数据传输媒体

Transmission Medium

网络传输媒体( Transmission Media)是讯号传输时所使用的通讯通道;主要可分成两类:有线传输与无线传输.

所谓有线传输,顾名思义就是利用像双绞线,同轴电缆或光纤等实体线路来进行数据的传送,而无线传输则是利用无线电波来传送网络数据.

有线传输有成本低廉,架设简单等优点,所以大部分的网络使用者都是透过有线的方式来上网.

在空间有限制或移动式的因素考量下,无线传输有其全面性及方便性.

双绞线

Twisted Wire Pair

双绞线是使用铜线作为传输线路.共有 4对线路相互绞缠,外覆绝缘材料的传输媒介.

双绞线互相缠绕的结构,除了可以减低其他电子装置的杂讯干扰之外,还能减缓传输讯号的衰减.

双绞线的有效传输距离不超过 100公尺.

双绞线又可依据外层与绞线之间有无加上金属层的遮蔽物而分为遮蔽式双绞线( Shielded Twisted Pair, STP)及无遮蔽式双绞线( Unshielded Twisted Pair, UTP). STP的抗扰性较佳,但价格较高.一般区域网络是以 UTP双绞线为主.

由于电的传输中永远存在着电生磁与磁生电的课题,也是干扰讯号传输的主要因素,就是所谓的电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference).这是自然界本身存在的现象,只要是电的传输,就只能想尽办法让这种现象降到最低,却无法让它完全消失.而双绞线互绞的主要目的就是要抵消两条电线上所产生的磁场效应,降低电磁现象对传输所产生的负面影响,而双绞线互绞的程度愈高,电磁效应互抵的功效也就愈高,传输的效果也就愈好,但相对地成本也会比较高.

同轴电缆

Coaxial Cable

同轴电缆可传输类比与数位讯号,最高传输速率为 10Mbps,是仅次于双绞线的第二普及的传输线材,其可传输的频率范围较大,所以价格也比双绞线高.

一般有线电视所装设的缆线就是属于同轴电缆的一种( RG- 59),有效传输距离介于 200至 500公尺.

而在区域网络中,则采用 RG- 58同轴电缆.

同轴电缆的优缺点

优点

因为有双重保护(金属铜网和绝缘外皮)较不易受外界干扰,而且寿命也较长.

缺点

和双绞线相比之下,价格较昂贵,而且也很重.

光纤

Optical Fiber

光纤

光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介.是一条玻璃或塑胶纤维,作为让讯息通过的传输媒介.大致与人的头发的粗细相当.

光纤和同轴电缆相似,只是没有网状屏蔽层.中心是光传播的玻璃芯.芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套,以使光纤保持在芯内.再外面的是一层薄的塑料外套,用来保护封套.光纤通常被扎成束,外面有外壳保护.纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体,它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层.

光纤只能传送数位讯号,一条光纤的直径只有 125~ 140微米(),大约一根头发的粗细,光纤是由高纯度的玻璃纤维( Core)被折射率较小的材质包层( Cladding)包住,再加上不透光的保护层所构成.

光波( Optical Signal)在中心纤维中传输,而包层则提供进行反射.一般数十条光纤被包裹在一起,便为光缆,以利缆线的布线架设.

光纤的传输速度约为 100Mbps至 1Gps,是目前传输速度最快而且也是最贵的传输媒介.

光纤系统的运作

任何通讯传输的过程包括:编码→传输→解码,当然,光纤系统的传输过程也大致相同.电子讯号输入后,透过传输器将讯号数位编码,成为光讯号,光线透过光纤为媒介,传送到另一端的接受器,接受器再将讯号解码,还原成原先的电子讯号输出.

由於光纤是一种传输媒介,它可以像一般铜缆线,传送电话通话或电脑数据等资料,所不同的是,光纤传送的是光讯号而非电讯号.因此,光纤具有很多独特的优点.

光纤的优点

光纤有许多优于铜线和同轴电缆的优点.因为它的抗张强度好,质量小,而且比较小巧,能够尽可能的减小安装问题.这就是电话公司喜欢使用光纤的原因.许多现有的电缆管道已经完全装满了,不可能再增加新的电缆.把所有的电缆用光纤来代替可以节约很多空间,并且铜材料制造商在制造铜线时加价很多.光纤比铜线轻很多,这就极大减少了必须维护的昂贵机械支撑系统的需要.对于新的线路,因为安装费用低廉,所以光纤要胜过铜线.

因为光纤不带电,所以它们是用于易燃,易爆等危险环境的理想方法,在这种环境下,如果使用铜线,当铜线破裂时从缺口处爆出的火花将会引起爆炸事故的发生.而且,如果光纤被破坏,对人类也不会造成电击的危险.另外,并不像用于结构性配线安装的传统铜线和铝线会发生腐蚀一样,玻璃纤维是耐蚀的材料.

尤其是在信号传输方面,光缆有着传统电缆所无可比拟的优点.因为光纤不会受电磁场的干涉影响,所以光纤提供了比铜线更清晰的信号.光纤也不会受到发动机转动或电源故障的影响.而且,光纤中的信号衰减较小,在长的线路上每30km才需要一个中继器,而铜线每5km就需要一个中继器,这使得光纤可以节约很多资金.另外,光缆完全可以连续使用550米(1800英尺)的长度.

光纤技术为迎合未来的需要提供了不可比拟的弹性和扩展性.光纤可以提供比铜线高的多的带宽,这使得它被用于高级网络.光纤不漏光并且难于拼接,所以光纤网络很难被窃听,安全系数很高.

光纤优于铜线的原因是由于内部的物理结构不同.当电子沿铜线运动时,它们互相影响并且也会受到铜线外面的电子的影响.但是,光纤中的光子不仅不会互相影响(没有充放电),并且也不受光纤外光子的影响.

光纤由于具有重量轻,体积小,使用年限更久,没有辐射,无电磁干扰,低衰减,传输频宽大,不受雷击以及窃取讯号安全性高等等的优点,已普遍运用做主要干线( Trunk lines)的传输缆线.

目前对光纤的推展较不利的因素则如价格高昂与铺设的难度较高.

但是光纤的不利因素,由于光的传输是单向的,双向传输需要两根光纤或在一根光纤上的两个频段.最后,光纤接口的价格比电子接口贵.但是将来超过几米距离的所有固定线路的数字通信都有可能使用光纤.

微波

Micro Wave

微波以线行进方式进行通讯,因受到视线距离的限制,且因传送距离过长讯号会减弱,因此每隔约 30至 50公里便需架设一个中继站( Relay Station),并且须架设在至高点或架设高塔进行讯号传送.微波传输速度快(传输速率为 45Mbps),成本较低的优点,所以常被用来提供长途通讯服务如手机通讯.

卫星

Satellite

人造卫星是由人类建造,以太空飞行载具如火箭,航天飞机等发射到太空中,像天然卫星一样环绕地球或其它行星的装置.

通讯卫星( Communications Satellite)

通讯卫星传输的基本装置是地面通讯站,它可以传送及接收讯号,而通讯卫星部分则做为收发站( Space Station).

通讯卫星从地面通讯站接收讯号(Uplink),加强讯号,改变频率,然后再将讯号传送到另一个地面通讯站.

通讯卫星一般发射于离地面 35600公里的太空轨道上,当卫星绕行地球一圈的时间与地球自转速度相同时,称之为同步卫星(Synchronous Satellite),它所涵盖的通讯范围非常的广,只要有三个卫星就可以涵盖整个地球,达成全球通讯网络.

卫星电视讯号的传送系依赖卫星地面上链(Uplink)站,将讯号打上距地球三万六千公里的高轨同步卫星,而有线电视系统头端以卫星天线接收下链讯号,再以同轴或光纤网路传送到用户端.

太空垃圾

[2005]据统计,目前已经有约3000吨太空垃圾在绕地球飞奔.这其中大约有3.3亿个直径大于1毫米的物体,大到废弃卫星和各类航天器的金属部件,小到固体发动机点火产生的残渣和粉末.

卫星电视广播系统主要由四部分组成:

上行发射站,星载转发器,测控站,地球接收站.

上行发射站把节目制作中心送来的信号(可以是数字电视信号,数字广播,视频,音频,中频信号等)加以处理,经过调制,上变频和高功率放大,通过定向天线向卫星发射;同时也接收由卫星下行转发的微弱的微波信号,监测卫星转播节目的质量.

星载转发器用于接收地面上行站送来的上行微波信号,并将它放大,变频,再放大后,发射到地面服务区内.因此,星载转发器实际上是起一个空间中继站的作用,它应以最低附加噪声和失真传送电视广播信号.

地面接收站接收来自卫星的信号,经过低噪声放大,下变频为中频信号,中频信号经过调频,解调后得到基带信号,分别送到视频恢复电路和伴音解调电路,重新得到正常的视频信号和伴音信号,直接送到电视监视器或电视机,重现彩色图像和重放伴音,也可以重新调制到电视频道上传送给用户.

卫星通信的优势

利用卫星传输广播电视节目是卫星应用技术的重大发展,卫星通信同现在常用的电缆通信,微波通信等相比,有较多的优点,具体表现在以下几个方面:

●卫星通信的传播距离远.同步通信卫星可以覆盖最大跨度达一万八千公里的区域.在这个覆盖区的任意两点都可通过卫星进行通信,而微波通信一般是50公里左右设一个中继站,一颗同步通信卫星的覆盖距离相当于300多个微波中继站.

●卫星通信路数多,容量大.一颗现代通信卫星,可携带几十个转发器,可提供几十路电视和成千上万路电话.

●卫星通信质量好,可靠性高.卫星通信的传输环节少,不受地理条件和气象的影响,可获得高质量的通信信号.

●卫星通信运用灵活,适应性强.它不仅能实现陆上任意两点间的通信,而且能实现船与船,船与岸上,空中与陆地之间的通信,它可以组成一个多方向,多点的立体通信网.

●成本低.在同样容量,同样距离的条件下,卫星通信和其他通信设备相比,耗费的资金少,卫星通信系统的造价并不随通信距离的增加而提高,随着设计和工艺的成熟,成本还在不断降低.

依轨道种类区分:

地球静止轨道(GEO: Geostationary Orbit)

高轨道卫星,距离地表约36000公里高空,并且于赤道上绕行地球,又称同步轨道卫星

极轨道(Polar Orbit)

太阳同步准回归轨道(Synchronous near Recurrent Orbit)

卫星的种类

依轨道高度区分:

高轨道卫星(又称同步轨道卫星):高轨道卫星距离地表约36000公里高空,并且于赤道上绕行地球

中轨道卫星:中地球轨道

低轨道卫星(又称绕极卫星):低地球轨道

依卫星重量区分:

大型卫星(大于3000kg)>3吨

中型卫星(小于3000kg)<3吨

小型卫星(小于1000kg)<1吨

迷你型卫星(150kg)

微卫星(50kg)

卫星的种类

依卫星功能区分:

商业通讯卫星

科学卫星

军事卫星

依用途区分:

广播卫星:专为卫星电视设计及制造的人造卫星.

通信卫星:通讯卫星是目前与大家生活关系最密切的人造卫星.举凡电视的转播,个人的移动电话,与高速网络等和通讯有关的服务,都和通讯卫星脱离不了关系.

气象卫星:气象卫星的出现,使得人们得以掌握数日内的气候变化.气象卫星从遥远的太空中观测地球,不但能观测大区域天气的变化,针对小区域的天气变化做观察也一样是他的例行任务.一般我们在看新闻的天气预报时,主播背后的那幅卫星云图就是气象卫星的观测结果.气象卫星除了对地球天气与气候的观察外,他还能对所谓的太空天气做监测工作.如太阳表面的风暴便属此类.气象卫星还有其他功能.它能为诸如洪涝,森林大火等天然灾害提供监测情报,同时也能对诸如渔场资源,或土地资源提供一定的情报.如此可使各种天然资源开发与天灾救助达到事半功倍的效果.

卫星的种类

导航卫星:导航卫星一开始都是为了军事用途而设计的,而后由于民间的需求殷切,所以军方才将此技术解密释出.其中最著名,应用也最广的,便是原属于美国军方使用的全球卫星定位系统,其简称为GPS.全球卫星系统的使用,使得人类的交通更加安全,也更加有效率.尤其是对航行于茫茫大海中的船或广阔无际天空中的飞机,有了全球卫星定位系统,他们将不至于迷失方向,并且能将航道控制在最有效率的路线上.因此除了增加安全性外,更能进一步降低航运成本.同时不仅是海运与空运,其他如铁路运输均能借此提高运输效率.目前已有一些先进的车厂将此套设备安装在个人车辆上.其功用不但能当地图使用,更能借由地面的服务站为车主导引至最近的路线,甚至是避开塞车的麻烦.直到今日,全球卫星定位系统大多与其他种类的卫星相辅相成,使得前述的各种卫星有更精确的定位能力,有大大的提高了资料的可用性.

卫星的种类

地球观测卫星:这些卫星允许科学家聚集有价值的关于地球的生态系统的数据.

天文学卫星

侦查卫星

空间卫星

免拖曳卫星

科学技术卫星

预警卫星

反卫星卫星

卫星的种类

无线根据国际上所采用的通信技术种类可将无线传感器网络划分为无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)、低速率无线个域网(LR-WPAN)。以下是对各类网络各自常见和常用的通信技术进行简单介绍。

三、无线局域网(WLAN)

无线局域网是指以无线电波、红外线等无线媒介来代替目前有线局域网中的传输媒介(比如电缆)而构成的网络。无线局域网内使用的通信技术覆盖范围一般为半径100m左右，也就是说差不多几个房间或小公司的办公室。当然实际的覆盖范围受很多因素影响，比如通信区域中的高大障碍物。

IEEE

802.11系列标准是IEEE制订的无线局域网标准，主要对网络的物理层和媒质访问控制层进行规定，其中重点是对媒质访问控制层的规定。目前该系列的标准有：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，其中每个标准都有其自身的优势和缺点。

下面就IEEE已经制订且涉及物理层的4种IEEE 802.11系列标准：IEEE 802.11、IEEE802.11a、IEEE 802.11b和IEEE

802.11g进行简单介绍。

1.IEEE 802.11

IEEE

802.11是最早提出的无线局域网网络规范，是IEEE于1997年6月推出的，它工作于2.4GHz的ISM频段，物理层采用红外、跳频扩频(Frequency

Hopsping SpreadSpectrum，FHSS)或直接序列扩频(Direct Sequence Spread

Spectrum，DSSS)技术，其数据传输速率最高可达2Mbps，它主要应用于解决办公室局域网和校园网中用户终端等的无线接入问题。使用FHSS技术时，2.4GHz频道被划分成75个1MHz的子频道，当接收方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在IEEE

802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频方式避免了两个发送端同时采用同一个子频段;而DSSS技术将2.4GHz的频段划分成14个22MHz的子频段，数据就从14个频段中选择一个进行传送而不需要在子频段之间跳跃。由于临近的频段互相重叠，在这14个子频段中只有3个频段是互不覆盖的。IEEE

802.11由于数据传输速率上的限制，在2000年也紧跟着推出了改进后的IEEE

802.11b。但随着网络的发展，特别是IP语音、视频数据流等高带宽网络应用的需要，IEEE

802.11b只有11Mbps的数据传输率不能满足实际需要。于是，传输速率高达54Mbps的IEEE

802.11a和IEEE802.11g也都陆续推出。

2.IEEE 802.11b

IEEE 802.11b又称为Wi-Fi，是目前最普及、应用最广泛的无线标准。IEEE 802.11b工作于2.4GHz频带，物理层支持5.5

Mbps和11 Mbps两个速率。IEEE 802.11b的传输速率会因环境干扰或传输距离而变化，其速率在1 Mbps、2 Mbps、5.5 Mbps、11

Mbps之间切换，而且在1 Mbps、2 Mbps速率时与IEEE 802.11兼容。IEEE

802.11b采用了直接序列扩频DSSS技术，并提供数据加密，使用的是高达128位的有线等效保密协议(WiredEquivalent

Privacy，WEP)。但是IEEE 802.11b和后面推出的工作在5GHz频率上的IEEE802.11a标准不兼容。

从工作方式上看，IEEE

802.11b的工作模式分为两种：点对点模式和基本模式。点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式，即一台配置了无线网卡的计算机可以与另一台配置了无线网卡的计算机进行通信，对于小规模无线网络来说，这是一种非常方便的互联方案;而基本模式则是指无线网络的扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，这也是IEEE

802.11b最常用的连接方式。在该工作模式下，配置了无线网卡的计算机需要通过“无线接入点”才能与另一台计算机连接，由接入点来负责频段管理等工作。在带宽允许的情况下，一个接入点最多可支持1

024个无线节点的接入。当无线节点增加时，网络存取速度会随之变慢，此时通过添加接入点的数量可以有效地控制和管理频段。

IEEE

802.11b技术的成熟，使得基于该标准网络产品的成本得到很大的降低，无论家庭还是公司企业用户，无须太多的资金投入即可组建一套完整的无线局域网。当然，IEEE

802.11b并不是完美的，也有其不足之处，IEEE

802.11b最高11Mbps的传输速率并不能很好地满足用户高数据传输的需要，因而在要求高宽带时，其应用也受到限制，但是可以作为有线网络的一种很好的补充。

3.IEEE 802.11a

IEEE

802.11a工作于5GHz频带，但在美国是工作于U-NII频段，即5.15～5.25GHz、5.25～5.35GHz、5.725～5.825GHz三个频段范围，其物理层速率可达54

Mbps，传输层可达25Mbps。IEEE 802.11a的物理层还可以工作在红外线频段，波长为850～950纳米，信号传输距离约10m。IEEE

802.11a采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术，并提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，支持语音、数据、图像业务。IEEE

802.11a使用正交频分复用技术来增大传输范围，采用数据加密可达152位的WEP。

就技术角度而言，IEEE 802.11a与IEEE 802.11b之间的差别主要体现在工作频段上。由于IEEE 802.11a工作在与IEEE

802.11b不同的5GHz频段，避开了大量无线电子产品广泛采用的2.4GHz频段，因此其产品在无线通信过程中所受到的干扰大为降低，抗干扰性较IEEE

802.11b更为出色。高达54Mbps数据传输带宽，是IEEE 802.11a的真正意义所在。当IEEE

802.11b以其11Mbps的数据传输率满足了一般上网浏览网页、数据交换、共享外设等需求的时候，IEEE

802.11a已经为今后无线宽带网的高数据传输要求做好了准备，从长远的发展角度来看，其竞争力是不言而喻的。此外，IEEE

802.11a的无线网络产品较IEEE802.11b有着更低的功耗，这对笔记本电脑及PDA等移动设备来说也有着重大实用价值。

然而在IEEE 802.1la的普及过程中也面临着很多问题。首先，来自厂商方面的压力。IEEE 802.11b已走向成熟，许多拥有IEEE

802.11b产品的厂商会对IEEE

802.11a都持保守态度。从目前的情况来看，由于这两种技术标准互不兼容，不少厂商为了均衡市场需求，直接将其产品做成了“a+b”的形式，这种做法虽然解决了“兼容”问题，但也使得成本增加。其次，由于相关法律法规的限制，使得5GHz频段无法在全球各个国家中获得批准和认可。5GHz频段虽然令基于IEEE802.11a的设备具有了低干扰的使用环境，但也有其不利的一面，由于太空中数以千计的人造卫星与地面站通信也恰恰使用5GHz频段，这样它们之间产生的干扰是不可避免的。此外，欧盟也已将5GHz频率用于其自己制订的HiperLAN无线通信标准。

4.IEEE 802.11g

IEEE 802.11g是对IEEE

802.11b的一种高速物理层扩展，它也工作于2.4GHz频带，物理层采用直接序列扩频(DSSS)技术，而且它采用了OFDM技术，使无线网络传输速率最高可达54Mbps，并且与IEEE802.11b完全兼容。IEEE802.11g和IEEE802.11a的设计方式几乎是一样的。

IEEE 802.11g的出现为无线传感器网络市场多了一种通信技术选择，但也带来了争议，争议的焦点是围绕在IEEE 802.11g与IEEE

802.11a之间的。与IEEE

802.11a相同的是，IEEE802.11g也采用了OFDM技术，这是其数据传输能达到54Mbps的原因。然而不同的是，IEEE

802.11g的工作频段并不是IEEE 802.11a的工作频段5GHz，而是和IEEE 802.11b一致的2.4GHz频段，这样一来，使得基于IEEE

802.11b技术产品的用户所担心的兼容性问题得到了很好的解决。

从某种角度来看，IEEE 802.11b可以由IEEE 802.11a来替代，那么IEEE

802.11g的推出是否就是多余的呢?答案当然是否定的。IEEE

802.11g除了具备高数据传输速率及兼容性的优势外，其所工作的2.4GHz频段的信号衰减程度也不像IEEE 802.11a所在的5GHz那么严重，并且IEEE

802.11g还具备更优秀的“穿透”能力，能在复杂的使用环境中具有很好的通信效果。但是IEEE 802.11g工作频段为2.4GHz，使得IEEE

802.11g与IEEE 802.11b一样极易受到来自微波、无线电话等设备的干扰。此外，IEEE 802.11g的信号比IEEE

802.11b的信号能够覆盖的范围要小得多，用户需要通过添置更多的无线接入点才能满足原有使用面积的信号覆盖，这或许就是IEEE

802.11g能够具有高宽带所付出的代价吧!

IEEE 802.11系列4个标准的一些特性见表1-2。

四、无线个域网(WPAN)

从网络构成上来看，无线个域网WPAN(Wireless Personal Area

Networks)位于整个网络架构的底层，用于很小范围内的终端与终端之间的连接，即点到点的短距离连接。WPAN是基于计算机通信的专用网，工作在个人操作环境，把需要相互通信的装置构成一个网络，且无须任何中央管理装置及软件。用于无线个域网的通信技术有很多，如蓝牙、红外、UWB、HomeRF等，下面就几种主要的技术进行讲述。

1.蓝牙(Bluetooth)

蓝牙(Bluetooth)是由爱立信、英特尔、诺基亚、IBM和东芝等公司于1998年5月联合主推的一种短距离无线通信技术，它可以用于在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备或移动设备之间的网络互联，从而在各种数字设备之间实现灵活、安全、低功耗、低成本的语音和数据通信。蓝牙技术的一般有效通信范围为10m，强的可以达到100m左右，其最高速率可达1Mbps。

蓝牙技术运行在全球通行的、无须申请许可的2.4GHz频段。采用GFSK调制技术，传输速率达1Mbps;采用FHSS扩频技术，把信道分成若干个长为625μs的时隙，每个时隙交替进行发射和接收，实现时分双工。在2.402～2.480GHz频段内含有间隔为1MHz的79个跳频载频及一系列的跳频序列，跳频速率为1

600hops/s，每个时隙传送一个分组数据。蓝牙由于采用了时分双工，可以防止收发信机之间的串扰;采用跳频技术提高了设备抗干扰能力，以及提供了一定的安全保障，便于叠区组网。蓝牙采用电路交换和分组交换技术，可独立或同时支持异步数据信道和语音信道。每个同步语音信道数据速率为64kbps，语音信号编码采用脉冲编码调制或连续可变斜率增量调制方法。当采用非对称信道传输数据时，其速率可达723.2kbps;当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbps。蓝牙还使用了前向纠错(Forward

Error Correction，FEC)机制，从而抑制了长距离链路的随机噪声。

基于蓝牙技术的设备在网络中所扮演的角色有主设备和从设备之分。主设备负责设定跳频序列，从设备必须与主设备保持同步。主设备负责控制主从设备之间的业务传输时间与速率。在组网方式上，通过蓝牙设备中的主设备与从设备可以形成一点到多点的连接，即在主设备周围组成一个微微网，网内任何从设备都可与主设备通信，而且这种连接无须任何复杂的软件支持，但是一个主设备同时最多只能与网内的7个从设备相连接进行通信。同样，在一个有效区域内多个微微网通过节点桥接可以构成散射网。

蓝牙技术是一种新兴的技术，其传输使用的功耗很低，它可以应用到无线传感器网络中。同时，也可以广泛应用于无线设备(如PDA、手机、智能电话)、图像处理设备(照相机、打印机、扫描仪)、安全产品(智能卡、身份识别、票据管理、安全检查)、消遣娱乐(蓝牙耳机、MP3、游戏)、汽车产品(GPS、动力系统、安全气袋)、家用电器(电视机、电冰箱、电烤箱、微波炉、音响、录像机)、医疗健身、智能建筑、玩具等领域。如今日常生活中基于蓝牙技术的手机、耳机和笔记本电脑随处可见。

2.红外(IrDA)

IrDA是国际红外数据协会的英文缩写，IrDA技术是一种利用红外线进行点对点短距离通信的技术。IrDA技术的主要特点有：利用红外传输数据，无须专门申请特定频段的使用执照;具有对设备体积小、功率低的特点;由于采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较小，数据传输速率高，速率可达16Mbps。

由于IrDA使用红外线作为传播介质。红外线是波长在0.75～1000μm之间的无线电波，是人用肉眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内波长在0.75～25μm之间的近红外线。红外数据协会成立后，为保证不同厂商基于红外技术的产品能获得最佳的通信效果，规定所用红外波长在0.85～0.90μm之间，红外数据协会相继也制订了很多红外通信协议，有些注重传输速率，有些则注重功耗，也有二者兼顾的。

3.UWB

UWB(Ultra

Wideband)技术最初是被作为军用雷达技术开发的，它是一种不用载波，而采用时间间隔极短(小于1纳秒)的脉冲进行通信的方式，能在10m左右的范围内达到数百Mbps至数Gbps的数据传输速率。

4.HomeRF

HomeRF是由HomeRF工作组开发的，它是在家庭区域范围内的计算机和电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准，为家庭用户建立具有互操作性的音频和数据通信网带来了便利。

HomeRF是IEEE 802.11与DECT(Digital Enhanced Cordless Telephony)的结合。与前面所介绍的IEEE

802.11、IEEE

802.11b、蓝牙等无线通信技术一样，HomeRF工作在开放的2.4GHz频段，采用跳频扩频(FHSS)技术，跳频速率为50hops/s，共有75个带宽为1

MHz的跳频信道，室内覆盖范围约45m，调制方式为恒定包络的FSK调制，且分2FSK与4FSK两种，采用FSK调制可以有效地抑制无线通信环境下的干扰和衰落。2FSK方式下，最高数据的传输速率为1Mbps;4FSK方式下，速率可达2Mbps。在新的HomeRF

2.x标准中，采用了宽带跳频(Wide Band Frequency

Hopsping，WBFH)技术来增加跳频带宽，由原来的1MHz跳频信道增加到3MHz和5MHz，跳频的速率也提高到75hops/s，数据传输速率峰值达10Mbps。

HomeRF是对现有无线通信标准的综合和改进。HomeRF把共享无线接入协议(SWAP)作为网络的技术指标，当进行数据通信时，采用简化的IEEE

802.11标准，沿用类似于以太网技术中的载波监听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)方式;当进行语音通信时，则采用DECT无线通信标准，使用TDMA技术。HomeRF提供了对流媒体真正意义上的支持，其规定了高级别的优先权并采用了带有优先权的重发机制，这样就满足了播放流媒体所需的高带宽、低干扰、低误码要求。

目前HomeRF技术仅获得了少数公司的支持，并且由于在抗干扰能力等方面与其他技术标准相比也存在不少缺陷，这些使得HomeRF技术的应用和发展前景受到限制，又加上这一标准推出后，市场策略定位不准、后续研发与技术升级进展迟缓，因此，从2000年之后，HomeRF技术开始走下坡路，2001年HomeRF的普及率降至30%，逐渐丧失市场份额。尤其是芯片制造巨头英特尔公司决定在其面向家庭无线网络市场的AnyPoint产品系列中增加对IEEE802.11b标准的支持后，HomeRF的发展前景比较不乐观。这样看来，HomeRF很难冲出只能在家庭里应用的限制。

5.IEEE 802.15.1

IEEE

802.15.1标准是IEEE批准的用于无线个域网的蓝牙技术标准，它是由蓝牙标准演变而来的。该标准手2002年推出，但是在实施过程中进行了修改，于2005年发布了它的修正版。

目前国际上RFID的标准还不统一，很多公司企业都推出各自的标准，而且之间互不兼容。全球主要有两大阵营：欧美的Auto-ID

Center与日本的Ubiquitous ID

Center(UID)。前者的领导组织是美国的EPC环球协会，旗下有沃尔玛集团、英国Tesco等企业，同时有IBM、微软、飞利浦、Auto-ID

Lab等公司提供技术支持;后者主要由日本厂商组成。欧美的EPC标准采用860～930MHz的UHF频段，电子标签的信息位数为96位，日本RFID标准采用2.45GHz和13.56MHz的频段，其电子标签的信息位数为128位。

RFID技术可运用在很多方面，其典型应用有物流和供应链管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件与快运包裹处理、文档追踪、图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制、电子门票和道路自动收费等。

五、低速率无线个域网(LR-WPAN)

1.IEEE 802.15.4/ZigBee

IEEE 802.15.4是为满足低功耗、低成本的无线传感器网络要求而专门开发的低速率WPAN标准。IEEE

802.15.4工作在ISM频段，它定义了2.45GHz频段和868/915

MHz频段两个物理层，这两个物理层都采用直接序列扩频(DSSS)技术。在2.45GHz频段有16个速率为250kbps的信道，在868

MHz频段有1个20kbps的信道，在915MHz频段有l0个40kbps的信道。IEEE 802.15.4有如下优点。

①网络能力强：IEEE 802.15.4具有卓越的网络能力，在基于IEEE 802.15.4的网络中，可对多达254个网络设备进行动态寻址。

②适应性好：IEEE

802.15.4可与现有控制网络标准无缝集成。通过网络协调器可自动建立网络，采用载波监听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)方式进行信道存取。

③可靠性高：IEEE 802.15.4提供全握手协议，能可靠地传递数据。

ZigBee建立在IEEE

802.15.4标准上，并确定了可以在不同制造商之间共用的应用协议，是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据传输速率、低成本的无线传感器网络技术。它依据IEEE

802.15.4标准，可在众多的传感器节点之间相互协调实现通信。

ZigBee技术具有以下特点：

①数据传输速率低：只有10～250kbps的带宽，因而它专注于低数据传输方面应用。

②功耗低、成本低：由于工作周期很短，并且在应用中采用了休眠模式，那么收发信息功耗较低。ZigBee数据传输速率低，协议简单，这大大降低了成本。

③

网络容量大：ZigBee支持星状、片状和网状网络结构，一个基于ZigBee的网络可以容纳最多254个从设备和1个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络。

④时延短：通常时延都在15～30ms之间，因此在对实时性要求高的自动控制领域，ZigBee有着很好的应用和推广。

⑤高安全性：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴定功能，采用AES-128加密算法。

⑥

有效范围小：ZigBee的通信有效覆盖范围在10～75m之间，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境，其具体通信范围受实际发射功率的大小和各种不同应用模式的影响。

ZigBee主要应用在距离短、功耗低且传输速率要求不高的各种电子设备之间，典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据。因而它的应用目标主要是：工业控制(如自动控制设备、无线传感器网络)、医护(如监视和传感)、家庭智能控制(如照明、水电气计量及报警)、消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域。

2.Z-Wave

Z-Wave是Z-Wave联盟推出的一种基于射频的、低成本、低功耗、适用于无线传感器网络的高可靠性的无线通信技术。目前Z-Wave主要专注于家庭自动化领域，主要包括照明系统控制、读取仪表(水、气、电)、家用电器功能控制、身份识别、能量管理系统等。

Z-Wave属于低速率无线个域网通信技术，其工作频段为908MHz

ISM频带，其着力于窄带宽应用。Z-Wave的带宽只有9.6kbps，因而它也不适合用于高数据传输的应用，由于家用自动化系统中传输的数据量不多，所以其9.6kbps的带宽已经足够了。Z-Wave的传输距离为室内大于30m，室外大于10m，但这些都只是在单段传输时距离的理论值，实际的传输距离受发射功率的大小、应用模式及网络中中继节点的使用情况等因素的影响。由于Z-Wave和前面介绍的很多无线通信技术一样工作在ISM频段，那样其所受到的干扰很多，但是Z-Wave通过使用冗余的传送机制来降低干扰，利用浓缩帧格式和随机插入算法保证在网内设备之间高可靠性地进行通信。

总之，根据Z-Wave结构简单，成本低，功耗低，可靠性高，安全性高和其网络易管理等特征，Z-Wave在家庭自动化领域的市场中将会占有一席之地。

3.Insteon

Insteon是一种复杂度低，功耗低，数据传输速率低，成本低的双向混合通信技术，具有即时响应，易安装，易使用，经济可靠和与X10兼容的特点。Insteon被称为混合通信技术是因为它通过电力线和无线两种方式来实现家庭设备间的互联。Insteon网络是点对点通信的网状网结构，因而网络中所有设备的角色是对等的，都能发送报文、接收报文及转发报文，但是出于节能方面考虑，一般都不转发报文。

家庭网络中单独使用电力线或ISM频段都存在很多问题。单独使用无线通信时，无线设备要受到其他设备的干扰且无线信号在家庭环境中有很强的多径效应。使用电力线存在相位桥接和有严重电流噪声。为了解决这些问题，lnsteon通过电力线和无线构成的双线网状网络，改善了单一介质传输中的问题，提高了网络的可靠性。

Insteon网络工作在131.65kHz的电力线和904MHz的ISM频段上，采用CSMA实现MAC层的访问。当工作在131.65

kHz时，它采用BPSK调制方式，突发数据速率为13165bps，平均数据速率为2

880bps;当工作在904MHz时，它采用FSK调制方式，无线突发数据速率为38400bps。

根据Insteon的空中接口规范，用电力线上的零交叉点可实现电力线设备和无线设备全网同步。Insteon网络中有标准报文和扩展报文两种，其中电力线上传输的报文长度与无线传输的报文长度不一样，传输时报文需要分割成多个分组，每个分组中需要加入额外的同步比特，且只能在1.823ms的零交叉期间(电压零点前0.8ms至后1.023

ms)传输，每个零交叉期间传输的24bit，标准报文和扩展报文长度分别为120bit、264bit，因此传输一个标准报文需6个零交叉，最后一个为静默期，传输一个扩展报文需13个零交叉，最后两个为静默期。无线信道上的标准报文和扩展报文分别为112bit和224bit，需要时间为2.708ms和5.625

ms。

Insteon技术利用联播转发机制，因而不需要路由机制，也不需要网络中心控制器。联播转发为接收报文的设备，在报文转发跳数为非零，目的地址与自己不相符的情况下，在下一个发送周期转发该报文。联播转发机制有两个优点：省略路由，简化设备;提高报文传输的可靠性。

4.HomePlug

也是使用tcp/ip协议通信传输网络，和有线网大同小异，只是传输介质不同，有线使用铜线介质传输，无线使用无线电波传输，这样无线电有频率和波段，大多数咱们使用的无线路由器WiFi都是2.4G或5G波段的信号传输。

与有线传输相比，无线传输具有许多优点。或许最重要的是，它更灵活。无线信号可以从一个发射器发出到许多接收器而不需要电缆。所有无线信号都是随电磁波通过空气传输的，电磁波是由电子部分和能量部分组成的能量波。

在无线通信中频谱包括了9khz到300000Ghz之间的频率。每一种无线服务都与某一个无线频谱区域相关联。无线信号也是源于沿着导体传输的电流。电子信号从发射器到达天线，然后天线将信号作为一系列电磁波发射到空气中。

信号通过空气传播，直到它到达目标位置为止。在目标位置，另一个天线接收信号，一个接收器将它转换回电流。接收和发送信号都需要天线，天线分为全向天线和定向天线。在信号的传播中由于反射、衍射和散射的影响，无线信号会沿着许多不同的路径到达其目的地，形成多径信号。

无线通信原理——基本原理

无线通信是利用电波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。简单讲，无线通信是仅利用电磁波而不通过线缆进行的通信方式。

1，无线频谱

所有无线信号都是随电磁波通过空气传输的，电磁波是由电子部分和能量部分组成的能量波。声音和光是电磁波得两个例子。无线频谱(也就是说，用于广播、蜂窝电话以及卫星传输的波)中的波是不可见也不可听的——至少在接收器进行解码之前是这样的。

“无线频谱”是用于远程通信的电磁波连续体，这些波具有不同的频率和波长。无线频谱包括了9khz到300 000Ghz之间的频率。每一种无线服务都与某一个无线频谱区域相关联。例如，AM广播涉及无线通信波谱的低端频率，使用535到1605khz之间的频率。

当然，通过空气传播的信号不一定会保留在一个国家内。因此，全世界的国家就无线远程通信标准达成协议是非常重要的。ITU就是管理机构，它确定了国际无线服务的标准，包括频率分配、无线电设备使用的信号传输和协议、无线传输及接收设备、卫星轨道等。如果政府和公司不遵守ITU标准，那么在制造无线设备的国家之外就可能无法使用它们。

2，无线传输的特征

虽然有线信号和无线信号具有许多相似之处——例如，包括协议和编码的使用——但是空气的本质使得无线传输与有线传输有很大的不同。

正如有线信号一样，无线信号也是源于沿着导体传输的电流。电子信号从发射器到达天线，然后天线将信号作为一系列电磁波发射到空气中。信号通过空气传播，直到它到达目标位置为止。在目标位置，另一个天线接收信号，一个接收器将它转换回电流。

3，天线

每一种无线服务都需要专门设计的天线。服务的规范决定了天线的功率输出、频率及辐射图。

无线信号传输中的一个重要考虑是天线可以将信号传输的距离，同时还使信号能够足够强，能够被接收机清晰地解释。无线传输的一个简单原则是，较强的信号将传输的比较弱的信号更远。

正确的天线位置对于确保无线系统的最佳性能也是非常重要的。用于远程信号传输的天线经常都安装在塔上或者高层的顶部。从高处发射信号确保了更少的障碍和更好的信号接收。

4，信号传播

在理想情况下，无线信号直接在从发射器到预期接收器的一条直线中传播。这种传播被称为“视线”(Line Of Sight,LOS)，它使用很少的能量，并且可以接收到非常清晰的信号。不过，因为空气是无制导介质，而发射器与接收器之间的路径并不是很清晰，所以无线信号通常不会沿着一条直线传播。当一个障碍物挡住了信号的路线时，信号可能会绕过该物体、被该物体吸收，也可能发生以下任何一种现象：发射、衍射或者散射。物体的几何形状决定了将发生这三种现象中的那一种。

(1)反射、衍射和散射

无线信号传输中的“反射”与其他电磁波(如光或声音)的反射没有什么不同。波遇到一个障碍物并反射——或者弹回——到其来源。对于尺寸大于信号平均波长的物体，无线信号将会弹回。例如，考虑一下微波炉。因为微波的平均波长小于1毫米，所以一旦发出微波，它们就会在微波炉的内壁(通常至少有15cm长)上反射。究竟哪些物体会导致无线信号反射取决于信号的波长。在无线LAN中，可能使用波长在1~10米之间的信号，因此这些物体包括墙壁、地板天花板及地面。

在“衍射”中，无线信号在遇到一个障碍物时将分解为次级波。次级波继续在它们分解的方向上传播。如果能够看到衍射的无线电信号，则会发现它们在障碍物周围弯曲。带有锐边的物体——包括墙壁和桌子的角——会导致衍射。

“散射”就是信号在许多不同方向上扩散或反射。散射发生在一个无线信号遇到尺寸比信号的波长更小的物体时。散射还与无线信号遇到的表面的粗糙度有关。表面也粗糙，信号在遇到该表面是就越容易散射。在户外，树木会路标都会导致移动电话信号的散射。

另外，环境状况(如雾、雨、雪)也可能导致反射、散射和衍射

(2)多路径信号

由于反射、衍射和散射的影响，无线信号会沿着许多不同的路径到达其目的地。这样的信号被称为“多路径信号”。多路径信号的产生并不取决于信号是如何发出的。它们可能从来源开始在许多方向上以相同的辐射强度，也可能从来源开始主要在一个方向上辐射。不过，一旦发出了信号，由于反射、衍射和散射的影响，它们就将沿着许多路径传播。

无线信号的多路径性质既是一个优点又是一个缺点。一方面，因为信号在障碍物上反射，所以它们更可能到达目的地。在办公楼这样的环境中，无线服务依赖于信号在墙壁、天花板、地板以及家具上的反射，这样最终才能到达目的地。

多路径信号传输的缺点是因为它的不同路径，多路径信号在发射器与接收器之间的不同距离上传播。因此，同一个信号的多个实例将在不同的时间到达接收器，导致衰落和延时。

5，固定和移动

每一种无线通信都属于以下两个类别之一：固定或移动。在“固定”无线系统中，发射器和接收器的位置是不变的。传输天线将它的能量直接对准接收器天线，因此，就有更多的能量用于该信号。对于必须跨越很长的距离或者复杂地形的情况，固定的无线连接比铺设电缆更经济。

不过，并非所有通信都适用固定无线。例如，移动用户不能使用要求他们保留在一个位置来接收一个信号的服务。相反，移动电话、寻呼、无线LAN以及其它许多服务都在使用“移动”无线系统。在移动无线系统中，接收器可以位于发射器特定范围内部的任何地方。这就允许接收器从一个位置移动到另一个位置，同时还继续接受信号。

具体的数据传输原理是一样的：数据是0和1任何复杂的数据都是通过0和1表达出来的比如说发送您好两个字还原成最本质的数据就是一串0和1混在一起的数字而0和1对于物理层来说就是两种状态所以理论上任何能表示两种状态的物理现象并且可以传播的都可以用于传输数据包括光电电磁波等等

比如说可以用灯灭表示0灯亮表示1那我在远处对着你恍恍手电筒就完成了一次无线传输。

而对于日常用到的无线传输采用的是电磁波的方式

电磁波的传输原理大概是：电流流过导体时会对周围产生电磁波而导体在电磁波环境中会产生电流

这样我这边用一根铁棍两边接上电然后控制铁棍中的电流就会在空间中产生一定规律的电磁波而对应的另一方在我产生的电磁波的范围内放另一根铁棍这根铁棍里就会产生有规律的电流这样就完成了物理层面上最基本的两种状态的表达从而传输了数据。

通常我们管这样的铁棍叫做天线

目前

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