无线通信与WSNWord格式文档下载.docx

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由无线接入子网（接入层），无线传输子网（传输承载层）、核心子网、业务平台以及网管系统组成。

无线接入子网:

是直接面向用户的网络。

一般由无线终端、基站/接入点、基站控制器/无线网络控制器/接入网关等组成。

传输子网：

是用于传输电信号或光信号的网络。

可分为过哦及传输网与国内传输网。

核心子网：

除接入网和用户驻地传输网之外的网络，用于实现信息的交换。

根据所承载的业务，可分为电路交换和分组交换子网。

业务平台：

是聚合各类应用需求的综合应用系统。

网管系统：

是一个软硬件结合以软件为主的分布式网络应用系统，用于管理无线网络，保证其高效正常运行。

1.2无线通信的起源

人类认识电磁波为100年左右。

1864年麦克斯韦总结了电磁学实验定律，从数学上预言了电磁波的存在和光的电磁波本质。

1887年赫兹用实验证明了麦克斯韦理论-----电磁波的存在。

为现代的无线电通信提供了理论根据。

1897年马可尼（Marconi）用无线电波成功实现了在英格兰海峡行驶的船只上，连续不断的通信，开启了无线通信发展的大门。

马可尼成为世界上第一个无线电技术专利的拥有者，并因为对发明无线电报的贡献而获得诺贝尔物理学奖。

1902年第一个点到点的无线电链路在美国建立，也称为无线电报。

1906年范信达（ReginaldFessenden）进行了第一次无线电广播，他通过调幅技术传输音乐和话音。

1906年以后，军用和商用的船舶很快采用了无线电技术早起的陆地移动无线通信记录在警察发面的应用，1921年底特律警察局在车辆上有效的使用了AM无线通信技术进行移动语音通信。

1927年贝尔实验室在纽约地区试验了电视播放，同时JohnBaird在英国也进行了类似的实验。

1946年，第一个移动电话系统在美国圣路易斯投入使用。

1947年，第一个由7个天线塔组成的连接纽约和波士顿的微波中继系统开始运行，这个中继系统可容纳两个城市的2400人同时通话。

1958年，伴随着SCOR通信卫星的升空，无线通信进入了新时代。

1977年贝尔实验室提出了蜂窝的概念。

蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破。

进入了现代无线通信的应用。

2003年起无线通信从几个方面得到发展：

蜂窝通信在中国、印度市场上新的应用（摄像功能的电话）无线计算机网络（WLAN）取得了意想不到的成功，遵从IEEE（电气与电子工程协会）808.11标准的设备使得计算机可以像手机一样具有通用性和可移动性。

无线传感器网络为从远端站点监测和控制工厂甚至是家居场所提供了可能。

1.3无线电波

1.3.1概述

无线电波或射频波是指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，其频率300GHz以下（下限频率较不统一，在各种射频规范书，常见的有三3KHz~300GHz,9KHz~300GHz,10KHz~300GHz）。

无线电技术是通过无线电波传播信号的技术。

在天文学上，无线电波被称为射电波，简称射电。

1.3.2原理

无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。

利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。

当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。

通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。

1.3.3波长

　波长大于1mm，频率小于300GHz的电磁波是无线电波。

图1.3.3无线电波的传播途径

　无线电波是一种能量的传播形式，电场和磁场在空间中是相互垂直的，并都垂直于传播方向，在真空中的传播速度等于光速的约300000千米/秒。

图1.3.4波段范围

1.3.4应用

图1.3.4无线电波的应用

电磁波应用的两个方向：

1）无线电信息传输：

在广大空域传送通信、导航等各种模拟和数字信息。

常用的无线通信系统如：

卫星通信、微波通信、蜂窝移动通信、无线局域网、个域网、固定无线接入等都属于此种应用。

获取电磁波经各种目标或媒质反射（或散射、折射）及在传播过程中的相互作用而携带的有关目标与媒质信息，或自然电磁波携带的有关辐射源特性的信息。

用以探测研究无法直接采样测量对象的特性，即遥感。

2）高功率无线电电力传输：

一般为微波功率传输（MPT）

1.4无线通信系统

1.4.1分类

1）按应用可分为

.移动

.无线接入

.微波

2）按工作状态可分为

.固定

3）按在通信网络的位置可分为

.无线传输

4）按所使用频率波段可分为

.长波通信

.中波通信

.短波通信

.超短波通信

.微波通信

1.4.2按应用分类几个典型的无线通信系统

1）蜂窝移动通信

图1.4.2蜂窝移动通信

蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。

其主要特征是终端的移动性，并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。

蜂窝移动通信业务是指经过由基站子系统和移动交换子系统等设备组成蜂窝移动通信网提供的话音、数据、视频图像等业务。

2）卫星蜂窝通信

卫星除了在电视市场应用外，蜂窝通信是卫星的第二个重要应用。

“基站”（即卫星）距移动台的距离相当远：

对于静止轨道卫星，距离为36000km；

对于低轨道（LEO）卫星，距离为几百千米。

因此，需要更大的发射功率，卫星上必须使用高增益天线（许多情况下移动台也用），并且若用户在建筑物内部，则通信几乎无法进行。

蜂窝尺寸：

由于卫星与地球之间的遥远距离，即使就低轨道卫星而言，蜂窝直径小于100km也是不可能的；

对静止轨道卫星，蜂窝区域会更大。

这样大的蜂窝尺寸对卫星系统而言，既是优点也是缺点。

积极的一面在于，即使针对地广人稀的区域也容易做到良好的覆盖。

另一方面，这个区域内的频谱效率非常之低，也就意味着（假定分配给这项业务的频谱有限）只有很少的人可以同时通信。

基站费用：

建一个基站（卫星）的费用比为陆地系统建造基站要高。

不仅通信卫星的发射非常昂贵，而且还必须作为卫星和PSTN之间连接点的地面站建造适当的基础设施。

3）无线局域网

无线局域网（WLAN）的功能属性与无绳电话非常相似——将便携式电脑通过无线链路连接到因特网（Internet）。

WLAN现已开发出许多标准，以满足高数据速率的需求，并且这些标准都带有IEEE802.11的标识。

最原始的IEEE802.11标准支持以1Mb/s的速率传输，最流行的802.11b标准（WiFi）支持高达11Mbit/s的速率，802.11a标准将速率提升到55Mbit/s。

更高的速率将通过802.11n标准加以实现。

在原理上，WLAN设备可以连接到任何采用相同标准的基站（接入点）。

接入点的拥有者可以对接入做出限制——如，通过适当的安全设置。

4）个域网

当网络覆盖区域变得比WLAN更小的时候，称之为个域网（PAN）。

此类网络多数是为了达到简单的“电缆替代”效果。

例如，遵从蓝牙（Bluetooth）标准的设备,支持蜂窝电话和头戴式免持耳机之间不需要电缆的无线连接，两个设备间的距离小于1m。

类似地，娱乐系统（DVD播放器到电视）中的组件之间、计算机与其外设（打印机，鼠标）之间以及其他同类的应用都可以通过个域网的覆盖来形成无线链路。

5）固定无线接入

固定无线接入可看做是无绳电话或WLAN的演化形式，它从根本上替代了用户和陆上有线系统之间的专用线缆连接。

与无绳系统的主要差别在于

（1）用户设备不具移动性；

（2）基站几乎总是服务于多个用户。

此外，通过固定无线接入设备中继之后的传输距离（在100m到几十千米之间）要比通过无绳电话中继后的传输距离长得多。

固定无线接入的目的在于：

不用从中心交换局到用户所在的办公室或居所铺设电缆就能向用户提供电话和数据连接。

固定无线接入的主要市场向农村地区提供覆盖和在不具备任何有线基础设施的发展中国家建立连接。

802.16（WiMax）标准通过在系统中引入有限的移动性，因而也就模糊了与蜂窝电话技术之间的界限。

6）WiMax

WiMAX全称为WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作性。

WiMAX的另一个名字是802.16。

或广带无线接入（BroadbandWirelessAccess，BWA）标准。

WIMAX是一项无线城域网（WMAN）技术，是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。

它用于将无线接入点连接到互联网，也可连结公司与家庭等环境至有线骨干线路。

它可作为线缆和DSL的无线扩展技术，从而实现无线宽带接入。

3G与WiMax的差别就在于，WiMax倡导的将宽带无线化，而3G倡导的是将无线宽带化。

1.4.3速率与覆盖范围的关系

图1.4.3速率与覆盖范围的关系

1.4.4宽带接入技术比较

图1.4.4宽带接入技术比较

2Zigbee

2.1概述

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。

根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（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、低数据速率、低成本。

主要适合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就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。

ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协定，底层是采用IEEE802.15.4标准规范的媒体存取层与实体层。

主要特色有低速、低耗电、低成本、支援大量网络节点、支援多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。

ZigBee协定层从下到上分别为实体层（PHY）、媒体存取层（MAC）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。

网络装置的角色可分为ZigBeeCoordinator、ZigBeeRouter、ZigBeeEndDevice等三种。

2.2发展历程

.80年代,当单片机技术已经广泛普及，8051如日中天的时候,手机还是价值万元的大砖头,语音通讯也只有8K/S的通讯速度,无线通讯技术还是像美国莫托罗拉这样大公司实验室里的前沿。

.90年代,向TI这样的大公司，投入巨资，开发短距离通讯芯片，10年努力,确以失败告终，有人统计过，那时，在美国进行无线产品的项目开发,有85%以上的开发项目会失败。

复杂的高频，昂贵的设备，完全被封锁的技术，无线还只是在“天上”。

图2.2完整的