《物联网导论》第8章无线低速网络v1.1.ppt

第8章 无线低速网络 内容提要 更全面的互联互通是物联网的特点之一。无线低速网络协议能够适应物联网中智能程度较低设备的特征。 本章将介绍典型的无线低速网络协议及无线传感网的组网技术。 内容回顾 第7章介绍了典型的无线宽带技术 无线信道的新特点以及宽带网络的定义 Wi-Fi/802.11的架构，物理层，介质访问控制层的特点以及数据链路层数据帧结构。 WiMAX/802.16的架构，物理层，介质访问控制层的特点和协议。 本章介绍典型的无线低速网络传输协议（蓝牙/红外/802.15.4ZigBee），并较为详细地讨论了无线传感网组网实现。 8.1 低速网络协议需求 8.2 无线低速网络协议 8.3 无线传感网协议实现 8.4 IPv6网际互联 为什么除了高速网络协议，物联网还需要低速网络协议？ 本章内容 为什么需要低速网络协议？ 物联网背景下连接的物体，既有智能的也有非智能的。 适应物联网中那些能力较低的节点 低速率 低通信半径 低计算能力，和低能量的要求 需要对物联网中各种各样的物体进行操作的前提就是先将他们连接起来，低速网络协议是实现全面互联互通的前提。 8.2 无线低速网络协议 蓝牙 红外 802.15.4/ZigBee 典型的无线低速网络协议： 蓝牙（Bluetooth） 典型无线低速网络 蓝牙 红外 802.15.4/ZigBee 蓝牙技术是一种短距离低功耗传输协议，最早始于1994年，由瑞典的爱立信公司研发。 采用的是调频技术（frequency-hopping spread spectrum），频段范围是2.402GHz-2.480GHz。 通信速率一般能达到1Mbps左右，新的蓝牙标准也支持超过20Mbps的速率。 通信半径从几米到100米左右不等，常见为几米左右。 蓝牙和Wi-Fi区别 典型无线低速网络 蓝牙 红外 802.15.4/ZigBee Wi-Fi的定位目标是为了取代网络应用中的有线设备，能够真正的实现从有线到无线的转变，他可以用来传送各种文件，视频，音频，实现互联网的各种应用。 蓝牙主要是为了替换一些个人用户携带设备的有线，如耳机，键盘等。这些设备对带宽的要求相对较少，或者说不是经常使用，比如手机间的传送小文件，或者说这些设备的资源拥有量（电量，计算资源等等）相对较低。 红外（Infrared) 典型无线低速网络 蓝牙 红外 802.15.4/ZigBee 红外通信技术利用红外线传输数据，比蓝牙技术出现更早，是一种较早的无线通信技术。 特点 红外通信采用的是875nm左右波长的光波通信，通信距离一般为1米左右。 设备体积小、成本低、功耗低、不需要频率申请等优势 缺点 设备之间必须互相可见 对障碍物的衍射较差 802.15.4/ZigBee 典型无线低速网络 蓝牙 红外 802.15.4/ZigBee 802.15.4/ZigBee 是无线传感网领域最为著名的无线通信协议 ZigBee主要定义了网络层、传输层以及之上的应用层的规范 802.15.4主要定义了短距离通信的物理层以及链路层规范 802.15.4 物理层 典型无线低速网络 蓝牙 红外 802.15.4/ZigBee 频段：3个频段，均为国际电信联盟电信标准化组定义的用于科研和医疗的开放频段，包括 868.0-868.6MHz，主要为欧洲采用，单信道； 902-928MHz，北美采用，10个信道，支持扩展到30； 2.4-2.4835GHz世界范围内通用，16个频道。 传输技术：最早为直接扩频，后来可采用调频、调相等多种技术。 802.15.4介质访问控制层 典型无线低速网络 蓝牙 红外 802.15.4/ZigBee 介质访问控制层（MAC）控制和协调节点使用物理层的信道 802.15.4采用载波侦听多路访问方式(CSMA/CA)，与802.11（Wi-Fi）类似。 传输之前，先侦听介质中是否有使用同一信道的载波存在，若不存在说明信道空闲，将直接进入数据传输状态； 若系统检测到存在载波，则在随机退避一段时间后重新检测信道，退避的时间长短由具体的协议指定。 CSMA/CA回顾 典型无线低速网络 蓝牙 红外 802.15.4/ZigBee ZigBee 网络层 典型无线低速网络 蓝牙 红外 802.15.4/ZigBee 网络层功能：路由，新节点和路径的发现，决定一个节点属于某一个子网络等。 ZigBee网络层采用距离矢量路由协议（AODV） 源节点广播一个路由请求给它的所有邻居 邻居节点在收到消息后，再广播收到的消息给它们的邻居，如此直到消息到达目的节点。 当目的节点收到路由请求消息以后，目的节点返回一个路由回复给源节点。 回复不再以广播方式发送到源节点，而是沿着路由请求数据包从源节点到目的节点的路径，这样