物联网中的网络技术

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1、 物联网中的网络技术物联网要实现物物相连，需要网络作为连接的桥梁。物联网的通信与组网技术主要完成感知信息的可靠传输。由于物联网连接的物体多种多样，物联网涉及的网络技术也有多种，如可以是有线网络、无线网络；可以是短距离网络和长距离网络；可以是企业专用网络、公用网络；还可以是局域网、互联网等等。通信技术简单地说是指将信息从一个地点传送到另一个地点所采取的方法和措施。按照历史发展的顺序，通信技术先后由人体传递信息通信到简易信号通信，再发展到有线通信和无线通信。近年来发展最快、应用最广的就是无线通信技术。无线通信技术主要包括无线电通信、微波通信、红外通信和光通信等多种形式。其中无线电通信最为广泛，它是

2、利用电磁波信号在自由空间传播的特性进行信息交换的一种通信方式。 目前无线通信主要使用数字化通信技术。数字化通信是一种用数字信号0和1进行数字编码传输信息的通信方式。数字化通信可以传输电报、数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语音和图像等模拟信号。无线通信网络是利用无线通信技术、通信设备、通信标准和协议等组成的通信网络，在该网络中通信终端能够接入网络并依赖该网络进行相互通信。根据接入网络的方式不同可以分为集中式和自组织两种。 集中式终端根据其位置是否固定又可分为固定式和移动式，如固定或移动基站、固定骨干节点等。典型的集中式包括各类蜂窝网络，通过安装多个固定的基站把较大通信区域覆盖，而每个基站

3、可以管理成百上千个移动接入节点。在无线局域网络中可以利用集中式接入在一个相对小区域内形成星状网络。物联网的网络是连接物体的信息通道，在物联网中的网络有多种形式，如有线网络、无线网络，局域网络、互联网，企业网络、专用网络等等。对于物联网，无线网络具有特别的吸引力，不仅可以摆脱布线的麻烦和费用，而且对于移动物体可能是唯一的连网选择。 无线网络技术丰富多样，根据距离不同，可以组成无线个域网、无线局域网、无线城域网和无线广域网。其中近距离的无线技术是物联网最为活跃的部分，因为物联网被称作是互联网的最后一公里，也称为末梢网络。根据应用的不同，其通信距离可能是几厘米到几百米之间，目前常用的技术主要有蓝牙、

4、ZigBee、Z-wave、RFID、NFC、UWB、WI-FI等。无线个域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)是为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定群体、无线无缝的连接而提出的新兴无线通信网络技术。无线个域网主要解决最后几十米的通信问题，目前主要包括蓝牙技术、ZigBee技术、UWB技术、Z-wave技术、NFC（近距离通信）和红外通信等技术，具有低成本、低功耗、通信距离短等特点。 无线局域网（Wirelesslocalareanetwork，WLAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。无线局域网利用电磁波在空气中发送和接受数据，无需线缆介

5、质，具有传统局域网无法比拟的灵活性。无线局域网的技术要点（1）可靠性（2）兼容性（3）数据传输速（4）通信安全（5）移动性。无线局域网的基本构件有无线网卡和无线网关。（1）无线网卡：无线网卡的作用类似于以太网卡，作为无线网络的接口，实现计算机与无线网络的连接。 （2）无线网关：无线网关也称无线网桥、无线接入点或无线AP（Acess Point）可以起到以太网中的集线器的作用。尽管无线局域网技术已经得到了广泛的应用，但是人们对于无线宽带通信的探索并未因此而停止，人们期待覆盖范围更大、信息速率更高、服务质量更好的技术出现，因此无线城域网应运而生。自 2004 年美国费城首先提出无线城市发展计划以来

6、，美国、西欧等国家和地区已有一批城市在政府主导下开始进行无线城市的建设，无线城域网技术WMAN（Wireless Metropolitan Area Network）应运而生。无线城域网的整体结构：无线城域网由基站（BS）、用户基站（SS）、接力站（RS）组成。在无线城域网中，基站的作用是一方面提供与核心网络即传统因特网间的连接，另一方面通常采用扇形/定向天线或全向天线向用户基站发送数据。无线城域网的通信标准主要是IEEE802.16协议，而WiMAX 常用来表示无线城域网 WMAN，这与Wi-Fi 常用来表示无线局域网 WLAN 相似。 IEEE802.16 协议是无线城域网的通信标准，其作

7、用就是在用户终端同核心网络之间建立起一个通信路径，保证数据在两者之间的无线连接。IEEE802.16主要有三层体系结构（1）物理层（2）数据链路层（3）汇聚层。IEEE802.16的技术优势（ 1）摆脱了有线网络线缆的束缚（2）与无线局域网相比性能更胜一筹（3）节约网络建设成本。 对于WiMAX，近年来随着 IPTV、流媒体等业务的发展，用户对“最后一公里”宽带化的需求日益突出。WiMAX 作为最具影响力的宽带无线接入技术受到了国内外通信界的广泛关注。WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，即全球微波互联接入，是一项新兴的宽

8、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逐步实现宽带业务的移动化，而3G则实现移动业务的宽带化，两种网络的融合程度会越来越高。WIMAX 技 术 采 用 的 标 准 是 IEEE802.16d 和IEEE802.16e。802.16d 标准是固定网络的补充和延伸，不具有移动接入的性能。802.16e 支持移动接入。WiMAX技术优势有（1） 传输距离远，接入速度高（

9、2） 无“最后一公里”瓶颈限制、系统容量大（3）提供广泛的多媒体通信服务。（4） 互操作性好（5） 应用范围广。 WIMAX 解决方案适合于提供宽带数据业务，以及基于宽带的 NGN 话音业务。WIMAX 作为“最后一公里”的无线接入解决方案为实际部署提供更多的手段，增加了部署灵活性和可搬移性。从接入方式的角度可以分为以下几种：无线宽带固定式接入作为光纤、DSL 线路的有效替代和补充，开展 IP 话音、作为 WiFi 热点回程等；无线宽带游牧式接入方便个人电脑用户区域性数据接入；无线宽带便携式接入方便笔记本电脑、PDA 用户随时随地宽带数据接入；无线宽带移动式接入支持车载速度移动宽带数据接入。W

10、iMAX的主要应用有（1）城市安全（2）监控交通状况，控制交通拥堵。（3）金融行业（4）医疗保健行业。 （5）物流企业。无线广域网络技术WWAN（Wireless Wide Area Network）是一个更大区域的网络，能够覆盖比城市更大的区域，满足更大范围内的无线接入，与无线个域网、无线局域网和无线城域网相比，它更加强调的是快速移动性。典型的无线广域网的例子是GSM移动通信系统和卫星通信系统。目前全球的无线广域网主要有GSM、CDMA技术，本节分别介绍GSM技术、GPRS技术、3G技术、4G技术。 全球移动通信技术GSM（Global System for Mobile Communica

11、tions）数字移动通信系统源于欧洲。早在80年代初，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其他各国也提供移动业务。 GSM 是当前应用最为广泛的移动电话标准，自90年代中期投入商用以来， GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上，全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。所有用户可以在签署了漫游协定移动电话运营商之间自由漫游。 GPRS是通用分组无线服务技术（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。GPRS可说是GSM

12、的延续。GPRS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。 随着移动通信技术发展，至今移动通信发展已经历了四代： 第一代即1G，系模拟移动通信，上世纪80年代初投入商用，技术主要建立在频分多址(FDM)和蜂窝频率复用理论的基础上，主要代表技术是美国的TACS制式；第二代即2G，系数字移动通信，上世纪80年代中后期投入商用，以欧洲提出的GSM和美国提出的CDMA技术为代表；第二代半即2.5G，上世纪90年代中期投入商用，技术以GSM演进的GPRS和CDMA演进的CDMA1X为代表。鉴于第二代数字移动通信在技术和成本上获得较好解决，从而迅速地促进

13、了移动通信的发展，显然，移动通信的繁荣是始于第二代数字移动通信。 第三代即3G，自2000年一些欧洲国家开始拍卖3G牌照以来，全球移动通信的热点一直围绕着3G。所谓3G，其实它的全称为3rd Generation，中文含义是指第三代数字通信。3G的主要特点：（1）3G是2G的演进和发展，不是重新建立一个移动通信网。（2）能提供1G、2G所不能提供的各种宽带信息业务。（3）具有多媒体业务功能，不仅能接收和发送语音、数据信息，而且还能接收和发送 静 态、动态图象及其它数据业务。（4）能克服包括多径衰减、多址干扰、远近效应等技术难题。（5）实现数据业务，主要是Internet所需要不对称基于包交换（IP）的业务。（6）具有高频谱利用率，解决全球存在的系统容量问题。（7）系统设备低价位，业务服务高质量、低价位，能满足个人通信化的要求。而4G是目前传输速率最快的移动通信技术，比已投入商业运营的3G网络的传输速率快10倍。借助4G移动网络，用户可更顺畅地用手机上网，通过笔记本电脑完成一些需要更快传输速率和更高传输性能的任务，如网络电视播放、网络视频会议等。美国、瑞典、挪威等少数国家已开通4G移动通信网络。4G国际标准候选技术有中国主导的TD-LTE和欧美主导的FDD-LTE。