了解无线接入技术的重要性

任务描述

王先生最近搬了新家,他希望打造一个舒适、温馨和智慧的家园。

当他回到家中,随着门锁的开启,家中的安防系统自动解除室内警戒,背景灯缓缓点亮,新风系统自动启动,舒缓的音乐轻轻响起,电视机里播放出自己喜爱的节目,微波炉里烹饪着美味的佳肴,电饭煲里有着香喷喷的米饭……

当他入睡前,窗帘定时自动关闭,所有灯和家用电器自动关闭,同时安防系统自动开启,处于警戒状态……

当他离家上班后,扫地机开始自动打扫卫生,洗衣机开始自动洗衣服,晾衣竿自动伸缩晾晒衣服……

如果你是电信的智慧家庭工程师,你如何帮助王先生实现这样舒适、便利和安全的智慧家庭呢?

任务分析

智慧家庭的实现通常需要将有线接入技术和无线接入技术进行有机结合。智慧家庭的实现需要先通过光纤宽带到户接入方式,将家庭网络接入运营商的公用网络中,然后通过无线局域网和无线个域网技术布局智慧家庭网络,集成不同厂商或同一厂商的智慧家庭产品,实现各种智慧家庭应用。

智慧家庭工程师需要先对用户需求进行分析,并实地勘查用户室内装修及网络布局情况,根据实际情况提出室内网络优化方案以及智慧家庭整体解决方案,然后进行网络的优化以及智慧家庭设备的安装、调试及测试,最后给用户演示智慧家庭的各个功能,直到用户满意为止。

任务目标

一、知识目标

(1)掌握无线网络新技术分类。

(2)掌握无线个域网(WPAN)技术:蓝牙技术、Zigbee技术、Ir DA技术、NFC(近场通信)技术、UWB(超宽带)技术等。

(3)掌握无线局域网(WLAN)技术。

二、能力目标

(1)能够完成智慧家庭方案的设计。

(2)能够完成智慧家庭的组网。

(3)能够实现蓝牙、NFC等无线技术的应用。

专业知识链接

一、无线网络技术分类

近几年,无线网络新技术层出不穷,从无线个域网到无线体域网,从无线局域网到无线城域网,从无线广域网到无线低功耗广域网,从固定宽带无线接入到移动宽带无线接入,从3G、4G到5G,从NB-Io T(窄带物联网)到WTTx等,这一切的起因都是因为人们对无线网络的需求越来越大,对无线网络的研究越来越深入,从而导致无线网络技术的日趋成熟。

无线网络可以基于无线频率、覆盖范围、传输速率、拓扑结构、应用类型等要素进行分类。从覆盖范围的角度出发,无线网络可以分为无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)、无线个域网(WPAN)和无线体域网(WBAN),如图3-2所示。

图3-2 无线网络覆盖范围

(一)WWAN

WWAN是指覆盖全国或全球范围的无线网络,可以提供更大范围内的无线接入,让更多分散的局域网连接起来,用户终端可以通过一个身份或账号在广域范围和快速移动下接入无线网络。

WWAN根据接入中心转发站的不同类型,分为基于“陆地移动通信系统”的接入和基于“移动卫星系统”的接入。其中,陆地移动通信系统从2G、3G、4G技术一路演进到5G技术,传输速率也是从kbit/s到Mbit/s,甚至到Gbit/s,足以媲美有线接入技术。

(二)WMAN

WMAN是指在地域上覆盖城市及其郊区范围的本地分配无线网络,能实现语音、数据、图像、多媒体、IP等多业务的接入服务。

WMAN的覆盖范围的典型值为3～5k m,点到点链路的覆盖范围甚至高达几十千米,具有一定范围移动性的共享接入能力。MMDS、LMDS和Wi MAX等技术属于固定无线城域网接入的范畴。

(三)WLAN

WLAN是指覆盖范围较小的无线网络,是现代无线通信技术在计算机网络中的应用,通常指采用无线传输介质的计算机局域网。WLAN作为传统布线网络的一种替代方案或延伸,把个人从固定的桌边解放出来,人们可以随时随地获取信息。

WLAN的无线连接距离通常在50～100 m,数据传输速率为11～600 Mbit/s(甚至更高)。在技术标准方面,WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层,涉及所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范,IEEE 802.11系列标准是WLAN主要的技术标准。

(四)WPAN

WPAN是指在很小范围内终端与终端之间的无线连接,即点到点的短距离连接,它被用于电话、计算机、附属设备以及小范围(10 m以内)的数字辅助设备等之间的通信。

WPAN属于短距离通信,根据不同的应用场合分为低速WPAN、中速WPAN、高速WPAN和超高速WPAN。

①低速WPAN是按照IEEE 802.15.4标准建立的、数据传输速率为几百千比特每秒的WPAN,主要适用于办公和家庭自动化控制、工厂和仓库自动化控制、环境安全监测、医疗保健监测、农作物监测、互动式玩具等低速应用场合。

②中速WPAN是按照IEEE 802.15.1标准建立的、数据传输速率可达1 Mbit/s的WPAN,主要适用于语音、数据的传输。

③高速WPAN是按照IEEE 802.15.3标准建立的、数据传输速率高达55 Mbit/s以上的WPAN,适合于大量多媒体文件、短视频流和音频文件的传送,并可在确保的带宽上提供一定的服务质量。

④超高速WPAN是按照IEEE 802.15.3a标准建立的、数据传输速率可达480 Mbit/s的WPAN,主要是满足人们对高数据传输速率的需求。

WPAN技术主要包括蓝牙技术、ZigBee技术、UWB技术、Ir DA(红外线通信)技术、RFID技术、NFC技术等。

(五)WBAN

WBAN是指将数个放置在人体不同部位、功能不同的传感器和便携式移动设备组成的短距离无线网络,主要用于监测人体身体状况或提供各种无线应用的短距离无线网络。

WBAN的覆盖范围非常小,大致在1m以内,属于近人体的微型网络。WBAN的微小性和实用性使得它在人们的日常生活、医疗、娱乐、体育、教育、军事、航空等领域具有广阔的应用前景。

二、WPAN技术

(一)蓝牙技术

1.蓝牙技术的发展

蓝牙技术是1998年5月由爱立信、英特尔、诺基亚、IBM、东芝五家公司共同提出的。历经20年的发展,蓝牙标准已经发展到蓝牙5.0,新的蓝牙标准在极大程度上降低了功耗,具有高达24 Mbit/s的数据传输速率,有效传输距离增加到300 m,并且具备更好的导航、传输、组网能力。蓝牙技术的发展历程如图3-3所示。

图3-3 蓝牙技术的发展历程

2.蓝牙关键技术

(1)工作频段

蓝牙工作在2.4 GHz的ISM频段上,工作频率范围为2.4～2.483 5 GHz;蓝牙使用79个信道,每个信道占用1 MHz的宽度。为了减少带外辐射的干扰,保留上、下保护带宽为3.5 MHz和2 MHz。

(2)跳频(FHSS)技术

蓝牙物理信道是由伪随机序列控制的79个跳频点构成的,不同跳频序列代表不同的信道。蓝牙跳频速率为每秒1 600次,即信道被分为连续的时间片(即时隙),每个时间片为625μs(1/1600)。每个(或多个)时间片可以传输一个数据包(数据包可以有1、3、5个时间片长),时间片交替做双向传输。不过蓝牙在建链时跳频速率会提高到每秒3 200次。图3-4为蓝牙跳频和TDD机制。

图3-4 蓝牙跳频和TDD机制

(3)系统组成

蓝牙系统主要由蓝牙射频单元、蓝牙基带与链路控制单元、蓝牙链路管理单元和蓝牙主机协议栈单元组成,如图3-5所示。

图3-5 蓝牙系统组成

①蓝牙射频单元负责数据和语音的发送和接收,特点是短距离、低功耗。蓝牙天线一般体积小、重量轻,属于微带天线,发射功率分为一级功率100 m W(20 dBm)、二级功率2.5 m W(4 dBm)和三级功率1 m W(0 dBm)。

②蓝牙基带与链路控制单元负责处理基带协议和其他一些底层常规协议,实现跳频选择、蓝牙编址(蓝牙MAC地址为48 bit)、信道编译码、信道控制、收发规则、音频规范、安全设置等功能,属于硬件模块。

③蓝牙链路管理单元负责管理蓝牙设备之间的通信,实现链路控制管理(如链路建立和链路拆除)、功率管理、链路质量管理、链路安全管理等功能,并且控制设备的工作状态为呼吸(Sniff)、保持(Hold)和休眠(Park)三种模式。

④蓝牙主机协议栈单元属于独立的作业系统,不和任何操作系统捆绑,符合蓝牙规范要求。

(4)组网结构

蓝牙设备按特定方式可组成两种网络:微微网(Piconet)和分布式网络(Scatternet)。

①微微网

微微网的建立由两台设备的连接开始,微微网最多可由八台设备组成。在一个微微网中,只有一台为主设备(Master),其他均为从设备(Slave),不同的主从设备对可以采用不同的链接方式,而且在一次通信中的链接方式可以任意改变。微微网的结构如图3-6(a)所示。

②分布式网络

几个相互独立的微微网以特定方式链接在一起便构成了分布式网络。所有的蓝牙设备都是对等的,所以在蓝牙中没有基站的概念。一个分布式网络内的所有设备共享物理区域和全部带宽。分布式网络的结构如图3-6(b)所示。

图3-6 蓝牙组网结构

(5)匹配规则

两个蓝牙设备在进行通信前,必须将其匹配在一起,以保证其中一个设备发出的数据信息只会被经过允许的另一个设备所接受。

蓝牙主设备一般有输入端,在进行蓝牙匹配操作时,用户通过输入端可输入随机的匹配密码,从而将两个设备匹配。蓝牙手机、安装有蓝牙模块的PC等都是蓝牙主设备。手机的蓝牙可以同时连接几个蓝牙设备,但是只有蓝牙设备使用的硬件不一样或者不冲突才能正常使用。例如,当蓝牙手机同时连接两副耳机时,由于耳机都是使用手机的声卡,而声卡只能供给一个耳机使用,所以这个蓝牙手机只能连接一副耳机。

蓝牙从设备一般没有输入端,在从设备出厂时,会将一个4位或6位数字的匹配密码固化在蓝牙芯片中。蓝牙耳机、蓝牙鼠标等都属于蓝牙从设备,而且从设备之间是无法匹配的。

3.蓝牙应用——蓝牙智能门锁

如今的蓝牙智能门锁通常利用的都是蓝牙4.2以上的技术,其功耗低,保密性高,使用便捷,如图3-7所示。因为两个蓝牙设备之间通过蓝牙传输是需要配对的,而蓝牙智能门锁属于非人工操作,所以在首次使用前,需要使用智能门锁管理APP作为媒介。在蓝牙智能门锁管理APP里,添加、绑定锁具,完成绑定后,只需要打开APP,单击进入需要打开的锁界面,然后单击开锁图标即可完成开锁,如图3-8所示。

图3-7 蓝牙智能门锁应用

图3-8 蓝牙智能门锁管理APP

智能门锁管理APP通常是由门锁的开发商提供,可以绑定、管理多个锁具。蓝牙智能门锁凭借“无钥匙进入”和“远程授权访问”等功能,将智能化、设想中的生活场景带到了现实中,受到消费者的热捧。

4.【工作小任务1】组建蓝牙无线个域网

(1)子任务说明

在工作环境中有三台笔记本计算机,它们具备蓝牙功能,相互之间有文件共享的需求。现在需要通过蓝牙组建无线个域网,实现文件传输的目的。

(2)网络拓扑

子任务的网络拓扑结构如图3-9所示。

图3-9 蓝牙个域网络的拓扑结构

(3)实施步骤

①开启蓝牙

Nodepad1是WIN10系统,单击“开始菜单”→“设置”→“设备”,开启蓝牙设备,如图3-10所示。Nodepad2和Nodepad3是WIN7系统,单击计算机右下角的蓝牙图标,进行相关设置,如图3-11所示。

图3-10 Nodepad1开启蓝牙设备

图3-11 Nodepad2/3开启蓝牙设备

②蓝牙匹配

当三台笔记本计算机都相互查找到蓝牙设备后,就可以进行蓝牙匹配。任何一台笔记本计算机都可以发起蓝牙匹配请求,我们以Nodepad2向Nodepad1发起蓝牙匹配请求为例。

在Nodepad2中单击“控制面板”→“硬件和声音”→“设备和打印机”→“添加蓝牙设备”,将发现Nodepad1的计算机名,如图3-12所示。同时Nodepad1会出现图3-12所示的匹配密码,如果密码一致,则选择“是”。

图3-12 Nodepad2向Nodepad1发起蓝牙匹配请求

③匹配结果

三台笔记本计算机经过蓝牙匹配后的结果如图3-13所示,此时形成了蓝牙个域网。

图3-13 笔记本蓝牙匹配结果

④文件传输

Nodepad3向Nodepad2发送文件过程如图3-14所示。

图3-14 Nodepad3向Nodepad2发送文件的过程

(二)ZigBee技术

1.ZigBee技术发展

ZigBee是一个基于IEEE 802.15.4标准的低功耗局域网协议,是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

与蓝牙技术相比,ZigBee技术应该是晚辈。2001年Zigbee联盟成立,2004年第一个ZigBee标准ZigBee 1.0(即ZigBee 2004)正式问世,经历ZigBee 2006、ZigBee 2007的发展,直到2016年5月,Zigbee联盟推出了ZigBee 3.0标准,其主要的任务是为了统一众多的应用层协议,解决不同厂商Zigbee设备之间的互联互通问题。

2.ZigBee关键技术

(1)ZigBee网络协议层次

Zigbee网络分为4层,从下向上分别为物理层、媒体访问控制(MAC)层、网络层(NWK)和应用层。其中,物理层和MAC层由IEEE 802.15.4标准定义,合称IEEE 802.15.4通信层;网络层和应用层由Zigbee联盟定义。图3-15所示的为Zigbee网络协议的层次,每一层向它的上层提供数据和管理服务。

图3-15 Zigbee网络协议的层次

(2)Zigbee工作频段

IEEE 802.15.4标准定义了Zigbee的两个物理标准,分别是2.4 GHz的物理层和868M/915 MHz的物理层,它们都是基于直接序列扩频(DSSS)技术,使用相同的物理层数据包格式,发射功率范围一般为0～10 d Bm,它们的区别在于工作频段、调制技术和传输速率不同。

①2.4 GHz工作频段(2.4～2.483 5 GHz)

ZigBee没有采用跳频技术,而是采用直接序列扩频技术,2.4 GHz频段通过采用偏移正交相移键控技术(OQPSK)提供250 kbit/s的传输速率,共划分了16个信道,每个信道带宽为2 MHz,相邻信道间隔为5 MHz,传输距离为10～100 m。

②868/915 MHz工作频段

868 MHz是欧洲的ISM频段,频率范围为868～868.6 MHz,而915 MHz是美国的ISM频段,频率范围为902～928 MHz。其中,868 MHz的传输速率是20 kbit/s,只支持1个信道,而915 MHz的传输速率是40 kbit/s,共划分了10个信道,信道间隔为2 MHz。这两个频段上都采用直接序列扩频技术和BPSK调制技术,无线信号传播损耗较小,可以降低对接收灵敏度的要求,获得较远的通信距离。

(3)设备角色

Zigbee设备里分为协调器、路由器、终端设备三种角色。

①协调器(Coordinator)

协调器负责启动、配置、维持和管理整个ZigBee网络,是整个网络的中心。协调器选择一个信道和一个网络ID(即PAN ID),随后启动整个网络,它是网络的第一个设备,整个统一的网络中只能有1个协调器。

②路由器

路由器可以加入协调器建立的网络,它主要负责路由发现、消息传输,并允许其他网络节点通过它接入到网络。

③终端设备(Device End)

终端设备通过协调器或者路由器接入网络中,主要负责数据采集或控制功能,但不允许其他节点通过它加入网络中(即没有路由功能)。终端设备功耗极低,可选择睡眠与唤醒工作模式。

(4)组网结构

Zigbee网络拓扑结构有星型拓扑、树型拓扑和网状型拓扑,如图3-16所示。

图3-16 ZigBee网络拓扑结构

①星型拓扑。所有的终端设备只和协调器之间进行通信。协调器作为发起设备,一旦被激活,它就建立一个自己的网络,并作为PAN协调器。路由设备和终端设备可以选择PAN ID加入网络。星型拓扑结构的缺点是节点之间的数据路由只有唯一的路径,协调器可能成为整个网络的瓶颈。

②树型拓扑。由协调器发起网络,路由器和终端设备加入网络后,由协调器为其分配16位短地址,协调器和路由器可以包含自己的子节点。树型拓扑结构的缺点是信息只有唯一的路由通道。

③网状型拓扑。每个设备都可以与在无线通信范围内的其他任何设备进行通信。任何一个设备都可定义为PAN主协调器,但在实际应用中,用户往往通过软件定义协调器,并建立网络,路由器和终端设备加入此网络。MESH网状型扑结构可以通过“多级跳”的方式通信,组建复杂的网络结构,且具有自组织、自愈功能。

3.ZigBee应用——智能家居

基于ZigBee技术的智能家居应用可以把ZigBee模块嵌入智能家居环境监测系统的各传感器设备中,实现近距离无线组网与数据传输。ZigBee智能家居应用如图3-17所示。

图3-17 ZigBee智能家居应用

用户在外通过手机访问运营商网络,从而可控制各类家居;用户在家通过手机、平板电脑接入WiFi热点,从而控制各类家居。

用户手机、无线路由器、ZigBee网关以及各种传感器等设备组成了完整的系统,实现了智慧门禁、智慧家电、智慧安防等功能,给人们带来更健康、更愉悦的生活。

(三)Ir DA技术

1.Ir DA技术发展

我们现在所知的Ir DA技术是一种利用红外线进行点到点通信的技术。早在1993年,Ir DA指的是红外线数据标准协会,它是一个致力于建立无线传播连接国际标准的非营利性组织。

1994年第一个Ir DA的红外数据通信标准——Ir DA1.0——发布,它又称为SIR(Serial InfraRed),是一种异步的、半双工的红外通信方式,最高通信速率只有115.2 kbit/s,适用于串行端口。

1996年,Ir DA发布了Ir DA1.1标准,即FIR(Fast InfraRed),FIR采用4PPM脉冲位置调制技术,最高通信速率达到4 Mbit/s。之后,Ir DA又发布了VFIR(Very Fast InfraRed)标准,最高通信速率提高到16 Mbit/s。

不断提高的通信速率使得Ir DA技术在短距离无线通信领域中占有一席之地,它适合于低成本、跨平台、点对点的高速数据连接,虽然受视距影响限制了传输距离,且组网不是很灵活,但是IrDA技术仍然被广泛应用于计算机及其外围设备、移动电话、数码相机、工业设备和医疗设备、网络接入设备等领域。

2.Ir DA关键技术

(1)工作波长

红外线俗称红外光,是介于微波与可见光之间的电磁波,波长在770 nm至1 mm之间,在光谱上位于红色光外侧,具有很强热效应,并易于被物体吸收,通常被作为热源。

红外线可分为三部分,即近红外线(波长在0.77～1.50μm之间)、中红外线(波长在1.50～6.0μm之间)、远红外线(波长在6.0～1 000μm之间)。

(2)数据传输模型

红外线通信的实质就是对二进制数字信号进行调制和解调,以便利用红外信道进行传输,Ir DA数据传输模型如图3-18所示。

图3-18 IrDA数据传输模型

①红外收发装置集发射和接收功能于一体。红外发射器通常采用红外发光二极管;红外接收器通常内部集成了放大、解调和带通滤波功能。

②协议处理装置包含红外编解码和通用异步收发控制功能。红外编解码器件是实现调制解调的主要器件,通常采用脉宽调制(PWM)和脉位调制(PPM);通用异步收发控制是对主机接口(如为通用异步串行接口)进行收发控制。

(3)协议层次

IrDA协议包括物理层、连接建立协议层、连接管理协议层、应用层,其协议层次如图3-19所示。

图3-19 Ir DA协议层次

①物理(Ir PHY)层

IrPHY层制订了红外线通信硬件在设计上的目标和要求,即规定了红外线通信的硬件规格(通信距离、通信角度、通信速率、数据的调制方式、脉冲宽度等)。

②连接建立协议(Ir LAP)层

Ir LAP层制定了底层连接建立的过程规范,描述了建立和终止一个基本可靠连接的过程和要求。

Ir DA建立连接通信分为四个阶段:设备发现和地址解析(查明在通信范围内是否有其他设备的过程,若有重复的32位Ir DA地址,启动地址解析过程)→连接建立(由应用层决定连接到哪一个被发现的设备)→信息交换和连接复位(主设备控制从设备的访问)→连接终止(主从设备断开连接)。

③连接管理协议(Ir LMP)层。

Ir LMP层制定了在单个Ir LAP连接的基础上复用多个服务和应用的规范。

④应用层

在Ir LAP和Ir LMP基础上,针对一些特定的红外通信应用领域,Ir DA陆续发布了一些高级别的可选协议,如Tiny TP、Ir Obex、Ir COMM、Ir LAN等。

3.Ir DA应用

红外通信有着成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点,因此在小型的移动设备和家用电器中获得了广泛的应用。这些设备包括笔记本计算机、掌上电脑、游戏机、移动电话、仪器仪表、MP3播放机、数码相机、打印机之类的计算机外围设备以及电视机、机顶盒、空调、音箱等家用电器。

智慧家庭的红外通信应用通常体现在家用电器的遥控上,通过智能遥控器可以对家庭中的多数红外遥控设备进行集中控制,并且可以与其他设备联动。图3-20为Broadlink博联的智能遥控器RM PRO+,它能支持9 000多款电器,如电视、机顶盒、空调、音箱、电动窗帘等。不管是红外遥控还是射频遥控,都可以集成到手机,实现手机APP控制。

图3-20 Ir DA的应用

(四)NFC技术

NFC技术是由非接触式射频识别(RFID)演变而来的非触控式的互联技术,在单一的芯片上实现感应式读卡器、感应式卡片以及点到点通信的功能,允许某种设备在限定范围内和另一种设备进行识别和数据交换。

1.NFC技术的发展

NFC技术于2002年由飞利浦公司和索尼公司共同研发,并被ISO、ECMA(欧洲电脑制造商协会)接收为标准(NFCIP-1)。2004年,诺基亚、飞利浦和索尼公司成立了NFC论坛,共同制定行业应用的相关标准(NFCIP-2),旨在推广NFC技术的商业应用。

NFCIP-1标准详细规定NFC设备的调制方案、编码、传输速度、RF接口的帧格式、传输协议以及在主动与被动NFC模式初始化过程中解决数据冲突的方案等。

NFCIP-2标准指定了一种灵活的网关系统,用以检测和选择操作模式是采用NFC卡模拟模式、读写器模式还是点对点通信模式。

2.NFC关键技术

(1)工作频率

NFC设备工作于13.56 MHz中心频率的范围,作用距离为10 cm左右,它能在0.1 ms内迅速建立连接,具有双向连接和识别的特点。它可以选择106 kbit/s、212 kbit/s、424 kbit/s中的一种传输速率,将数据发送到另一台设备。

(2)工作模式

NFC的工作模式主要有主动通信模式和被动通信模式。

NFC通信是在发起设备(主设备)和目标设备(从设备)间发生的。任何的NFC装置都可以为发起设备或目标设备。发起设备产生无线射频磁场并进行初始化,目标设备则响应发起设备所发出的命令,并选择由发起设备所发出的无线射频磁场或是自行产生的无线射频磁场进行通信。

①主动通信模式

在主动通信模式下,每台设备要向另一台设备发送数据时,都必须产生自己的射频磁场。如图3-21所示,发起设备和目标设备都要产生自己的射频磁场,以便进行通信,这是对等网络通信(点到点通信)的标准模式,可以非常快速地连接。

图3-21 NFC主动通信模式

②被动通信模式

在被动通信模式下,发起设备在整个通信过程中提供射频磁场(如图3-22所示),选定一种传输速率,将数据发送到目标设备;目标设备不必产生射频磁场,可利用感应的电动势提供工作所需的电源,使用负载调制技术就可以以相同的速度将数据传回发起设备。

图3-22 NFC被动通信模式

(3)应用模式

NFC设备具有三种应用模式:读写器应用模式(NFC设备作为识读设备)、卡模拟应用模式(NFC设备作为被读设备)、点对点应用模式(NFC设备间点对点通信)。

①读写器应用模式

在图3-23所示的读写器应用模式中,具备识读功能的NFC手机从具备标签的物品中采集数据,然后根据应用的要求进行处理。有些应用可以直接在本地完成,而有些应用则需要通过与网络交互才能完成。典型应用有门禁控制、车票、门票、从海报上读取信息等。

图3-23 读写器应用模式

②卡模拟应用模式

在图3-24所示的卡模拟应用模式中,NFC识读器从具备标签的NFC手机中采集数据,然后通过无线网络PLMN将数据送到应用系统1中进行处理,或通过有线网络将数据送到应用处理系统2中进行处理。典型应用有非接触移动支付、交通、电子票据等。

图3-24 卡模拟应用模式

③点到点应用模式

在图3-25所示的点到点应用模式下,两个NFC设备可以交换数据,后续可以通过本地应用处理系统处理数据,也可以通过网络应用处理系统处理数据。典型应用有下载音乐、交换图片、同步设备地址簿等。

图3-25 点到点应用模式

3.NFC的主要应用

NFC有接触通过、接触支付、接触连接以及接触浏览等多种应用。

(1)NFC用于移动支付

目前国内NFC手机的移动支付功能会用到银联的云闪付服务,应用模式为NFC手机的卡模拟应用模式。NFC手机无须绑定银行卡的完整信息,只需形成特殊Token号码,在支付时将Token号码传递给POS机,POS机再把Token号码和交易金额发送给银联、银行,最后进行验证就可完成交易,整个过程手机是不需要联网的。

(2)NFC用于数据传输

在传输数据方面,NFC只是起到了对两台设备进行配对接头的作用,实际数据传输是依靠蓝牙或WiFi方式完成的。支持NFC配对的两个蓝牙设备只需相互靠近NFC标识的位置,便可以让两个设备之间快速地完成配对,并且在数据传输过程中,用户可以将两台设备分开,无须保持NFC的作用距离。目前NFC传输还是以图片、文本、网页链接等小文件为主。

4.【工作小任务2】使用NFC手机充值校园一卡通

(1)子任务说明

目前校园一卡通是当代大学生很常用的一种卡,学生需要向里面充值才能进行各种消费,但是多数校园卡需要到固定的POS机上刷卡圈存。在本次任务中通过“完美校园”APP对校园卡进行充值,利用手机的NFC功能直接领款。(www.xing528.com)

(2)子任务实施步骤

①打开手机NFC功能。确定手机上安装有“完美校园”APP,然后打开手机NFC功能,将“默认付款应用”设置为“完美校园”,如图3-26所示。

图3-26 打开手机NFC功能

②打开“完美校园”APP,查看校园卡余额,如图3-27所示。

图3-27 打开“完美校园”APP

③选择一种支付方式支付,如图3-28所示。

图3-28 校园卡充值

④查看账户余额,如图3-29所示。充值成功后需要等待3到5分钟,等金额入账后才能进行圈存。

图3-29 查看账户余额

⑤进行NFC领款。打开“完美校园”→“全部应用”→“NFC领款”,将校园卡放到手机背后NFC区域进行圈存,如图3-30所示。

图3-30 NFC领款

⑥在领款时将校园卡紧贴手机,不要轻易移动。静待几秒之后,即可提示领款成功,如图3-31所示。

图3-31 圈存成功

(五)UWB技术

UWB技术是一种无载波通信技术,利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,又称为脉冲无线电技术、时域通信技术。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号,UWB技术能在10 m左右的范围内实现每秒数百兆比特至每秒数吉比特的数据传输速率。

1.UWB技术发展

现代意义的UWB无线技术起源于19世纪60年代,不过早期它仅仅应用在军事雷达和定位设备中,属于无载波通信技术。1989年,美国国防高级研究计划署首次使用了UWB这个术语,并定义了UWB信号。直到2002年美国联邦通信委员会(FCC)才发布UWB的商用化规范,并重新对UWB做了定义,即UWB信号的带宽应大于或等于500 MHz或其相对带宽大于20%。2007年,ISO正式通过了Wi Media联盟提交的MB-OFDM标准,其正式成为了UWB技术的第一个国际标准。

2.UWB关键技术

(1)工作频段

UWB技术是在较大的带宽上实现100 Mbit/s～1 Gbit/s数据传输速率的技术。

为了保护GPS、导航和军事通信频段,UWB系统可使用的频段被限制在3.1～10.6 GHz范围内,并且在该频段内,UWB设备的发射功率必须低于-41.3 d Bm/MHz。

(2)脉冲信号

UWB中的信息载体为脉冲无线电。脉冲无线电指的是冲激脉冲(即超短脉冲),它的持续时间往往小于1 ns。对冲激脉冲信号进行调制,以获取非常宽的带宽来传输数据。

(3)调制方式

UWB的调制方式主要包括脉冲位置调制、脉冲幅度调制(PAM),其他调制包括传输参考调制(TR)、码参考调制(CR)、开关键控调制(OOK)、脉冲形状调制(PSM)等。随着光通信技术的发展,基于光脉冲波形产生和调制的UWB系统成了新的研究方向。

(4)系统结构

UWB系统具有简单的系统结构,如图3-32所示。

图3-32 UWB系统结构

UWB系统的发射机和接收机都直接使用脉冲小型微带天线。由于UWB系统不需要对载波信号进行调制和解调,故不需要混频器、滤波器、射频转换器、中频转换器及本地振荡器等复杂器件。

3.UWB应用——高精度机器人定位

UWB主要研究的技术方向是数据传输、定位和雷达,其目标市场主要集中在物流、健康管理、商业零售、工业制造、商业大厦、智慧家庭、个人消费电子产品等。

UWB系统与传统的窄带系统相比,具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此,UWB技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航,且能提供十分精确的定位精度。

图3-33是南京沃旭通讯公司制作的UWB高精度机器人定位解决方案。整个系统结构非常简单,只需布置四个UWB基站,在人形机器人上安装标签,便可以实现精准定位和自行走效果。系统采用四个UA-100设备作为UWB基站,将一块带WiFi模块的UM-208作为标签。UM-208会根据接收到的UWB数据自动解算,并将解算结果发送至服务器上的呈现软件,由呈现软件把结果呈现出来,系统的定位精度可以达到5 cm。

图3-33 UWB高精度机器人定位应用

三、WLAN技术

WLAN是目前最常见的无线网络之一。广义的WLAN是指以各种无线电波作为无线信道来代替有线局域网中的部分或全部的传输介质所构成的网络;狭义的WLAN是指基于IEEE 802.11系列标准,利用高频无线射频(如2.4 Hz或5 GHz无线电波)作为传输介质的网络。WLAN与有线网络技术相比,具有灵活、建网迅速等特点。

(一)WLAN的演进与发展

最早出现的WLAN可以认为是夏威夷大学于1971年开发的ALOHANET网络,它使得分散在4个岛上的7个校园里的计算机可以通过无线电连接的方式与位于瓦胡岛的中心计算机进行通信。

1985年,美国联邦通信委员会(FCC)颁布的电波法规为WLAN分配了两种频段。一种是专用频段,这个频段避开了比较拥挤的、用于蜂窝电话和个人通信服务的频段,采用了更高频率;另一种是免许可证的频段,主要是ISM频段(工业、科学和医疗),它在WLAN的发展上发挥了重要作用。

1990年,IEEE 802标准委员成立了IEEE 802.11标准工作组,并于1997年发布IEEE 802.11标准,它支持2.4 GHz频段,最高速率支持2 Mbit/s。

1999年,IEEE发布了802.11a标准和802.11b标准。802.11a支持5 GHz频段,最高速率支持54 Mbit/s;802.11b则支持2.4 GHz频段,最高速率支持11 Mbit/s。

2003年,IEEE发布了802.11g标准,它最高速率支持54 Mbit/s,802.11g向后兼容802.11和802.11b。

2009年,IEEE发布了802.11n标准,它同时支持2.4 GHz频段和5 GHz频段,支持两种频宽模式——HT20和HT40,最多支持4个空间串流。HT40单流最高速率为150 Mbit/s,HT40 2×2 MIMO最高速率为300 Mbit/s,HT40 3×3 MIMO最高速率为450 Mbit/s,HT40 4×4 MIMO最高速率为600 Mbit/s。802.11n向下兼容802.11a、802.11b、802.11g。

2013年,802.11ac发布,是802.11n标准的延续支持5 GHz的频段,支持四种频宽模式(VHT20、VHT40、VHT80和VHT160),最多支持8个空间串流。VHT80单流最高速率为433.3 Mbit/s,VHT80 2×2 MIMO最高速率为866.6 Mbit/s,VHT80 3×3 MIMO最高速率为1 299.9 Mbit/s,VHT80 4×4 MIMO最高速率为1 733.2 Mbit/s,而VHT160 8×8 MIMO最高速率为6 928 Mbit/s。802.11ac向下兼容802.11a、802.11n。

2013年,下一代WLAN研究组HEW成立,研究下一代WLAN标准IEEE 802.11ax。下一代局域网的目标是在密集用户环境中将用户的平均吞吐量8提高至少4倍。802.11ax相较于802.11n、802.11ac在物理层和MAC层进行了增强:采用上下行方向正交频分多址机制(OFDMA),可同时为多个使用者提供较小的子信道,进而改善每位用户的平均传输速率;采用上下行方向多用户-多入多出机制(MU-MIMO),使上下行链路最多可以同时为8个用户提供服务;采用更高阶的调制技术1024-QAM,使容量提升25%;采用基本服务集着色机制(BSS Coloring),最大限度地减少同频干扰;采用目标唤醒时间机制(TWT),减少用户之间的争用和重叠,增加STA休眠时间,从而降低功耗。

经过20年的发展,如今802.11逐渐形成了一个家族,除了上述这些标准外,还包括802.11e(MAC层对QoS支持)、802.11i(与802.11X一起为WiFi提供认证和安全机制)、802.11h〔在802.11a基础上增加动态频率选择(DFS)和发送功率控制(TPC)〕等标准。

(二)WLAN关键技术

1.WLAN的射频与信道

WLAN可工作于2.4 GHz频段和5 GHz频段。其中,IEEE 802.11b/g/n工作于2.4 GHz频段,IEEE 802.11a/n/ac工作于5 GHz频段。

①2.4 GHz频段

WLAN的2.4 GHz频段带宽示意如图3-34所示。

图3-34 工作频段2.4 GHz

从图3-34可以看出,2.4 GHz频段的带宽为2.4～2.483 5 GHz,共划分为14个交叠的信道,信道编号从1～14,每两个相邻信道中心频率间隔为5 MHz,每个信道的带宽为20 MHz/22 MHz(802.11g/n的每个信道带宽为20 MHz,802.11b的每个信道带宽为22 MHz),每个信道都有自己的中心频率。

中国支持1～13号信道,在这13个信道可以找出3个独立没有交叠的信道。运营商部署WLAN时为了避免邻频干扰,一般都采用1、6、11这3个信道进行频率规划,不过在有较高网络容量需求和频率复用困难的情况下,可以采用1、7、13频点或者1、5、9、13频点进行复用;为了避免同频干扰,一般采用蜂窝式信道布局信道。

②5 GHz频段

WLAN还可以使用5 GHz频段,5 GHz频段带宽示意如图3-35所示。

图3-35 工作频段5 GHz

从图3-35可以看出,5 GHz频段分为三段:5.2 GHz、5.5 GHz和5.8 GHz,全部频段带宽为555 MHz。

·5.2 GHz频段分为8个信道,信道编号为36、40、44、48、52、56、60和64。

·5.5 GHz频段为新增频段,分为45个信道,信道编号为100～144,中国尚未放开使用。

·5.8 GHz频段分为5个信道,信道编号为149、153、157、161和165。

·相邻信道间的中心频率间隔为20 MHz,信道带宽为20 MHz。

802.11n、802.11ac可以通过信道绑定技术将两个或多个20 MHz信道捆绑合成单个信道,使得传输通道变得更宽,传输速率增加。将5 GHz相邻的两个相邻20 MHz信道绑定成40 MHz信道,图3-35中的浅色半圆就是将2个黑色半圆独立信道进行信道绑定,如将149和153信道捆绑。由于2.4 GHz频段的信道资源较拥挤,故一般不推荐使用信道绑定。

由于很多国家的军用雷达也在使用5 GHz频段,使用该频段的民用无线设备很可能对雷达等重要设施产生干扰,因此WLAN产品必须具备发射功率控制(避免功率过大干而扰军方雷达)和动态频率选择功能(主动探测军方使用的频率,当发生冲突时主动避让)。

2.WLAN协议层次

WLAN全网交互过程实质就是一个802.3协议数据包和802.11协议数据包相互封装和解封装的过程。IEEE 802.11协议只规定了WLAN的物理层和数据链路层的MAC子层,具体协议层次如图3-36所示。从图3-36可以看出,802.11协议具有不同的物理层特性、相同的MAC层功能。

图3-36 WLAN协议层次

①物理层

物理层又分为物理汇聚(PLCP)子层和物理介质相关(PMD)子层。

PLCP子层规定了如何将MAC层协议数据单元映射为合适的帧格式,用于收发用户数据和管理信息;PMD子层规定了两点和多点之间通过无线介质收发数据的特性和方法,如编码、复用和调制方式等。

②MAC层

MAC层负责无线网络终端与无线接入点之间的通信,包括扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。802.11定义了MAC帧格式的主体框架结构,无线局域网中发送的各种类型的MAC帧都采用这种帧结构。802.11的MAC帧格式如图3-37所示。

图3-37 MAC帧结构

Preamle:前导码字段,用于唤醒接收设备,使其与接收信号同步。

PLCP:物理汇聚子层字段,包含一些物理层的协议参数。

MAC:包括帧控制、帧持续时间、地址和顺序控制等字段。其中,帧控制字段主要用于定义一个MAC帧的类型是管理帧、控制帧还是数据帧;帧持续时间主要是一个帧的持续发送时间;地址字段主要包含不同类型的48 bit地址,如源地址、目的地址和基本业务集地址(BSSID)等;顺序控制字段用于过滤重复帧。

3.媒体访问控制机制CSMA/CA(载波侦听多路访问/冲突避免)

WLAN采用CSMA/CA机制在一个共享媒体上支持多个用户共享媒体资源。WLAN在无线媒体中传输数据时,发射机不可能边发射边检测,只能试图避免碰撞。CSMA/CA的基本原理是需要发送数据的站点检测信道,当信道“空闲”时,站点开始等待一个随机时长,在等待期间依然对信道进行检测,直到等待时段结束,若信道仍为“空闲”,则站点进行数据发送。

任务实施

一、任务实施流程

为了满足王先生的智慧家庭需求,电信智慧家庭工程师唐工需要为王先生制订一套合理、可行、个性化的设计方案,并进行组网实施以及设备调试,最后实现智慧家庭的相关功能。智慧家庭设计流程如图3-38所示。

图3-38 智慧家庭设计流程

二、任务实施

(一)需求分析

经过多次和王先生的沟通,唐工了解到王先生对智慧家庭的需求主要体现在无线网络的全覆盖、对家用电器的集中控制和远程控制、对家庭环境安全的监测和控制、对日常生活的辅助提醒上,主要涉及以下几个方面内容。

(1)家庭无线网络全覆盖。

(2)安防报警:在布防状态下,家中一旦出现非法侵入或者漏气、高温等异常情况,系统立即响应,通过网络将警情发送给业主。

(3)远程监控:无论业主身在何处,通过智能手机连接安装在家中的网络摄像机,可以随时观看查看家中情况。

(4)智能门锁:在家人平安到家开门时,系统会发送短信到手机。

(5)环境感知:自动检测环境的温度、湿度、空气质量等参数,并自动开启空调、新风、地暖、加湿器等设备,将居住环境调整到最佳状态。

(6)智能家电:通过智能遥控器、智能触控面板、智能开关或者智能终端等,可以实现空调、电视、热水器、电冰箱等家电设备的集中控制与管理。

(二)现场勘查

现场勘查包括对房屋整体面积、房间数量、综合布线等的勘查。勘查结果如图3-39所示。

图3-39 勘查结果

王先生的住宅面积为100 m2左右,三室两厅单卫,家庭多媒体信息箱在入户处,为家庭的汇聚点。卧室、书房和客厅均已布放有线接入点,其中卧室1布放的是同轴电缆接入点,其余地方布放的是网线接入点。

(三)方案设计

1.无线网络方案设计

根据现场勘查结果,唐工对王先生家进行了室内无线网络设计,主要针对日常活动区域进行无线信号覆盖。无线网络组网方案如图3-40所示。无线网络组网方案设计思路如下。

(1)客厅餐厅区域通过大功率的天翼网关进行覆盖。

(2)卧室1是因为没有布放网线,所以通过无线路由器覆盖,通过将网线接机顶盒可实现IPTV功能。

(3)卧室2因为是小孩的卧室,按照王先生的要求,接收的无线信号强度尽量小一些。

(4)书房因为布置了网线接口(挨着网线接口就是电源接口),所以采用迷你无线路由器实现无线信号覆盖。

(5)其他区域(如厨房和生活阳台等)WiFi信号也覆盖了,但是信号强度不是太大。

2.智慧家庭解决方案设计

根据需求分析,王先生对智慧家庭的主要需求是实现安防监控、环境监测、家电智能控制等。如今市场上智慧家庭的产品琳琅满目,品牌厂商通常提供整体解决方案,但价格不菲,而小厂商产品往往会出现兼容问题。唐工经过和王先生多次讨论与协商,最后选择了整套“小米”智慧家庭设备进行组网,智能门锁自行购置(如凯迪仕门锁等)。智能家庭设备布放如图3-41所示。

智慧家庭解决方案描述如下。

(1)家庭安防

①凯迪仕K5智能锁可以实现蓝牙开门、远程授权开门、指纹开门、刷卡开门、密码开门功能。

②通过监控摄像机可以远程查看室内情况。

③在工作外出期间,当门窗突然开启或室内出现异常声音时,智能网关将联动手机端报警。

(2)智能家电

①使用智能插座实现手机端遥控台灯、电饭煲、饮水机、空气净化器、扫地机的开关,也可以使用无线开关联动小家电的开关。

②使用空调伴侣实现空调的定时开关、温度调节等。

③使用万能遥控器实现电视、机顶盒等红外家电的控制。

(3)智能环境

①根据不同环境变化,通过手机、平板电脑、计算机等调整室内相应环境。

②对烟雾环境、煤气泄漏量、PM2.5超标等进行监测,当超过阈值时联动报警器和手机端进行报警。

3.组网设备和智能设备

在图3-40和图3-41中,无线网络组网设备和智能设备使用情况如表3-1所示。

图3-40 室内无线网络组网方案

图3-41 智慧家庭解决方案设计

表3-1 组网设备和智能设备

4.费用预算

智慧家庭解决方案费用包括设计费用、设备费用、耗材费用和施工费用。其中,设备费用主要是表3-1所涉及的费用;耗材费用主要是网络实施过程中的网线、水晶头、信息模块等费用;施工费用主要涉及设备安装调测费用和信息点调测费用;设计费用按照规定计取。

(四)组网实施

1.迷你无线路由器安装

TP-LINK迷你无线路由器的安装非常简单,如图3-42所示。

图3-42 天线路由器的安装

2.智慧家庭设备安装

小米智慧家庭设备的安装非常方便,要么直接插在电源插座上,要么直接贴在需要放置的家具上。

(五)设备调测

1.智慧家庭设备调测

①下载小米APP

我们需要下载并安装控制小米智能硬件的“米家”APP。

②添加智能设备

登录APP后,可以看到“米家”APP主页面“我的设备”中显示了目前所连接的智能设备以及一些常用的智能场景应用。添加所有的智能设备都在“我的设备”页面,单击右上角的“+”号,出现“添加设备”界面,然后进行设备添加,需添加表3-1中所有的小米智能设备。

③设置智能场景

“自动化”的设备分为“输入”和“输出”设备两大类。能接入“米家”APP并能为自动化提供“条件”的设备为输入设备,如门窗磁、温湿度传感器、人体传感器等,而输出设备是指能执行动作的小米设备,如灯、插座、万能遥控器等。有的小米设备同时具有输入输出功能,如小米空气净化器、烟雾报警器等。它们不仅是个输出的执行者,也可以检测环境值,为自动化提供了条件。

举例:当大门打开后忘关了或未锁紧时,这时就需要提示的声音。在大门加装小米门磁,当大门打开超过1分钟未关时,网关会发出你指定的报警音,同时给你的手机推送“大门打开超过1分钟未关”的通知,提醒你关好门。智能场景设置如图3-43所示。

图3-43 智能场景设置

2.无线路由器和迷你路由器

TP-LINK的无线路由器和迷你路由器都可以设置成无线中继模式,我们下面介绍迷你路由器的配置。

(1)确认中继无线信号的无线名称、无线密码等参数。例如,无线网络名称为zhangsan;加密方式为WPA2-PSK;无线密码为1a2b3c4d。

(2)将计算机和迷你路由器连接并进行配置。

①浏览器中输入tplogin.cn,单击回车键后页面会弹出登录框。

②按照设置向导进行设置,选择工作模式为“Reapter”,如图3-44所示。

图3-44 工作模式为“Reapter”模式

③接着扫描信号,找到主路由器的无线网络名称“zhangsan”,如图3-45所示。

图3-45 扫描主路由器网络

④输入无线密码,如图3-46所示,然后重启路由器。

图3-46 输入无线密码

⑤设置成功后,连接上网。

(六)竣工验收

所有设备测试成功后,给客户演示各种智慧家庭功能,并耐心讲解各种设备的使用方法以及相关APP的设置方法,直到客户学会并满意为止。

任务成果

(1)对用户进行需求分析,并完成用户需求分析报告。

(2)完成智慧家庭的方案设计,并绘制智慧家庭施工图纸。

(3)根据智慧家庭的方案设计,完成智慧家庭费用预算。

(4)完成智慧家庭任务工单1份。

任务思考与习题

一、单选题

1.与WLAN相比,WWAN的主要优势在于(　)。

A.支持快速移动性　B.传输速率更高

C.支持L2漫游　D.支持更多无线终端类型

2.以下关于WMAN的描述中不正确的是(　)。

A.WMAN是一种无线宽带接入技术,用于解决“最后一公里”接入问题

B.WiFi常用来表示WMAN

C.WMAN标准由IEEE 802.16工作组制定

D.WMAN能有效解决有线方式无法覆盖地区的宽带接入问题

3.以下关于WPAN的描述不正确的是(　)。

A.WPAN的主要特点是功耗低、传输距离短

B.WPAN工作在ISM波段

C.WPAN标准由IEEE 802.15工作组制定

D.典型的WPAN技术包括蓝牙、Ir DA、Zigbee、WiFi等

4.蓝牙耳机是(　)的一个典型应用。

A.WWAN　B.WMAN　C.WLAN　D.WPAN

5.以下不属于WPAN技术的是(　)。

A.蓝牙　B.ZigBee　C.WiFi　D.Ir DA

6.IEEE 802.11规定MAC层采用(　)协议来实现网络系统的集中控制。

A.CSMA/CD　B.CSMA/CA　C.CDMA　D.TDMA

7.在设计一个要求具有NAT功能的小型无线局域网时,应选用的无线局域网设备是(　)。

A.无线网卡　B.无线接入点　C.无线网桥　D.无线路由器

8.蓝牙物理地址是(　)位,Zigbee物理地址是(　)位,Ir DA物理地址是(　)位,WLAN物理地址是(　)位。

A.32,16,48,48　B.48,16,32,48

C.32,48,32,48　D.16,16,32,32

9.根据无线网卡使用的标准不同,WiFi的速率也有所不同。IEEE 802.11b最高的速率为________Mbit/s;IEEE 802.11a最高速率为________Mbit/s,IEEE 802.11g最高速率为_________Mbit/s。

A.2　54 11　B.11 54 11　C.11 11 54　D.11 54 54

10.下列哪项不是ZigBee工作频率范围(　)。

A.2 400～2 483.5　B.902～928　C.868～868.6　D.512～1024

11.下列无线通信技术中消耗最小的是(　)。

A.UWB　B.蓝牙　C.802.11a　D.HomeRF

12.以下关于卫星网络的描述中,不正确的是(　)。

A.通信距离远　B.通信频带宽　C.传输延迟小　D.通信线路可靠

13.WLAN常用的传输介质为(　)。

A.广播无线电波　B.红外线　C.激光　D.地面微波

二、简答题

1.分析造成家庭局域网无线信号接收质量不好的主要因素。

2.如何优化家庭无线局域网的网络结构,解决家庭无线局域网覆盖不到位的问题?

3.主要用于智慧家庭的智能终端有哪些?如何利用这些智能终端打造方便、舒适、温馨、智能的家居生活?

4.WLAN主要有哪些标准?画出WLAN的协议模型。

5.WLAN、蓝牙、ZigBee之间有哪些区别?