快捷搜索:  as  test  1111  xxx  FtCWSyGV  w3viyKQx  С˵

物联网的末梢神经指的是什么

1.无线收集的基础观点

1.1无线收集技巧的分类

无线收集是收集技巧钻研与成长的另一条主线,它的钻研、成长与利用将对21世纪信息技巧与财产成长孕育发生紧张的影响。从是否必要根基举措措施的角度来看,可以分为两大年夜类:基于根基举措措施的无线收集与无根基举措措施的无线收集。图4-1给出了无线收集的分类。

1.2无线分组网与无线自组网

1972年在美国国防部高档钻研计划署启动ARPANET的钻研计划后,又启动将分组互换技巧移植到军用无线分组网(PacketRadi。NETw。rk,PRNET)的项目。该项目钻研疆场情况中无线分组互换技巧在数据通信中的利用。无线分组网的钻研成果为无线自组网的成长奠定了优越的根基。

在无线分组网项目停止后,DARPA觉得只管无线分组网的可行性获得验证,但照样不能支持大年夜型收集情况的必要,无线移动自组收集还有几个关键技巧没有办理。在这样的背景下,DARPA在1983年启动渣滓性自适应收集(SURvivableAdaptiveNetwork,SURAN)项目。该项目钻研若何将无线分组网技巧用于支持更大年夜规模的收集,并开拓能适应疆场快速变更的自适应收集协议。

在无线分组网的根基上成长起来的无线自组网是一种特殊的自组织、对等式、多跳、无线移动收集,在军事、特殊利用领域有紧张的利用前景。

20世纪70年代末,美国海军钻研实验室完成短波自组织收集(HF-ITF)系统的钻研。该系统是采纳跳频要领组网的低速无线自组收集。HF-ITF应用短波频段,采纳随机信道造访节制措施,可以将500公里范围内的舰只、飞机、潜艇组成一个无线移动自组收集。

1994年美国DARPA启动举世移动信息系统(GlobelMobileinformaTIonsystem,GloMo)筹整洁GloMo计划的钻研范围险些覆盖无线通信的所有相关领域。此中,无线自适应移动信息系统(WAMIS)是在无线分组网的根基上,钻研的一种在多跳、移动情况下支持实时多媒体营业的高速分组无线网。另一个与无线自组网有关的项目是启动于1996年的WINGs钻研,其主要目标是若何将无线移动自组网与互联网无缝连接。

1.3无线自组网与无线传感器收集

IEEE将无线自组网的收集定义为一种特殊的自组织、对等式、多跳、无线移动收集,称为移动无线自组收集(MobileAdhocNETwork,MANET),它是在无线分组网的根基上成长起来的。

无线传感器收集的钻研起步于20世纪90年代末期,跟着无线自组网技巧的日趋成熟,无线通信、微电子、传感器技巧也获得快速成长,若何在军事领域中将无线自组网与传感器技巧结合起来的钻研课题被提出,即开始了无线传感器收集的钻研。无线传感器收集可以用于对敌方兵力和设置设备摆设的监控,疆场的实时监视,目标的定位、疆场评估以及对核进击和生归天学进击的监测和搜索。

近年来,无线传感器收集引起学术、军事和工业界的极大年夜关注,美国和欧洲接踵启动很多有关无线传感器收集的钻研计划。无线传感器收集钻研将涉及传感器、微电子芯片制造、无线传输、谋略机收集、嵌入式谋略、收集安然与软件等技巧,是一个必须由多个学科专家参加的交叉学科钻研领域。

1.4无线自组网与无线网状网

无线自组网技巧徐徐成熟并进入实际利用阶段时,平日照样局限于军事领域,在夷易近用领域利用无线自组网技巧还只是一个钻研课题。人们很快就发明,假如将无线自组网技巧作为无线局域网与无线城域网等无线接入技巧的一种弥补,利用于互联网无线接入网中,是一个很有成长出路的课题。在这样的背景下,开始了无线网状网技巧的钻研。-

无线网状网(WirelessMeshNetwork,WMN)是无线自组网在接入领域的一种利用。WMN也称为无线网格网,它作为对无线局域网、无线城域网技巧的弥补,将成为办理无线接人“着末一公里”问题的紧张技巧手段。

今朝,无线自组网技巧向两个偏向成长的趋势已经清晰,一个是向军事和特定行业成长和利用的无线传感器收集;另一个是向夷易近用的接入网领域成长的无线网状网。因为无线收集问题的钻研涉及多个学科领域,本章主要先容与收集技巧相关的钻研事情。

2.无线局域网与协议

2.1无线局域网的利用领域

跟着无线局域网技巧的成长,人们越来越深刻地熟识到,无线局域网不仅能够满意移动和特殊利用领域收集的要求,还能覆盖有线收集难以涉及的范围。它们主要有以下四个方面:

(1)作为传统局域网的扩充

传统的局域网用非樊篱双绞线实现10Mbps,以致更高速度的传输。使得布局化布线技巧获得广泛利用。很多修建物在扶植历程中已预先布好双绞线,然则在某些特昧的情况中,无线局域网却能发挥传统局域网起不到的感化,例如在修建物群之间、工厂修建物之间的连接,股票买卖营业等场所的活动结点,以及不能布线的历史古修建,临时性的大年夜型申报会与博览会。在上述的环境中,无线局域网供给一种更有效的联网要领。在大年夜多半环境下,传统的局域网用来连接办事器和一些固定的事情站,而移动和不易于布线的结点可以经由过程无线局域网接入。图4-3给出了范例的无线局域网布局。

(2)特殊无线收集

无线自组收集采纳不必要基站的“对等布局”移动通信模式,该收集中没有固定的路由器,它的所有用户都可以移动,并且支持动态设置设置设备摆设摆设和动态流量节制;每个系统都具备动态搜索、定位和规复连接的能力。这些行径特性可以用“移动散播式多跳无线收集”或“移动的收集”来描述:例如,员工每人有一个带有天线的条记本,他们被调集在一间房间里开会,谋略机可以连接到一个暂时的收集,会议完毕后收集将不再存在。

2.2无线局域网协议

1987年,IEEE802.4组开始进行无线局域网的钻研。最初的目标是盼望开拓一个基于无线网令牌总线协议。在进行一段光阴的钻研后,发明令牌总线并不得当于无线电信道。在1990年,IEEE802委员会成立新的802.11事情组,专门从事无线局域网的钻研,并开拓一个无线信道造访节制子层协讲和物理介质标准。1997年形成第1个无线局域网标准802.11,今后又呈现两个扩展版本。802.11定义应用红外、跳频扩频与直接序列扩频技巧,数据传输速度为1Mbps或2Mbps的无线局域网标准。802.1lb定义应用跳频扩频技巧,传输速度为1、2、5.5与11Mbps的无线局域网标准。802.11a将传输速度前进到54Mbps。无线局域网是当前收集钻研的一个热点问题,当前802.11标准已从802.11b、802.11a成长为802.11j,对多种频段无线传输技巧的物理层、MAC层、无线网桥,以及QoS治理、安然与身份认证做出一系列的规定。致力于WLAN技巧推广的wi-Fi同盟是由业界成员参加,它的感化是匆匆进802.11无线局域网标准的推广与利用。

3.无线城域网与IEEE802.16协议

3.1宽带无线接入的基础观点

802.11无线局域网作为局域网接入要领的一种弥补,已在小我谋略机无线接人中发挥紧张感化。在无线通信技巧利用广泛的背景下,若何在城域网中利用无线通信技巧的课题就被提出。对付城市区域的一些大年夜楼、分散的社区,架设电缆与铺设光纤的用度每每要大年夜于架设无线通信设备,人们开始钻研在市区范围的高楼之间使用无线通信手段办理局域网、固定或移动的小我用户谋略机接入互联网的问题。图4.4给出了802.16宽带城域网布局。

1999年7月,IEEE802委员会成立一个事情组,专门钻研宽带无线城域网标准问题。2002年,公布IEEE802.16宽带无线城域网标准。802.16标准的全称是“固定带宽无线造访系统空间接口”(AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystem),也称为无线城域网(WirelessMAN,WMAN)或本地环路(wirelesslocalloop)标准。

.2IEEE802.16标准体系

只管802.1l与802.16标准都针对无线情况,然则因为两者的利用工具不合,是以在采纳的技巧与协议办理问题的重点也不合。802.11标准的重点在于办理局域网范围的移动结点通信问题,而802.16标准的重点是办理城市范围内修建物之间的数据通信问题。

802.16标准的主要目标是拟订事情在2~66GHz频段的无线接人系统的物理层与介质造访节制层规范。802.16是一个点对多点的视距前提下的标准,用于大年夜数据量的传输。802.16a增添非视距和对无线网状网布局的支持。802.16与802.16a颠末修订后,被统一命名为802.16d,于2004年5月正式公布。

按802.16标准建立的无线收集覆盖一个城市的部分区域,同时因为修建物位置是固定的,它必要在每个修建物上建立基站,基站之间采纳全双工、宽带通信要领事情。802.16标准供给两个物理层标准802.16d与802.16e。802.16d主要针对固定的无线收集支配,802.16e针对火车、汽车等移动物体的无线通信标准问题。

与IEEE802.16标准事情组对应的论坛组织为WiMAx,与致力于WLAN推广利用的Wi-Fi同盟很类似,它是由业界成员参加的,致力于IEEE802.16标准的推广与利用。无线接入技巧以投资少、建网周期短、供给营业快等上风,已经引起财产界的高度注重。

4.蓝牙、无线小我区域网与ZigBee

4.1蓝牙技巧与协议

4.1.1蓝牙技巧的基础观点

1994年,Ericsson公司对付若何在无电缆的环境下,将移动电话和其他设备(例如PDA)连接起来孕育发生浓厚的兴趣。Ericsson公司与IBM、Intel、Nokia和Toshiba等公司提议一个项目,开拓一个用于将谋略机与通信设备、附加部件和外部设备,经由过程短间隔的、低功耗的、低资源的无线信道连接的无线标准。这个项目被命名为蓝牙(Bluetooth)。

对付“蓝牙”这个名字,有一个已被普遍吸收的说法,那便是它与一位丹麦国王的名字有关,即公元940~985年间的丹麦国王HaraldBlatand。听说在他统治时代统一了丹麦和挪威,并把基督教带入斯堪的纳维亚地区,是以就将“Blatand”近似翻译成“Bluetooth”,中文直译为“蓝牙”。因为这项技巧是在斯堪的纳维亚地区孕育发生,是以技巧的开创人就用这样名字命名,表达他们要像昔时的丹麦国王统一多国一样,统一天下很多公司“短间隔无线通信”技巧和产品的初衷。

蓝牙无线通信技巧是作为一个技巧规范呈现,该规范是蓝牙分外兴趣小组SIG中很多公司相助的结果。1998年5月,SIG由Ericsson、Intel、IBM、Nokia和Toshiba等公司提议。SlG不是由任何一个公司节制,而是由其成员经由过程法定协定来治理。今朝,SIG共有1800多个成员,包括破费类电子产品制造商、芯片制造厂家与电信业等。SIG的主要义务是致力于成长蓝牙规范,然则它大概不会成长成一个正式的标准化组织。

4.1.2蓝牙规范与IEEE802.15标准

1999年7月,SIG公布蓝牙规范1.0版,卷1是核心规范,卷2是协议子集,全部规范长达1500页。虽然蓝牙技巧最初的目标只是办理近间隔数字设备之间的无线连接,然则很快扩大年夜到无线局域网的事情领域中。只管这样的转变使该标准更有利用代价,然则也造成它与IEEE802.11标准竞争的场所场面。

在蓝牙规范1.O版颁发后不久,IEEE802.15标准组抉择采用蓝牙规范作为根基,并开始对它进行修订。这件工作从一开始就不和谐,蓝牙规范已经有细致的规范,而且它是针对全部系统的。从收集体系布局的角度来看,它覆盖从物理层到利用层的整个内容。IEEE802.15标准组仅对物理层和数据链路层进行标准化,蓝牙规范的其他部分并没有被纳入该标准。

只管像IEEE这样的中立机构来治理一个开放的标准,每每有助于一项技巧的推广和利用,然则假如在一项事实上的工业标准呈现后,又呈现一个与它不兼容的新规范,对付技巧成长来说未必是一件好事。

4.1.3蓝牙技巧的特征及利用

(1)蓝牙技巧的特征

无线通信产品要能方便、快速地遍及,那么它的通信频率在举世各国统一开放的频段上,该频段的产品无须事先申请和缴纳频率应用费。蓝牙技巧将相符这个前提,它的事情频率在国际开放的ISM2.4GHz上。为了避免相同频率电子设备之间的滋扰,蓝牙技巧采纳了调频扩展技巧。

蓝牙技巧在协议设计之初就确定了芯片轻、薄、小的特征。以范例的爱立信蓝牙芯片为例,它的体积只有10.2mm×14mlTl×16ram,发射功率节制在1mW,感化间隔可以达到10m,可以嵌入在各类设备之中。芯片价格经久目标是节制在5美元以内。因为蓝牙的功耗很小,是以在设计蓝牙耳机的时刻,不太斟酌散热的问题。

(2)蓝牙技巧的利用

恰是由于蓝牙技巧有十分凸起的特征,以是可以利用于险些所有的电子设备,例如移动电话、蓝牙耳机、条记本谋略机的鼠标、打印机、投影仪、数字相机、门禁系统、遥控开关、各类家用电器等。

蓝牙技巧除了可以实现点-点通信,还支持点-多点通信。使用蓝牙技巧可以在10m范围内实现7个活动蓝牙设备,以及最多255个处于待机蓝牙设备组成一个无线小我区域收集。是以,业界有一种说法,即开拓蓝牙产品,更必要的是想象力和创造力。

4.2无线小我区域网与协议

随动手机、便携式谋略机和移动办公设备的广泛利用,人们徐徐提出自身相近几米范围内的小我操作空间(PersonalOperaTIngSpace,POS)设备联网的需求。小我区域收集(PersonalAreaNetwork,PAN)与无线小我区域收集(WirelessPersonalAreaNetwork,WPAN)在这个背景下呈现。

IEEE802.15事情组致力于小我区域网的标准化事情,它的义务组TG4拟订IEEE802.15.4标准,主要斟酌低速无线小我区域收集(Low-RateWPAN,LR-WPAN)利用问题。2003年,IEEE赞许了LR-WPAN标准——IEEE802.15.4。它为近间隔范围内不合设备之间低速互连供给统一标准。

与WLAN比拟,LR-WPAN只需很少的根基举措措施,以致不必要根基举措措施。LR-WPAN的特性与无线传感器收集有很多相似之处,很多钻研机构也将它作为无线传感器收集的通信标准。

4.3ZigBee技巧的特征

ZigBee是一种面向自动节制的低速、低功耗、低价格的无线收集技巧。ZigBee的通信速度要求低于蓝牙,但要求由电池供电,在不替换电池环境下事情几个月,以致几年。同时,ZigBee收集的结点数量、覆盖规模比由蓝牙技巧支持的收集大年夜得多。ZigBee无线设备事情在公共频道,在2.4GHz时传输速度为250kbps,在915Mbps时传输速度为40kbps。ZigBee的传输间隔为10~75m。

ZigBee适应于数据采集与节制的点多、数据传输量不大年夜、覆盖面广、造价低的利用领域,在家庭收集、安然监控、医疗保健、工业节制、无线定位等方面展现了紧张的利用前景。

ZigBee技巧的特征主要表现在:

1)ZigBee收集结点事情周期短、收发数据量小,不传输数据时处于“就寝状态”。传输数据时由担负“和谐器”的结点唤醒。采取这种事情模式的优点是节省电能,延长收集工作对间。

2)ZigBee采纳碰撞避免机制并为必要固定带宽的通信营业预留专用光阴片,以避免发送数据的冲突。因为在MAC层采纳确认机制,包管结点之间通信的靠得住性。

3)ZigBee协议布局简单,实现协议的专用芯片价格低廉,系统软件布局力争简单,从而低落系统的造价。通信模块芯片价格预期可以降到1.5~2.5美元。

4)ZigBee标准与蓝牙标准的延时参数比拟,ZigBee结点的休眠/事情状态转换必要15ms,入网光阴必要30ms,而蓝牙结点的入网光阴必要3~10s。

5)1个ZigBee收集最多容纳1个主结点和254个从结点,1个区域中可以有100个ZigBee收集。

6)ZigBee供给了数据完备性反省与加密算法,以保障收集的安然。

基于ZigBee技巧的无线传感器收集已成为财产界十分关注的一个钻研偏向。

责任编辑:ct

您可能还会对下面的文章感兴趣: