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物联网网络技术的现状与未来发展

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前是网络技术的变革期,也是一个技术创新的活跃期。物联网是在网络层面进行各种应用。在传输方面,物联网对网络技术的需求主要表现在三方面:要求网络传输技术的进步,要求网络分配技术的升级,以及Web 3.0的应用。另外,在网络架构和管理方面,物联网需要具备集成有线和无线网络技术,可实现透明无缝衔接及实现自我配置和有层次的组网结构。无线通信和网络技术是促进物联网发展的主要动力,它们包括3G、3.5G MMDS、WLAN、WiMax、UWB、WSN等。

物联网网络技术的现状与未来发展

目前是网络技术的变革期,也是一个技术创新的活跃期。在这一关键时期,承载网络和业务网络均面临重大调整,网络中的结构模型、功能分布、传输模式、编址与命名、寻址与路由、服务质量保证方式、网络安全性、可运营可管理能力、业务支撑能力等多个方面均有许多新的需求。下面分别从几个方面进行介绍:

对于物联网的功能分布,在“2009无线技术世界暨物联网国际高峰会议”上有专家表示,未来的网络将设计成2层模型。基础设施层完成交换路由传输,相当于网络层面。物联网是在网络层面进行各种应用。

在传输方面,物联网对网络技术的需求主要表现在三方面:要求网络传输技术的进步(无线、有线),要求网络分配技术的升级,以及Web 3.0的应用。另外,在网络架构和管理方面,物联网需要具备集成有线和无线网络技术,可实现透明无缝衔接及实现自我配置和有层次的组网结构。

无线通信和网络技术是促进物联网发展的主要动力,它们包括3G、3.5G MMDS(宽带固定无线接入)、WLAN(无线局域网技术)、WiMax(全球微波接入互操作系统)、UWB(超宽带无线接入技术)、WSN(无线传感器网络)等。下面分别就以上技术进行介绍:

(1)MMDS(多路微波分配系统)

MMDS也称为多频道多点多分配系统、无线电缆或空中电缆等。早期MMDS用于电视分配,后来发展到传输电视、调频立体声、数据等。数字MMDS出现之后,MMDS开始用于宽带接入,如接入Internet。

MMDS由MMDS发射系统、用户端射频系统组成。基本工作流程如下:由CATV前端送来的信号、接收卫星的信号、相机送来的实况转播节目、音频与视频信号、录像机送来的信号等外来信号,送到MMDS发射系统,经过处理馈送到发射塔,再由天线发射,此处天线发射角可以是全向形(360°)、心形(180°)、扇形(45°、80°、110°)等。在一定覆盖范围内,用户端的射频系统接收MMDS信号,经过处理送到用户。MMDS工程流程如图7-6所示。

数字MMDS传送的信号基于MPEG-2/DVB标准。数字MMDS具有传送节目多、传输质量高、数字加密、覆盖范围广,可传送TCP/IP、VDP/IP数据、实现高速Internet接入等特点。数字MMDS不但能传送电视,而且,它还能提供互联网接入、视频点播、IP电话、网上购物、信息查询、卡拉OK点播等增值业务。

图7-6 MMDS工作流程

(2)WLAN(无线局域网技术)

WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络,是计算机网络与无线通信技术相结合的产物,它以无线多址信道作为传输媒介,提供传统有线局域网LAN(Local Area Network)的功能,能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。

WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。

在网络类型上,WLAN有对等网络和基础结构网络。

1)对等网络(见图7-7)由一组有无线接口卡的计算机组成。这些计算机以相同的工作组名、ESSID和密码等对等的方式相互直接连接,在WLAN的覆盖范围之内,进行点对点与点对多点之间的通信。

图7-7 总线型对等网络

2)基础结构网络(见图7-8)在基础结构网络中,具有无线接口卡的无线终端以无线接入点AP为中心,通过无线网桥AB、无线接入网关AG、无线接入控制器AC和无线接入服务器AS等将无线局域网与有线网网络连接起来,可以组建多种复杂的无线局域网接入网络,实现无线移动办公的接入。

图7-8 基础结构网络

作为有线网络无线延伸,WLAN可以广泛应用在生活社区、游乐园、旅馆、机场车站等游玩区域实现旅游休闲上网;可以应用在政府办公大楼、校园、企事业等单位实现移动办公,方便开会及上课等;可以应用在医疗金融证券等方面,实现医生在路途中对病人在网上诊断,实现金融证券室外网上交易。

对于难于布线的环境,如老式建筑沙漠区域等;对于频繁变化的环境,如各种展览大楼);对于临时需要的宽带接入,流动工作站等,建立WLAN是理想的选择。

(3)WiMax(全球微波接入互操作系统)

WiMax是一项基于IEEE 802.16的宽带无线接入城域网技术,亦被称为IEEE Wireless MAN(Metropolitan Area Network),其基本目标是提供一种在城域网一点对多点的多厂商环境下,可有效地互操作的宽带无线接入手段。

WiMax有自身的许多优势。而各厂商也正是看到了WiMax的优势可能引发强大的市场需求才对其抱有浓厚兴趣的。(www.xing528.com)

优势之一:实现更远的传输距离。WiMax所能实现的50km的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的,网络覆盖面积是3G发射塔的10倍,只要少数基站建设就能实现全城覆盖,这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。

优势之二:提供更高速的宽带接入。据悉,WiMax所能提供的最高接入速度是70M,这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。

优势之三:提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术,它可以将WiFi热点连接到互联网,也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展,实现最后一公里的宽带接入。WiMax可为50km线性区域提供服务,用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。

优势之四:提供多媒体通信服务。由于WiMax较之WiFi具有更好的可扩展性和安全性,从而能够实现电信级的多媒体通信服务。

(4)UWB(超宽带无线接入技术)

UWB是一种应用于1GHz以上带宽的无线通信技术。

由于UWB是无载波通信技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很宽。UWB带宽频率范围在3.1GHz到10.6GHz之间,适用于高速、近距离(有效传输距离在10m以内)的个人无线通信。

UMB技术在物理空中接口和较上层采用自下而上的设计,支持带宽密集的移动业务和并发的VoIP和数据业务,具有更大的灵活性。UMB网络设计的目标是:

●无缝移动;

●为广泛的应用提供QoS,包括延时敏感业务;

●高效的频率再用部署;

●通过简化网元间的接口,实现不同厂商设备的互通;

●简化管理,减少网元数量;

●增强网络的可扩展性和业务部署的灵活性。

采用UMB技术,易于对网络进行扩展,服务于不同场景下的基站,满足不同覆盖率和容量的需求。UMB网络采用分布式网络架构使负载分散到各个网元,从而简化了总体设计。

(5)WSN(无线传感器网络)

WSN是众多的传感器通过无线通信的方式,相互联系,处理、传递信息的网络。该网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,可以实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,传送给所需用户。

与其他网络一样,无线传感器网络的协议栈包括应用层、传输层、网络层、数据链路层物理层。在应用层采用不同的软件,就可以实现传感器网络不同的应用目的;传输层提供差错控制流量控制等功能;网络层主要负责将传输层所提供的数据路由至信息收集节点;数据链路层主要负责节点接入,降低节点间的传输冲突;物理层进行比特流的传输。

但与蜂窝网、无线局域网等其他无线通信网络相比,无线传感器网络有其自身的显著特点,主要包括节点(传感器)的低功率、低功耗和有限处理能力,网络的自组织性和容错性,网络的可扩展性,网络对能量的敏感性,以及以数据为中心的传输等等。针对这些特性,需要采用适于传感器网络的解决方案。比如,在物理层,可以采用低阶调制技术、超宽带(Ultra-Wideband,UWB)无线通信技术、射标签(Radio Frequency Identifi-cation,RFID)技术等;在媒体接入控制(Media Access Control,MAC)层,可以采用分布式接入控制算法、公平的资源分配算法等;在网络层,针对不同的准则,可采用各种节省能量的分布式路由算法和协议,以及数据融合的算法。

无线传感器网络在军事、工业、交通、安全、医疗、探测及家庭和办公环境等很多方面都有着广泛的用途,其研究、开发和应用,关系到国家安全、经济发展等各个重大方面,近年来在国际上引起了广泛的关注。

此外,物联网发展还需要考虑涉及分布式存储单元定位和追踪系统、编址和寻址及数据挖掘和服务等相关的通信和网络技术。

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