控制，大型仪表的数据采集 和控制 传输介质 两芯电缆 传输速率 31.25－2500Kbps WorldFIP 传输距离 500－5000m 可应用于连续或断续过程的自动控制 传输介质 双绞线或光缆 传输速率 125、250、500Kbps DeviceNet 传输距离 100－500m 适用于电器设备和控制设备的设备级网络控制， 以及过程控制和顺序控制设备等 传输介质 五芯电缆 传输速率 500K－12Mbps Interbus 传输距离 100m 车间设备和PLC网络控制 传输介质 同轴电缆或者光缆 传输速率 5Mbps ControlNet 传输距离 100－400m 车间级网络控制和PLC网络控制 传输介质 双绞线 传输速率 78－1250Kbps LonWorks 传输距离 130－2700m 传输介质 双绞线或电力线 由于智能神经元节点技术和电力载波技术，可广 泛应用于电力系统和楼宇自动化 现场总线应用 现场总线技术的应用领域十分广泛，凡属设备间需要数据 通信的场合都需要它 连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、造 纸，过程自动化仪表；火车、汽车、轮船、机器人、 数控机床；智能传感器 楼宇自控、仓储； 智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络） 农、林、水利、养殖等 其技术与产品在工业控制计算机、测控板卡、仪器仪表、 系统集成、应用系统等领域都有良好的发展前景 物联网概论 教学内容 3.1 有线通信传输层 3.1.1 三网融合 3.1.2 现场总线 3.2 无线通信传输层 3.2.1 长距离无线通信 3.2.2 短距离无线通信 3.3 协议与标准 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 物联网概论 IEEE 802.15.4（ZigBee） IEEE 802.11b（WiFi） IEEE 802.16（WiMAX） ISO （Bluetooth） 数据标准 40 3.2 无线通信传输层 无线通信也可分为 长距离的无线广域网（WWAN） 中、短距离的无线局域网（WLAN） 超短距离的WPAN（无线个人网，Wireless Personal Area Networks） 传感网主要由WLAN或WPAN技术作为支撑， 结合传感器。 “传感器”和“传感网”二合一的 RFID的传输部分也是属于WPAN或WLAN。 物联网概论 41 3.2.1长距离无线通信 无线通信发展： 1G：1995年问世的第一代模拟制式手机只能进行语音通话； 2G：1996到1997年出现的第二代GSM、TDMA等数字制式手机便增加 了接收数据的功能，如接受电子邮件或网页； 2.5G：基于2G与3G之间的过渡类型。比2G在速度、带宽上有所提 高。可使现有GSM网络轻易地实现与高速数据分组的简便接入。 3G：第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的 提升，它能够在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、 音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、 电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良 好兼容性。 物联网概论 42 3.2.1长距离无线通信 GSM： 全名为：Global System for Mobile Communications，中文为全球移动通讯系统， 俗称"全球通"，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术， 其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部 手机就能行遍全球。我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，此前一直是 采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSM技术（2001年12月31日我国关闭了模拟移动 网络）。目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网 络。GSM系统包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM1900：1900MHz 等几个频段 。GSM（全球移动通信系统）是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方 的数字移动电话系统。GSM使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线 电话技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的一种。GSM将资料数字化，并将 数据进行压缩，然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去，另外的两个 用户数据流都有各自的时隙。。GSM实际上是欧洲的无线电话标准，据GSM MoU联 合委员会报道，GSM在全球有12亿的用户，并且用户遍布120多个国家。因为许多 GSM网络操作员与其他国外操作员有漫游协议，因此当用户到其他国家之后，仍然 可以继续使用他们的移动电话。 物联网概论 43 3.2.1长距离无线通信 CDMA： 是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在数字技术的分支--扩频通信技术上发 展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术 的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号 带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪 随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经 载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机 码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成 原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 物联网概论 44 3.2.1长距离无线通信 TD-SCDMA： 全称TimeDivision-SynchronousCDMA，该标准是由我国大唐电信 公司提出的3G标准。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电 等当今国际领先技术融于其中。由于中国国内庞大的市场，该标 准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商 都宣布可以支持TD-SCDMA标准，对于中国通信事业实为一大机遇。 由于3G商用需要相当浩大的工程，所牵扯的层面多且复杂，要从 目前的2G迈向3G不可能一下就衔接得上，因而2.5G的手机就应运 而生，目前已经进行商业应用的2.5G移动通信技术可以认为是从 2G迈向3G的衔接性技术，同时也就衍生了HSCSD、WAP、EDGE、蓝 牙(Bluetoot)、EPOC等技术都是2.5G技术。 物联网概论 45 3.2.1长距离无线通信 WCDMA： 即WidebandCDMA，意为宽频分码多重存取，是由GSM网 发展出来的3G技术规范，其支持者主要是以GSM系统为 主的欧洲厂商，包括欧美的爱立信、诺基亚、朗讯、 北电以及日本的NTT、富士通、夏普等厂商。这套系统 能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可 以较方便地过渡，而GSM系统相当普及的亚洲对这套新 技术的接受度会比较高。因此，W-CDMA具有先天的市 场优势。目前W-CDMA手机已有多种产品面世，但国内 还没有完善的3G网络可以应用。 物联网概论 46 3.2.1长距离无线通信 GPRS： 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的简称，它是GSM 移动电话用户可用的一种移动数据业务。 它经常被描述成“2.5G”，也 就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。 它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS突 破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和 对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对 来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。GPRS(General Packet Radio Service)是一种以全球手机系统（GSM）为基础的数据传输技术， 可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包 （Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计 算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至 56甚至114Kbps。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器， 所以连接及传输都会更方便容易。如此，使用者既可联机上网，参加视 讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络上（VRN）的使用者，甚至可 以无需通过拨号上网，而持续与网络连接 47 物联网概论 3.2.2短距离无线通信 蓝牙： 蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m之内）的无线电技术。能在包括移动 电话、PDA、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交换。 蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽为1Mb/s。 “蓝牙”（Bluetooth）原是一位在10世纪统一丹麦的国王，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术标准，含有将四分五裂的局 面统一起来的意思。蓝牙技术使用高速跳频（FH，Frequency Hopping）和时分多 址（TDMA，Time DivesionMuli—access）等先进技术，在近距离内最廉价地将几 台数字化设备（各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字 数据系统，如数字照相机、数字摄像机等，甚至各种家用电器、自动化设备）呈 网状链接起来。蓝牙技术将是网络中各种外围设备接口的统一桥梁，它消除了设 备之间的连线，取而代之以无线连接。 蓝牙是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，省去 了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公 尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1兆字节。以往红外线接口的传输 技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以 免除了。 物联网概论 48 3.2.2短距离无线通信 WiFi： 俗称 无线宽带，IEEE 802.11b 的别称。是由一个名为“无线以 太网相容联盟”（Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA）的组织所发布的业界术语，中文译为“无线相容认证”。 它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网 接入的无线电信号。随著技术的发展，以及IEEE 802.11a 及IEEE 802.11g等标准的出现，现在IEEE 802.11 这个标准已被统称作 Wi-Fi。从应用层面来说，要使用Wi-Fi，用户首先要有 Wi-Fi 兼 容的用户端装置。 Wi-Fi (Wireless Fidelity)，无线保真技术与蓝牙技术一样， 同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的 是2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段。其 目前可使用的标准有两个，分别是IEEE802.11a和IEEE802.11b。 该技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。 49 物联网概论 3.2.2短距离无线通信 WiMAX： 全称为Worldwide Interoperability for Microwave Access,即 全球微波互联接入。WiMAX的另一个名字是802.16。WiMAX是一项 新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据 传输距离最远可达50km。WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业 务丰富多样等优点。WiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信 技术发展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先进技术，随着技术标 准的发展，WiMAX将逐步实现宽带业务的移动化，而3G则将实现移 动业务的宽带化，两种网络的融合程度将会越来越高。WiMAX(全 球微波互联接入)不仅在北美、欧洲迅猛发展，而且这股热浪已经 推进到亚洲。WiMAX又称为802·16无线城域网，是又一种为企业 和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。因在数据 通信领域的高覆盖范围(可以覆盖25～30英里的范围),以及对3G可 能构成的威胁，使WiMAX在最近一段时间备受业界关注。 物联网概论 50 3.2.2短距离无线通信 ZigBee： ZigBee技术主要用于无线个域网（WPAN），是基于IEEE 802.15.4 无线标准研制开发的。IEEE 802.15.4定义了两个底层，即物理层 和媒体接入控制（Media Access Control，MAC）层；ZigBee联 盟则在IEEE 802.15.4的基础上定义了网络层和应用层。ZigBee联 盟成立于2001年8月，该联盟由Invensys、三菱、摩托罗拉、飞利 浦等公司组成，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司 和开发商的加入，其目标市场是工业、家庭以及医学等需要低功 耗、低成本、对数据速率和QoS（服务质量）要求不高的无线通信 应用场合。 ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳Zigzag 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。与其它无线通信协议相比，ZigBee无线协议复杂性低、对 资源要求少。 51 物联网概论 WLAN WPAN 主 流 和 协 议 的 特 点 和 用 途 52 计算机文化基础实验教程