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物联网传输层技术

时间:2022-10-05 百科知识 版权反馈
【摘要】:网络传输层位于感知识别层和应用支撑层中间,负责两层之间的数据传输。根据国际标准的规定,ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。该技术由通信卫星和经该卫星连通的地球站两部分组成。物联网网关是连接感知网络与传统通信网络的纽带。人们提出以模块化物联网网关方式来管理不同的感知网络、不同的应用,以保证能够使用统一的管理接口技术对末梢网络节点进行统一管理。

网络传输层位于感知识别层和应用支撑层中间,负责两层之间的数据传输。感知识别层采集的数据需要经过通信网络传输到数据中心、控制系统等地方进行处理或存储。网络传输层就是利用公网或者专网以无线或者有线的通信方式,提供信息传输的通路。

1.ZigBee无线技术

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准的规定,ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称(又称“紫蜂协议”)来源于蜜蜂的八字舞,蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度自组织、低功耗、高数据速率。其主要适用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,ZigBee是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通信技术。

ZigBee组网通信示意如图8-33所示。

2.蓝牙无线技术

蓝牙技术产品是采用低能耗无线电通信技术来实现语音、数据和视频传输的,其传输速率最高为1Mb/s,以时分方式进行全双工通信,通信距离为10m左右,配置功率放大器可以使通信距离进一步增加。

蓝牙技术产品与Internet之间的通信,使家庭和办公室的设备不需要电缆也能够实现互通互联,大大提高了办公和通信效率。因此,“蓝牙”已成为无线通信领域的新宠,因为广大用户提供极大的方便而受到青睐。

蓝牙控制机器人如图8-34所示。

图8-33 ZigBee组网通信示意

图8-34 蓝牙控制机器人

3.Wi-Fi无线技术

Wi-Fi是“无线保真”(wireless fidelity)的英文缩写,曾被视为科技业余爱好者的玩具,但现在已成为互联网领域的一支重要力量。Wi-Fi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。该技术使用空闲的2.4GHz附近的频段,该频段目前尚属不用许可的无线频段。目前可使用的标准有两个,分别是IEEE802.11a、IEEE802.11b,IEEE802.11g和IEEE802.11n。Wi-Fi技术由于具有独特的优点,因此受到相关厂商的青睐。

Wi-Fi技术的突出优势如下:

(1)无线电波的覆盖范围广。基于蓝牙技术的电波的覆盖范围非常小,半径只有15m左右,而Wi-Fi的半径则可达100m左右,办公室自不用说,就是在整栋大楼中也可使用。最近,Vivato公司推出了一款新型交换机。据悉,该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络的通信距离扩大到约6.5km。

(2)虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好,数据安全性能比蓝牙技术差一些,但传输速度非常快,可以达到11Mb/s,符合个人和社会信息化的需求。

(3)厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”,并通过高速线路将因特网接入上述场所即可。这样,由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100m的地方,用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内,即可高速接入因特网。

Wi-Fi无线上网示意如图8-35所示。

图8-35 Wi-Fi无线上网示意

4.无线移动通信技术

全球无线移动通信技术已从众所周知的GSM,发展到现在的3G、4G移动通信技术,并正在向5G发展。其逐渐从单一的语音传输,向数字、音频、视频等网络多媒体信息传输转移,且比例越来越大。图8-36所示为3G通信技术示意。

图8-36 3G通信技术示意

5.卫星定位技术

全球定位系统(Global Positioning System,GPS),是美国从20世纪70年代开始研制,于1994年全面建成,具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS),是继美国全球定位系统(GPS)和俄罗斯的GLONASS系统之后第三个成熟的卫星导航系统。该系统由空间端、地面端和用户端组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,从2012年开始对外服务。

GPS定位技术示意如图8-37所示。

图8-37 GPS定位技术示意

6.卫星通信技术

该技术由通信卫星和经该卫星连通的地球站两部分组成。静止通信卫星是目前全球卫星通信系统中最常用的星体,它是将通信卫星发射到赤道上空35 860km的高度上,使卫星运转方向与地球自转方向一致,并使卫星的运转周期正好等于地球的自转周期(24小时),从而使卫星始终保持同步运行状态。故静止卫星也称为同步卫星。静止卫星天线波束的最大覆盖面可以达到大于地球表面总面积的三分之一。因此,在静止轨道上,只要等间隔地放置三颗通信卫星,其天线波束基本上就能覆盖整个地球(除两极地区外),实现全球范围的通信。目前使用的国际通信卫星系统就是按照上述原理建立起来的,三颗卫星分别位于大西洋、太平洋和印度洋上空。

卫星通信技术如图8-38所示。

图8-38 卫星通信技术

7.物联网网关

物联网网关(图8-39)是连接感知网络与传统通信网络的纽带。作为网关设备,物联网网关可以实现感知网络与通信网络,以及不同类型感知网络之间的协议转换。它既可以实现广域互联,也可以实现局域互联。此外物联网网关还需要具备设备管理功能,运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点,了解各节点的相关信息,并实现远程控制。

图8-39 物联网网关

强大的管理能力,对于任何大型网络都是必不可少的。首先要对网关进行管理,如注册管理、权限管理、状态监管等。网关实现对子网内的节点的管理,如获取节点的标识、状态、属性、能量等,以及远程实现唤醒、控制、诊断、升级和维护等。由于子网的技术标准不同,协议的复杂性不同,所以网关具有的管理能力不同。人们提出以模块化物联网网关方式来管理不同的感知网络、不同的应用,以保证能够使用统一的管理接口技术对末梢网络节点进行统一管理。

从不同的感知网络到接入网络的协议转换、将下层的标准格式的数据统一封装、保证不同的感知网络的协议能够变成统一的数据和信令;将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。

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