物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)-無(wú)線傳感網(wǎng)-第二課-徐憲清74(已修改)
2025-01-24 19:48 本頁(yè)面
【正文】 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) The Inter of Things Technology 徐憲清 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 通常傳感器節(jié)點(diǎn)的通信覆蓋范圍只有幾十米到幾百米，人們要考慮如何在有限的通信能力條件下，完成探測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。 無(wú)線通信是傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 物 理 層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng) 絡(luò) 層 傳 輸 層 應(yīng) 用 層 能 量 分 配 移 動(dòng) 管 理 應(yīng) 用 優(yōu) 化 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)： 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 第一部分 傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信與組網(wǎng)技術(shù) 物理層 一 MAC層協(xié)議 二 路由協(xié)議 三 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 第一部分 傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信與組網(wǎng)技術(shù) 物理層 一 MAC層 二 路由協(xié)議 三 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 1. 物理層 物理層概述 物理層的基本概念 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中物理層考慮的是 怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)的比特流 。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (International Organization for Standardization, IOS)對(duì)開放系統(tǒng)互聯(lián) (Open System Interconnection， OSI)參考模型中物理層的定義如下：物理層為建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間的二進(jìn)制比特傳輸?shù)奈锢磉B接，提供機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程性的特性。 從定義可以看出，物理層的特點(diǎn)是負(fù)責(zé)在物理連接上傳輸二進(jìn)制比特流，并提供為建立、維護(hù)和釋放物理連接所需要的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程的特性。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 物理層的主要功能如下： ①為數(shù)據(jù)終端設(shè)備 (Data Terminal Equipment， DTE)提供傳送數(shù)據(jù)的通路。 ②傳輸數(shù)據(jù)。 ③其他管理工作。 如信道狀態(tài)評(píng)估、能量檢測(cè)等等 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 通常物理接口標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理接口的四個(gè)特性進(jìn)行了描述： ① 機(jī)械特性 。它規(guī)定了物理連接時(shí)使用的可接插連接器的形狀和尺寸，連接器中的引腳數(shù)量和排列情況等。 ② 電氣特性 。它規(guī)定了在物理連接上傳輸二進(jìn)制比特流時(shí)，線路上信號(hào)電平高低、阻抗以及阻抗匹配、傳輸速率與距離限制。 ③ 功能特性 。它規(guī)定了物理接口上各條信號(hào)線的功能分配和確切定義。物理接口信號(hào)線一般分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線和地線。 ④ 規(guī)程特性 。它定義了信號(hào)線進(jìn)行二進(jìn)制比特流傳輸線的一組操作過(guò)程，包括各信號(hào)線的工作規(guī)則和時(shí)序。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 無(wú)線通信物理層的主要技術(shù) 無(wú)線通信物理層的主要技術(shù)包括 介質(zhì)的選擇 、 頻段的選擇 、 調(diào)制技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù) 。 (1)介質(zhì)和頻段選擇 無(wú)線通信的介質(zhì)包括電磁波和聲波。電磁波是最主要的無(wú)線通信介質(zhì)，而聲波一般僅用于水下的無(wú)線通信。根據(jù)波長(zhǎng)的不同，電磁波分為無(wú)線電波、微波、紅外線、毫米波和光波等，其中無(wú)線電波在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 無(wú)線電按波長(zhǎng)和頻率分 長(zhǎng)波：波長(zhǎng) 1000，頻率 300KHz30KHz 中波：波長(zhǎng) 100M1000M,頻率 300KHz3000KHz 短波 :波長(zhǎng) 100M10M，頻率 3MHz～ 30MHz 超短波：波長(zhǎng) 1M10M，頻率 30MHz300MHz,亦稱甚高頻（ VHF）波、米波 微波 :波長(zhǎng) 1M1MM,頻率 300MHz300KMHz。 無(wú)線電按用途分：民用、商用、軍用 民用：一般指我們聽得無(wú)線廣播，一般沒有太高的波段 商用：機(jī)場(chǎng)、通訊運(yùn)營(yíng)商使用的無(wú)線電 軍用：軍事用途。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 無(wú)線電波是容易產(chǎn)生，可以傳播很遠(yuǎn)，可以穿過(guò)建筑物，因而被廣泛地用于室內(nèi)或室外的無(wú)線通信。無(wú)線電波是全方向傳播信號(hào)的，它能向任意方向發(fā)送無(wú)線信號(hào)，所以發(fā)射方和接收方的裝置在位置上不必要求很精確的對(duì)準(zhǔn)。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 無(wú)線電波的傳播特性與頻率相關(guān)。如果采用較低頻率，則它能輕易地通過(guò)障礙物，但電波能量隨著與信號(hào)源距離 r的增大而急劇減小，大致為 1/r3。如果采用高頻傳輸，則它趨于直線傳播，且受障礙物阻擋的影響。無(wú)線電波易受發(fā)動(dòng)機(jī)和其它電子設(shè)備的干擾。 另外，由于無(wú)線電波的傳輸距離較遠(yuǎn)，用戶之間的相互串?dāng)_也是需要關(guān)注的問(wèn)題，所以每個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有關(guān)于無(wú)線頻率管制方面的使用授權(quán)規(guī)定。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 ISM頻段 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 (2)調(diào)制技術(shù) 調(diào)制和解調(diào)技術(shù)是無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通常信號(hào)源的編碼信息（即信源）含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)往往不能作為傳輸信號(hào)，因而要將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號(hào)，以便于進(jìn)行信道傳輸。通常將帶通信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有很大的影響，采用什么方法調(diào)制和解調(diào)往往在很大程度上決定著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。根據(jù)調(diào)制中采用的基帶信號(hào)的類型，可以將調(diào)制分為 模擬調(diào)制 和 數(shù)字調(diào)制 。 模擬調(diào)制 是用模擬基帶信號(hào)對(duì)高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著模擬基帶信號(hào)的變化而變化。 數(shù)字調(diào)制 是用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)高頻載波的某一參量進(jìn)行控制，使高頻載波隨著數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。目前通信系統(tǒng)都在由模擬制式向數(shù)字制式過(guò)渡，因此數(shù)字調(diào)制已經(jīng)成為了主流的調(diào)制技術(shù)。 該參量可以是信號(hào)的幅度、頻率或相位 。 集成電路與物聯(lián)網(wǎng)工程 根據(jù)原始信號(hào)所控制參量的不同，調(diào)制分為 幅度調(diào)制 （ Amplitude Modulation, AM）、 頻率調(diào)制 （ Frequency Modulation, FM）和 相位調(diào)制 （ Phase Modulation, PM）。 當(dāng)數(shù)字調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制矩形全占空脈沖序列時(shí)，由于該序列只存在“有電”和“無(wú)電”兩種狀態(tài)，因而可以采用電鍵控制，被稱為鍵控信號(hào)，所以上述數(shù)字信號(hào)的調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相分別又被稱為幅移鍵控 (Amplitude Shift Keying, ASK)
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