第5章

智能物聯(lián)技術(shù)《智能制造概論》1RFID技術(shù)2二維碼識別技術(shù)本章要點3藍牙技術(shù)4WiFi技術(shù)5ZigBee技術(shù)6移動通信技術(shù)7工廠設(shè)備的智能物聯(lián)5.1RFID技術(shù)5.1.1概述射頻識別，RFID（RadioFrequencyIdentification）技術(shù)，又稱無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。

RFID技術(shù)作為構(gòu)建“物聯(lián)網(wǎng)”的關(guān)鍵技術(shù)近年來受到人們的關(guān)注，它最早起源于英國，應(yīng)用于第二次世界大戰(zhàn)中辨別敵我飛機身份。

在RFID識別系統(tǒng)中，無線電的信號是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的電子標簽上傳送出去，以與主機相連的讀寫器自動辨識與追蹤該物品。RFID的基本原理就是將RFID電子標簽安裝在被識別的物體上，讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)射一定頻率的射頻信號，當被標識的物體進入讀寫器的閱讀范圍時，利用電磁耦合或者電磁反向散射耦合進行通訊。（1）電感耦合電感耦合一種變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)原理。適用于低頻和中頻。（2）電磁反向散射耦合利用電磁反向散射耦合的反向散射調(diào)制技術(shù)是指無源RFID將數(shù)據(jù)發(fā)送給讀寫器所采用的方式。標簽返回數(shù)據(jù)的方式是控制天線的阻抗，方法有多種，都是基于一種阻抗開關(guān)的方法。實際采用的阻抗開關(guān)有變?nèi)荻O管、邏輯門與高速開關(guān)等。作用距離可達3-10m。5.1.2RFID系統(tǒng)的組成

典型的RFID系統(tǒng)主要由閱讀器、電子標簽和應(yīng)用系統(tǒng)軟件組成。（1）讀寫器讀寫器（Reader）。讀寫器主要負責與電子標簽的雙向通信，同時接收來自主機系統(tǒng)的控制指令。讀寫器的頻率決定了RFID系統(tǒng)工作的頻段，其功率決定了射頻識別的有效距離。射頻接口模塊主要任務(wù)和功能：①產(chǎn)生高頻發(fā)射能量，激活電子標簽并為其提供能量。②對發(fā)射信號進行調(diào)制，將數(shù)據(jù)傳輸給電子標簽。③接收并調(diào)制來自電子標簽的射頻信號。注意：在射頻接口中有兩個分隔開的信號通道，分別來往于電子標簽和讀寫器兩個方向的數(shù)據(jù)傳輸。邏輯控制單元也稱讀寫模塊，主要任務(wù)和功能：①與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進行通信，并執(zhí)行從應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)送來的指令。②控制閱讀器與電子標簽的通信過程。③信號的編碼與解碼。④對閱讀器和標簽之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密和解密。⑤執(zhí)行防碰撞算法。⑥對閱讀器和標簽的身份進行驗證。（2）電子標簽電子標簽(ElectronicTag)也稱為智能標簽，是由IC芯片和無線通信天線組成的超微型的小標簽，其內(nèi)置的射頻天線用于和讀寫器進行通信。電子標簽是RFID系統(tǒng)中真正的數(shù)據(jù)載體。電子標簽內(nèi)部各模塊的功能：☆天線：用來接收由讀寫器送來的信號，并把要求的數(shù)據(jù)傳送回給讀寫器。☆電壓調(diào)節(jié)器：把由讀寫器送來的射頻信號轉(zhuǎn)換為直流電源，并經(jīng)大電容存儲能量，再通過穩(wěn)壓電路以提供穩(wěn)定的電源。☆調(diào)制器：邏輯控制電路送出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制后加載到天線返給讀寫器?！罱庹{(diào)器：去除載波，取出調(diào)制信號?！钸壿嬁刂茊卧鹤g碼讀寫器送來的信號，并依據(jù)要求返回數(shù)據(jù)給讀寫器?！畲鎯卧喊‥RPROM和ROM，作為系統(tǒng)運行及存放識別數(shù)據(jù)。（3）應(yīng)用系統(tǒng)軟件應(yīng)用系統(tǒng)軟件主要是把收集的數(shù)據(jù)進一步處理，并為人們所使用，它包括中間件和數(shù)據(jù)庫等分布式應(yīng)用軟件。中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序。分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源。中間件位于客戶機、服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計算機資源和網(wǎng)絡(luò)通信。5.1.3RFID的技術(shù)標準

ISO/IEC是信息技術(shù)領(lǐng)域最重要的標準化組織之一。ISO/IEC的通用技術(shù)標準可以分為數(shù)據(jù)采集和信息共享兩大類，數(shù)據(jù)采集類技術(shù)標準涉及標簽、讀寫器、應(yīng)用程序等。1.數(shù)據(jù)標準

數(shù)據(jù)內(nèi)容標準主要規(guī)定數(shù)據(jù)在標簽、讀寫器到主機（也即中間件或應(yīng)用程序）各個環(huán)節(jié)的表示形式。因為標簽?zāi)芰Γù鎯δ芰?、通信能力）的限制，在各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)表示形式必須充分考慮各自的特點，采取不同的表現(xiàn)形式。2.空中接口通信協(xié)議

空中接口通信協(xié)議規(guī)范了讀寫器與電子標簽之間信息交互，目的是為不同廠家生產(chǎn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通性。ISO/IEC制定五種頻段的空中接口協(xié)議，這種思想充分體現(xiàn)了標準統(tǒng)一的相對性，一個標準是對相當廣泛的應(yīng)用系統(tǒng)的共同需求，但不是所有應(yīng)用系統(tǒng)的需求，一組標準可以滿足更大范圍的應(yīng)用需求。5.1.4RFID在供應(yīng)鏈管理中的應(yīng)用

RFID可以實現(xiàn)的功能如下：（1）存貨可視性：利用數(shù)據(jù)塊服務(wù)器集成所有所在車間或工廠的存貨數(shù)據(jù)，提供管理者以不同條件查詢存貨動態(tài)。

（2）運況可視性：集成所有運程中配送車輛的進出站情況、車輛所載貨物狀態(tài)，可以將配送信息提供最終客戶查詢。

（3）訂單可視性：所有采購進貨、加工生產(chǎn)、銷售出貨情況可以在信息平臺上提供查詢。5.2二維碼識別技術(shù)5.2.1概述二維條碼是指在一維條碼的基礎(chǔ)上擴展出另一維具有可讀性的條碼，使用黑白矩形圖案表示二進制數(shù)據(jù)，被設(shè)備掃描后可獲取其中所包含的信息。一維條碼的寬度記載著數(shù)據(jù)，而其長度沒有記載數(shù)據(jù)。二維條碼的長度、寬度均記載著數(shù)據(jù)。二維條碼有一維條碼沒有的“定位點”和“容錯機制”。容錯機制在即使沒有辨識到全部的條碼、或是說條碼有污損時，也可以正確地還原條碼上的資訊。

5.2.2二維碼的分類

二維碼的種類很多，不同的機構(gòu)開發(fā)出的二維碼具有不同的結(jié)構(gòu)以及編寫、讀取方法，主要有堆疊式二維碼和矩陣式二維碼兩類。

（1）堆疊式二維碼

堆疊式二維碼包括PDF417、Code49、Code16K、Ultracode等。

（2）矩陣式二維碼

矩陣式二維碼包括QR碼、CodeOne、Aztec、DataMatrix、Maxicode、龍貝碼、矽感網(wǎng)格矩陣（GM）、矽感緊密矩陣（CM）、漢信碼等。其中龍貝碼、矽感網(wǎng)格矩陣（GM）、矽感緊密矩陣（CM）和漢信碼是具有國內(nèi)專利技術(shù)的二維碼。國外的二維碼主要類型。國內(nèi)技術(shù)的二維碼主要類型如圖所示。5.2.3PDF417碼

PDF417條碼是一種高密度、高信息含量的便攜式數(shù)據(jù)文件，是實現(xiàn)證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動存儲、攜帶并可用機器自動識讀的理想手段。

因為組成條碼的每一符號字符都是由4個條和4個空構(gòu)成，如果將組成條碼的最窄條或空稱為一個模塊，則上述的4個條和4個空的總模塊數(shù)一定為17，所以稱417碼或PDF417碼。PDF417二維條碼是一種高密度、高信息含量的便攜式數(shù)據(jù)文件，是實現(xiàn)證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動存儲、攜帶并可用機器自動識讀的理想手段。PDF417條碼可表示數(shù)字、字母或二進制數(shù)據(jù)，也可表示漢字。

一個PDF417條碼最多可容納1850個字符或1108個字節(jié)的二進制數(shù)據(jù)，如果只表示數(shù)字則可容納2710個數(shù)字。PDF417的糾錯能力分為9級，級別越高，糾正能力越強。由于這種糾錯功能，使得污損的417條碼也可以正確讀出。我國目前已制定了PDF417碼的國家標準，PDF417條碼的特點及優(yōu)點：（1）信息容量大：根據(jù)不同的條空比例，每平方英寸可以容納250到1100個字符。在國際標準的證卡有效面積上(相當于信用卡面積的2/3，約為76mm*25mm),PDF417條碼可以容納1848個字母字符或2729個數(shù)字字符，約500個漢字信息。這種二維條碼比普通條碼信息容量高幾十倍。（2）編碼范圍廣：PDF417條碼超越了字母數(shù)字的限制，可以將照片、指紋、掌紋、簽字、聲音、文字等凡可數(shù)字化的信息進行編碼。（3）保密、防偽性能好：PDF417條碼具有多重防偽特性，它可以采用密碼防偽、軟件加密及利用所包含的信息如指紋、照片等進行防偽，因此具有極強的保密防偽性能。（4）譯碼可靠性高：普通條碼的譯碼錯誤率約為百萬分之二左右，而PDF417條碼的誤碼率不超過千萬分之一，譯碼可靠性極高。（5）修正錯誤能力強：PDF417條碼采用了世界上最先進的數(shù)學糾錯理論，如果破損面積不超過50％，條碼由于沾污、破損等所丟失的信息，可以照常破譯出丟失的信息。（6）容易制作且成本很低：利用現(xiàn)有的點陣、激光、噴墨、熱敏/熱轉(zhuǎn)印、制卡機等打印技術(shù)，即可在紙張、卡片、PVC、甚至金屬表面上印出PDF417二維條碼。由此所增加的費用僅是油墨的成本，因此人們又稱PDF417是“零成本”技術(shù)。（7）條碼符號的形狀可變：同樣的信息量，PDF417條碼的形狀可以根據(jù)載體面積及美工設(shè)計等進行自我調(diào)整。5.2.4QR二維碼

QR碼是二維條碼的一種，源自發(fā)明者希望QR碼可讓其內(nèi)容快速被解碼，是屬于開放式的標準。QR碼最常見于日本，并為目前日本最流行的二維空間條碼。QR碼比普通條碼可存儲更多數(shù)據(jù)，亦無需像普通條碼般在掃描時需直線對準掃描儀。QR碼呈正方形，只有黑白兩色。在3個角落，印有較小，像“回”字的的正方圖案。這3個是幫助解碼軟件定位的圖案，用戶不需要對準，無論以任何角度掃描，數(shù)據(jù)仍可正確被讀取。

QR碼數(shù)據(jù)類型數(shù)字字母二進制數(shù)（8bit）中文漢字中文漢字QR碼數(shù)據(jù)容量最多7,089字符最多4,296字符最多2,953字節(jié)最多984字符（采用UTF-8）最多1,800字符（采用BIG5）QR碼數(shù)據(jù)容量表下圖是用QR碼制作的《千字文》，a)圖960個字符，b)圖為290個字符，兩圖合起來共1250個字，為千字文全文（含標點）。QRcode有容錯能力，QR碼圖形如果有破損，仍然可以被機器讀取內(nèi)容，最高可以到7%~30%面積破損仍可被讀?。ㄈ绫?-2所示）。所以QRcode可以被廣泛使用在運輸外箱上。相對的，容錯%愈高，QRcode圖形面積愈大。所以一般折衷使用15%容錯能力。QR碼的應(yīng)用最常見的就是利用30萬像素以上的照相手機，搭配手機內(nèi)的QR碼解碼軟件，對著QR碼一照，解碼軟件會自動解讀此信息，顯示于手機屏幕上面。運用QR碼及GPS的手機導(dǎo)航技術(shù)，讓用戶簡化在手機中輸入座目標程序，只須通過QR碼照像手機一照，便可及時將地理座標存儲在QR碼的主要應(yīng)用的項目可分成四類：（1）自動化文字傳輸：通常應(yīng)用在文字的傳輸，利用快速方便的模式，讓人可以輕松輸入如地址、電話號碼、行事歷等，進行名片、進程數(shù)據(jù)等的快速交換。（2）數(shù)字內(nèi)容下載：通常應(yīng)用在電信公司游戲及影音的下載，在帳單中打印相關(guān)的QR碼信息供消費者下載，消費者通過QR碼的解碼，就能輕易連接到下載的網(wǎng)頁，下載需要的數(shù)字內(nèi)容。（3）網(wǎng)址快速鏈接：以提供用戶進行網(wǎng)址快速鏈接、電話快速調(diào)用等。（4）身份鑒別與商務(wù)交易：許多公司現(xiàn)在正在推行QR碼防偽機制，利用商品提供的QR碼鏈接至交易網(wǎng)站，付款完成后系統(tǒng)發(fā)回QR碼當成購買身分鑒別，應(yīng)用于購買票券、販賣機等。并提供生產(chǎn)履歷供消費者查詢，消費者能夠更明白商品的信息，除了能夠杜絕仿冒品，對消費者的購物更是多了一層保護。5.2.5基于二維碼的產(chǎn)品追溯方案

可以在倉儲與物流配送管理中，通過二維碼在生產(chǎn)加工及商店供應(yīng)鏈中建立可追溯系統(tǒng)。在物流上，貨品信息記錄在托盤或貨品箱的標簽上。這樣條碼系統(tǒng)能夠清楚地獲知托盤上貨箱甚至單獨貨品的各自位置、身份、儲運歷史、目的地、有效期及其它有用信息。5.3藍牙技術(shù)5.3.1概述藍牙（Bluetooth）是一種無線技術(shù)標準，可實現(xiàn)固定設(shè)備、移動設(shè)備和樓宇個人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換（使用2.4-2.485GHz的ISM波段的UHF無線電波）。藍牙技術(shù)最初由電信巨頭愛立信公司于1994年創(chuàng)制，當時是作為RS232數(shù)據(jù)線的替代方案，用于連接多個設(shè)備，以克服數(shù)據(jù)同步的難題。

藍牙是一種短距無線通信的技術(shù)規(guī)范（一般10m內(nèi)），它能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進行無線信息交換。

從目前的應(yīng)用來看，由于藍牙體積小、功率低，其應(yīng)用已不局限于計算機外設(shè)，幾乎可以被集成到任何數(shù)字設(shè)備之中，特別是那些對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的移動設(shè)備和便攜設(shè)備。藍牙數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。藍牙技術(shù)的特點可歸納為如下幾點：（1）全球范圍適用：藍牙工作在2.4GHz的ISM頻段，全球大多數(shù)國家ISM頻段的范圍是2.4-2.4835GHz，使用該頻段無需向各國的無線電資源管理部門申請許可證。（2）同時可傳輸語音和數(shù)據(jù)：藍牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語音信道以及異步數(shù)據(jù)與同步語音同時傳輸?shù)男诺?。?）可以建立臨時性的對等連接：根據(jù)藍牙設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色，可分為主設(shè)備（Master）與從設(shè)備（Slave）。主設(shè)備是組網(wǎng)連接主動發(fā)起連接請求的藍牙設(shè)備，幾個藍牙設(shè)備連接成一個皮網(wǎng)（Piconet）時，其中只有一個主設(shè)備，其余的均為從設(shè)備。（4）ISM頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，因此使用其中的某個頻段都會遇到不可預(yù)測的干擾源。下圖所示為藍牙的ISM頻帶。5.3.2藍牙協(xié)議棧藍牙技術(shù)規(guī)范的目的是使符合該規(guī)范的各種應(yīng)用之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作，互操作的遠端設(shè)備需要使用相同的協(xié)議棧，不同的應(yīng)用需要不同的協(xié)議棧。但是，所有的應(yīng)用都要使用藍牙技術(shù)規(guī)范的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。藍牙協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)由底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高端應(yīng)用層三部分組成。

1、底層硬件模塊它包括鏈路管理協(xié)議、基帶、射頻等三部分。射頻（RF）：通過2.4GHz的ISM頻段實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸?；鶐В˙B）：提供兩種不同的物理鏈路，即同步面向連接鏈路和異步無連接鏈路，負責跳頻和藍牙數(shù)據(jù)，及信息幀的傳輸，且對所有類型的數(shù)據(jù)包提供不同層次的前向糾錯碼（或循環(huán)冗余度差錯校驗。鏈路管理協(xié)議（LMP）：負責兩個或多個設(shè)備鏈路的建立和拆除，及鏈路的安全和控制，如鑒權(quán)和加密、控制和協(xié)商基帶包的大小等，它為上層軟件模塊提供了不同的訪問入口。主機控制器接口是藍牙協(xié)議中軟硬件之間的接口，提供了一個調(diào)用下層BB、LMP、狀態(tài)和控制寄存器等硬件的統(tǒng)一命令，上下兩個模塊接口之間的消息和數(shù)據(jù)的傳遞必須通過HCI的解釋才能進行。2、中間協(xié)議層它由邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）、串口仿真協(xié)議（RFCOMM）、二進制電話控制協(xié)議（TCS）等構(gòu)成。L2CAP位于基帶（BB）之上，向上層提供面向連接的和無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)，它主要完成數(shù)據(jù)的拆裝、服務(wù)質(zhì)量控制、協(xié)議的復(fù)用、分組的分割和重組，及組提取等功能。SDP是一個基于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的協(xié)議，它工作在L2CAP層之上，為上層應(yīng)用程序提供一種機制來發(fā)現(xiàn)可用的服務(wù)及其屬性，服務(wù)的屬性包括服務(wù)的類型及該服務(wù)所需的機制或協(xié)議信息。RFCOMM是一個仿真有線鏈路的無線數(shù)據(jù)仿真協(xié)議，符合ETSI標準的TS07.10串口仿真協(xié)議。它在藍牙基帶上仿真RS-232的控制和數(shù)據(jù)信號，為原先使用串行連接的上層業(yè)務(wù)提供傳送能力。TCS定義了用于藍牙設(shè)備之間建立語音和數(shù)據(jù)呼叫的控制信令（CallControlSignalling），并負責處理藍牙設(shè)備組的移動管理過程。3、高端應(yīng)用層它由點對點協(xié)議（PPP）、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（TCP/IP）、用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（UDP）、對象交換協(xié)議（OBEX）、無線應(yīng)用協(xié)議（WAP）、無線應(yīng)用環(huán)境（WAE）等組成。PPP定義了串行點對點鏈路應(yīng)當如何傳輸因特網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)，主要用于LAN接入、撥號網(wǎng)絡(luò)及傳真等應(yīng)用規(guī)范。TCP/IP、UDP定義了因特網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的通信及其他類型計算機設(shè)備和外圍設(shè)備之間的通信。OBEX支持設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，采用客戶/服務(wù)器模式提供與HTTP（超文本傳輸協(xié)議）相同的基本功能。可用于交換的電子商務(wù)卡、個人日程表、消息和便條等格式。WAP用于在數(shù)字蜂窩電話和其他小型無線設(shè)備上實現(xiàn)因特網(wǎng)業(yè)務(wù)，支持移動電話瀏覽網(wǎng)頁、收取電子郵件和其他基于因特網(wǎng)的協(xié)議。WAE提供用于WAP電話和個人數(shù)字助理（PDA）所需的各種應(yīng)用軟件。5.4WiFi技術(shù)5.4.1概述

WiFi的全稱是WirelessFidelity，又叫802.11b標準。它的最大優(yōu)點就是傳輸速度較高，可以達到11Mbps，另外它的有效距離也很長，同時與已有的各種802.11DSSS設(shè)備兼容。

無線網(wǎng)絡(luò)在無線局域網(wǎng)的范疇是指“無線相容性認證”，實質(zhì)上是一種商業(yè)認證，同時也是一種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以前通過網(wǎng)線連接電腦，而無線保真則是通過無線電波來連網(wǎng)；常見的就是一個無線路由器，那么在這個無線路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以采用無線保真連接方式進行聯(lián)網(wǎng)，如果無線路由器連接了一條ADSL線路或者別的上網(wǎng)線路，則又被稱為熱點。

物理層定義了工作在2.4GHz的ISM頻段上的兩種無線調(diào)頻方式和一種紅外傳輸?shù)姆绞剑倲?shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計為2Mbit/s。兩個設(shè)備之間的通信可以自由直接（adhoc）的方式進行，也可以在基站（BS）或者訪問點（AP）的協(xié)調(diào)下進行。1999年加上了兩個補充版本:802.11a定義了一個在5GHzISM頻段上的數(shù)據(jù)傳輸速率可達54Mbit/s的物理層，802.11b定義了一個在2.4GHz的ISM頻段上但數(shù)據(jù)傳輸速率高達11Mbit/s的物理層。2.4GHz的ISM頻段為世界上絕大多數(shù)國家通用，因此802.11b得到了最為廣泛的應(yīng)用。WiFi網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧。WiFi網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)5.4.2WiFi網(wǎng)絡(luò)的組成元件

下面用一張圖片來展示構(gòu)成WIFI網(wǎng)絡(luò)的組成元件之間的關(guān)系。

（1）站點STA：所謂的站點，是指具有WIFI通信功能的，并且連接到無線網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備。（2）接入點AP：也可稱為基站。當我們需要從互聯(lián)網(wǎng)上獲取數(shù)據(jù)到手機上顯示時，那么接入點就相當于一個轉(zhuǎn)發(fā)器，將互聯(lián)網(wǎng)上其他服務(wù)器上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給我們的手機上，同時，接入點也屬于站點的一種。（3）基本服務(wù)集BSS：基本服務(wù)集的組成情況有兩種：a.由一個接入點和若干個站點組成；b.由若干個站點組成，最少兩個。主要和802.11網(wǎng)絡(luò)類型有關(guān)。有接入點的，稱為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型基本服務(wù)集；無接入點的，稱為獨立型基本服務(wù)集。4）服務(wù)集識別碼SSID：WIFI賬號就是SSID。SSID是通過接入點廣播出來了。同時，我們在設(shè)置無線路由器時，可修改SSID的名稱。5）分布式系統(tǒng)DS：它通過基站將多個基本服務(wù)集連接起來。而DS屬于802.11的邏輯元件，當幀（frame）傳送至分布式系統(tǒng)時，隨即會被送至正確的基站，而后由基站轉(zhuǎn)送至目的站點STA。分布式系統(tǒng)必須負責追蹤站點STA實際的位置，以及幀的傳送。若要傳送幀給某部移動式站點STA，分布式系統(tǒng)必須負責將之傳遞給服務(wù)該移動式站點STA的基站。分布式系統(tǒng)是基站間轉(zhuǎn)送幀的骨干網(wǎng)絡(luò)，通常稱為骨干網(wǎng)絡(luò)。6）擴展服務(wù)集ESS：由一個或者多個基本服務(wù)集通過分布式系統(tǒng)串連在一起就構(gòu)成了ESS。通過ESS，我們可以擴展無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。7）門橋:802.11定義的新名詞，作用就相當于網(wǎng)橋。用于將無線局域網(wǎng)和有線局域網(wǎng)或者其他網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。所有來自非802.11局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)都要通過門橋才能進入IEEE802.11的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。門橋可以使這兩種類型的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)邏輯上的綜合。5.4.3WiFi網(wǎng)絡(luò)類型

網(wǎng)絡(luò)類型主要是在BSS中進行分類，有獨立型基本服務(wù)集和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型基本服務(wù)集兩種。1.獨立型基本服務(wù)集

獨立型基本服務(wù)集（IBSS）。在IBSS中，每個站點不需要通過接入點AP就可以與相同IBSS下的任何其他站點彼此建立通信。兩者間的距離必須在可以直接通信的范圍內(nèi)。通常，IBSS是由少數(shù)幾部工作站針對特定目的而組成的臨時性網(wǎng)絡(luò)，最低限度的IBSS，是由兩個站點組成的。IBSS有時被稱為特設(shè)網(wǎng)絡(luò)（adhocnetwork）。2.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型基本服務(wù)集

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型基本服務(wù)集:判斷是否為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)，只要檢視是否有基站參與其中?；矩撠熁A(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)所有的傳輸，包括同一服務(wù)區(qū)域中所有行動節(jié)點之間的通信。

位于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型基本服務(wù)集的移動式站點，如有必要跟其他移動式站點通信，必須經(jīng)過兩個步驟。首先，由開始對話的站點將幀傳遞給基站。其次，由基站將此幀轉(zhuǎn)送至目的站點。既然所有通信都必須通過基站，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的基本服務(wù)區(qū)域就相當于基站的傳送范圍。。雖然這種做法比直接傳送耗費較多的資源，不過它有兩個主要的優(yōu)點：（1）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型基本服務(wù)集被界定在基站的傳輸范圍。（2）基站在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)里的作用是協(xié)助站點節(jié)省電力。5.4.4WiFi網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸與管理1.分布式（Distribution）

只要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)里的移動式站點傳送任何數(shù)據(jù)，就會使用這項服務(wù)。一旦基站接收到幀。就會使用分布式服務(wù)將幀送至目的地。任何行經(jīng)基站的通信都會通過分布式服務(wù)，包括連接至同一部基站的兩部移動式站點彼此通信時。2.整合（Integration）

整合服務(wù)由分布式系統(tǒng)提供；它讓分布式系統(tǒng)得以連接至非IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)。整合功能將因所使用的分布式系統(tǒng)而異，因此除了必須提供的服務(wù)，802.11并未加以規(guī)范。

3.關(guān)聯(lián)（Association）

之所以能夠?qū)瑐鬟f給移動式站點，是因為移動式站點會向基站登記，或與基站產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)之后，分布式系統(tǒng)即可根據(jù)這些登錄信息判定哪個移動式站點該使用哪個基站。4.重新關(guān)聯(lián)（Reassociation）

當移動式站點在同一個擴展服務(wù)區(qū)域里的基本服務(wù)區(qū)域之間移動時，它必須隨時評估信號的強度，并在必要時切換所連接的接入點。重新關(guān)聯(lián)是由移動式站點所發(fā)起，當信號強度顯示最好切換關(guān)聯(lián)對象時便會如此做。接入點不可能直接開啟重新關(guān)聯(lián)服務(wù)。5.解除關(guān)聯(lián)（Disassociation）

要結(jié)束現(xiàn)有關(guān)聯(lián)，站點可以利用解除關(guān)聯(lián)服務(wù)。當站點啟動解除關(guān)聯(lián)服務(wù)時，儲存于分布式系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)會隨即被移除。一旦解除關(guān)聯(lián)，站點即不再附接在網(wǎng)絡(luò)上。6.身份認證（Authentication）

實體安全防護在有線局域網(wǎng)絡(luò)安全解決方案中是不可或缺的一部分。網(wǎng)絡(luò)和連接點（attachmentpoint）受到限制，通常只有位于外圍訪問控制設(shè)備（perimeteraccesscontroldevice）之后的辦公區(qū)才能加以訪問。7.解除認證（Deauthentication）

解除認證用來終結(jié)一段認證關(guān)系。因為獲準使用網(wǎng)絡(luò)之前必須經(jīng)過身份認證，解除認證的副作用就是終止目前的關(guān)聯(lián)。在強健安全網(wǎng)絡(luò)中，解除認證也會清除密鑰信息。8.機密性（Confidentiality）

在有線局域網(wǎng)絡(luò)中，堅固的實體控制可以防止對于數(shù)據(jù)的絕大部分攻擊。攻擊者必須能夠?qū)嶋H訪問網(wǎng)絡(luò)媒介，才有可能窺視往來的內(nèi)容。在有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)線與其他計算資源一樣，也要受到實體保護。5.5ZigBee技術(shù)5.5.1概述

ZigBee技術(shù)是一種便宜、低功耗、高可靠性的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)，是一個由可多達65000個無線數(shù)傳模塊組成的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺。在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。ZigBee采取了IEEE802.15.4強有力的無線物理層所規(guī)定的全部優(yōu)點：省電、簡單、成本又低的規(guī)格；ZigBee增加了邏輯網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用層。ZigBee和802.15.4標準都適合于低速率數(shù)據(jù)傳輸，最大速率為250K，與其他無線技術(shù)比較，適合傳輸距離相對較近。5.5.2ZigBee技術(shù)原理1.ZigBee網(wǎng)絡(luò)分層利用ZigBee技術(shù)組建的是一種低數(shù)據(jù)傳輸速率的無線個域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的基本成員稱為“設(shè)備”（device）。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備如果按照各自作用可以分為路由器節(jié)點、終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點。路由器節(jié)點起到轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的作用，協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心控制節(jié)點，一個網(wǎng)絡(luò)只有一個，而終端節(jié)點和路由器節(jié)點數(shù)目較多，負責數(shù)據(jù)信息采集。按照OSI模型，ZigBee網(wǎng)絡(luò)分為4層，從下向上分別為物理層（PHI）、媒體訪問層（MAC）、網(wǎng)絡(luò)層或安全層（NWK）和應(yīng)用層（APL），如圖所示。應(yīng)用層ZigBee聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)層/安全層MAC層IEEE802.15.4物理層2.ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲ZigBee支持包含有主從設(shè)備的星型、樹簇型和對等拓撲結(jié)構(gòu)。雖然每一個ZigBee設(shè)備都有一個唯一的64位IEEE地址，并可以用這個地址在PAN（個域網(wǎng)）中進行通信，但在從設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器建立連接后會為它分配一個16位的短地址，此后可以用這個短地址在PAN內(nèi)進行通信。64位的IEEE地址是唯一的絕對地址，相當于計算機的MAC地址，而16位的短地址是相對地址，相當于IP地址。ZigBee幾種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖3-15所示。ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)星型網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點彼此并不通信，所有信息都要通過協(xié)調(diào)器節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā)；樹簇型網(wǎng)絡(luò)中包括協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由節(jié)點和終端節(jié)點。路由器節(jié)點完成數(shù)據(jù)的路由功能，終端節(jié)點的信息一般要通過路由節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)才能到達協(xié)調(diào)器節(jié)點，同樣，協(xié)調(diào)器負責網(wǎng)絡(luò)的管理；對等網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間彼此互連互通，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)一般以多跳方式進行，每個節(jié)點都有轉(zhuǎn)發(fā)功能，這是一種最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通常情況下星型網(wǎng)和樹簇型網(wǎng)絡(luò)是一對多點，常用在短距離信息采集和監(jiān)測等領(lǐng)域，而對于大面積監(jiān)測通常要通過對等網(wǎng)絡(luò)完成。3.ZigBee無線組網(wǎng)策略分析采用ZigBee模塊組網(wǎng)，只需要掌握模塊的使用方法，就可以像配置PC機網(wǎng)卡那樣簡單就把ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)組建完成了。5.6移動通信技術(shù)5.6.1概述

移動通信是指通信雙方或至少一方處于移動中或臨時停留在某一非預(yù)定位置上，進行信息傳遞和交換的通信方式。移動通信不受時間和空間的限制，交流信息機動靈活、迅速可靠。其包括：移動體與固定點，移動體之間的信息傳遞。

很多人一提到移動通信，往往首先想到的是手機，其實移動這個概念不僅僅在于手機，它其實包括蜂窩移動、集群調(diào)度、無繩電話、尋呼系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)。5.6.2移動通信的特點與工作方式1.移動通信的特點無線電波傳播復(fù)雜多普勒頻移會產(chǎn)生附加調(diào)制對移動臺的要求高建網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜

2.移動通信的工作方式移動通信的工作方式由單項和雙向。其中單向（廣播式）傳輸重要應(yīng)用于無線尋呼系統(tǒng)中，而雙向通信又可分為三類：單工、雙工和半雙工。1、單工通信所謂單工通信是指通信雙方電臺交替地進行收信和發(fā)信。根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可分為同頻單工和異頻單工。單工通信常用于點到點通信。優(yōu)點：1）可直接通話，不用基站；2）不用天線共用裝置；3）耗電少，設(shè)備簡單，造價便宜。缺點：①由于收、發(fā)信機使用同一個頻率,當附近有鄰近頻率的電臺工作時,就會造成強干擾，要避開強干擾的信道頻率,就要允許工作信道的頻率間隔較寬；②當有兩個移動臺同時發(fā)射時，會出現(xiàn)同頻干擾；③操作不方便。

2、雙工通信

所謂雙工通信，有時亦稱全雙工通信，是指通信雙方可同時進行傳輸消息的工作方式，即任何一方講話時，也可以聽到對方的語音。1）頻分雙工（TDD）頻分雙工是指上行鏈路（移動臺到基站）和下行鏈路（基站到移動臺）采用兩個分開的頻率（有一定頻率間隔要求）工作，該模式工作在對稱頻帶上。此時發(fā)射機和接收機能同時工作，能進行不需按鍵控制的雙向?qū)χv，移動臺需要天線共用裝置。頻分雙工方式的優(yōu)點是：①由于發(fā)送頻帶和接收頻帶有一定的間隔（10MHz或45MHz），因此可以大大提高抗干擾能力；②使用方便，不需控制收發(fā)的操作，特別適用于無線電話系統(tǒng)使用，便于與公眾電話網(wǎng)接口；③適合于多頻道同時工作的系統(tǒng)；④適合于宏小區(qū)、較大功率、高速移動覆蓋。2）時分雙工（TDD）

時分雙工是一種上行鏈路和下行鏈路通過使用不同的時隙來區(qū)分的在相同頻率上工作的雙工方式，該模式是工作在非對稱頻帶上的，物理信道上的時隙分為發(fā)射和接收兩個部分，通信雙方的信息是交替發(fā)送的。

TDD模式工作于非對稱時段；適合微小區(qū)、低功率、慢速移動覆蓋；上、下行空間傳輸特性接近，較適合采用空分多址SDMA（智能天線）技術(shù)。3、半雙工通信半雙工通信指通信雙方，有一方使用雙工方式，而另一方則采用單工方式，移動臺采用單工的“按講”方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機才工作，而接收機總是工作的。基站工作情況與雙工方式完全相同。優(yōu)點是：①受鄰近電臺干擾少；②有利于解決緊急呼叫問題；③可使基站載頻常發(fā)，移動臺就經(jīng)常處于雜音被抑制狀態(tài)，不需要靜噪調(diào)整。5.6.3移動通信的系統(tǒng)與技術(shù)1.移動通信系統(tǒng)的分類移動通信系統(tǒng)有多種分類方法：（1）模擬網(wǎng)與數(shù)字網(wǎng)人們把模擬通信系統(tǒng)(包括模擬蜂窩網(wǎng)、模擬無繩電話與模擬集群調(diào)度系統(tǒng)等)稱作第一代通信產(chǎn)品，而把數(shù)字通信系統(tǒng)(包括數(shù)字蜂窩網(wǎng)、數(shù)字無繩電話、移動數(shù)據(jù)系統(tǒng)以及移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)等)稱作第二代通信產(chǎn)品。2.移動通信應(yīng)用系統(tǒng)下圖所示為移動通信的幾種應(yīng)用系統(tǒng)5.6.4移動通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.移動通信網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)

接入網(wǎng)是由業(yè)務(wù)結(jié)點接口（SNI）用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）之間一系列傳送實體組成，為通信業(yè)務(wù)提供所需傳送承載能力的設(shè)施系統(tǒng)。

2.移動通信網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)核心網(wǎng)主要由交換網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)組成。交換網(wǎng)完成呼叫及承載控