無線通信網絡技術

1 無線廣域網(WWAN)

無線廣域網WWAN(Wireless Wide Area Networks)主要是為了滿足超出一個城市范圍的信息交流和網際接入需求，讓用戶可以和在遙遠地方的公眾或私人網絡建立無線連接。在無線廣域網的通信中一般要用到GSM、GPRS、GPS、CDMA和3G等通信技術。

1.GSM

GSM是Global System for Mobile Communications的縮寫，意為全球移動通信系統(tǒng)，是世界上應用的主要蜂窩系統(tǒng)之一。20世紀80年代，GSM開始興起于歐洲，1991年在芬蘭正式投入使用，到1997年底，已經在100多個國家實施運營。其發(fā)展之迅速，從實際意義上來講已成為歐洲和亞洲的標準。到2004年，在全世界的183個國家已經建立了540多個GSM通信網絡。GSM是基于窄帶時分多址(TDMA)制式，允許在一個射頻同時進行8組通話。GSM系統(tǒng)包括GSM900MHz、GSM1800MHz及GSM1900MHz等幾個頻段。由于GSM系統(tǒng)的容量是有限的，在網絡用戶過載時，就只能通過構建更多的網絡設施來滿足用戶需求。但是GSM在其他方面性能優(yōu)異，其除了提供標準化的列表和信令系統(tǒng)外，還提供了一些智能的業(yè)務，比如全球漫游功能等。GSM系統(tǒng)具有通話質量高，通話死角少，穩(wěn)定性強，不易受外界干擾，采用SIM卡其防盜能力佳，網絡容量大，號碼資源豐富，信息靈敏，GSM設備功耗低等重要特點，因而直到現(xiàn)在，GSM在移動通信市場中仍然占有很大份額。

2.GPRS

GPRS是通用分組無線業(yè)務(General Packet Radio System)的縮寫，是歐洲電信協(xié)會GSM系統(tǒng)中有關分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標準。GPRS是在現(xiàn)有的GSM網絡上開通的一種新的分組數(shù)據(jù)傳輸技術，它和GSM一樣采用TDMA方式傳輸語音，但是采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)。GPRS提供端到端的、廣域的無線IP連接及高達115.2kbps的空中接口傳輸速率。

GPRS采用了分組交換技術，可實現(xiàn)若干移動用戶同時共享一個無線信道或一個移動用戶可使用多個無線信道。當用戶進行數(shù)據(jù)傳輸時則占用信道，無數(shù)據(jù)傳輸時則把信道資源讓出來，這樣不僅極大地提高了無線頻帶資源的利用率，同時也提供了靈活的差錯控制和流量控制，正因如此，GPRS是按傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來收費的，即按流量收費，而不是按時間來計費的。

GPRS采用信道捆綁和增強數(shù)據(jù)速率改進來實現(xiàn)高速接入，它可以實現(xiàn)在一個載頻或8個信道中實現(xiàn)捆綁，每個信道的傳輸速率為14.4kbps，在這種情況下，8個信道同時進行數(shù)據(jù)傳輸時，GPRS方式最高速率可達115.2kbps。如果GPRS通過數(shù)據(jù)速率改進，將每個信道的速率提高到48kbps，那么其速率高達384kbps，對于這樣的高速率，可以完成更多的業(yè)務，比如網頁瀏覽、收/電子郵件等。

GPRS還具有數(shù)據(jù)傳輸與語音傳輸可同時進行并自如切換等特點?？傊?，相對于原來GSM以撥號接入的電路數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術，具有實時在線、高速傳輸、流量計費和自如切換等優(yōu)點，它能全面提升移動數(shù)據(jù)通信服務。因而，GPRS技術廣泛地應用于多媒體、交通工具的定位、電子商務、智能數(shù)據(jù)和語音、基于網絡的多用戶游戲等方面。

3.CDMA

CDMA是Code Division Multiple Access的縮寫，全稱為碼分多址，它是在數(shù)字技術的分支——擴頻通信技術上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術。CDMA是最早由美國高通公司研制出來用于商業(yè)的。CDMA研制出來時，正值GSM統(tǒng)領移動通信市場的時候，因此，幾乎沒有一個移動通信運營商敢使用它。最后是在20世紀90年代初，韓國政府致力于尋找發(fā)展本國電子制造業(yè)的機會，即使發(fā)現(xiàn)歐洲幾乎已經壟斷了GSM市場之后，還是果斷地決定發(fā)展CDMA，CDMA從那時開始發(fā)展起來。

CDMA具有頻譜利用率高、語音質量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、系統(tǒng)容量大、覆蓋廣等優(yōu)點。CDMA能有這么多優(yōu)點，一方面是擴頻通信系統(tǒng)所固有的，另一方面是因為CDMA采用了很多的技術。CDMA系統(tǒng)是由擴頻、多址接入、蜂窩組網和頻率復用等幾種技術結合而成的，因此它具有抗干擾性好、抗信號路徑衰落能力強、保密安全性高、同頻率可在多個小區(qū)內重復使用，以及系統(tǒng)容量大的優(yōu)點。CDMA系統(tǒng)采用碼分多址技術，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，通過復用方式使得頻譜利用率很高;CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術，這樣就完全克服了硬切換所帶來的容易掉話的缺點，使得掉話率降低;CDMA采用功率控制和可變速率聲碼器，使CDMA無線發(fā)射功耗低及語音質量好。

CDMA具有上述的技術優(yōu)勢，已經被越來越多的用戶所接受，使得CDMA在近些年發(fā)展迅速。目前CDMA在美國、韓國和日本等國家都占有很大一部分的市場，尤其在韓國CDMA用戶已達移動通信用戶的60%，而且CDMA技術也是第三代移動通信系統(tǒng)(3G)的技術基礎。

4.GPS

GPS即全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)。GPS是具有在海、陸、空全方位進行實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。它是在子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經驗，屬于美國第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)。美國從20世紀70年代開始研制GPS，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成。

GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分——GPS衛(wèi)星星座;地面監(jiān)控部分——地面監(jiān)控系統(tǒng);用戶設備部分——GPS信號接收機。GPS的空間部分由24顆均勻分布在互成120°角的軌道平面內的衛(wèi)星組成;其地面監(jiān)控部分由主控站、注入站和監(jiān)測站組成，主要是負責衛(wèi)星的監(jiān)控和衛(wèi)星星歷的計算;GPS的用戶設備主要由GPS信號接收機硬件和處理軟件組成。用戶通過GPS信號接收機接收GPS衛(wèi)星信號，經信號處理后獲得用戶位置、速度等信息，最終實現(xiàn)利用GPS進行導航和定位的目的。

起初，GPS只應用在軍事領域。由于GPS系統(tǒng)具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、應用廣泛等特點，隨著人們對GPS研究的日益深入，GPS不再像當初那樣僅用于軍事領域，也應用到民用領域。在測量方面，由于GPS測量精度高、操作簡便、便于攜帶、全天候操作、觀測點之間無須通視等優(yōu)點，成功地應用于大地測量、工程測量、地殼運動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學等多學科，從而給測繪領域帶來一場深刻的技術革命。在交通領域，利用GPS技術對各種車輛進行實時跟蹤、調度管理，能夠起到合理分布車輛，解決交通擁堵等問題。民航運輸通過GPS信號接收設備，使駕駛員著陸時能準確對準跑道，引導飛機安全進、離場。在安全領域，可以通過GPS定位技術，迅速知道火災、車禍等事故發(fā)生地，從而能立即展開救援行動，大大降低了事故所帶來的損失。

基于GPS的技術優(yōu)點，伴隨著其各種產品的出現(xiàn)和應用領域的不斷拓寬，GPS已經深入到國民生產和日常生活的各個方面，為人們的工作和生活帶來了方便。

5.3G

3G(Third Generation)是國際電聯(lián)ITU于2000年確定的，意為“第三代移動通信”，正式命名為IMT-2000。3G的設計目標是在考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性的基礎上，提供比第二代系統(tǒng)更大的系統(tǒng)容量和更好的通信質量，而且要能在全球范圍內更好地實現(xiàn)無縫漫游及為用戶提供包括語音、數(shù)據(jù)及多媒體等在內的多種業(yè)務。因而第三代移動通信系統(tǒng)的主要特征是可提供豐富多彩的移動多媒體業(yè)務，其傳輸速率在高速移動環(huán)境中支持144kbps，步行慢速移動環(huán)境中支持384kbps，靜止狀態(tài)下支持2Mbps。

第三代移動通信系統(tǒng)的技術基礎是碼分多址(CDMA)。第一代移動通信系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)的模擬調制方式，采用FDMA的系統(tǒng)具有頻譜利用率低，信令干擾語音業(yè)務的缺點。第二代移動通信系統(tǒng)主要采用時分多址(TDMA)的數(shù)字調制方式，與第一代相比，雖然提高了系統(tǒng)容量，并采用獨立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大大改善，但是它的系統(tǒng)容量仍然很有限，而且越區(qū)切換性能還不完善。CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復用率高、抗多徑衰落能力強、通話質量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?，因而第三代移動通信系統(tǒng)把CDMA作為其技術基礎。目前，3G推薦的主流技術標準有三種，分別為WCDMA、CDMA2000及中國提出來的TD-SCDMA，雖然是三個不同的標準，但三種系統(tǒng)所使用的無線電核心頻段都在2000Hz左右。

(1) WCDMA

WCDMA的全稱為Wideband Code Division Multiple Access，它是基于GSM網絡發(fā)展出來的3G技術規(guī)范，它是歐洲提出的寬帶CDMA技術標準，與日本提出的寬帶CDMA技術標準基本相同，目前兩者正在進一步融合。WCDMA標準提出了GSM(2G)→GPRS(2.5G)→EDGE(2.5G)→WCDMA(3G)的演進策略。GPRS和EDGE(Enhanced DataRate for GSM Evolution，增強數(shù)據(jù)速率的GSM演進)技術被稱為2.5代移動通信技術。目前中國移動通信集團公司正在采用這一方案向3G過渡，并已將原來的GSM網絡升級為GPRS網絡。

(2) CDMA2000

CDMA2000是由窄帶CDMA(CDMA IS95)技術發(fā)展而來的寬帶CDMA技術標準，它是由美國主推的寬帶CDMA技術標準。CDMA2000標準提出了CDMA IS95(2G)→CDMA20001x(2.5G)→CDMA20003x(3G)的演進策略。其中的CDMA20001x被稱為2.5代移動通信技術，而CDMA20003x與CDMA20001x的主要不同之處是CDMA20003x采用了多路載波技術，通過采用三載波使帶寬得到了提高。目前中國聯(lián)通正在采用這一方案向3G過渡，并已建成了CDMA IS95網絡。

(3) TD-SCDMA

TD-SCDMA的全稱為Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access(時分同步CDMA)，是由中國大唐電信公司提出的3G標準。TD-SCDMA標準提出不經過2.5代的中間環(huán)節(jié)直接向3G過渡，對GSM系統(tǒng)向3G的升級非常適用。該標準的提出也表明了中國在移動通信領域的開創(chuàng)性。目前大唐電信公司還沒有基于這一標準的可供商用的產品推出，但全球一半以上的設備廠商都宣布可支持該標準。

這3種技術標準的主要技術參數(shù)和特點見表1-1。

2 無線城域網(WMAN)

在1999年，美國電氣與電子工程師學會(Institute of Electrical and Electronic Engineers，IEEE)設立了IEEE 802.16工作組，其主要工作是建立和推進全球統(tǒng)一的無線城域網技術標準。在IEEE 802.16工作組的努力下，近些年陸續(xù)推出了IEEE 802.16、IEEE 802.16a、IEEE802.16b、IEEE 802.16d等一系列標準。然而IEEE主要負責標準的制訂，為了使IEEE 802.16系列技術得到推廣，在2001年成立了WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互通)論壇組織，因而相關無線城域網技術在市場上又被稱為“WiMAX技術”。

WiMAX技術的物理層和媒質訪問控制層(MAC)技術基于IEEE 802.16標準，可以在5.8 GHz、3.5 GHz和2.5 GHz這三個頻段上運行。WiMAX利用無線發(fā)射塔或天線，能提供面向互聯(lián)網的高速連接。其接入速率最高達75 Mbps，勝過有線DSL技術，最大距離可達50km，覆蓋半徑達1.6km，它可以替代現(xiàn)有的有線和DSL連接方式，來提供最后1km的無線寬帶接入。因而，WiMAX可應用于固定、簡單移動、便攜、游牧和自由移動這五類應用場景。

WiMAX論壇組織是WiMAX推廣的大力支持者，目前該組織擁有近300個成員，其中包括Alcatel、AT&T、FUJITSU、英國電信、諾基亞和英特爾等行業(yè)巨頭。WiMAX之所以能獲得如此多公司的支持和推動，與其所具有的技術優(yōu)勢也是分不開的。WiMAx的技術優(yōu)勢可以簡要概括為以下幾點。

(1) 傳輸距離遠、接入速度高、應用范圍廣

WiMAX采用正交頻分復用(Orthogonal Freguency Division Multiplexing，OFDM)技術，能有效地抗多徑干擾;同時采用自適應編碼調制技術，可以實現(xiàn)覆蓋范圍和傳輸速率的折中;利用自適應功率控制，可以根據(jù)信道狀況動態(tài)調整發(fā)射功率。正因為有這些技術，WiMAX的無線信號傳輸距離最遠可達50km，最高接入速度達到75Mbps。由于其具有傳輸距離遠、接入速度高的優(yōu)勢，其可以應用于廣域接入、企業(yè)寬帶接入、移動寬帶接入，以及數(shù)據(jù)回傳等幾乎所有的寬帶接入市場。

(2) 不存在“最后1km”的瓶頸限制，系統(tǒng)容量大

WiMAX作為一種寬帶無線接入技術，它可以將Wi-Fi熱點連接到互聯(lián)網，也可作為DSL等有線接入方式的無線擴展，實現(xiàn)最后1km的寬帶接入。WiMAX可為50km區(qū)域內的用戶提供服務，用戶只要與基站建立寬帶連接即可享受服務，因而其系統(tǒng)容量大。

(3) 提供廣泛的多媒體通信服務

由于WiMAX具有很好的可擴展性和安全性，從而可以提供面向連接的、具有完善QoS保障的、電信級的多媒體通信服務，其提供的服務按優(yōu)先級從高到低有主動授予服務、實時輪詢服務、非實時輪詢服務和盡力投遞服務。

(4) 安全性高

WiMAX空中接口專門在MAC層上增加了私密子層，不僅可以避免非法用戶接入，保證合法用戶順利接入，而且還提供了加密功能(比如EAP-SIM認證)，保護用戶隱私。

當然，WiMAX發(fā)展還面臨許多的問題，具體概括為以下幾點。

① 成本問題。相對于有線產品，成本太高，不利于普及。

② 技術標準和頻率問題。許多國家的頻率資源緊缺，目前都還沒有分配出頻帶給WiMAX技術適用，頻率的分配直接影響系統(tǒng)的容量和規(guī)模，這決定了運營商的投資力度和經營方向。

③ 與現(xiàn)有網絡的相互融合問題。IEEE 802.16系列技術標準只是規(guī)定空中接口，而對于業(yè)務、用戶的認證等標準都沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范，因而需要通過借助現(xiàn)有網絡來完成，因此必須解決與現(xiàn)有網絡的相互融合問題。

總之，從技術層面講，WiMAX更適合用于城域網建設的“最后1km”無線接入部分，尤其對于新興的運營商更為合適。WiMAX技術具備傳輸距離遠、數(shù)據(jù)速率高的特點，配合其他設備(比如VoIP、Wi-Fi等)可提供數(shù)據(jù)、圖像和語音等多種較高質量的業(yè)務服務。在有線系統(tǒng)難以覆蓋的區(qū)域和臨時通信需要的領域，可作為有線系統(tǒng)的補充，具有較大的優(yōu)勢。隨著WiMAX的大規(guī)模商用，其成本也將大幅度降低。相信在未來的無線寬帶市場中，尤其是專用網絡市場中，WiMAX將占有重要位置。

2 無線局域網(WLAN)

無線局域網是指以無線電波、紅外線等無線媒介來代替目前有線局域網中的傳輸媒介(比如電纜)而構成的網絡。無線局域網內使用的通信技術覆蓋范圍一般為半徑100m左右，也就是說差不多幾個房間或小公司的辦公室。當然實際的覆蓋范圍受很多因素影響，比如通信區(qū)域中的高大障礙物。

IEEE 802.11系列標準是IEEE制訂的無線局域網標準，主要對網絡的物理層和媒質訪問控制層進行規(guī)定，其中重點是對媒質訪問控制層的規(guī)定。目前該系列的標準有：IEEE802.11、IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11d、IEEE 802.11e、IEEE802.11f、IEEE 802.11h、IEEE 802.11i、IEEE 802.11j等，其中每個標準都有其自身的優(yōu)勢和缺點。

下面就IEEE已經制訂且涉及物理層的4種IEEE 802.11系列標準：IEEE 802.11、IEEE802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g進行簡單介紹。

1.IEEE 802.11

IEEE 802.11是最早提出的無線局域網網絡規(guī)范，是IEEE于1997年6月推出的，它工作于2.4GHz的ISM頻段，物理層采用紅外、跳頻擴頻(Frequency Hopsping SpreadSpectrum，F(xiàn)HSS)或直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)技術，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達2Mbps，它主要應用于解決辦公室局域網和校園網中用戶終端等的無線接入問題。使用FHSS技術時，2.4GHz頻道被劃分成75個1MHz的子頻道，當接收方和發(fā)送方協(xié)商一個調頻的模式，數(shù)據(jù)則按照這個序列在各個子頻道上進行傳送，每次在IEEE 802.11網絡上進行的會話都可能采用了一種不同的跳頻模式，采用這種跳頻方式避免了兩個發(fā)送端同時采用同一個子頻段;而DSSS技術將2.4GHz的頻段劃分成14個22MHz的子頻段，數(shù)據(jù)就從14個頻段中選擇一個進行傳送而不需要在子頻段之間跳躍。由于臨近的頻段互相重疊，在這14個子頻段中只有3個頻段是互不覆蓋的。IEEE 802.11由于數(shù)據(jù)傳輸速率上的限制，在2000年也緊跟著推出了改進后的IEEE 802.11b。但隨著網絡的發(fā)展，特別是IP語音、視頻數(shù)據(jù)流等高帶寬網絡應用的需要，IEEE 802.11b只有11Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率不能滿足實際需要。于是，傳輸速率高達54Mbps的IEEE 802.11a和IEEE802.11g也都陸續(xù)推出。

2.IEEE 802.11b

IEEE 802.11b又稱為Wi-Fi，是目前最普及、應用最廣泛的無線標準。IEEE 802.11b工作于2.4GHz頻帶，物理層支持5.5 Mbps和11 Mbps 兩個速率。IEEE 802.11b的傳輸速率會因環(huán)境干擾或傳輸距離而變化，其速率在1 Mbps、2 Mbps、5.5 Mbps、11 Mbps 之間切換，而且在1 Mbps、2 Mbps速率時與IEEE 802.11兼容。IEEE 802.11b采用了直接序列擴頻DSSS技術，并提供數(shù)據(jù)加密，使用的是高達128位的有線等效保密協(xié)議(WiredEquivalent Privacy，WEP)。但是IEEE 802.11b和后面推出的工作在5GHz頻率上的IEEE802.11a標準不兼容。

從工作方式上看，IEEE 802.11b的工作模式分為兩種：點對點模式和基本模式。點對點模式是指無線網卡和無線網卡之間的通信方式，即一臺配置了無線網卡的計算機可以與另一臺配置了無線網卡的計算機進行通信，對于小規(guī)模無線網絡來說，這是一種非常方便的互聯(lián)方案;而基本模式則是指無線網絡的擴充或無線和有線網絡并存時的通信方式，這也是IEEE 802.11b最常用的連接方式。在該工作模式下，配置了無線網卡的計算機需要通過“無線接入點”才能與另一臺計算機連接，由接入點來負責頻段管理等工作。在帶寬允許的情況下，一個接入點最多可支持1 024個無線節(jié)點的接入。當無線節(jié)點增加時，網絡存取速度會隨之變慢，此時通過添加接入點的數(shù)量可以有效地控制和管理頻段。

IEEE 802.11b技術的成熟，使得基于該標準網絡產品的成本得到很大的降低，無論家庭還是公司企業(yè)用戶，無須太多的資金投入即可組建一套完整的無線局域網。當然，IEEE 802.11b并不是完美的，也有其不足之處，IEEE 802.11b最高11Mbps的傳輸速率并不能很好地滿足用戶高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰蚨谝蟾邔拵r，其應用也受到限制，但是可以作為有線網絡的一種很好的補充。

3.IEEE 802.11a

IEEE 802.11a工作于5GHz頻帶，但在美國是工作于U-NII頻段，即5.15～5.25GHz、5.25～5.35GHz、5.725～5.825GHz三個頻段范圍，其物理層速率可達54 Mbps，傳輸層可達25Mbps。IEEE 802.11a的物理層還可以工作在紅外線頻段，波長為850～950納米，信號傳輸距離約10m。IEEE 802.11a采用正交頻分復用(OFDM)的獨特擴頻技術，并提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網無線幀結構接口，支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務。IEEE 802.11a使用正交頻分復用技術來增大傳輸范圍，采用數(shù)據(jù)加密可達152位的WEP。

就技術角度而言，IEEE 802.11a與IEEE 802.11b之間的差別主要體現(xiàn)在工作頻段上。由于IEEE 802.11a工作在與IEEE 802.11b不同的5GHz頻段，避開了大量無線電子產品廣泛采用的2.4GHz頻段，因此其產品在無線通信過程中所受到的干擾大為降低，抗干擾性較IEEE 802.11b更為出色。高達54Mbps數(shù)據(jù)傳輸帶寬，是IEEE 802.11a的真正意義所在。當IEEE 802.11b以其11Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率滿足了一般上網瀏覽網頁、數(shù)據(jù)交換、共享外設等需求的時候，IEEE 802.11a已經為今后無線寬帶網的高數(shù)據(jù)傳輸要求做好了準備，從長遠的發(fā)展角度來看，其競爭力是不言而喻的。此外，IEEE 802.11a的無線網絡產品較IEEE802.11b有著更低的功耗，這對筆記本電腦及PDA等移動設備來說也有著重大實用價值。

然而在IEEE 802.1la的普及過程中也面臨著很多問題。首先，來自廠商方面的壓力。IEEE 802.11b已走向成熟，許多擁有IEEE 802.11b產品的廠商會對IEEE 802.11a都持保守態(tài)度。從目前的情況來看，由于這兩種技術標準互不兼容，不少廠商為了均衡市場需求，直接將其產品做成了“a+b”的形式，這種做法雖然解決了“兼容”問題，但也使得成本增加。其次，由于相關法律法規(guī)的限制，使得5GHz頻段無法在全球各個國家中獲得批準和認可。5GHz頻段雖然令基于IEEE802.11a的設備具有了低干擾的使用環(huán)境，但也有其不利的一面，由于太空中數(shù)以千計的人造衛(wèi)星與地面站通信也恰恰使用5GHz頻段，這樣它們之間產生的干擾是不可避免的。此外，歐盟也已將5GHz頻率用于其自己制訂的HiperLAN無線通信標準。

4.IEEE 802.11g

IEEE 802.11g是對IEEE 802.11b的一種高速物理層擴展，它也工作于2.4GHz頻帶，物理層采用直接序列擴頻(DSSS)技術，而且它采用了OFDM技術，使無線網絡傳輸速率最高可達54Mbps，并且與IEEE802.11b完全兼容。IEEE802.11g和IEEE802.11a的設計方式幾乎是一樣的。

IEEE 802.11g的出現(xiàn)為無線傳感器網絡市場多了一種通信技術選擇，但也帶來了爭議，爭議的焦點是圍繞在IEEE 802.11g與IEEE 802.11a之間的。與IEEE 802.11a相同的是，IEEE802.11g也采用了OFDM技術，這是其數(shù)據(jù)傳輸能達到54Mbps的原因。然而不同的是，IEEE 802.11g的工作頻段并不是IEEE 802.11a的工作頻段5GHz，而是和IEEE 802.11b一致的2.4GHz頻段，這樣一來，使得基于IEEE 802.11b技術產品的用戶所擔心的兼容性問題得到了很好的解決。

從某種角度來看，IEEE 802.11b可以由IEEE 802.11a來替代，那么IEEE 802.11g的推出是否就是多余的呢?答案當然是否定的。IEEE 802.11g除了具備高數(shù)據(jù)傳輸速率及兼容性的優(yōu)勢外，其所工作的2.4GHz頻段的信號衰減程度也不像IEEE 802.11a所在的5GHz那么嚴重，并且IEEE 802.11g還具備更優(yōu)秀的“穿透”能力，能在復雜的使用環(huán)境中具有很好的通信效果。但是IEEE 802.11g工作頻段為2.4GHz，使得IEEE 802.11g與IEEE 802.11b一樣極易受到來自微波、無線電話等設備的干擾。此外，IEEE 802.11g的信號比IEEE 802.11b的信號能夠覆蓋的范圍要小得多，用戶需要通過添置更多的無線接入點才能滿足原有使用面積的信號覆蓋，這或許就是IEEE 802.11g能夠具有高寬帶所付出的代價吧!

IEEE 802.11系列4個標準的一些特性見表1-2。

3 無線個域網(WPAN)

從網絡構成上來看，無線個域網WPAN(Wireless Personal Area Networks)位于整個網絡架構的底層，用于很小范圍內的終端與終端之間的連接，即點到點的短距離連接。WPAN是基于計算機通信的專用網，工作在個人操作環(huán)境，把需要相互通信的裝置構成一個網絡，且無須任何中央管理裝置及軟件。用于無線個域網的通信技術有很多，如藍牙、紅外、UWB、HomeRF等，下面就幾種主要的技術進行講述。

1.藍牙(Bluetooth)

藍牙(Bluetooth)是由愛立信、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線通信技術，它可以用于在較小的范圍內通過無線連接的方式實現(xiàn)固定設備或移動設備之間的網絡互聯(lián)，從而在各種數(shù)字設備之間實現(xiàn)靈活、安全、低功耗、低成本的語音和數(shù)據(jù)通信。藍牙技術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。

藍牙技術運行在全球通行的、無須申請許可的2.4GHz頻段。采用GFSK調制技術，傳輸速率達1Mbps;采用FHSS擴頻技術，把信道分成若干個長為625μs的時隙，每個時隙交替進行發(fā)射和接收，實現(xiàn)時分雙工。在2.402～2.480GHz頻段內含有間隔為1MHz的79個跳頻載頻及一系列的跳頻序列，跳頻速率為1 600hops/s，每個時隙傳送一個分組數(shù)據(jù)。藍牙由于采用了時分雙工，可以防止收發(fā)信機之間的串擾;采用跳頻技術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(qū)組網。藍牙采用電路交換和分組交換技術，可獨立或同時支持異步數(shù)據(jù)信道和語音信道。每個同步語音信道數(shù)據(jù)速率為64kbps，語音信號編碼采用脈沖編碼調制或連續(xù)可變斜率增量調制方法。當采用非對稱信道傳輸數(shù)據(jù)時，其速率可達723.2kbps;當采用對稱信道傳輸數(shù)據(jù)時，速率最高為342.6kbps。藍牙還使用了前向糾錯(Forward Error Correction，F(xiàn)EC)機制，從而抑制了長距離鏈路的隨機噪聲。

基于藍牙技術的設備在網絡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)務傳輸時間與速率。在組網方式上，通過藍牙設備中的主設備與從設備可以形成一點到多點的連接，即在主設備周圍組成一個微微網，網內任何從設備都可與主設備通信，而且這種連接無須任何復雜的軟件支持，但是一個主設備同時最多只能與網內的7個從設備相連接進行通信。同樣，在一個有效區(qū)域內多個微微網通過節(jié)點橋接可以構成散射網。

藍牙技術是一種新興的技術，其傳輸使用的功耗很低，它可以應用到無線傳感器網絡中。同時，也可以廣泛應用于無線設備(如PDA、手機、智能電話)、圖像處理設備(照相機、打印機、掃描儀)、安全產品(智能卡、身份識別、票據(jù)管理、安全檢查)、消遣娛樂(藍牙耳機、MP3、游戲)、汽車產品(GPS、動力系統(tǒng)、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(yī)療健身、智能建筑、玩具等領域。如今日常生活中基于藍牙技術的手機、耳機和筆記本電腦隨處可見。

2.紅外(IrDA)

IrDA是國際紅外數(shù)據(jù)協(xié)會的英文縮寫，IrDA技術是一種利用紅外線進行點對點短距離通信的技術。IrDA技術的主要特點有：利用紅外傳輸數(shù)據(jù)，無須專門申請?zhí)囟l段的使用執(zhí)照;具有對設備體積小、功率低的特點;由于采用點到點的連接，數(shù)據(jù)傳輸所受到的干擾較小，數(shù)據(jù)傳輸速率高，速率可達16Mbps。

由于IrDA使用紅外線作為傳播介質。紅外線是波長在0.75～1000μm之間的無線電波，是人用肉眼看不到的光線。紅外數(shù)據(jù)傳輸一般采用紅外波段內波長在0.75～25μm之間的近紅外線。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會成立后，為保證不同廠商基于紅外技術的產品能獲得最佳的通信效果，規(guī)定所用紅外波長在0.85～0.90μm之間，紅外數(shù)據(jù)協(xié)會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標準簡稱SIR(Serial Infrared，串行紅外協(xié)議)，它是基于HP-SIR開發(fā)出來的一種異步的、半雙工的紅外通信方式，它以系統(tǒng)的異步通信收發(fā)器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)為依托，通過對串行數(shù)據(jù)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程(3/16 EnDec)實現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸。SIR的最高數(shù)據(jù)速率只有115.2kbps。在1996年，發(fā)布了IrDA1.1協(xié)議，簡稱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(shù)據(jù)傳輸速率可達到4Mbps，同時在低速時保留1.0標準的規(guī)定。之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的VFIR(Very Fast Infrared)技術，并將其作為補充納入IrDA1.1標準之中。

IrDA標準都包括三個基本的規(guī)范和協(xié)議：紅外物理層連接規(guī)范IrPHY(Infrared PhysicalLayer Link Specification)、紅外連接訪問協(xié)議IrLAP(Infrared Link Access Protoco1)和紅外連接管理協(xié)議IrLMP(Infrared Link Management Protoco1)。IrPHY規(guī)范制訂了紅外通信硬件設計上的目標和要求;IrLAP和IrLMP為兩個軟件層，負責對連接進行設置、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域，IrDA還陸續(xù)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;

·其點對點的傳輸連接，無法靈活地組成網絡等。

但是這些缺點并沒有給IrDA的應用帶來致命的障礙，紅外技術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)技術最初是被作為軍用雷達技術開發(fā)的，它是一種不用載波，而采用時間間隔極短(小于1納秒)的脈沖進行通信的方式，能在10m左右的范圍內達到數(shù)百Mbps至數(shù)Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

UWB的工作頻段為3.1～10.6GHz，作為一種時域通信技術，UWB采用超短周期脈沖對信號進行調制，把信號直接按照0或1發(fā)送出去，而不使用載波，這與此前的無線通信截然不同。而且脈沖調制產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采用跳時擴頻信號，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時將微弱的無線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生的噪聲;接收時將信號能量還原出來，在解擴過程中產生擴頻增益，從而抗干擾和抗多徑的能力強。與CDMA系統(tǒng)相比，時域通信系統(tǒng)結構簡單，成本相對較低。UWB技術具有上述高速率、低成本、低功耗和抗多徑能力強等顯著特性，而UWB最引人注目的特點還是其具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以應用到家庭中的視頻超高數(shù)據(jù)傳輸應用中去，解決了以前眾多無線通信技術所不能達到的高速率數(shù)據(jù)傳輸問題。

目前有關UWB的標準還沒有制訂。在UWB標準化的工作上，存在兩大技術陣營：多頻帶正交頻分復用(MB-OFDM)和直序列碼分多址(DS-CDMA)。這兩大陣營的代表廠商前者有德州儀器、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，兩個陣營都互不妥協(xié)，目前都還沒有達成一致的方案。這兩個技術提案都有其各自的特點和技術優(yōu)勢，最終選擇哪種方案還要綜合考慮市場等因素。至于這兩種技術提案的具體內容可以查閱相關資料，在這里就不展開講述。

UWB技術在無線通信技術方面的創(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值(比如雷達跟蹤、精確定位)，在商業(yè)多媒體設備、家庭數(shù)字娛樂和個人網絡方面也極大地提高了一般消費者和專業(yè)人員的適應性和滿意度。相信在軍事需求和商業(yè)市場的推動下，UWB技術將會進一步發(fā)展和成熟起來，廣泛地應用到眾多領域中去。

4.HomeRF

HomeRF是由HomeRF工作組開發(fā)的，它是在家庭區(qū)域范圍內的計算機和電子設備之間實現(xiàn)無線數(shù)字通信的開放性工業(yè)標準，為家庭用戶建立具有互操作性的音頻和數(shù)據(jù)通信網帶來了便利。

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、藍牙等無線通信技術一樣，HomeRF工作在開放的2.4GHz頻段，采用跳頻擴頻(FHSS)技術，跳頻速率為50hops/s，共有75個帶寬為1 MHz的跳頻信道，室內覆蓋范圍約45m，調制方式為恒定包絡的FSK調制，且分2FSK與4FSK兩種，采用FSK調制可以有效地抑制無線通信環(huán)境下的干擾和衰落。2FSK方式下，最高數(shù)據(jù)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)技術來增加跳頻帶寬，由原來的1MHz跳頻信道增加到3MHz和5MHz，跳頻的速率也提高到75hops/s，數(shù)據(jù)傳輸速率峰值達10Mbps。

HomeRF是對現(xiàn)有無線通信標準的綜合和改進。HomeRF把共享無線接入?yún)f(xié)議(SWAP)作為網絡的技術指標，當進行數(shù)據(jù)通信時，采用簡化的IEEE 802.11標準，沿用類似于以太網技術中的載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)方式;當進行語音通信時，則采用DECT無線通信標準，使用TDMA技術。HomeRF提供了對流媒體真正意義上的支持，其規(guī)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技術僅獲得了少數(shù)公司的支持，并且由于在抗干擾能力等方面與其他技術標準相比也存在不少缺陷，這些使得HomeRF技術的應用和發(fā)展前景受到限制，又加上這一標準推出后，市場策略定位不準、后續(xù)研發(fā)與技術升級進展遲緩，因此，從2000年之后，HomeRF技術開始走下坡路，2001年HomeRF的普及率降至30%，逐漸喪失市場份額。尤其是芯片制造巨頭英特爾公司決定在其面向家庭無線網絡市場的AnyPoint產品系列中增加對IEEE802.11b標準的支持后，HomeRF的發(fā)展前景比較不樂觀。這樣看來，HomeRF很難沖出只能在家庭里應用的限制。

IEEE 802.15.1標準是IEEE批準的用于無線個域網的藍牙技術標準，它是由藍牙標準演變而來的。該標準手2002年推出，但是在實施過程中進行了修改，于2005年發(fā)布了它的修正版。IEEE 802.15.1主要規(guī)定了OSI模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層下的四個子層標準。

① 無線層(RF layer)：無線層實現(xiàn)在主站和從站之間發(fā)送比特流。該層的無線接口基于天線能力，其功率為0～20dBm。藍牙技術運行在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)：實現(xiàn)組合電路交換和分組交換，為同步分組傳輸預留時間帶，一個分組可占1個信道、3個信道或者5個信道，每個分組以不同跳頻發(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(shù)據(jù)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中與主設備的連接狀態(tài)等方面進行管理。

④ 邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP：Logical Link Control and Adaptation Protoco1)：提供無連接和面向連接服務的上層協(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，在接收端進行重組和處理服務質量等。IEEE 802.15.1標準所規(guī)定的4層標準在第8章的藍牙技術標準中將進行較詳細的講述，在這就簡單敘述一下。

IEEE 802.15.1標準的工作頻率范圍是2.4 GHz，傳輸數(shù)據(jù)時的有效帶寬僅為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，即無線射頻識別。RFID技術是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別貼有標簽的目標對象并讀取相關數(shù)據(jù)，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技術可識別處于運動中的目標對象并可同時識別多個標簽，工作快捷方便。

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

① 天線：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(有時也可以進行寫入)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，每個標簽具有唯一的電子編碼，根據(jù)各標準，其位數(shù)也不同，附著在物體上標識目標對象，俗稱電子標簽。目前標簽分為有源標簽和無源標簽兩種。

RFID技術的基本工作原理：把標簽放入磁場，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，如果是無源標簽，它發(fā)送出存儲在芯片中的產品信息，如果是有源標簽，它則主動發(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(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。

目前國際上RFID的標準還不統(tǒng)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：歐美的Auto-ID Center與日本的Ubiquitous ID Center(UID)。前者的領導組織是美國的EPC環(huán)球協(xié)會，旗下有沃爾瑪集團、英國Tesco等企業(yè)，同時有IBM、微軟、飛利浦、Auto-ID Lab等公司提供技術支持;后者主要由日本廠商組成。歐美的EPC標準采用860～930MHz的UHF頻段，電子標簽的信息位數(shù)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(shù)為128位。

RFID技術可運用在很多方面，其典型應用有物流和供應鏈管理、生產制造和裝配、航空行李處理、郵件與快運包裹處理、文檔追蹤、圖書館管理、動物身份標識、運動計時、門禁控制、電子門票和道路自動收費等。

5 低速率無線個域網(LR-WPAN)

1.IEEE 802.15.4/ZigBee

IEEE 802.15.4是為滿足低功耗、低成本的無線傳感器網絡要求而專門開發(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頻段兩個物理層，這兩個物理層都采用直接序列擴頻(DSSS)技術。在2.45GHz頻段有16個速率為250kbps的信道，在868 MHz頻段有1個20kbps的信道，在915MHz頻段有l(wèi)0個40kbps的信道。IEEE 802.15.4有如下優(yōu)點。

① 網絡能力強：IEEE 802.15.4具有卓越的網絡能力，在基于IEEE 802.15.4的網絡中，可對多達254個網絡設備進行動態(tài)尋址。

② 適應性好：IEEE 802.15.4可與現(xiàn)有控制網絡標準無縫集成。通過網絡協(xié)調器可自動建立網絡，采用載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)方式進行信道存取。

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

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(shù)據(jù)傳輸速率、低成本的無線傳感器網絡技術。它依據(jù)IEEE 802.15.4標準，可在眾多的傳感器節(jié)點之間相互協(xié)調實現(xiàn)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(shù)據(jù)鏈路層采用了IEEE 802.15.4標準，但在此基礎上進行了完善和擴展。其網絡層、應用支持子層和高層應用規(guī)范由ZigBee聯(lián)盟進行制訂?；赯igBee的網絡可以是一個由多達65000個網絡節(jié)點組成的一個無線傳感器網絡，類似現(xiàn)有的移動通信的CDMA網絡或GSM網絡，每一個基于ZigBee的網絡中的節(jié)點類似移動網絡的一個基站，在整個網絡范圍內，它們之間可以進行相互通信。每個網絡節(jié)點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，整個基于ZigBee的網絡還可以與現(xiàn)有的其他各種網絡連接。但基于ZigBee的網絡主要是為自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立的，而移動通信網主要是為語音通信而建立的?；赯igBee的網絡的每個節(jié)點不僅本身可以是監(jiān)控對象，它還可以自動中轉別的網絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料，例如，傳感器連接直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。除此之外，在自己信號覆蓋的范圍內，基于ZigBee的網絡的主設備節(jié)點還可以和其網絡中多個不進行信息轉發(fā)的孤立從設備節(jié)點無線連接。基于ZigBee的無線傳感器網絡的每個節(jié)點可支持多到31個傳感器節(jié)點和受控設備，每一個傳感器節(jié)點和受控設備中可以有8種不同的接口方式，可以用來采集和傳輸數(shù)字量和模擬量。

ZigBee技術具有以下特點：

① 數(shù)據(jù)傳輸速率低：只有10～250kbps的帶寬，因而它專注于低數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，這大大降低了成本。

③ 網絡容量大：ZigBee支持星狀、片狀和網狀網絡結構，一個基于ZigBee的網絡可以容納最多254個從設備和1個主設備，一個區(qū)域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡。

④ 時延短：通常時延都在15～30ms之間，因此在對實時性要求高的自動控制領域，ZigBee有著很好的應用和推廣。

⑤ 高安全性：ZigBee提供了數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)類型有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)。因而它的應用目標主要是：工業(yè)控制(如自動控制設備、無線傳感器網絡)、醫(yī)護(如監(jiān)視和傳感)、家庭智能控制(如照明、水電氣計量及報警)、消費類電子設備的遙控裝置、PC外設的無線連接等領域。

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、適用于無線傳感器網絡的高可靠性的無線通信技術。目前Z-Wave主要專注于家庭自動化領域，主要包括照明系統(tǒng)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(tǒng)等。

Z-Wave屬于低速率無線個域網通信技術，其工作頻段為908MHz ISM頻帶，其著力于窄帶寬應用。Z-Wave的帶寬只有9.6kbps，因而它也不適合用于高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?，由于家用自動化系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不多，所以其9.6kbps的帶寬已經足夠了。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距離的理論值，實際的傳輸距離受發(fā)射功率的大小、應用模式及網絡中中繼節(jié)點的使用情況等因素的影響。由于Z-Wave和前面介紹的很多無線通信技術一樣工作在ISM頻段，那樣其所受到的干擾很多，但是Z-Wave通過使用冗余的傳送機制來降低干擾，利用濃縮幀格式和隨機插入算法保證在網內設備之間高可靠性地進行通信。

基于Z-Wave的網絡是一個對等式網絡，網絡沒有中心結構，節(jié)點之間的地位是平等的。網絡中的節(jié)點可以隨時加入和離開網絡，而且任意節(jié)點的故障不會影響整個網絡的運行，具有很強的抗毀性。

總之，根據(jù)Z-Wave結構簡單，成本低，功耗低，可靠性高，安全性高和其網絡易管理等特征，Z-Wave在家庭自動化領域的市場中將會占有一席之地。

3.Insteon

Insteon是一種復雜度低，功耗低，數(shù)據(jù)傳輸速率低，成本低的雙向混合通信技術，具有即時響應，易安裝，易使用，經濟可靠和與X10兼容的特點。Insteon被稱為混合通信技術是因為它通過電力線和無線兩種方式來實現(xiàn)家庭設備間的互聯(lián)。Insteon網絡是點對點通信的網狀網結構，因而網絡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(jié)能方面考慮，一般都不轉發(fā)報文。

家庭網絡中單獨使用電力線或ISM頻段都存在很多問題。單獨使用無線通信時，無線設備要受到其他設備的干擾且無線信號在家庭環(huán)境中有很強的多徑效應。使用電力線存在相位橋接和有嚴重電流噪聲。為了解決這些問題，lnsteon通過電力線和無線構成的雙線網狀網絡，改善了單一介質傳輸中的問題，提高了網絡的可靠性。

Insteon網絡工作在131.65kHz的電力線和904MHz的ISM頻段上，采用CSMA實現(xiàn)MAC層的訪問。當工作在131.65 kHz時，它采用BPSK調制方式，突發(fā)數(shù)據(jù)速率為13165bps，平均數(shù)據(jù)速率為2 880bps;當工作在904MHz時，它采用FSK調制方式，無線突發(fā)數(shù)據(jù)速率為38400bps。

根據(jù)Insteon的空中接口規(guī)范，用電力線上的零交叉點可實現(xiàn)電力線設備和無線設備全網同步。Insteon網絡中有標準報文和擴展報文兩種，其中電力線上傳輸?shù)膱笪拈L度與無線傳輸?shù)膱笪拈L度不一樣，傳輸時報文需要分割成多個分組，每個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(電壓零點前0.8ms至后1.023 ms)傳輸，每個零交叉期間傳輸?shù)?4bit，標準報文和擴展報文長度分別為120bit、264bit，因此傳輸一個標準報文需6個零交叉，最后一個為靜默期，傳輸一個擴展報文需13個零交叉，最后兩個為靜默期。無線信道上的標準報文和擴展報文分別為112bit和224bit，需要時間為2.708ms和5.625 ms。

Insteon技術利用聯(lián)播轉發(fā)機制，因而不需要路由機制，也不需要網絡中心控制器。聯(lián)播轉發(fā)為接收報文的設備，在報文轉發(fā)跳數(shù)為非零，目的地址與自己不相符的情況下，在下一個發(fā)送周期轉發(fā)該報文。聯(lián)播轉發(fā)機制有兩個優(yōu)點：省略路由，簡化設備;提高報文傳輸?shù)目煽啃浴?

“簡單”是Insteon的主要特點和優(yōu)勢：Insteon的安裝簡單，無須網絡設備的登記;Insteon的分組傳輸也簡單，不需要網絡控制器，也無須路由，而且相對來說網絡中的設備越多越好。Insteon雖簡單，但功能不單一，基于Insteon的設備可以通過網絡橋接實現(xiàn)與基于Wi-Fi、藍牙等設備組成的網絡進行互聯(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混合模式的產品，而且它們可以平等地在各自的環(huán)境下運行，同時基于X10的產品可以很容易地升級到Insteon，這使得市場上遺留下來的基于X10的產品不會被淘汰，深受制造商和用戶喜愛?；贗nsteon技術的特點，Insteon將來定會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的全稱是Home Plug Power Line Alliance，稱為家庭插電聯(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(xiàn)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)的著名公司，致力于為各種信息家電產品建立開放的電力線互聯(lián)網絡接入規(guī)范。HomePlug的目標是只通過在安裝好的插座上插入電源插頭即可構筑起局域網。通過新技術，利用普通的電力線可以傳輸互聯(lián)網上的資料，電話、電冰箱、攝像機、電腦及電視等家用電器將來都可以直接用電線插座就能互聯(lián)在一起。

HomePlug能在電力線上實現(xiàn)可靠的通信主要是在物理層和媒質訪問控制子層用了適當?shù)募夹g。HomePlug在物理層采用正交頻分復用技術(OFDM)，而且是以突發(fā)模式而不是以連續(xù)模式來使用OFDM的。OFDM是一種多載波調制技術，它可以提高電力線網絡的傳輸質量。此外，HomePlug還利用交錯連接的Viterbi和Reed Solomon FEC處理有效負荷數(shù)據(jù)，用Turbo Product編碼(TPC)處理敏感控制數(shù)據(jù)字段。

HomePlug的媒質訪問控制協(xié)議采用的是載波監(jiān)聽多路訪問/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，每個客戶只在有數(shù)據(jù)要發(fā)送的時候才啟用發(fā)射機，數(shù)據(jù)發(fā)送結束，就立即關閉發(fā)射機，同時發(fā)射機回復到接收模式。

目前，HomePlug聯(lián)盟推出的HomePlug 1.0標準支持達到通過在10BaseT上的文件傳輸速率，理論上的最大數(shù)據(jù)傳輸率為13Mbps，不過由于該標準將一部分帶寬用于網絡協(xié)議任務，因此實際最大吞吐率約為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，這個測試結果打消了人們對電力線聯(lián)網可行性的顧慮?？上攵?，將來會有許多廠商會生產支持HomePlug標準的產品，用戶可以用同一條電線既聯(lián)網又供電，這使得該技術得到推廣。