一、無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)(WPAN)

從網(wǎng)絡(luò )構成上來(lái)看，無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)WPAN(Wireless Personal Area Networks)位于整個(gè)網(wǎng)絡(luò )架構的底層，用于很小范圍內的終端與終端之間的連接，即點(diǎn)到點(diǎn)的短距離連接。WPAN是基于計算機通信的專(zhuān)用網(wǎng)，工作在個(gè)人操作環(huán)境，把需要相互通信的裝置構成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，且無(wú)須任何中央管理裝置及軟件。用于無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)的通信技術(shù)有很多，如藍牙、紅外、UWB、HomeRF等，下面就幾種主要的技術(shù)進(jìn)行講述。

1.藍牙(Bluetooth)

藍牙(Bluetooth)是由愛(ài)立信、英特爾、諾基亞、IBM和東芝等公司于1998年5月聯(lián)合主推的一種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，它可以用于在較小的范圍內通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接的方式實(shí)現固定設備或移動(dòng)設備之間的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)，從而在各種數字設備之間實(shí)現靈活、安全、低功耗、低成本的語(yǔ)音和數據通信。藍牙技術(shù)的一般有效通信范圍為10m，強的可以達到100m左右，其最高速率可達1Mbps。

藍牙技術(shù)運行在全球通行的、無(wú)須申請許可的2.4GHz頻段。采用GFSK調制技術(shù)，傳輸速率達1Mbps;采用FHSS擴頻技術(shù)，把信道分成若干個(gè)長(cháng)為625μs的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙交替進(jìn)行發(fā)射和接收，實(shí)現時(shí)分雙工。在2.402～2.480GHz頻段內含有間隔為1MHz的79個(gè)跳頻載頻及一系列的跳頻序列，跳頻速率為1 600hops/s，每個(gè)時(shí)隙傳送一個(gè)分組數據。藍牙由于采用了時(shí)分雙工，可以防止收發(fā)信機之間的串擾;采用跳頻技術(shù)提高了設備抗干擾能力，以及提供了一定的安全保障，便于疊區組網(wǎng)。

藍牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，可獨立或同時(shí)支持異步數據信道和語(yǔ)音信道。每個(gè)同步語(yǔ)音信道數據速率為64kbps，語(yǔ)音信號編碼采用脈沖編碼調制或連續可變斜率增量調制方法。當采用非對稱(chēng)信道傳輸數據時(shí)，其速率可達723.2kbps;當采用對稱(chēng)信道傳輸數據時(shí)，速率最高為342.6kbps。藍牙還使用了前向糾錯(Forward Error Correction，FEC)機制，從而抑制了長(cháng)距離鏈路的隨機噪聲。

基于藍牙技術(shù)的設備在網(wǎng)絡(luò )中所扮演的角色有主設備和從設備之分。主設備負責設定跳頻序列，從設備必須與主設備保持同步。主設備負責控制主從設備之間的業(yè)務(wù)傳輸時(shí)間與速率。在組網(wǎng)方式上，通過(guò)藍牙設備中的主設備與從設備可以形成一點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，即在主設備周?chē)M成一個(gè)微微網(wǎng)，網(wǎng)內任何從設備都可與主設備通信，而且這種連接無(wú)須任何復雜的軟件支持，但是一個(gè)主設備同時(shí)最多只能與網(wǎng)內的7個(gè)從設備相連接進(jìn)行通信。同樣，在一個(gè)有效區域內多個(gè)微微網(wǎng)通過(guò)節點(diǎn)橋接可以構成散射網(wǎng)。

藍牙技術(shù)是一種新興的技術(shù)，其傳輸使用的功耗很低，它可以應用到無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中。同時(shí)，也可以廣泛應用于無(wú)線(xiàn)設備(如PDA、手機、智能電話(huà))、圖像處理設備(照相機、打印機、掃描儀)、安全產(chǎn)品(智能卡、身份識別、票據管理、安全檢查)、消遣娛樂(lè )(藍牙耳機、MP3、游戲)、汽車(chē)產(chǎn)品(GPS、動(dòng)力系統、安全氣袋)、家用電器(電視機、電冰箱、電烤箱、微波爐、音響、錄像機)、醫療健身、智能建筑、玩具等領(lǐng)域。如今日常生活中基于藍牙技術(shù)的手機、耳機和筆記本電腦隨處可見(jiàn)。

2.紅外(IrDA)

IrDA是國際紅外數據協(xié)會(huì )的英文縮寫(xiě)，IrDA技術(shù)是一種利用紅外線(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)短距離通信的技術(shù)。IrDA技術(shù)的主要特點(diǎn)有：利用紅外傳輸數據，無(wú)須專(zhuān)門(mén)申請特定頻段的使用執照;具有對設備體積小、功率低的特點(diǎn);由于采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接，數據傳輸所受到的干擾較小，數據傳輸速率高，速率可達16Mbps。

由于IrDA使用紅外線(xiàn)作為傳播介質(zhì)。紅外線(xiàn)是波長(cháng)在0.75～1000μm之間的無(wú)線(xiàn)電波，是人用肉眼看不到的光線(xiàn)。紅外數據傳輸一般采用紅外波段內波長(cháng)在0.75～25μm之間的近紅外線(xiàn)。紅外數據協(xié)會(huì )成立后，為保證不同廠(chǎng)商基于紅外技術(shù)的產(chǎn)品能獲得最佳的通信效果，規定所用紅外波長(cháng)在0.85～0.90μm之間，紅外數據協(xié)會(huì )相繼也制訂了很多紅外通信協(xié)議，有些注重傳輸速率，有些則注重功耗，也有二者兼顧的。

IrDA1.0標準簡(jiǎn)稱(chēng)SIR(Serial Infrared，串行紅外協(xié)議)，它是基于HP-SIR開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種異步的、半雙工的紅外通信方式，它以系統的異步通信收發(fā)器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)為依托，通過(guò)對串行數據脈沖的波形壓縮和對所接收的光信號電脈沖的波形擴展這一編解碼過(guò)程(3/16 EnDec)實(shí)現紅外數據傳輸。SIR的最高數據速率只有115.2kbps。在1996年，發(fā)布了IrDA1.1協(xié)議，簡(jiǎn)稱(chēng)FIR(Fast Infrared，快速紅外協(xié)議)，采用4PPM(Pulse Position Modulation，脈沖相位調制)編譯碼機制，最高數據傳輸速率可達到4Mbps，同時(shí)在低速時(shí)保留1.0標準的規定。之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的VFIR(Very Fast Infrared)技術(shù)，并將其作為補充納入IrDA1.1標準之中。

IrDA標準都包括三個(gè)基本的規范和協(xié)議：紅外物理層連接規范IrPHY(Infrared PhysicalLayer Link Specification)、紅外連接訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議IrLAP(Infrared Link Access Protoco1)和紅外連接管理協(xié)議IrLMP(Infrared Link Management Protoco1)。IrPHY規范制訂了紅外通信硬件設計上的目標和要求;IrLAP和IrLMP為兩個(gè)軟件層，負責對連接進(jìn)行設置、管理和維護。在IrLAP和IrLMP基礎上，針對一些特定的紅外通信應用領(lǐng)域，IrDA還陸續發(fā)布了一些更高級別的紅外協(xié)議，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P等。

IrDA技術(shù)缺陷主要有：

受視距影響其傳輸距離短;
要求通信設備的位置固定;
其點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸連接，無(wú)法靈活地組成網(wǎng)絡(luò )等。

但是這些缺點(diǎn)并沒(méi)有給IrDA的應用帶來(lái)致命的障礙，紅外技術(shù)已在手機和筆記本電腦等設備上得到了廣泛的應用。

3.UWB

UWB(Ultra Wideband)技術(shù)最初是被作為軍用雷達技術(shù)開(kāi)發(fā)的，它是一種不用載波，而采用時(shí)間間隔極短(小于1納秒)的脈沖進(jìn)行通信的方式，能在10m左右的范圍內達到數百Mbps至數Gbps的數據傳輸速率。

UWB的工作頻段為3.1～10.6GHz，作為一種時(shí)域通信技術(shù)，UWB采用超短周期脈沖對信號進(jìn)行調制，把信號直接按照0或1發(fā)送出去，而不使用載波，這與此前的無(wú)線(xiàn)通信截然不同。而且脈沖調制產(chǎn)生的信號為超寬帶信號，譜密度極低，信號的中心頻率在650MHz～5GHz之間，發(fā)送功率非常小，平均功率為亞毫瓦量級。UWB采用跳時(shí)擴頻信號，系統具有較大的處理增益，在發(fā)射時(shí)將微弱的無(wú)線(xiàn)電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設備產(chǎn)生的噪聲;接收時(shí)將信號能量還原出來(lái)，在解擴過(guò)程中產(chǎn)生擴頻增益，從而抗干擾和抗多徑的能力強。與CDMA系統相比，時(shí)域通信系統結構簡(jiǎn)單，成本相對較低。

UWB技術(shù)具有上述高速率、低成本、低功耗和抗多徑能力強等顯著(zhù)特性，而UWB最引人注目的特點(diǎn)還是其具有很高的數據傳輸速率，可以應用到家庭中的視頻超高數據傳輸應用中去，解決了以前眾多無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)所不能達到的高速率數據傳輸問(wèn)題。

目前有關(guān)UWB的標準還沒(méi)有制訂。在UWB標準化的工作上，存在兩大技術(shù)陣營(yíng)：多頻帶正交頻分復用(MB-OFDM)和直序列碼分多址(DS-CDMA)。這兩大陣營(yíng)的代表廠(chǎng)商前者有德州儀器、英特爾、三星電子等，后者是美國XtremeSpectrum、FreeScale等為主的DS-CDMA聯(lián)盟。在標準的制訂中，兩個(gè)陣營(yíng)都互不妥協(xié)，目前都還沒(méi)有達成一致的方案。這兩個(gè)技術(shù)提案都有其各自的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢，最終選擇哪種方案還要綜合考慮市場(chǎng)等因素。至于這兩種技術(shù)提案的具體內容可以查閱相關(guān)資料，在這里就不展開(kāi)講述。

UWB技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)方面的創(chuàng )新性、利益性具有很大的潛力，不僅在軍事上有巨大應用價(jià)值(比如雷達跟蹤、精確定位)，在商業(yè)多媒體設備、家庭數字娛樂(lè )和個(gè)人網(wǎng)絡(luò )方面也極大地提高了一般消費者和專(zhuān)業(yè)人員的適應性和滿(mǎn)意度。相信在軍事需求和商業(yè)市場(chǎng)的推動(dòng)下，UWB技術(shù)將會(huì )進(jìn)一步發(fā)展和成熟起來(lái)，廣泛地應用到眾多領(lǐng)域中去。
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4.HomeRF

HomeRF是由HomeRF工作組開(kāi)發(fā)的，它是在家庭區域范圍內的計算機和電子設備之間實(shí)現無(wú)線(xiàn)數字通信的開(kāi)放性工業(yè)標準，為家庭用戶(hù)建立具有互操作性的音頻和數據通信網(wǎng)帶來(lái)了便利。

HomeRF是IEEE 802.11與DECT(Digital Enhanced Cordless Telephony)的結合。與前面所介紹的IEEE 802.11、IEEE 802.11b、藍牙等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)一樣，HomeRF工作在開(kāi)放的2.4GHz頻段，采用跳頻擴頻(FHSS)技術(shù)，跳頻速率為50hops/s，共有75個(gè)帶寬為1 MHz的跳頻信道，室內覆蓋范圍約45m，調制方式為恒定包絡(luò )的FSK調制，且分2FSK與4FSK兩種，采用FSK調制可以有效地抑制無(wú)線(xiàn)通信環(huán)境下的干擾和衰落。2FSK方式下，最高數據的傳輸速率為1Mbps;4FSK方式下，速率可達2Mbps。在新的HomeRF 2.x標準中，采用了寬帶跳頻(Wide Band Frequency Hopsping，WBFH)技術(shù)來(lái)增加跳頻帶寬，由原來(lái)的1MHz跳頻信道增加到3MHz和5MHz，跳頻的速率也提高到75hops/s，數據傳輸速率峰值達10Mbps。

HomeRF是對現有無(wú)線(xiàn)通信標準的綜合和改進(jìn)。HomeRF把共享無(wú)線(xiàn)接入協(xié)議(SWAP)作為網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)指標，當進(jìn)行數據通信時(shí)，采用簡(jiǎn)化的IEEE 802.11標準，沿用類(lèi)似于以太網(wǎng)技術(shù)中的載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突避免(CSMA/CA)方式;當進(jìn)行語(yǔ)音通信時(shí)，則采用DECT無(wú)線(xiàn)通信標準，使用TDMA技術(shù)。HomeRF提供了對流媒體真正意義上的支持，其規定了高級別的優(yōu)先權并采用了帶有優(yōu)先權的重發(fā)機制，這樣就滿(mǎn)足了播放流媒體所需的高帶寬、低干擾、低誤碼要求。

目前HomeRF技術(shù)僅獲得了少數公司的支持，并且由于在抗干擾能力等方面與其他技術(shù)標準相比也存在不少缺陷，這些使得HomeRF技術(shù)的應用和發(fā)展前景受到限制，又加上這一標準推出后，市場(chǎng)策略定位不準、后續研發(fā)與技術(shù)升級進(jìn)展遲緩，因此，從2000年之后，HomeRF技術(shù)開(kāi)始走下坡路，2001年HomeRF的普及率降至30%，逐漸喪失市場(chǎng)份額。尤其是芯片制造巨頭英特爾公司決定在其面向家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)的AnyPoint產(chǎn)品系列中增加對IEEE802.11b標準的支持后，HomeRF的發(fā)展前景比較不樂(lè )觀(guān)。這樣看來(lái)，HomeRF很難沖出只能在家庭里應用的限制。

5.IEEE 802.15.1

IEEE 802.15.1標準是IEEE批準的用于無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)的藍牙技術(shù)標準，它是由藍牙標準演變而來(lái)的。該標準手2002年推出，但是在實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行了修改，于2005年發(fā)布了它的修正版。IEEE 802.15.1主要規定了OSI模型中的物理層和數據鏈路層下的四個(gè)子層標準。

① 無(wú)線(xiàn)層(RF layer)：無(wú)線(xiàn)層實(shí)現在主站和從站之間發(fā)送比特流。該層的無(wú)線(xiàn)接口基于天線(xiàn)能力，其功率為0～20dBm。藍牙技術(shù)運行在2.4 GHz頻段并且傳輸鏈路范圍從0.1～10m左右。

② 基帶層(Base band Layer)：實(shí)現組合電路交換和分組交換，為同步分組傳輸預留時(shí)間帶，一個(gè)分組可占1個(gè)信道、3個(gè)信道或者5個(gè)信道，每個(gè)分組以不同跳頻發(fā)送。它可以完成成幀和信道管理的功能。

③ 鏈路管理器層(Link Manager)：主要負責在藍牙設備間建立鏈路。鏈路管理器也對安全、基帶數據包大小協(xié)商、電源模式、藍牙設備的周期性控制及藍牙設備在所屬微微網(wǎng)中與主設備的連接狀態(tài)等方面進(jìn)行管理。

④ 邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP：Logical Link Control and Adaptation Protoco1)：提供無(wú)連接和面向連接服務(wù)的上層協(xié)議，主要是完成協(xié)議的多路復用/分用，接受上層的分組分段傳輸，在接收端進(jìn)行重組和處理服務(wù)質(zhì)量等。IEEE 802.15.1標準所規定的4層標準在第8章的藍牙技術(shù)標準中將進(jìn)行較詳細的講述，在這就簡(jiǎn)單敘述一下。
IEEE 802.15.1標準的工作頻率范圍是2.4 GHz，傳輸數據時(shí)的有效帶寬僅為500～700kbps之間。由于IEEE 802.15.1標準與藍牙特殊利益集團(又名藍牙特別興趣小組)主張的藍牙1.1標準完全兼容，為人們廣泛地接受這種連接手機、計算機和其他設備的標準鋪平了道路。

6.RFID

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)，即無(wú)線(xiàn)射頻識別。RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別貼有標簽的目標對象并讀取相關(guān)數據，識別工作不需要人工干預，而且可應用于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別處于運動(dòng)中的目標對象并可同時(shí)識別多個(gè)標簽，工作快捷方便。

一般的RFID系統由天線(xiàn)(Antenna)、閱讀器(Reader)和標簽(Tag)三個(gè)基本部分組成。

① 天線(xiàn)：它主要完成在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。

② 閱讀器：它是讀取(有時(shí)也可以進(jìn)行寫(xiě)入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。

③ 標簽：它由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標簽具有唯一的電子編碼，根據各標準，其位數也不同，附著(zhù)在物體上標識目標對象，俗稱(chēng)電子標簽。目前標簽分為有源標簽和無(wú)源標簽兩種。

RFID技術(shù)的基本工作原理：把標簽放入磁場(chǎng)，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量，如果是無(wú)源標簽，它發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，如果是有源標簽，它則主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號，然后閱讀器讀取信息并解碼，最后送至中心信息系統進(jìn)行有關(guān)數據處理。

目前國際上RFID的標準還不統一，很多公司企業(yè)都推出各自的標準，而且之間互不兼容。全球主要有兩大陣營(yíng)：歐美的Auto-ID Center與日本的Ubiquitous ID Center(UID)。前者的領(lǐng)導組織是美國的EPC環(huán)球協(xié)會(huì )，旗下有沃爾瑪集團、英國Tesco等企業(yè)，同時(shí)有IBM、微軟、飛利浦、Auto-ID Lab等公司提供技術(shù)支持;后者主要由日本廠(chǎng)商組成。歐美的EPC標準采用860～930MHz的UHF頻段，電子標簽的信息位數為96位，日本RFID標準采用2.45GHz和13.56MHz的頻段，其電子標簽的信息位數為128位。

RFID技術(shù)可運用在很多方面，其典型應用有物流和供應鏈管理、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件與快運包裹處理、文檔追蹤、圖書(shū)館管理、動(dòng)物身份標識、運動(dòng)計時(shí)、門(mén)禁控制、電子門(mén)票和道路自動(dòng)收費等。
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二、低速率無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)(LR-WPAN)

1.IEEE 802.15.4/ZigBee　

IEEE 802.15.4是為滿(mǎn)足低功耗、低成本的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )要求而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的低速率WPAN標準。IEEE 802.15.4工作在ISM頻段，它定義了2.45GHz頻段和868/915 MHz頻段兩個(gè)物理層，這兩個(gè)物理層都采用直接序列擴頻(DSSS)技術(shù)。在2.45GHz頻段有16個(gè)速率為250kbps的信道，在868 MHz頻段有1個(gè)20kbps的信道，在915MHz頻段有l0個(gè)40kbps的信道。IEEE 802.15.4有如下優(yōu)點(diǎn)。

① 網(wǎng)絡(luò )能力強：IEEE 802.15.4具有卓越的網(wǎng)絡(luò )能力，在基于IEEE 802.15.4的網(wǎng)絡(luò )中，可對多達254個(gè)網(wǎng)絡(luò )設備進(jìn)行動(dòng)態(tài)尋址。

② 適應性好：IEEE 802.15.4可與現有控制網(wǎng)絡(luò )標準無(wú)縫集成。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器可自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò )，采用載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突避免(CSMA/CA)方式進(jìn)行信道存取。

③ 可靠性高：IEEE 802.15.4提供全握手協(xié)議，能可靠地傳遞數據。

ZigBee建立在IEEE 802.15.4標準上，并確定了可以在不同制造商之間共用的應用協(xié)議，是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據傳輸速率、低成本的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。它依據IEEE 802.15.4標準，可在眾多的傳感器節點(diǎn)之間相互協(xié)調實(shí)現通信。

ZigBee是建立在IEEE 802.15.4標準之上的，因此ZigBee并不是完全獨有、全新的標準。它的物理層、MAC層和數據鏈路層采用了IEEE 802.15.4標準，但在此基礎上進(jìn)行了完善和擴展。其網(wǎng)絡(luò )層、應用支持子層和高層應用規范由ZigBee聯(lián)盟進(jìn)行制訂?；赯igBee的網(wǎng)絡(luò )可以是一個(gè)由多達65000個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)組成的一個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，類(lèi)似現有的移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)絡(luò )或GSM網(wǎng)絡(luò )，每一個(gè)基于ZigBee的網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)類(lèi)似移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)基站，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )范圍內，它們之間可以進(jìn)行相互通信。每個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間的距離可以從典型的75m，到擴展后的幾百米，甚至幾千米。另外，整個(gè)基于ZigBee的網(wǎng)絡(luò )還可以與現有的其他各種網(wǎng)絡(luò )連接。但基于ZigBee的網(wǎng)絡(luò )主要是為自動(dòng)化控制數據傳輸而建立的，而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語(yǔ)音通信而建立的。

基于ZigBee的網(wǎng)絡(luò )的每個(gè)節點(diǎn)不僅本身可以是監控對象，它還可以自動(dòng)中轉別的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的數據資料，例如，傳感器連接直接進(jìn)行數據采集和監控。除此之外，在自己信號覆蓋的范圍內，基于ZigBee的網(wǎng)絡(luò )的主設備節點(diǎn)還可以和其網(wǎng)絡(luò )中多個(gè)不進(jìn)行信息轉發(fā)的孤立從設備節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)連接?；赯igBee的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的每個(gè)節點(diǎn)可支持多到31個(gè)傳感器節點(diǎn)和受控設備，每一個(gè)傳感器節點(diǎn)和受控設備中可以有8種不同的接口方式，可以用來(lái)采集和傳輸數字量和模擬量。

ZigBee技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

① 數據傳輸速率低：只有10～250kbps的帶寬，因而它專(zhuān)注于低數據傳輸方面應用。
② 功耗低、成本低：由于工作周期很短，并且在應用中采用了休眠模式，那么收發(fā)信息功耗較低。ZigBee數據傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，這大大降低了成本。
③ 網(wǎng)絡(luò )容量大：ZigBee支持星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )結構，一個(gè)基于ZigBee的網(wǎng)絡(luò )可以容納最多254個(gè)從設備和1個(gè)主設備，一個(gè)區域內可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )。
④ 時(shí)延短：通常時(shí)延都在15～30ms之間，因此在對實(shí)時(shí)性要求高的自動(dòng)控制領(lǐng)域，ZigBee有著(zhù)很好的應用和推廣。
⑤ 高安全性：ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒定功能，采用AES-128加密算法。
⑥ 有效范圍?。篫igBee的通信有效覆蓋范圍在10～75m之間，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境，其具體通信范圍受實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同應用模式的影響。

ZigBee主要應用在距離短、功耗低且傳輸速率要求不高的各種電子設備之間，典型的傳輸數據類(lèi)型有周期性數據、間歇性數據和低反應時(shí)間數據。因而它的應用目標主要是：工業(yè)控制(如自動(dòng)控制設備、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò ))、醫護(如監視和傳感)、家庭智能控制(如照明、水電氣計量及報警)、消費類(lèi)電子設備的遙控裝置、PC外設的無(wú)線(xiàn)連接等領(lǐng)域。

2.Z-Wave

Z-Wave是Z-Wave聯(lián)盟推出的一種基于射頻的、低成本、低功耗、適用于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的高可靠性的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。目前Z-Wave主要專(zhuān)注于家庭自動(dòng)化領(lǐng)域，主要包括照明系統控制、讀取儀表(水、氣、電)、家用電器功能控制、身份識別、能量管理系統等。

Z-Wave屬于低速率無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)通信技術(shù)，其工作頻段為908MHz ISM頻帶，其著(zhù)力于窄帶寬應用。Z-Wave的帶寬只有9.6kbps，因而它也不適合用于高數據傳輸的應用，由于家用自動(dòng)化系統中傳輸的數據量不多，所以其9.6kbps的帶寬已經(jīng)足夠了。Z-Wave的傳輸距離為室內大于30m，室外大于10m，但這些都只是在單段傳輸時(shí)距離的理論值，實(shí)際的傳輸距離受發(fā)射功率的大小、應用模式及網(wǎng)絡(luò )中中繼節點(diǎn)的使用情況等因素的影響。由于Z-Wave和前面介紹的很多無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)一樣工作在ISM頻段，那樣其所受到的干擾很多，但是Z-Wave通過(guò)使用冗余的傳送機制來(lái)降低干擾，利用濃縮幀格式和隨機插入算法保證在網(wǎng)內設備之間高可靠性地進(jìn)行通信。

基于Z-Wave的網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)對等式網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有中心結構，節點(diǎn)之間的地位是平等的。網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)可以隨時(shí)加入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò )，而且任意節點(diǎn)的故障不會(huì )影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的運行，具有很強的抗毀性。

總之，根據Z-Wave結構簡(jiǎn)單，成本低，功耗低，可靠性高，安全性高和其網(wǎng)絡(luò )易管理等特征，Z-Wave在家庭自動(dòng)化領(lǐng)域的市場(chǎng)中將會(huì )占有一席之地。

3.Insteon

Insteon是一種復雜度低，功耗低，數據傳輸速率低，成本低的雙向混合通信技術(shù)，具有即時(shí)響應，易安裝，易使用，經(jīng)濟可靠和與X10兼容的特點(diǎn)。Insteon被稱(chēng)為混合通信技術(shù)是因為它通過(guò)電力線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種方式來(lái)實(shí)現家庭設備間的互聯(lián)。Insteon網(wǎng)絡(luò )是點(diǎn)對點(diǎn)通信的網(wǎng)狀網(wǎng)結構，因而網(wǎng)絡(luò )中所有設備的角色是對等的，都能發(fā)送報文、接收報文及轉發(fā)報文，但是出于節能方面考慮，一般都不轉發(fā)報文。

家庭網(wǎng)絡(luò )中單獨使用電力線(xiàn)或ISM頻段都存在很多問(wèn)題。單獨使用無(wú)線(xiàn)通信時(shí)，無(wú)線(xiàn)設備要受到其他設備的干擾且無(wú)線(xiàn)信號在家庭環(huán)境中有很強的多徑效應。使用電力線(xiàn)存在相位橋接和有嚴重電流噪聲。為了解決這些問(wèn)題，lnsteon通過(guò)電力線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)構成的雙線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，改善了單一介質(zhì)傳輸中的問(wèn)題，提高了網(wǎng)絡(luò )的可靠性。

Insteon網(wǎng)絡(luò )工作在131.65kHz的電力線(xiàn)和904MHz的ISM頻段上，采用CSMA實(shí)現MAC層的訪(fǎng)問(wèn)。當工作在131.65 kHz時(shí)，它采用BPSK調制方式，突發(fā)數據速率為13165bps，平均數據速率為2 880bps;當工作在904MHz時(shí)，它采用FSK調制方式，無(wú)線(xiàn)突發(fā)數據速率為38400bps。

根據Insteon的空中接口規范，用電力線(xiàn)上的零交叉點(diǎn)可實(shí)現電力線(xiàn)設備和無(wú)線(xiàn)設備全網(wǎng)同步。Insteon網(wǎng)絡(luò )中有標準報文和擴展報文兩種，其中電力線(xiàn)上傳輸的報文長(cháng)度與無(wú)線(xiàn)傳輸的報文長(cháng)度不一樣，傳輸時(shí)報文需要分割成多個(gè)分組，每個(gè)分組中需要加入額外的同步比特，且只能在1.823ms的零交叉期間(電壓零點(diǎn)前0.8ms至后1.023 ms)傳輸，每個(gè)零交叉期間傳輸的24bit，標準報文和擴展報文長(cháng)度分別為120bit、264bit，因此傳輸一個(gè)標準報文需6個(gè)零交叉，最后一個(gè)為靜默期，傳輸一個(gè)擴展報文需13個(gè)零交叉，最后兩個(gè)為靜默期。無(wú)線(xiàn)信道上的標準報文和擴展報文分別為112bit和224bit，需要時(shí)間為2.708ms和5.625 ms。

Insteon技術(shù)利用聯(lián)播轉發(fā)機制，因而不需要路由機制，也不需要網(wǎng)絡(luò )中心控制器。聯(lián)播轉發(fā)為接收報文的設備，在報文轉發(fā)跳數為非零，目的地址與自己不相符的情況下，在下一個(gè)發(fā)送周期轉發(fā)該報文。聯(lián)播轉發(fā)機制有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：省略路由，簡(jiǎn)化設備;提高報文傳輸的可靠性。

“簡(jiǎn)單”是Insteon的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢：Insteon的安裝簡(jiǎn)單，無(wú)須網(wǎng)絡(luò )設備的登記;Insteon的分組傳輸也簡(jiǎn)單，不需要網(wǎng)絡(luò )控制器，也無(wú)須路由，而且相對來(lái)說(shuō)網(wǎng)絡(luò )中的設備越多越好。Insteon雖簡(jiǎn)單，但功能不單一，基于Insteon的設備可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )橋接實(shí)現與基于Wi-Fi、藍牙等設備組成的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行互聯(lián)通信。除此之外，Insteon和X10相兼容，它們的信號可以在電力線(xiàn)上共存。這樣使得制造商們可以設計基于Insteon/X10混合模式的產(chǎn)品，而且它們可以平等地在各自的環(huán)境下運行，同時(shí)基于X10的產(chǎn)品可以很容易地升級到Insteon，這使得市場(chǎng)上遺留下來(lái)的基于X10的產(chǎn)品不會(huì )被淘汰，深受制造商和用戶(hù)喜愛(ài)?；贗nsteon技術(shù)的特點(diǎn)，Insteon將來(lái)定會(huì )在家庭智能化中得到廣泛應用，帶給人們既便利又豐富的家居生活。

4.HomePlug

HomePlug的全稱(chēng)是Home Plug Power Line Alliance，稱(chēng)為家庭插電聯(lián)盟。家庭插電聯(lián)盟由松下、英特爾、惠普、夏普等13家公司于2000年3月成立，現已發(fā)展成為由90家公司組成的企業(yè)聯(lián)盟，其宗旨是聯(lián)合包括應用電子、消費電子、軟件、硬件、零售等行業(yè)的著(zhù)名公司，致力于為各種信息家電產(chǎn)品建立開(kāi)放的電力線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )接入規范。HomePlug的目標是只通過(guò)在安裝好的插座上插入電源插頭即可構筑起局域網(wǎng)。通過(guò)新技術(shù)，利用普通的電力線(xiàn)可以傳輸互聯(lián)網(wǎng)上的資料，電話(huà)、電冰箱、攝像機、電腦及電視等家用電器將來(lái)都可以直接用電線(xiàn)插座就能互聯(lián)在一起。

HomePlug能在電力線(xiàn)上實(shí)現可靠的通信主要是在物理層和媒質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層用了適當的技術(shù)。HomePlug在物理層采用正交頻分復用技術(shù)(OFDM)，而且是以突發(fā)模式而不是以連續模式來(lái)使用OFDM的。OFDM是一種多載波調制技術(shù)，它可以提高電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的傳輸質(zhì)量。此外，HomePlug還利用交錯連接的Viterbi和Reed Solomon FEC處理有效負荷數據，用Turbo Product編碼(TPC)處理敏感控制數據字段。

HomePlug的媒質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議采用的是載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突避免(CSMA/CA)的變體，其增添了支持優(yōu)先級，提供公平性并允許對等待時(shí)間控制的新特性。采用CSMA/CA，物理層也就可以支持突發(fā)傳輸和接收，也就是說(shuō)，每個(gè)客戶(hù)只在有數據要發(fā)送的時(shí)候才啟用發(fā)射機，數據發(fā)送結束，就立即關(guān)閉發(fā)射機，同時(shí)發(fā)射機回復到接收模式。

目前，HomePlug聯(lián)盟推出的HomePlug 1.0標準支持達到通過(guò)在10BaseT上的文件傳輸速率，理論上的最大數據傳輸率為13Mbps，不過(guò)由于該標準將一部分帶寬用于網(wǎng)絡(luò )協(xié)議任務(wù)，因此實(shí)際最大吞吐率約為8.2Mbps。在參與HomePlug 1.0標準測試的家庭中，標準能夠適合98%的家庭電氣插座，80%以上的家庭平均吞吐率約為5Mbps，這個(gè)測試結果打消了人們對電力線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)可行性的顧慮?？上攵?，將來(lái)會(huì )有許多廠(chǎng)商會(huì )生產(chǎn)支持HomePlug標準的產(chǎn)品，用戶(hù)可以用同一條電線(xiàn)既聯(lián)網(wǎng)又供電，這使得該技術(shù)得到推廣。

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