新兴自组织无线网络技术
ZIGBEE技术简介
ZIGBEE技术简介一、ZIGBEE是什么技术ZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术；ZigBee 采取了IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层；ZigBee 的主要应用领域包括无线数据采集、无线工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制、远程网络控制等场合；ZigBee 无线可使用的频段有3 个，分别是2.4GHz 的ISM 频段、欧洲的868MHz 频段、以及美国的915MHz 频段，而不同频段可使用的信道分别是16 、 1 、10 个，在中国采用2.4G频段，是免申请和免使用费的频率。
二、ZIGBEE设备功能ZigBee 网络协调器也就是网络的中心节点；ZIGBEE 全功能设备(FFD)也就是网络中的路由或中继；精简功能设备(RFD)也就是网络中的终端节点。
三、ZIGBEE特点ZigBee 技术优势ZigBee 技术在低功耗、低成本和组网能力具有无可比拟的应用优势。
ZigBee 技术标准ZigBee 和802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近；ZigBee 无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。
ZigBee 技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成本应用。
ZigBee 网络比较ZigBee 无线的传输带宽在20-250KB/s范围，适合传感器数据采集和控制数据的传输；ZigBee 无线可以组建大规模网络，网络节点容量达到65535个，具有非常强大的组网优势；ZigBee 技术特有的低功耗设计，可以保证电池工作很长时间。
ZigBee 网络结构ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和MESH网状网，可以根据实际项目需要来选择合适的网络结构；MESH 网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能；星型和族树型网络适合点多多点、距离相对较近的应用。
无线传感器网络技术的发展及应用
无线传感器网络技术的发展及应用概述无线传感器网络技术（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种新兴的信息通信技术，它在短距离内构建无线网络，利用传感器节点进行信息采集、处理和传输。
自20世纪90年代初至今，WSN技术在农业、环境监测、智能交通、医疗、工业控制等领域得到了广泛的应用，并取得了显著的成就。
本文将介绍WSN技术的相关概念、发展历程、特点、应用及未来展望。
概念与发展历程WSN是由大量的微型无线传感器节点组成的自组织网络，用于对物理环境和特定目标进行无线监测、控制和反馈。
WSN的发展可以追溯到上世纪80年代起，当时美国国防部对无线传感器的需求日益增加，有关方面开始探索无线传感器网络的理论和实践。
在上世纪90年代初，美国传感器技术公司（Sensor Technologies）开始推出一些小型、低功耗的无线传感器，这标志着WSN技术开始向商业化发展。
进入21世纪后，WSN技术方兴未艾，许多学者和企业开始积极研究和推广WSN技术，连续发表了一系列重要的研究成果，如LEACH（低能耗自适应簇层协议）协议、TinyOS（一个基于分布式操作系统的WSN平台）等等。
近年来，WSN技术的应用初始化，越来越广泛，涉及领域也越来越多。
特点无线传感器网络技术的最显著的特点之一是低成本。
由于无线传感器节点规模小、硬件简单等原因，WSN技术的成本较低。
另外，WSN还具有灵活的配置和动态的部署、高容错性和自组织性、对环境的适应性强、实时性好等特点。
这些优点为WSN技术在实际应用中带来了很大的便利和可行性。
应用WSN技术在多个领域的应用表现抢眼，下面将对其中几个领域进行简要介绍。
一、农业领域农业是一个复杂的生态系统，在此系统中，无线传感器网络技术可用于监测土壤湿度、温度、湿度、气压、光照等环境条件，为农业生产提供实时性的基础信息，全面提升农业生产水平。
此外，WSN技术还可用于智能化的农耕机械自动化控制等方面。
新兴自组织无线网络技术(AdHoc无线网络)
和其它宽带网络的集成
3G/HSDPA/WiMAX Internet
方便的宽带无线接入方案
Internet
光纤骨干网
MESH Wi-Fi 接入网
有线或WiMAX
在城域中的运用
与其他移动通信技术的结合
移动现场办案
AP和终端都可移动 “网格化布警”
现场布控/紧急通信
宽带无线小区接入
校园/医院/大型企业宽带无线专网
MANET routing protocols
discover routes
Source routing
on-demand (re-active) Variation of
按需路由
distant vector?
DSR
AODV, ABR, TORA
Maintain updated routes (pro-active)
任意的网络拓扑。可独立工作，也可与Internet 或蜂窝无线网络连接。
一种新的组网技术，可以和其他许多平台结合使用！
Overview---自组织功能
Overview ---动态变化的网络拓扑
Overview ---自动最佳路由选择-1
Overview--自动最佳路由选择-2
有线回传 最佳路由 备选替换路由
Overview ---自动路由保护/恢复
Overview---无缝漫游
支持移动IP功能
有线回传 最佳路由 备选替换路由
Overview---方便扩展
关键技术问题
• MAC---碰撞/冲突避免、隐藏和暴露终端问题
• 网络自组织技术（自动组网，相邻发 现等）
• 自组织路由协议的设计和开发（自动 路由建立、维护和恢复等）
传感网的自适应与自组织特性分析
传感网的自适应与自组织特性分析随着科技的不断发展，传感网作为一种新兴的通信技术，已经广泛应用于各个领域。
传感网是由大量的分布式传感器节点组成的网络，这些节点能够感知环境中的各种信息，并将其传输到中心节点进行处理和分析。
传感网具有自适应与自组织的特性，使其在实际应用中具有很大的优势。
首先，传感网具有自适应的特性。
传感节点能够根据环境的变化自动调整其工作状态和通信方式。
例如，在环境温度升高时，传感节点可以自动调整其采样频率和传输速率，以减少能量消耗。
这种自适应能力使传感网能够适应不同的环境条件，并保持高效的工作状态。
其次，传感网具有自组织的特性。
传感节点之间可以通过无线通信建立连接，并自动组成一个网络。
传感节点之间可以根据自身的位置和能力进行协作，共同完成特定的任务。
例如，在环境监测中，传感节点可以根据自身位置和测量范围，自动调整节点之间的通信距离和传输功率，以实现全面的监测覆盖。
这种自组织能力使传感网具有更好的灵活性和可扩展性。
传感网的自适应与自组织特性使其在许多领域具有广泛的应用前景。
首先，在环境监测领域，传感网可以实时感知环境中的温度、湿度、气体浓度等信息，并将其传输到中心节点进行分析和预警。
这对于环境保护和生态监测具有重要意义。
其次，在智能交通领域，传感网可以实时感知道路交通状况，并根据实时数据进行智能调度和路线规划，提高交通效率和安全性。
再次，在农业领域，传感网可以监测土壤湿度、光照强度等参数，并根据实时数据进行灌溉和施肥，提高农作物的产量和质量。
然而，传感网的自适应与自组织特性也面临一些挑战。
首先，传感节点的能量供应是一个关键问题。
传感节点通常由电池供电，能量消耗是一个重要的考虑因素。
如何通过优化算法和能量管理策略，延长传感节点的工作寿命，是一个需要解决的问题。
其次，传感节点之间的通信和协作也是一个挑战。
传感节点的通信距离有限，如何通过优化网络拓扑和路由算法，实现节点之间的高效通信和协作，是一个需要解决的问题。
Zigbee技术及其应用技术
Zig bee技术及其应用2013-09-21 21:37:38|分类：Zigbee技术|标签：ziqbee通信组网应川|字号订阅ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。
ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。
其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。
乙gBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复朵度、快速、可靠、安全。
ZigBee网络中设备的可分为协调器(Coordinator)＞汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。
⑴与此同时，中国物联网校企联盟认为:zigbee作为一种短距离无线通信技术,山于其网络可以便捷的为用户提供无线数抓传输功能,因此在迦阳领域具有非常强的可应用性。
起源ZigBee译为”紫蜂”,它与蓝牙相类似。
是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(Sensor and Control)o由IEEE 802.15工作组中提出,并由其TG4工作组制定规范。
2001 年8 月，ZigBee Alliance 成立。
2004年，ZigBee V1.0诞生。
它是Zigbee规范的第一个版本。
由于推出仓促，存在一些错误。
2006年，推出ZigBee 2006,比较完善。
2007年底，ZigBee PRO推出。
2009年3月，Zigbee RF4CE推出，具备更强的灵活性和远程控制能力。
2009年开始，Zigbee釆用了IETF的IPv6 6Lowpan标准作为新一代智能电网Smart Energy(SEP 2.0)的标准，致力于形成全球统一的易于与互联网集成的网络，实现端到端的网络通信。
随着美国及全球智能电网的建设，Zigbee将逐渐被IPv6/6Lowpan标准所取代。
ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4,即其眇理屋和媒体访问控制层直接使用了IEEE 802.15.4的定义。
2012无线网络技术复习题
无线网络习题一、填空题：1.802.16a是一项新兴的（无线城域网）技术。
2.IEEE802.11a能够提供（6--54）Mbit/s数据速率。
3.天线按方向性分类，可分为定向天线和（全向）天线。
4.以太网100BASE-TX标准规定的传输介质为（五类双绞线）。
5.IEEE802.11g与IEEE802.11 （b ）兼容。
6.无线城域网采用（IEEE802.16 ）系列协议。
7.自从加入移动特性而产生（IEEE 802.16e）标准之后，WiMAX就具备了高速移动特性和高带宽接入特性。
8.蓝牙和紫蜂技术是无线（个）域网的技术。
9.无线Mesh网络（wmn ），也称为无线（网状）网。
10.可以认为，无线传感器网络就是一种特殊的移动（ad hot ）网络。
11.无线广域网采用（IEEE802.20 ）系列协议。
12.WLAN系统架设中天线的选择：如狭长地带的覆盖，可以选择定向天线；开阔地可用( 非定向)。
13.802.11b/g提供(3 )个互不相交的通讯通道，分别为( 1 6 11 ) 。
14.802.11a的最大速率(54 ) ，802.11g的最大速率( 54 ) ，802.11b的最大速率( 11 )。
15.如用户需要在WLAN网络中实现漫游功能，多台AP必须使用相同( ssid ) 。
16.有线以太网采用CSMA/CD保证通信，在无线网络中采用(CSMA/CA )协议保证通信。
17.广义上的网络是指由(节点)和( 连接关系) 构成的图。
18.现代信息网络主要包括(电信通信网络，广播电视网络，计算机专用网，工业和军事专用网) 四个部分。
19.传统的BW A技术主要包括( lmds mmds) 两个部分。
宽带无线接入Local Multipoint Distribution Services的缩写，中文译作区域多点传输服务。
这是一种微波的宽带业务，工作在28GHz附近频段，在较近的距离双向传输话音、数据和图像等信息。
ZigBee技术与应用介绍
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入 各种设备。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近 距离无线组网通讯技术。
ZigBee概述
❖ZigBee的起源
工业自动化和家庭智能化对无线数据通信的需求越 来越强烈，而蓝牙技术对于这一领域显然有一定的 局限。
ZigBee技术体系
❖ZigBee网络设备类型
设备类型
拓扑类型 可否成为协调器 通话对象
全功能设备 （FFD）
星形，树形，网状
可以
任何ZigBee设备
简化功能设 协调器通话
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网 络可以通过多级跳的方式来通信；该拓扑结构还可以组 成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。
网络的自组织自语能力强
■ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感 知其他节点的存在，并确定连结关系，组成结构化的网络； ■ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发 生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网 络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统 仍然能正常工作。
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee通信可靠性保 通证信可靠机制
■ZigBee采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，同时为需要 固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的 竞争和冲突；明晰的信道检测 ■MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数 据包都必须等待接受方的确认信息。
自组织网络在无人机卫通链路中的应用和优化研究
Telecom Power Technology设计应用技术自组织网络在无人机卫通链路中的应用和优化研究亢超（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北随着科技发展水平的提升，自组织网络技术水平越来越高，将其应用在无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）中，具有覆盖面广、安全可靠性高、数据传输速度高的应用优势。
因此，详细分析自组织网络在无人机卫通链路中的应用和优化，提高对自组织网络技术的研究力度，重点研究自组织网络在无人机中的应用方式，从而充分展现自组织网络在无人机卫通链路中的价值。
自组织网络；无人机（UAV）卫通链路；网络技术Research on Application and Optimization of SelfUnmanned Aerial Vehicle LinkKANG Chaoth Research Institute of CETC, Shijiazhuangthe level of scientific andorganizing network technology is getting higher and higher, and its application in Unmanned Aerial Vehicle(UAV) has 2024年2月10日第41卷第3期35 Telecom Power TechnologyFeb. 10, 2024, Vol.41 No.3亢 超：自组织网络在无人机卫通链路中的应用和优化研究准。
由于Wi -Fi 技术的成熟，在不同的成本和功耗要求下，可以提供多种设备选择。
为提高设备的可靠性和灵活性，应支持双通道、双工作模式和双天线。
Ch2.物理层通信基础基本概念奈氏准则香农定理电路交换报文交换分组交换导向传输介质中继器集线器非导向传输介质2个公式lim编码与调制数据交换方式传输介质物理层设备传输介质&设备图1 物理层模型2.2.2 数据链路层自组织网络在无人机卫通链路中的数据链路层应支持多节点间的无线收发。
无线网络技术复习题
一、名词解释1．无线传感器网络WSN是wireless sensor network的简称，即无线传感器网络。
无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。
传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素2．WimaxWiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互联接入。
WiMAX也叫802.16无线城域网或802.16。
WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。
传输速率能达到30-100Mbps或者更高，WiMAX还具有QoS 保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。
WiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方3.无线个域网无线个域网采用无线介质代替传统的有线电缆，实现个人信息端的互联，组建个人信息网络。
WPAN是一种与无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)并列但覆盖范围相对较小的无线网络。
在网络构成上，WPAN位于整个网络链的末端，用于实现同一地点终端与终端间的连接，如连接手机和蓝牙耳机等。
WPAN所覆盖的范围一般在10m半径以内，必须运行于许可的无线频段。
WPAN设备具有价格便宜、体积小、易操作和功耗低等优点。
4．TDMATDMA(Time Division Multiple Access) 时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。
同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。
Lora技术的网络拓扑结构解析
Lora技术的网络拓扑结构解析引言Lora（长距离低功耗无线通信技术）作为一种新兴的无线通信技术，广泛应用于物联网、智能城市、农业、环境监测等领域。
在构建Lora网络时，网络拓扑结构的设计至关重要。
本文将针对Lora技术的网络拓扑结构展开解析，从星形结构、网状结构和级联结构三个方面进行论述。
星形结构星形结构是最简单、最基础的Lora网络拓扑结构。
该结构以一个集中器（Gateway）为核心，周围连接多个终端节点（End Device）。
集中器负责接收终端节点的数据，并将数据传输至上层服务器，同时也将下行数据传输至对应的终端节点。
星形结构具备简单、易于部署和管理的特点，适用于小规模、集中式的应用场景，如家庭智能家居、工业传感器等。
但是，它的优势也是劣势。
由于所有终端节点都依赖于一个集中器，一旦集中器发生故障，整个网络将受到影响，因此星形结构在可靠性和扩展性方面存在一定的局限性。
网状结构网状结构是相对于星形结构而言的一种高级拓扑结构。
在网状结构中，每个终端节点都可以通过多个路径与其他终端节点通信，不再依赖于一个中心集中器。
这种自组织的结构可以提供更好的可靠性和容错性。
当某个节点发生故障时，数据仍然可以通过其他路径传输。
此外，网状结构还具备自动组网和自我修复的能力，即当有新节点加入网络时，它们可以自动找到路径。
这种结构适用于大规模、分散式的应用场景，如智能城市中的城市规划、交通监测，农田中的环境监测等。
然而，网状结构的设计和维护相对复杂，网络中的每个节点都需要有一定的处理能力，这会增加成本和能耗。
级联结构级联结构是星形结构和网状结构的折中形式。
在级联结构中，网络由多个星形结构组成，每个星形结构有一个集中器。
这些星形结构之间通过网状结构进行连接，以便在需要时进行数据交换。
级联结构兼具星形结构和网状结构的优点，即拥有集中式管理和分散式通信的特点。
这种结构适用于中等规模的应用场景，如农业大棚中的气象监测、仓储中的智能货架等。
顶级mesh组网方案
顶级Mesh组网方案导言Mesh组网是一种新兴的无线传感器网络〔WSN〕技术，它通过使网络中的每个传感器都可以作为中继节点来扩展网络范围和性能。
顶级〔top-tier〕Mesh组网方案是一种高效的组网方法，它在网络拓扑结构的核心位置部署少量的顶级节点，用于控制和管理整个网络。
本文将介绍顶级Mesh组网方案的原理、特点、优势以及应用场景。
1. 顶级Mesh组网原理顶级Mesh组网是一种基于多跳通信的网络架构，它以顶级节点为中心，将整个无线传感器网络划分为多个不重叠的子网，并通过自组织、自愈、自适应的路由算法连接这些子网。
顶级节点的主要功能包括网络拓扑构建、路由管理和数据聚合等。
2. 顶级Mesh组网特点顶级Mesh组网方案具有以下特点：•高可靠性：顶级节点作为网络的核心控制节点，具有自组织、自愈能力，能够自动修复和重新构建网络拓扑，提高网络的可靠性和稳定性。
•高扩展性：顶级节点可以控制并管理整个网络，通过增加更多的子网和节点，可以轻松扩展网络的范围和覆盖面积。
•高灵巧性：顶级节点具有自适应的路由算法，能够根据网络的状况动态调整传输路径，提高网络吞吐量和传输效率。
•低能耗：顶级节点通过数据聚合和压缩等技术，可以减少网络中传输的数据量，降低节点能耗，延长网络寿命。
3. 顶级Mesh组网优势与传统的无线传感器网络相比，顶级Mesh组网具有明显的优势：•网络稳定性：顶级节点作为网络的控制中心，能够提供稳定的网络拓扑和连接，降低网络中断和传输错误的风险。
•网络可靠性：由于顶级节点具有自组织、自愈能力，当网络中的节点出现故障或失效时，它可以自动重新构建网络拓扑，保证数据传输的可靠性。
•网络扩展性：通过增加更多的子网和节点，顶级Mesh组网方案可以轻松扩展网络的范围和覆盖面积，满足不同应用场景的需求。
•路由效率：顶级节点具有自适应的路由算法，能够根据网络的状况动态调整传输路径，提高网络的吞吐量和传输效率。
4. 顶级Mesh组网应用场景顶级Mesh组网方案适用于以下场景：•智能城市：顶级Mesh组网可以用于智能城市的建设，通过布置一些顶级节点在城市的不同区域，实现对城市各种传感器设备的监控和管理。
ZIGBEE技术简介
ZigBee无线通讯技术介绍一、ZigBee技术的起源ZigBee是一种新兴的近距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线传感器网络的新技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。
主要用于近距离无线连接，面向无线传感和工业控制应用领域。
它依据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。
ZigBee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。
可以说是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通。
人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术，亦包含此寓意。
一般而言,随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。
相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。
ZigBee联盟成立于2001年8月，2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司等四大公司加盟ZigBee联盟，这一事件成为ZigBee技术的里程碑。
到目前为止，加盟ZigBee 联盟的不仅仅只有当初的四大公司，而是涵盖了IT领域以及其它行业的150多家企业。
ZigBee是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的、有关组网、安全和应用软件方面的技术，IEEE 802.15.4仅处理MAC层和物理层协议，ZigBee 联盟对其网络层协议和API进行了标准化。
ZigBee是由ZigBee Alliance所主导的标准，定义了网络层（Network Layer）、安全层（Security Layer）、应用层（Application Layer）、以及各种应用产品的资料（Profile）；而由国际电子电机工程协会（IEEE）所制订的802.15.4标准，则是定义了物理层（PHY Layer）及媒体存取层（Media Access ControlLayer；MAC Layer）二、技术特点：★功耗低ZigBee 技术采用了多种节电的工作模式，在休眠状态下耗电量仅仅只有1μW，通信距离短的情况下工作状态的耗电为30mW，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上；★通信可靠ZigBee采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；★网络的自组织、自愈能力强ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作；★成本低设备的复杂程度低，且ZigBee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本；ZigBee 的工作频段为免执照频段的2.4GHz，是免使用费的无线通信信道；★网络容量大每个ZigBee网络最多可支持65000个节点，也就是说每个ZigBee节点可以与数万节点相连接。
无线移动互联网原理、技术与应用
无线移动互联网原理、技术与应用摘要：本文中系统阐述了无线移动互联网的相关知识，近年来，无线通信技术的高速发展成为固定宽带之后计算机网络技术发展的重要推动力，构架于其上的无线移动互联网代表了未来网络技术乃至信息技术的发展趋势。
本文从无线互联网基础、几种主要的组网方式及无线互联网技术的综合应用等几个方面进行了论述。
关键词：无线移动互联网；移动自组织网络；无线传感器网络；无线Mesh网络；无线互联网综合应用。
1 引言与传统的有线网络不同，无线网络使用各种无线通信技术为各种移动设备提供必要的物理接口，实现物理层和数据链路层的功能。
无线网络是计算机网络技术与无线通信技术相结合的产物。
随着无线通信技术的发展，行走在路上的人们已经可以随时随地通过个人数字助理PDA、手机、笔记本电脑等移动设备发生或接收电子邮件、浏览网页，或者访问远程文件等。
随着无线接入技术的进一步发展及移动操作系统和移动浏览器的开发，无线移动互联网具有越来越多的网络应用，并且越来越多的使用者逐步接受无线移动互联网。
据统计，2007年年底我国手机上网用户已经达到5000多万，其中一半同时是互联网用户，另外一半则只用手机上网。
与此同时，“无线城市”不仅成为耳熟能详的新名词，而且通过Wi-Fi、3G等无线网络技术组建的无线局域网、无线城域网已经走进千家万户。
可以说，无线通信技术成为固定宽带之后互联网发展的重要推动力，无线移动互联网代表了未来计算机网络技术乃至未来计算机技术的发展趋势，21世纪成为无线移动互联网的时代。
在无线通信中，通常使用电磁波作为信息传输的载体，而电磁波可以在空气、水乃至真空中传播，因此，无线通信与传统有线通信不同，其不需要通信传输介质。
电磁波每秒振动的次数称为电磁波的频率，电磁波相邻的两个波峰之间或者相邻的两个波谷之间的距离称为波长。
无线通信技术的发展经历了一个多世纪的时间。
早在1901年，马可尼发明了越洋远距离无线电报通信。
在20世纪20年代，美国等国家开始启用车载无线电等专用无线通信系统。
什么是ZigBee
Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。
它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。
它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。
最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4(如下图1所示)，这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(Zigbee)技术标准。
Zigbee不仅只是802.15.4的名字。
IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化(如下图2所示)。
完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。
每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。
Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。
Zigbee联盟()成立于2001年8月。
2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布，它们将加盟“Zigbee联盟”，以研发名为“Zigbee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。
到目前为止，除了Invensys、三菱电子、摩托罗拉和飞利浦等国际知名的大公司外，该联盟大约已有20多家成员企业，并在迅速发展壮大。
其中涵盖了半导体生产商、IP服务提供商、消费类电子厂商及OEM商等，例如Honeywell、Eaton和Invensys Metering Systems等工业控制和家用自动化公司，甚至还有像Mattel之类的玩具公司。
ZigBee技术介绍
什么是ZigBee?Zigbee是 IEEE 802.15.4协议的代名词。
根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂 (bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
Zigbee的起源Zigbee, 在中国被译为"紫蜂",它与蓝牙相类似.是一种新兴的短距离无线技术.用于传感控制应用(sensor and control).此想法在IEEE 802.15工作组中提出,于是成立了TG4工作组,并制定规范IEEE 802.15.4.2002年,zigbee Alliance成立.2004年,zigbee V1.0诞生.它是zigbee的第一个规范.但由于推出仓促,存在一些错误.2006年,推出zigbee 2006,比较完善.2007年底,zigbee PRO推出zigbee的底层技术基于 IEEE 802.15.4.物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。
对工业，家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化，对无线数据通信的需求越来越强烈，而且，对于工业现场，这种无线数据传输必须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。
因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003年正式问世。
另外，Zigbee使用了在它之前所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite。
长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。
城轨交通车地通信综合承载系统
技术装备城轨交通车地通信综合承载系统禹志阳1，石雪涛2，郜新军1（1.中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所，北京100081；2.北京交通大学轨道交通信号及控制国家重点实验室，北京100044）摘要：城轨交通传统车地通信依赖地面基站中转，导致较大的信号传输时延；传统通信系统易受基站故障和链路干扰的影响，降低了通信的可靠性，甚至对交通安全造成潜在风险；目前城轨交通轨旁设备多采用有线通信方式，建设与维护成本较高。
基于无线自组织网络（Ad-hoc）的城轨交通车地通信方案可以有效节约布网成本。
通过构建以轨旁设备、列车和车站汇聚节点为核心的无线自组织网络，承载城轨交通业务数据传输，降低了控制环节与接口复杂度，能够实现实时的车车、车地安全通信。
设计基于无线自组织网络的城轨交通车车通信综合承载系统，并利用无线自组网基站、信道仿真器、可调衰减器等设备在实验室环境下模拟城轨交通环境，验证了车车通信能力。
测试结果表明：Ad-hoc系统具有自组织无中心、低网络延时、强网络鲁棒性、多跳传输等特点，能够满足城轨交通业务的需求。
关键词：城轨交通；车地通信；Ad-hoc；MimoMesh；车车通信；综合承载中图分类号：U231；U285 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2024）04-0079-06 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2024.01.09.0011 研究背景及概述伴随通信技术、计算机技术和控制技术的不断发展，城轨交通的运营模式也不断演进。
起初采用手动驾驶模式，随后逐步转向自动驾驶（ATO）模式，进一步发展至全自动运行系统（FAO）模式，为民众日常出行提供了巨大便利。
我国多个城市的轨道交通网络已逐渐形成规模，进入网络化发展阶段，成为城市公共交通的重要组成部分，在城市运行中发挥日益重要的作用。
目前，我国城轨交通主要采用WLAN和LTE-M实现车地无线通信。
传统的列车控制系统（CBTC）大多使用基于IEEE 802.11标准的WLAN技术承载。
工业无线技术领域的三大标准
工业无线技术领域的三大标准工业无线技术是继现场总线之后，工业控制领域的又一个热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术，是未来工业自动化产品新的增长点。
工业无线技术是21世纪新兴、面向设备间短程、低速率信息交互的无线通信技术，适合在恶劣的工业现场环境使用，具有很强的抗干扰能力、超低耗能、实时通信等技术特征。
目前我们所熟知的无线技术有ZigBee、无线局域网(WiFi)、蓝牙(Blue-tooth)、超宽频(UWB)等。
但他们由于自身协议的限制（如发射功率、安全等级、抗干扰性等方面的性能），通常应用于消费电子产品，不适合复杂的工业现场环境。
其特点如表1所示：表1 常用无线通信协议比较目前工业无线技术领域已经形成了三大国际标准，分别是由HART基金会发布的WirelessHART标准，ISA国际自动化协会（原美国仪器仪表协会）发布的ISA100.11a标准、和我国自主研发的WIA-PA和WIA-FA标准。
技术简介WirelessHARTWirelessHART标准是2007年9月由HART通讯基金会发布，是第一个专门为过程工业而设计的开放的可互操作的无线通讯标准，满足了工业工厂对于可靠、强劲、安全的无线通讯方式的迫切需求。
作为HART7技术规范的一部分，除了保持现有HART设备、命令和工具的能力，它增加了HART协议的无线能力。
国际电工委员会于2010年4月批准发布了完全国际化的WirelessHART标准IEC62591（Ed.1.0），是第一个过程自动化领域的无线传感器网络国际标准。
该网络使用运行在2.4GHz频段上的无线电IEEE802.15.4标准，采用直接序列扩频（DSSS）、通信安全与可靠的信道跳频、时分多址（TDMA）同步、网络上设备间延控通信（Latency-controlled Communications）等技术，WirelessHART 标准协议主要应用于工厂自动化领域和过程自动化领域，弥补了高可靠、低功耗及低成本的工业无线通信市场的空缺。
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Overview---自组织功能
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Hale Waihona Puke Wi-FiWi-Fi
Overview ---动态变化的网络拓扑
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
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Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
关键技术问题
• MAC---碰撞 冲突避免、隐藏和暴露终端问题 碰撞/冲突避免 碰撞 冲突避免、
• 网络自组织技术（自动组网，相邻发 网络自组织技术（自动组网， 现等） 现等） • 自组织路由协议的设计和开发（自动 自组织路由协议的设计和开发（ 路由建立、维护和恢复等） 路由建立、维护和恢复等）
新兴自组织无线网络技术
通信发展趋势
两大发展趋势 • 无线/移动 无线/ • IP
IP
Ad Hoc自组织无线网络技术意义深远
• 随着我国电信市场竞争的加剧，找准和开拓新的 业务增长点成了电信运营商和设备提供商在市场 中掌握先机的关键。 • 采用移动Ad Hoc网络技术的MESH无线区域网等 Ad Hoc MESH 业务被认为是未来的业务热点之一。 • 甚至有人称：就象IP网络改造传统电信网络一样， 移动Ad Hoc网络技术可能对现有移动通信网络的 结构和运营模式带来划时代的影响。
Wi-Fi
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Overview--自动最佳路由选择-2
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
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有线回传 最佳路由 备选替换路由
Overview---无缝漫游
支持移动IP功能 支持移动IP功能
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
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有线回传 最佳路由 备选替换路由
Overview---方便扩展 方便扩展
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Ad Hoc无线网络概念 Hoc无线网络概念
• 一组带有无线收发装置的移动终端 移动终端组成的一个多 移动终端 多 跳的、临时性 自创建（Self-Creating)、自组织 跳的 (Self-Organizing)、自管理（Self-Administering) 系统。 • 不依赖预设的基础设施而临时组建。 • 移动终端具有路由功能，可以通过无线连接构成 任意的网络拓扑。可独立工作，也可与Internet或 蜂窝无线网络连接。 一种新的组网技术，可以和其他许多平台结合使用！ 一种新的组网技术，可以和其他许多平台结合使用！
可以和许多技术结合
AD HOC网络的应用 HOC网络的应用
1、城域无线通信（无线宽带接入、小区覆盖等） 、城域无线通信（无线宽带接入、小区覆盖等） 2、企业局域网：展览中心、体育场、旅游区、大型仓库、 、企业局域网：展览中心、体育场、旅游区、大型仓库、 港口、建筑、煤矿、石油/化工 环保、 化工、 港口、建筑、煤矿、石油 化工、环保、…. 3、应急 救援通信系统 、应急/救援通信系统 4、工业自动化控制 、 5、智能交通 、 6、传感器监测网络 、 7、家庭安全监测系统 、 8、战场侦察网络、战地监测网络、信息中继 、战场侦察网络、战地监测网络、 9、各种远程监测 监控系统（如环保、水文、地质、资源 保 监控系统（ 、各种远程监测/监控系统 如环保、水文、地质、 研究等） 护、研究等） 10、公安 交警 消防 交警/消防 、公安/交警 11、………. 、
国外应用情况
• 蜂窝型 蜂窝型Wi-Fi网络已经在美国一些城市部署和即将开始部 网络已经在美国一些城市部署和即将开始部 署，如Michigan州的 州的Grand Haven去年 月完成了Wi-Fi 去年8月完成了 州的 去年 月完成了 网络覆盖，成为了全美国第一座WiFi城市。Chaska, 城市。 网络覆盖，成为了全美国第一座 城市 Minnesota（密尼苏达州）也已经建成覆盖全市的蜂窝型 （密尼苏达州） Wi-Fi网络，并投入运营。 网络， 网络 并投入运营。 • Philadelphia（费城）投资 （费城）投资700万—1000万美圆搭建覆盖 万 万美圆搭建覆盖 整个城市135平方英里的范围 平方英里的范围， 整个城市135平方英里的范围，为整个城市提供一个基于 IEEE802.11b的Wi-Fi宽带无线网络，为目前世界上规模 的 宽带无线网络， 宽带无线网络 最大的蜂窝型Wi-Fi城域无线宽带网络。 城域无线宽带网络。 最大的蜂窝型 城域无线宽带网络 • 同时，美国其它一些大城市，如Madison、Boston、 同时，美国其它一些大城市， 、 、 Culver City等都在计划当中。Anaheim, Portland; 等都在计划当中。 等都在计划当中 Minneapolis; Arlington and Brookline. • 2005年台北市和 年台北市和Nortel合作，建立了覆盖整个城市的蜂 合作， 年台北市和 合作 窝型Wi-Fi网络。 网络。 窝型 网络 • 英国（BT）、澳大利亚、新西兰等。 英国（ ）、澳大利亚、新西兰等。 ）、澳大利亚
基于WLAN的无线自组织网络 基于WLAN的无线自组织网络
• • • • • • • • • • • IEEE802.11b/g（2.4GHz）、 （ ）、IEEE802.11（5GHz） ）、 （ ） 每个节点200—2000m覆盖范围 每个节点 覆盖范围 64/128位WEP加密（或WAPI）（可根据需要 增加不同层 加密（ ）（可根据需要 位 加密 ）（ 次的加密功能） 次的加密功能） 高带宽， 或更高（ 高带宽，11--54M /s或更高（IEEE802.11n） 或更高 ） 面向数据业务(Data service oriented )的网络 面向数据业务 的网络 支持VoWi-Fi 支持 网络可靠性高 组网非常方便 通用性和兼容性强 成本优势 丰富的终端支持
Maintain updated routes (pro-active) 先应式路由
OLSR Variations of link state routing? ZRP(局部先应，广域按需）
混合式路由（Hybrid）
其它：功率感知路由、地理位置信息路由、 其它：功率感知路由、地理位置信息路由、 QoS路由、多播路由、可扩展路由 路由、 路由 多播路由、
在城域中的运用
与其他移动通信技术的结合
移动现场办案
AP和终端都可移动 AP和终端都可移动 “网格化布警” 网格化布警”
现场布控/紧急通信
宽带无线小区接入
校园/医院/ 校园/医院/大型企业宽带无线专网
• • • • • • 高带宽 网络自愈功能很强 无缝漫游 成本低 不用布线， 不用布线，布网方便 扩展性强
• QoS保证 保证 • 功率控制与管理 • 网络的信息安全
Core Technology
Application Level 传输 Level New Network Level
Ad Hoc Subnet MAC/LLC BBP RF
一般需要 多层次协 议层协调 工作、 工作、综 合考虑。 合考虑。
巨大的成本优势
• 不到3G网络建设费用的1/10 不到3G网络建设费用的 网络建设费用的1/10 • 高带宽（IEEE802.11n） 高带宽（IEEE802.11n） • 安装/维护费用低 安装/
Existing MANET protocols
discover routes Source routing on-demand (re-active) Variation of distant vector? 按需路由 MANET routing protocols Table driven
DSR AODV, AODV ABR, TORA DSDV、CGSR DSDV CGSR