第5讲 现代通信技术

第5章现代通信技术现代通信技术•现代通信技术包含近距离无线通信技术、有线传输技术、远距离无线通信技术、Internet技术等。•利用近距离无线通信技术、有线传输技术组成局域网，实现感知数据的汇聚，利用Internet技术实现感知数据的共享，利用远距离无线通信技术弥补有线无法涉及的区域。•这些技术集合在一起，成为实现物联网数据传输的关键通信技术。现代通信技术现代通信技术•5.1近距离无线通信技术–近距离无线通信技术是实现无线局域网、无线个人局域网中节点、设备组网的常用通信技术，用于将传感器、RFID，以及手机等移动感知设备的感知数据进行数据汇聚，并通过网关传输到上层网络中。近距离无线通信技术通常有Wi-Fi技术、蓝牙技术、ZigBee技术。•5.1.1Wi-Fi技术–Wi-Fi（wirelessfidelity，无线保真）技术，是一种将PC机、笔记本、移动手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的短距离无线电通信技术。由Wi-Fi联盟于1999发布，Wi-Fi联盟最初为无线以太网相容联盟（WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA），因此，Wi-Fi技术又称无线相容性认证技术。•5.1.2蓝牙技术–蓝牙（Bluetooth），是一种支持设备短距离通信（10cm到10m之间）的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本计算机、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。–利用蓝牙技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效。–蓝牙技术最初由爱立信公司创制•5.1.3ZigBee技术–ZigBee技术是新兴的可以实现短距离内双向无线通信的技术，以其复杂程度低、能耗低、成本低取胜于其余的短距离无线通信技术。–它因模拟蜜蜂的通信方式而得名，过去又称“HomeRFLite”、“RF-Easylink”或“FireFly”，目前统一称为Zigbee，是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，主要应用于短距离内，传输速度要求不高的电子通信设备之间的数据传输和典型的有周期性、间歇性反应时间的数据传输。–ZigBee技术主要被作为短距离无线传感器网络的通信标准，广泛应用于家庭居住控制、商业建筑自动化和工厂车间管理等领域。Zigbee处理器Zigbee节点5.2远距离无线通信技术•远距离无线通信技术常被用在偏远山区、岛屿等有线通信设施（例如光缆等）因地域，条件、费用等因素可能无法铺设的区域，以及船、人等需要数据通信却又在实施移动的物体。与Internet技术相结合，成为网络骨干通信技术的补充。•常规远距离无线通信技术有卫星通信技术、微波通信技术、移动通信技术。•5.2.1卫星通信技术–卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在两个或多个地面站之间进行的通信过程或方式。卫星通信属于宇宙无线电通信的一种形式，工作在微波频段。–卫星通信是在地面微波中继通信和空间技术的基础上发展起来的。微波中继通信是一种“视距”通信，即只有在“看得见”的范围内才能通信。而通信卫星的作用相当于离地面很高的微波中继站。–由于作为中继的卫星离地面很高，因此经过一次中继转接之后即可进行长距离的通信。5.2.2移动通信技术•移动通信是指通信双方或至少一方是在运动中实现信息传输的过程或方式。例如移动体（车辆、船舶、飞机、人）与固定点之间、或移动体之间的通信等等。•移动通信可以应用在任何条件之下，特别是在有线通信不可及的情况下（如无法架线、埋电缆等）更能显示出其优越性。5.2.3微波通信技术•微波（microwave）是指频率为300MHz~300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1m（不含1m）到1mm之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称，其频谱示意图如图5-13所示。无线电波。•微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。•微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。•微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。•1.微波类型表5-3微波类型波段波长频率频段名称分米波1m~10cm0.3~3GHz特高频（UHF）厘米波10cm~1cm3~30GHz超高频（SHF）毫米波1cm~1mm30~300GHz极高频（EHF）•2.微波通信方式微波通信有:地面微波接力通信和卫星通信两种方式。5.3有线通信技术•有线通信技术是局域网、城域网、广域网的常用组网技术。在面向物联网的应用中，常被用在局域网组网以及与Internet网络的互联。•这里介绍典型的双绞线和光线通信技术，并以此为基础详述以太网的概念。5.3.1双绞线•双绞线常见的有3类线，5类线和超5类线，以及最新的6类线，•看双绞线相关图片。电脑上网必须具备的两个条件•一、硬件连接：就像大家如果要想在电脑中听音乐一定要有声卡和音箱一样。电脑要上网的话，也需要一些额外的硬件。例如在我们学校办公室上网的话，就需要网卡（或者更具体点是以太网卡）和网线（更具体的是双绞线）。网线不能直接和网卡相连,比如电话线也不能直接连到电话机上,必须加一个连接头.这种网络双绞线的连接头我们称之为RJ45,俗称水晶头.外观和电话的连接头很类似,但是比电话的接头大点.二、逻辑连接：协议。•协议就如同人说的语言样的。人和人之间要交流的话，互相之间就要说双方都明白的语言。这也很类似电脑之间的连接，所以电脑之间要互相明白的话，也就需要说双方电脑都能明白的语言----“协议”。电脑的协议的种类有很多，就像我们人类的语言样，也有很多，比如有中文，英文等等。电脑中的协议也有很多.比如AppleTalk,SNA等等.那我们的电脑应该选择说何种语言呢?目前在电脑中电脑都说一种世界语言：TCP/IP。这是目前在电脑中都明白的一个世界语言.那如何知道自己的机器是否装好了这个协议呢？比如在windowsXP的操作系统中，可以通过”控制面板”中的“网络连接”，打开“本地连接”-----“属性”。桂小林205.3.2光纤•光纤（opticalfiber）是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。•光纤示意图如图5-16所示。•在多模光纤中，芯的直径是15μm~50μm，大致与人的头发的粗细相当，一般光纤跳纤用橙色表示，也有的用灰色表示，接头和保护套用米色或者黑色；传输距离较短。•而单模光纤芯的直径为8μm~10μm，一般光纤跳纤用黄色表示，接头和保护套为蓝色；传输距离较长。光纤简介•按光在中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。•多模光纤的纤芯直径为50~62.5μm，包层外直径125μm，单模光纤的纤芯直径为8.3μm，包层外直径125μm。光纤的工作波长有短波长0.85μm、长波长1.31μm和1.55μm。光纤损耗一般是随波长加长而减小，0.85μm的损耗为2.5dB/km,1.31μm的损耗为0.35dB/km，1.55μm的损耗为0.20dB/km，这是光纤的最低损耗，波长1.65μm以上的损耗趋向加大。80年代起，倾向于多用单模光纤，而且先用长波长1.31μm。多模光纤(MultiModeFiber)：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤(SingleModeFiber)：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。后来又发现在1.31μm波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。这就是说在1.31μm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31μm处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31μm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。桂小林24桂小林255.3.3以太网•太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。•以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)和10G(10Gbit/s)以太网，符合IEEE802.3系列标准。一、标准以太网开始以太网只有10Mbps的吞吐量，使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD，CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）的访问控制方法。这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网，以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接。并且在IEEE802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“宽带”。10Base－5使用直径为0.4英寸、阻抗为50Ω粗同轴电缆，也称粗缆以太网，最大网段长度为500m。二、快速以太网随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前，对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI）可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mbps光缆的LAN。1993年10月，GrandJunction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10/100和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术正式得以应用。快速以太网与原来在100Mbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点，最主要体现在快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施。快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足，那就是快速以太网仍是基于CSMA/CD技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低，当然这可以使用交换技术来弥补。100Mbps快速以太网标准又分为：100BASE－TX、100BASE－FX、100BASE－T4三个子类。100BASE－T4：是一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。100Base-T4使用4对双绞线，其中的三对用于在33MHz的频率上传输数据，每一对均工作于半双工模式。第四对用于CSMA/CD冲突检测。在传输中使用8B/6T编码方式，信号频率为25MHz，符合EIA586结构化布线标准。它使用与10BASE－T相同的RJ－45连接器，最大网段长度为100米。三、千兆以太网千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。千兆技术仍然是以太技术，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地保护投资。四、万兆以太网•万兆以太网规范包含在IEEE802.3标准的补充标准IEEE802.3ae中，它扩展了IEEE802.3协议和MAC规范，使其支持10Gb/s的传输速率。除此之外，