《物聯網應用技術導論》課件

第3章物聯網通信與網絡技術

第3章物聯網通信與網絡技術本章主要內容3.1物聯網通信與網絡技術概述3.2無線個域網絡技術3.3無線局域網絡技術3.4無線城域網絡技術3.5無線廣域網絡技術3.6物聯網的接入技術3.7物聯網其他網絡技術3.5.33G網絡技術1、移動通信的進展歷程隨著移動通信技術進展，至今移動通信進展已經受了四代：第一代即1G，系模擬移動通信，上世紀80年月初投入商用，技術主要建立在頻分多址(FDM)和蜂窩頻率復用理論的根底上，主要代表技術是美國的TACS制式。

其次代即2G，系數字移動通信，上世紀80年月中后期投入商用，以歐洲提出的GSM和美國提出的CDMA技術為代表；其次代半即2.5G，上世紀90年月中期投入商用，技術以GSM演進的GPRS和CDMA演進的CDMA1X為代表。鑒于其次代數字移動通信在技術和本錢上獲得較好解決，從而快速地促進了移動通信的進展，明顯，移動通信的富強是始于其次代數字移動通信。第三代即3G，自2023年一些歐洲國家開頭拍賣3G牌照以來，全球移動通信的熱點始終圍圍著3G。所謂3G，其實它的全稱為3rdGeneration，中文含義是指第三代數字通信。依據國際電信聯盟(ITU)定義，3G特征一是全球化，即3G各系統間在設計上具有高度的互通性，使用共同的頻段和全球統一的標準，能供給全球無縫漫游；二是綜合化，能夠供給多種業務，特殊是能夠支持多媒體業務和互聯網業務，并有力氣容納新的業務；三是個人化，用戶使用全球唯一的個人號碼。2、3G的主要特點：〔1〕3G是2G的演進和進展，不是重新建立一個移動通信網?！?〕能供給1G、2G所不能供給的各種寬帶信息業務?！?〕具有多媒體業務功能，不僅能接收和發送語音、數據信息，而且還能接收和發送靜態、動態圖象及其它數據業務。〔4〕能抑制包括多徑衰減、多址干擾、遠近效應等技術難題?！?〕具有高頻譜利用率，解決全球存在的系統容量問題?！?〕系統設備低價位，業務效勞高質量、低價位，能滿足個人通信化的要求。第四代即4G，ITU提出4G應具有如下主要特點：〔1〕高速傳輸〔頂峰時50～100Mbit/s，平均20Mbit/s〕〔2〕大容量〔約10倍于3G系統〕〔3〕支持下一代互聯網〔IPv6〕〔4〕無縫效勞〔5〕靈敏的網絡構造〔6〕使用微波頻段〔3～6GHz〕〔7〕低系統本錢〔3G系統的1/10～1/100〕4G是目前傳輸速率最快的移動通信技術，比已投入商業運營的3G網絡的傳輸速率快10倍。借助4G移動網絡，用戶可更順暢地用手機上網，通過筆記本電腦完成一些需要更快傳輸速率和更高傳輸性能的任務，如網絡電視播放、網絡視頻會議等。美國、瑞典、挪威等國家已開通4G移動通信網絡。4G國際標準候選技術有中國主導的TD-LTE和歐美主導的FDD-LTE。3、3G的主流標準目前，國際電信聯盟確定了四大3G標準：WCDMACDMA2023TD-SCDMAWiMAX〔中國移動〕〔中國電信〕〔中國聯通〕4、3G技術的應用〔1〕寬帶上網〔2〕視頻通話〔3〕手機電視〔4〕無線搜尋〔5〕手機音樂〔6〕手機購物〔7〕手機網游3.5.44GLTE技術4G是英文fourth-generation的縮寫，指移動系統的第四代，也是3G之后的延長。依據ITU定義的技術標準，靜態傳輸速率到達1Gbps，用戶在高速移動狀態下可以到達100Mbps，就可以作為4G的技術之一。2023年1月，“中國制造”的TD—LTE—Advanced(下稱“TD—LTE—A”)被國際電信聯盟確定成為第四代移動通信(下稱“4G”)國際標準，與FDD-LTE-Advanced并列為4G國際標準，使得我國首次在4G移動通信標準這一前沿實現了從“追趕”到“引領”的重大跨越。1、LTE簡介LTE是第三代合作伙伴準備3GPP(The3rdGenerationPartnershipProject)于2023年11月啟動的UMTS〔環球移動通信系統〕技術長期演進工程。LTE分為FDD方式的LTE和TDD方式的LTE，其中TDD方式的LTE又由于演進路線的不同分為LTETDD1和LTETDD2。我國從2023年開頭推動LTE的TDD方案即LTETDD2方式的爭論并被3GPP承受，之后由我國大力推動并通過多方努力，目前兩種TDD方式經融合為一種即TD-LTE。TD-LTE也被同時確定為TD-SCDMA標準的后續演進技術。2、LTE關鍵技術在LTE承受的各種技術中，最核心的技術是OFDM(正交頻分復用技術)和MIMO，這兩種技術是今后無線通信技術的核心技術，將會得到快速進展和大量承受。3、LTE應用前景〔1〕將LTE引入手機〔2〕用LTE部署石油和自然氣〔3〕LTE應用于公安執勤通信三大運營商的網絡模式為：1、中國移動

移動4G：移動TD-LTE；

移動3G：TD-SCDMA；

移動2G：GSM。2、中國聯通聯通4G：聯通TD-LTE，聯通FDD-LTE；聯通3G：WCDMA；

聯通2G：GSM。3、中國電信電信4G：電信TD-LTE，電信FDD-LTE；電信3G：CDMA2023；電信2G：CDMA。1G、2G、3G、4G手機的區分

第一代模擬制式手機〔1G〕：1G就是大哥大，手機類似于簡潔的無線電雙工電臺，通話是鎖定在確定頻率，所以使用可調頻電臺就可以竊聽通話。1983年，世界上第一臺手機摩托羅拉DynaTAC8000X，重2磅，通話時間半小時，銷售價格為3,995美元，是名副其實的最珍貴的磚頭。其次代GSM、CDMA等數字手機〔2G〕：手機使用PHS，GSM或者CDMA這些特殊成熟的標準，具有穩定的通話質量和適宜的待機時間，支持彩信業務的GPRS和上網業務的WAP效勞，以及各式各樣的Java程序等。第三代移動通信技術〔3G〕：是英文3rdGeneration的縮寫，指第三代移動通信技術。指將無線通信與國際互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統。它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，供給包括網頁掃瞄、會議、電子商務等多種信息效勞。第四代移動行動通信〔4G〕：該技術包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質量視頻圖像，它的圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下。4G系統能夠以100Mbps的速度下載，比目前的撥號上網快200倍，并能夠滿足幾乎全部用戶對于無線效勞的要求。3.6物聯網的接入技術物聯網的接入技術指將末梢會聚網絡或單個的節點，接入核心承載網絡的技術。核心承載網絡可以包括各種如3G、4G，GPRS等公共商業網絡，也可以是企業專網、物聯網專網等，此外還包括全球性的核心承載網絡——互聯網。3.6.1物聯網網關技術 物聯網網關是連接感知網絡與傳統通信網絡的紐帶，是不同網絡進展通信的“關口”和“翻譯器”。作為網關設備，物聯網網關可以實現感知網絡與通信網絡，以及不同類型感知網絡之間的協議轉換，既可以實現廣域互聯，也可以實現局域互聯。具體地講，物聯網網關一般具備如下功能：1、多種接入力氣：3G、傳感器工作組等2、協議轉換力氣；不同的感知網絡到接入網絡的協議轉換3、治理力氣：注冊治理、權限治理、狀態監管等3.6.26LowPAN技術6LowPan〔IPv6overLowpowerWirelessPersonalAreaNetworks〕技術，主要實現將低功率無線個域網〔LowpowerWirelessPersonalAreaNetworks〕連接到IPv6網絡中。IPv6〔InternetProtocolVersion6〕是下一代互聯網協議，是下一代互聯網的起點。IPv6是互聯網工程任務組IETF〔InternetEngineeringTaskForce〕設計的用于替代IPv4的下一代IP協議。IPv6是為了解決IPv4所存在的一些問題和缺乏而提出的，同時它還在很多方面提出了改進，例如路由方面、自動配置方面。3.7物聯網其他網絡技術3.7.1M2M技術M2M是“機器對機器通信〔MachinetoMachine〕”或者“人對機器通信〔MantoMachine〕”的簡稱。主要是指通過“通信網絡”傳遞信息從而實現機器對機器或人對機器的數據交換，也就是通過通信網絡實現機器之間的互聯、互通。移動通信網絡由于其網絡的特殊性，終端不需要人工布線、可以供給移動性支撐，有利于節省本錢，并可以滿足在危急環境下的通信需求，使得以移動通信網絡作為承載的M2M效勞得到了業界的廣泛關注。圖3-8M2M示意圖M2M業務及應用可以分為移動性應用和固定性應用兩類。1、移動性應用：適用于外圍設備位置不固定，移動性強、需要與中心節點實時通信的應用，如交通、公安、海關、稅務、醫療、物流等行業從業人員手持系統或車載、船載系統等。2、固定性應用：適用于外圍設備位置固定，但地理分布廣泛、有線接入方式部署困難或本錢昂揚的應用，可利用機器到機器實現無人值守，如電力、水利、采油、采礦、環保、氣象、煙草、金融等行業信息采集或交易系統等。M2M涉及5個重要的技術局部：1、智能化機器2、M2M硬件3、通信網絡4、中間件5、應用〔1〕三網融合的提出、進展含義及應用隨著信息技術的快速進展，人們對信息溝通的要求已不僅限于單一的語音信息溝通，近些年來數字技術的不斷進展，網絡傳輸的速度加快，語音、數據、圖像的綜合信息效勞給人們自然、生動、真實和有效的溝通方式。三網融合就是在這種背景下提出的。三網融合及NGN技術1、三網融合

三網融合是指電信網、播送電視網、互聯網在向寬帶通信網、數字電視網、下一代互聯網演進過程中，三大網絡通過技術改造，其技術功能趨于全都，業務范圍趨于一樣，網絡互聯互通、資源共享，能為用戶供給語音、數據和播送電視等多種效勞。三網融合留意電信網、播送電視網和互聯網的相互滲透、相互兼容、并逐步整合成為全世界統一的信息通信網絡，其中互聯網是其核心局部?！叭W融合”使三大網絡從各自獨立的專業網絡向綜合性網絡轉變，網絡性能得以提升，資源利用水平進一步提高。三網融合可以給千家萬戶帶來實質性的好處，比方將來的“下一代播送電視網”(NGB)將傳統播送電視網、互聯網、通信網進展“三網融合”，形成新一代國家信息根底設施，將給我國千家萬戶帶來一場“電視革命”。NGB好比國家面對千家萬戶修建了一條條暢通的“信息高速大路”。通過這條高速大路，極大降低了老百姓使用獵取信息和享受消遣的技術門檻。NGB可以供給互動電視、電子商務、在線消遣、個人通訊、醫療教育、金融證券、社區效勞、物流等各種類型的效勞，傳統的電視內容供給商將會變成信息系統的綜合效勞商。內容與網絡強強聯手，對電視數字產業乃至整個廣電行業進展具重要意義。圖3-9三網融合〔2〕國外三網融合的進展從三網融合的提出到現在，全球很多國家的政府、相關的管制部門都在做著不同的嘗試，通過政策、制度以及管制框架上的變革來解決實現三網融合面臨的諸多問題。一個明顯的趨勢就是一些國家把電信和播送在傳輸上的管制職責集中到一個管制實體中。目前有6個國家，美國、英國、日本、意大利、加拿大、澳大利亞，成立統一的監管機構。國外的三網融合是一個漸進的過程，三網融合的難點在于電信網和有線電視網的融合，這兩個行業從最初嚴格的禁入，到現在19個國家已經實現了兩個行業的雙向進入。2、下一代網絡NGN下一代網絡NGN〔Next-generationNetwork〕技術以軟交換為核心，能夠供給包括語音、數據、視頻和多媒體業務的基于分組技術的綜合開放的網絡架構，代表了通信網絡進展的方向。NGN主要業務特點：多媒體化：NGN中進展最快的特點將是多媒體特點，同時多媒體特點也是NGN最根本、最明