工业自动化通信协议及应用简介

授课内容 (一)工业自动化通信协议及应用简介

(二)无线通信技术1)数传电台简介2)GPRS简介3)Zigbee简介4)无线扩频技术简介

(三)工业以太网简介

(四)PLC与上位机/DCS系统/变频调速器的通信概述(五)实例讲解(一)工工业自动动化通信信协议及及应用简简介一、通讯讯协议概概念通讯协议议就是当当计算机机彼此通通讯时,,所共同同遵守的的通讯规规则与标标准。基基于这个个标准,,当两部部计算机机通过网网络进行行通讯时时,才能能了解对对方的需需求。而而针对不不同类型型的通讯讯工作,,便有不不同类型型的协议议,例如如超文件件传输协协议(HTTP),就是当要要在计算算机间传传输超文文件时,,所使用用的通讯讯标准。。电脑与电电脑之间间的沟通通必须讲讲述相同同的语言言，才能能互相传传输信息息，自然然资料在在国际互互联网上上传递，，每一份份都要符符合一定定的规格格（即是是相同的的语言）），否则则中国送送出的资资料，在在美国那那边要怎怎么收下下呢？这些规格格（语言言）的规规定都是是事先在在会议桌桌上讲好好的，一一般我们们称之为为“协议议”（英英文称为为Protocol），而这种在在网络上上负责定定义资料料传输规规格的协协议，我我们就统统称为通通讯协议议。将通通讯协议议用到工工业自动动化上就就是工业业自动化化通讯协协议，但但是，在在有些情情况下，，要对通通讯协议议进行修修改，才才能适应应工业自自动化的的要求。。二、常见见通讯协协议简介介1.RS-232--CRS-232--C是OSI((OpenSystemInterconnectReferenceModel开放式系系统互联联参考模模型)的的物理层层部分的的规格，，它决定定了连接接器形状状等物理理特性、、以0和和1表示示的电气气特性及及表示信信号意义义的逻辑辑特性。。RS-232--C是EIA（（ElectronicIndustriesAssociation电子工业业联合会会）发表表的，是是RS-232--B的修改版版。本来来是为连连接模拟拟通信线线路中的的调制解解调器等等DCE((DataCommnicationEquipment数据通信信设备))及电传传打印机机等DTE（（DataTerminalEquipment数据终端端设备））接口而而标准化化的。现现在很多多个人计计算机也也用RS-232--C作为输入入输出接接口，用用RS-232--C作为接口口的个人人计算机机也很普普及。

RS-232--C的如下特特点：采采用直通通方式，，双向通通信，基基本频带带，电流流环方式式，串行行传输方方式，DCE--DTE间使用的的信号形形态，交交接方式式，全双双工通信信。RS-232--C在ITU建议的V.24和V.28规定的25引脚脚连接器器在功能能上具有有互换性性。RS-232--C所使用的的连接器器为25引脚插插入式连连接器，，一般称称为25引脚。。DTE端的电缆缆顶端接接公插头头，DCE端接母插插座。RS-232--C所用电缆缆的形状状并不固固定，但但大多使使用带屏屏蔽的24芯电电缆。电电缆的最最大长度度为15m。使用RS-232--C在200K位/秒以以下的任任何速率率都能进进行数据据传输。2.RS-449RS-449是1977年由由EIA((电子工业业联合会会)发表表的标准准，它规规定了DTE和DCE之间的机机械特性性和电气气特性。。RS-449是想取代代RS-232--C而开发的的标准，，但是几几乎所有有的数据据通信设设备厂家家仍然采采用原来来的标准准，所以以RS-232--C仍然是最最受欢迎迎的接口口而被广广泛采用用。RS-449的连接器器使用ISO规格的37引脚脚及9引引脚的连连接器，，2次通通道（返返回字通通道）电电路以外外的所有有相互连连接的电电路都使使用37引脚的的连接器器，而2次通道道电路则则采用9引脚连连接器。。RS-449的电特性性，对平平衡电路路来说由由RS-422--A规定，大大体与V.11具有相同同规格，，而RS-423--A大体与V.10具有相同同规格。。3.V.35V.35是通用终终端接口口的规定定，其实实V.35是对60Hz至108kHz群带宽线线路进行行48Kbps同步数据据传输的的调制解解调器的的规定，，其中一一部分内内容记述述了终端端接口的的规定。。V.35对机械特特性即对对连接器器的形状状并未规规定。但但由于48Kbps-64Kbps的美国Bell规格调制制解调器器的普及及，34引脚的的ISO2593被广泛采采用。模模拟传输输用的音音频调制制解调器器的电气气条件使使用V.28（不平衡电电流环互互连电路路），而而宽频带带调制解解调器则则使用平平衡电流流环电路路。4.X.21X.21是对公用用数据网网中的同同步式终终端（DTE）与线路终终端（DCE）间接口的的规定。。主要是是对两个个功能进进行了规规定：其其一是与与其他接接口一样样，对电电气特性性、连接接器形状状、相互互连接电电路的功功能特性性等的物物理层进进行了规规定；其其二是为为控制网网络交换换功能的的网控制制步骤，，定义了了网络层层的功能能。在专专用线连连接时只只使用物物理层功功能，而而在线路路交换数数据网中中，则使使用物理理层和网网络层的的两个功功能。X.21接口用的的连接器器引脚也也只用15引脚电气气特性分分别参照照V系列接口口电气条条件的V.10和V.11。数字网的的同步都都是从属属于网络络主时钟钟的从属属同步。。5.HDLC（高级数据据链路控控制规程程）HDLC是可靠性性高，高高速传输输的控制制规程。。其特点点如下：：可进行行任意位位组合的的传输；；可不等等待接收收端的应应答，连连续传输输数据；；错误控控制严密密；适合合于计算算机间的的通信。。HDLC相当于OSI((OpenSystemInterconnectReferenceModel开放式系系统互联联参考模模型)基基本参照照模型的的数据链链路层部部分的标标准方式式的一种种。HDLC的适用领领域很广广，近代代协议的的数据链链路层大大部分都都是基于于HDLC的。6.SDLC（同步数据据链路控控制）是IBM公司制定定的协议议，并成成为SNA((SystemNetwoekArchitecture系统网络络架构))的数据链链路控制制层协议议。实际际上也包包含于HDLC中。7.FDDI（光纤分布布式数据据接口））FDDI的传输速速度为100Mbps，传输媒体体为光纤纤，是令令牌控制制的LAN（（局域网））。FDDI的物理传传输时钟钟速度是是125MHz,,但实际速速度只有有100Mbps。可实际连连接的工工作站数数最多有有500个，但但推荐使使用100个以以下。FDDI的连接形形态基本本上有两两种：一一种是用用一次环环路和二二次环路路的两个个环构成成的环形形结构；；另一种种是以集集线器为为中心构构成树状状结构。。工作站站间的距距离用光光纤为2KM，用双绞线线则为100M。但对单模模光纤制制定了节节点间的的距离可可以延长长到超过过2KM以上的标标准。FDDI有三种接接口：DAS（（双配件站站）；SAS（（单配件站站）；集集线器（（Concentrater）。通常仅使使用一次次环路，，二次环环路作为为预备用用系统处处于备用用状态。。8.TCP//IP（（传输控制制协议//Internet协议）TCP是英文TransmissionControlProtocol的缩写，，中文翻翻译与““传输控控制通讯讯协议””。IP是英文InternetProtocol的缩写，，中文翻翻译成““国际互互联网通通讯协议议”。TCP//IP也称为因因特网协协议集。。被用于于因特网网并广泛泛用于不不同网络络的互联联。TCP作为IP的上层协协议是支支持端节节点之间间通信的的传输层层协议，，可提供供面向连连接的流流式通信信形态的的应用程程序。TCP相当于OSI((开放式系系统互联联参考模模型)第四层（（传输层层）所提提供的服服务，具具有修正正错误、、顺序控控制、流流控制阻阻塞控制制等功能能，为各各应用程程序之间间提供可可靠的通通信。因因此通信信程序对对通信时时的错误误或阻塞塞等低层层的通信信情况勿勿需考虑虑即可进进行通信信。IP是网络的的基础性性协议。。处于OSI七层协议议中的第第三层（（网络层层），它它规定了了INTERNET的网关之之间、网网关和主主机之间间的通信信协议。。IP的功能如如下：决决定下面面应该传传送的网网关的路由控制功能能、根据据实际要要通信的的各个网网络以及及通信媒媒体的最最大传送送单位，，把IP的数据报报进行分分割及重重组处理理等。9.SNMP（简单网络络管理协协议）TCP//IP协议集中中的网络络管理协协议。已已被普遍遍采用。。使用SNMP的管理模模型，对对INTERNET进行管理理的协议议，是在在TCP//IP的应用层层进行工工作的。。其优点点是，不不依赖于于网络物物理层的的属性即即可规定定协议，，对全部部网络和和管理可可以采用用共同的的协议，，管理者者和被管管理者之之间可采采用客户户/服务务器的方方式，可可称为代代理（工工具）；；如果管管理者作作为客户户机工作作，可称称为管理理器或管管理站。。代理的的功能应应该包括括对操作作系统和和网络管管理层的的管理，，取得有有关对象象的七层层信息，，并利用用SNMP网络管理理协议把把该信息息通知管管理者。。管理者者本身应应要求对对有关对对象的信信息存储储在代理理中所含含的MIB（（管理信息息库）的的虚拟数数据库中中。对SNMP而言，要要求能够够取得或或设置由由管理到到代理网网管对象象本身的的对象等等内容。。代理应应完成管管理器要要求回答答的内容容。同时时，代理理本身还还应把因因代理发发生的事事件通知知管理器器。10.点点到点点协议PPP（（PointoPointProtocol）作为RFC1171/1172而制定的的PPP,,是在点对对点线路路上对包包括IP在内的LAN协议进行行中继的的Internet标准协议议。PPP从作成当当初开始始就对应应于多协协议，设设计成具具有不依依存于网网络层协协议的数数据链路路。在用用PPP对各个网网络层协协议进行行中继时时，每个个网络层层协议必必须有某某个对应应于PPP的规格，，这些规规格有一一些已经经存在。。PPP的实际安安装已经经开始，，特别是是必须适适应多协协议的路路由器厂厂家积极极采用PPP。PPP是由两种种协议构构成的：：一种是是为了确确保不依依存于协协议的数数据链路路而采用用的LCP（数据链路路控制协协议）；；另一种种为了实实现在PPP环境中利利用网络络层协议议控制功功有的NCP（网络控制制协议））。NCP从其目的的出发需需要在每每个网络络层协议议都要作作规定。。NCP的具体名名称在对对应的网网络层协协议中有有所不同同。更准准确地说说，PPP所规定协协议只是是LCP，至于将NCP及网络层层协议如如何放入入PPP帧中，要要由开发发各种网网络层协协议的厂厂家进行行。PPP帧具有传传输LCP、NCP及网络层层协议的的功能。。对利用用LCP的物理层层规格没没有特殊殊限制。。可以利利用RS-232--C、RS-422//423、V.35等通用的的物理连连接器。。传输速速度的应应用领域域也没有有特别规规定，可可以利用用物理层层规格所所容许的的传输速速度。而而要采用用全双工工方式的的通信线线路。11.SLIP（串行线路路互联协协议）作为UNIX机器所标标准装备备的WAN((WideAreaNetwork广域网))协议SLIP已广泛普普及。SLIP是以RFC914提出的方方案，以以RFC1055的协议规规格公开开的，它它是面向向低速串串行线路路的协议议。将IP信息分组组发送到到串行线线路上时时，为了了划分信信息分组组所规定定的控制制字符的的简单规规格。SLIP是以串行行线路连连接装有有TCP//IP的机器的的规格，，既可以以使用RS-232--C连接，也也可以经经过电话话网进行行调制解解调器连连接，用用途没什什么限制制。在路路由器之之间的连连接，主主机间的的连接，，主机和和路由器器的连接接都可采采用。(二)无线通信技术术一、数传传电台的的概念数传电台台（DataRadio）是指借助助DSP((DigitalSignalProcessing数字信号号处理))技术术和无线线电技术术实现的的高性能能专业数数据传输输电台。。数传电电台的使使用从最最早的按按键电码码、电报报、模拟拟电台加加无线MODEM，发展到目目前的数数字电台台和DSP、、软件无线线电；传传输信号号也从代代码、低低速数据据到高速速数据，，可以传传输包括括遥控遥遥测数据据、数字字化语音音、动态态图像等等业务。。目前使使用的数数据传输输电台，，主要有有模拟电电台加MODEM、数字电台台、网络络图像电电台等。。数字电台台是数字字式无线线数据传传输电台台的简称称。即采采用数字字信号处处理、数数字调制制解调、、具有前前向纠错错、均衡衡软判决决等功能能的无线线数据传传输电台台。区别别与模拟拟调频电电台加MODEM的模拟式式数传电电台，数数字电台台提供透透明RS232接口，传传输速率率达19.2Kbps，收发转换换时间小小于10ms，具有场强强、温度度、电压压等指示示，误码码统计、、状态告告警、网网络管理理等功能能。1)数数传传电台简简介数传电台台构成图图：

AF音频((AudioFrequency))无线数传传电台作作为一种种通讯媒媒介，与与光纤、、微波一一样，有有一定的的适用范范围：它它提供某某些特殊殊条件下下专网中中监控信信号的实实时、可可靠的数数据传输输，具有有成本低低、安装装维护方方便、绕绕射能力力强、组组网结构构灵活、、覆盖范范围远的的特点，，适合点点多而分分散、地地理环境境复杂等等场合。。在很多多专网领领域有广广泛的应应用。二、应用用1.电电力电气SCADA（监控和数数据采集集）是一一个广阔阔的市场场，包括括发电系系统、配配电自动动化、电电量管理理系统等等等。适适合用无无线电控控制的装装置，包包括杆顶顶自动开开关装置置、断路路器、电电容器组组等，尤尤其是10千伏伏变压器器的监控控，其数数量十分分巨大，，为无线线数传电电台的应应用开辟辟了广阔阔的空间间，因为为点多而而分散的的10KV配变站，，恰恰十十分适宜宜数传电电台的使使用，这这一情况况在部分分省市已已经得到到了验证证。2.油油田、煤煤矿油田、煤煤矿等地地理环境境复杂。。油井分分布较广广，采用用人工监监控设备备和数据据采集十十分不便便，实时时性差，，有线传传输也不不方便。。无线数数传电台台是非常常理想的的数据传传输手段段，提供供实时可可靠的监监控数据据。

3.水水文监控控、气象象、环保保水利水文监控控、气象象、环保保水利等等部门需需要自动动采集雨雨量、水水位、流流量、蒸蒸发量、、空气质质量等水水文、环环境参数数的地方方，特别别适用于于偏远山山区、地地势险要要的水文文站、监监测点。。4．城市市水处理理、集中中供热等等市政工工程水处理远远程实时时监控系系统是用用现代化化的通讯讯技术、、计算机机技术和和自动监监测仪器器，对各各远端设设备及水水质、流流量等参参数进行行远程实实时监控控，实现现了水处处理的自自动化、、信息化化、网络络化。城城市供热热联网，，各片区区热力站站等逐步步要求无无人职守守，采用用无线传传输数据据是理想想又经济济的方式式。此外无线线数传电电台还可可广泛应应用于铁铁路监控控、报警警系统、、现代工工业设施施、灌溉溉、森林林等系统统或设施施中的数数据传输输。三、频率率范围无论是发发射天线线还是接接收天线线，它们们总是在在一定的的频率范范围（频频带宽度度）内工工作的，，天线的的频带宽宽度有两两种不同同的定义义：一种是指指：在驻驻波比SWR≤≤1.5条件下，，天线的的工作频频带宽度度；一种是指指：天线线增益下下降3分贝贝范围内内的频带带宽度。。在移动通通信系统统中，通通常是按按前一种种定义的的，具体体的说，，天线的的频带宽宽度就是是天线的的驻波比比SWR不超过1.5时，天线线的工作作频率范范围。一一般说来来，在工工作频带带宽度内内的各个个频率点点上,天线性能能是有差差异的，，但这种种差异造造成的性性能下降降是可以以接受的的。四、信道道间隔信道指发发射接收收时占用用的频率率值。相相邻信道道之间的的频率差差值称为为信道间间隔。规规定的信信道间隔隔有25KHz((宽带)、、20KHz、、12..5KHz(窄带)等等。五、信道道数量是指同时时进行数数据及信信号通讯讯的通道道数量，，数量越越多，信信号强度度及通信信质量越越高。一、GPRS的含义GPRS(GeneralPacketRadioService))是通用分分组无线线业务的的简称，，具体来讲讲，GPRS是一项高高速数据据处理的的科技，，即以分分组的““形式””把数据据传送到到用户手手上。因因此，GPRS技术可以以令手机机上网省省时、省省力、省省花费。。打个比比方，GPRS就好比移移动通信信设备的的ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLine非对称数数字用户户线路）），而GSM就是普通通固定电电话线。。它突破了了GSM（（GlobalSystemforMobileCommunication））全球移动动通信系系统网只只能提供供电路交交换的思思维方式式，只通通过增加加相应的的功能实实体和对对现有的的基站系系统进行行部分改改造来实实现分组组交换，，这种改改造的投投入相对对来说并并不大，，但得到到的用户户数据速速率却相相当可观观。GPRS是一种以以全球手手机系统统（GSM））为基础的的数据传传输技术术，可说说是GSM的延续。。GPRS和以往连连续在频频道传输输的方式式不同，，是以封封包（Packet））式来传输输，因此此使用者者所负担担的费用用是以其其传输资资料单位位计算，，并非使使用其整整个频道道，理论论上较为为便宜。。GPRS的传输速速率可提提升至56Kbps甚至114Kbps。而且，因因为不再再需要现现行无线线应用所所需要的的中介转转换器，，所以连连接及传传输都会会更方便便容易。。如此，，使用者者既可联联机上网网，参加加视讯会会议等互互动传播播，而且且在同一一个视讯讯网络上上（VRN））的使用者者，甚至至可以无无需通过过拨号上上网，而而持续与与网络连连接。2)GPRS简介GSM//GPRS工作过程程，如下下图所示示：二、GPRS的特点1.应应用上的的特点目前，用用手机上上网还显显得有些些不尽人人意。因因此，全全面的解解决方法法GPRS也就这样样应运而而生了，，这项全全新技术术可以令令您在任任何时间间、任何何地点都都能快速速方便地地实现连连接，同同时费用用又很合合理。简简单地说说：速度度上去了了，内容容丰富了了，应用用增加了了，而费费用却更更加合理理。(1)高高速数据据传输速度10倍于GSM，更可满足足您的理理想需求求，还可可以稳定定地传送送大容量量的高质质量音频频与视频频文件，，可谓不不一般的的巨大进进步。(2)永永远在线线由于建立立新的连连接几乎乎无需任任何时间间(即无无需为每每次数据据的访问问建立呼呼叫连接接)，因因而您随随时都可可与网络络保持联联系，举举个例子子，若无无GPRS的支持，，当您正正在网上上漫游，，而此时时恰有电电话接入入，大部部分情况况下您不不得不断断线后接接通来电电，通话话完毕后后重新拨拨号上网网。这对对大多数数人来说说，的确确是件非非常令人人恼火的的事。而而有了GPRS，您就能轻轻而易举举地解决决这个冲冲突。(3)仅仅按数据据流量计计费即根据您您传输的的数据量量(如：网上上下载信信息时)来计费，，而不是是按上网网时间计计费也就就是说，，只要不不进行数数据传输输，哪怕怕您一直直“在线线”，也也无需付付费。做做个“打打电话””的比方方，在使使用GSM++WAP(WirelessApplicationProtocol手机上网网协议/无线应用用协议)手机上网网时，就就好比电电话接通通便开始始计费；；而使用用GPRE+WAP上网则要要合理得得多，就就像电话话接通并并不收费费，只有有对话时时才计算算费用。。总之，，它真正正体现了了少用少少付费的的原则。。2.技术术上的特特点数据实现现分组发发送和接接受，按按流量计计费；56~115Kbps的传输速速度。由由于使用用了"分分组"的的技术，，用户上上网可以以免受断断线的痛痛苦(情情形大概概就跟使使用了下下载软件件NetAnts差不多))。此外外，使用用GPRS上网的方方法与WAP并不同，，用WAP上网就如如在家中中上网，，先"拨拨号连接接"，而而上网后后便不能能同时使使用该电电话线，，但GPRS就较为优优越，下下载资料料和通话话是可以以同时进进行的。。从技术术上来说说，声音音的传送送(即通通话)继继续使用用GSM，，而数据的的传送便便可使用用GPRS，这样的话话，就把把移动电电话的应应用提升升到一个个更高的的层次。。而且发发展GPRS技术也十十分"经经济"，，因为只只须沿用用现有的的GSM网络来发发展即可可。GPRS的用途十十分广泛泛，包括括通过手手机发送送及接收收电子邮邮件，在在互联网网上浏览览等。现在手机机上网的的口号就就是"alwaysonline"、""IPinhand"，，使用了GPRS后，数据据实现分分组发送送和接收收，这同同时意味味着用户户总是在在线且按按流量计计费，迅迅速降低低了服务务成本。。对于继继续处在在难产状状态的中中国移动动／联通通WAP资费政策策，如果果将CSD((电路交换换数据，，即通常常说的拨拨号数据据，欧亚亚WAP业务所采采用的承承载方式式)承载载改为在在GPRS上实现，，则意味味着由数数十人共共同来承承担原来来一人的的成本。。GPRS的最大优优势在于于它的数数据传输输速度不不是WAP所能比拟拟的。目目前的GSM移动通信信网的传传输速度度为每秒秒9.6K字节，GPRS手机在今今年年初初推出时时已达到到56Kbps的传输速速度，到到现在更更是达到到了115Kbps（此速度是是常用56Kmodem理想速率率的两倍倍）。GPRS是以分组组交换的的方式进进行数据据传输，，由于是是分组交交换，因因此在网网络资源源的利用用率上较较电路交交换有了了很大的的提高，，而且GPRS可以同时时进行语语音与数数据的传传递，并并且计费费可以完完全按照照产生的的流量来来统计。。而现有有的WAP的承载是是电路交交换数据（CSD））方式，电电路交换换数据方式数据据与话音音不能同同时进行行，在收收费模式式上也是是按照时时长来收收费。实际上WAP本身与GPRS本质上不不具有可可比性，，现有WAP上的内容容在GPRS上面一样样可以浏浏览和应应用，只只不过GPRS使现有的的CSD方式的WAP更快、更更方便、、收费更更合理，，对WAP的服务内内容也会会由于网网络的技技术进步步而有较较大的促促进和改改善。长远来看看，WAP现在用的的是CSD((电路交换换数据)的GSM数据业务务，以后后WAP也可以转转为使用用GPRS这种新的的GSM网络作为为承载方方式。所以，GPRS不会取代代WAP，，举一个形形象的例例子：GPRS和现在的的CSD方式的GSM数据业务务都是马马路，WAP则是马路路上的汽汽车，WAP现在行驶驶在两车车道上，，GPRS提高了数数据传送送速度，，是8车车道，可可以说GPRS增强了WAP业务，现现有WAP上的内容容一样可可以通过过GPRS进行浏览览和应用用。GPRS的应用，，迟些还还会配合合Bluetooth(蓝牙技术术:一种种无线通通信标准准)的发展。。到时，，数码相相机加了了Bluetooth，就可以马马上通过过手机，，把像片片传送到到遥远的的地方，，也不过过一刻钟钟的时间间，够酷酷吧，这这个日子子将距离离我们不不远了。。3.GPRS与GSM比较中表表现出的的特点相对于GSM的9.6kbps的访问速速度而言言，GPRS拥有171.2kbps的访问速速度；在在连接建建立时间间方面，，GSM需要10-30秒，而而GPRS只需要极极短的时时间就可可以访问问到相关关请求；；而对于于费用而而言，GSM是按连接接时间计计费的，，而GPRS只需要按按数据流流量计费费；GPRS对于网络络资源的的利用率率而相对对远远高高于GSM。。三、GPRS服务特点点对应的的范围1.移移动商务务；2.移移动信息息服务；；3.移移动互联联网；4.多多媒体业业务。四、GPRS的技术优优势（1）相相对低廉廉的连接接费用资源利用用率高在在GSM网络中，，GPRS首先引入入了分组组交换的的传输模模式，使使得原来来采用电电路交换换模式的的GSM传输数据据方式发发生了根根本性的的变化，，这在无无线资源源稀缺的的情况下下显得尤尤为重要要。按电电路交换换模式来来说，在在整个连连接期内内，用户户无论是是否传送送数据都都将独自自占有无无线信道道。在会会话期间间，许多多应用往往往有不不少的空空闲时段段，如上上Internet浏览、收收发E-mail等等。对对于分组组交换模模式，用用户只有有在发送送或接收收数据期期间才占占用资源源，这意意味着多多个用户户可高效效率地共共享同一一无线信信道，从从而提高高了资源源的利用用率。GPRS用户的计计费以通通信的数数据量为为主要依依据，体体现了““得到多多少、支支付多少少”的原原则。实实际上，，GPRS用户的连连接时间间可能长长达数小小时，却却只需支支付相对对低廉的的连接费费用。（2）传传输速速率高GPRS可提供高高达115kbit/s的传输速速率（最最高值为为171.2kbit/s）。。这意味着着在数年年内，通通过便携携式电脑脑，GPRS用户能和和ISDN(IntegraredServiceDigitalNetwork综合服务务数字网网)用户户一样快快速地上上网浏览览，同时时也使一一些对传传输速率率敏感的的移动多多媒体应应用成为为可能。。（3）接入时间间短分组组交换接接入时间间缩短为为少于1GPRS是一种新新的GSM数据业务务，它可可以给移移动用户户提供无无线分组组数据接接入股务务。GPRS主要是在在移动用用户和远远端的数数据网络络（如支支持TCP／IP、X.25等网络））之间提提供一种种连接，，从而给给移动用用户提供供高速无无线IP和无线X.25业务。GPRS采用分组组交换技技术，它它可以让让多个用用户共享享某些固固定的信信道资源源。如果果把空中中接口上上的TDMA（TimeDivisionMultipleAddress分时多址址）帧中的8个时隙都都用来传传送数据据，那么么数据速速率最高高可达164kb／8。GSM空中接口口的信道道资源既既可以被被话音占占用，也也可以被被GPRS数据业务务占用。。当然在在信道充充足的条条件下，，可以把把一些信信道定义义为GPRS专用信道道。要实实现GPRS网络，需需要在传传统的GSM网络中引引入新的的网络接接口和通通信协议议。目前前GPRS网络引入入GSN（GPRSSurportingNode）节点。移移动台则则必须是是GPRS移动台或或GPRS／GSM双模移动动台。五、GPRS的应用1.GPRS中的WAP应用GPRS与WAP((WirelessApplicationProtocol手机上网网协议//无线应应用协议议)组合合是当前前令“手手机上网网”迈上上新台阶阶的最佳佳实施方方案：GPRS是强大的的底层传传输，WAP则作为高高层应用用，如果果把WAP比作飞驰驰的车辆辆，那么么GPRS就是宽阔阔畅通的的高速公公路，任任您在无无线的信信息世界界中随意意驰骋。。2.设备备上的应应用GPRS可以在除除蜂窝电电话之外外的多种种设备中中得以实实现，包包括膝上上型电脑脑的PCMCIA调制解调调器、个个人数字字助理的的扩展模模块和手手提式电电脑。当当前流行行的手提提式E-mail设备BlackBerry（黑莓）的的制造商商ResearchinMotion（RIM))于一个称称为MicrocellTelecommunications的GSM供应商合合作，研研究如何何将GPRS用于其他他无线系系统消息息的传送送。3.GPRS业务应用用自从首次次实现文文本信息息传输以以来，无无线数据据应用已已经历了了飞跃式式的增长长，单是是看看欧欧美知名名厂商大大肆宣传传通用分分组无线线业务((GPRS)的劲头，，似乎也也能让人人感到下下一代移移动数据据应用时时代的即即将来临临。将在在99年年底或是是2000年初初开启的的通用分分组无线线业务GPRS，作为迈向向第三代代个人多多媒体业业务的重重要里程程碑，将将使移动动通信与与数据网网络合二二为一，，使IP业务得以以引入广广阔的移移动市场场。尽管管目前移移动数据据的使用用相对较较少，但但在某些些市场中中，不同同的用户户群却正正在快速速发展，，其推动动力量主主要是在在移动领领域中采采用数据据业务的的商业市市场。不不论是爱爱立信、、诺基亚亚还是阿阿尔卡特特，几乎乎所有宣宣传GPRS的厂商都都以商业业用户市市场的快快速成长长来游说说运营商商。GSM系统的分分组移动动数据通通信（即即GPRS）是基本分分组无线线业务，，采用分分组交换换的方式式，数据据速率最最高可达达164kb／、它可以给给GSM用户提供供移动环环境下的的高速数数据业务务，还可可以提供供收发Emai1、Internet例览等功功能。4.GPRS功能对应应的业务务应用GPRS是一种新新的GSM数据业务务，它可可以给移移动用户户提供无无线分组组数据接接入服务务。GPRS主要是在在移动用用户和远远端的数数据网络络（如支支持TCP／／IP、、X.25等网络））之间提提供一种种连接，，从而给给移动用用户提供供高速无无线IP和无线X.25业务。GPRS采用分组组交换技技术，它它可以让让多个用用户共享享某些固固定的信信道资源源。如果果把空中中接口上上的TDMA帧中的8个时隙隙都用来来传送数数据，那那么数据据速率最最高可达达164kb／8。GSM空中接口口的信道道资源既既可以被被话音占占用，也也可以被被GPRS数据业务务占用。。当然在在信道充充足的条条件下，，可以把把一些信信道定义义GPRS专用信道道。要实现GPRS网络，需需要在传传统的GSM网络中引引入新的的网络接接口和通通信协议议。目前前GPRS网络引入入GSN（GPRSSurportingNode）节点。移移动台则则必须是是GPRS移动台或或GPRS／GSM双模移动动台。六、GPRS与GPS两者完全全不属于于一个技技术范畴畴，根本本不可相相提并并论。据介绍，，GPS((GlobalPositionSystem)意为“全全球卫星星定位系系统”，，是一种种定位技技术，用用来确认认物体的的经纬度度位置，，至少十十年内不不会有比比GPS更先进的的定位技技术。而而GPRS意为“通通用分组组无线数数据服务务”，只只是一种种数据传传输方式式，用来来传递数数据组群群，如同同发送手手机短信信息，不不具备任任何定位位或防盗盗抢功能能。GPRS可说是GPS中的一个个部件，，为GPS技术应用用中起到到一种传传输数据据的功能能。如GPS领军企业业“赛格格车圣””的产品品，就有有几款是是采用GPRS方式来传传送数据据。一、Zigbee技术基础础知识Zigbee(Zig:之字形bee::蜜蜂)是是一种新新兴的短短距离、、低速率率、低功功耗无线线网络技技术，它它是一种种介于无无线标记记技术和和蓝牙技技术之间间的技术术提案。。主要用用于近距距离无线线连接。。它有自自己的无无线电标标准，在在数千个个微小的的传感器器之间相相互协调调实现通通信。这这些传感感器只需需要很低低的功耗耗，以接接力的方方式通过过无线电电波将数数据从一一个传感感器传到到另一个个传感器器，因此此它们的的通信效效率非常常高。主主要适合合于自动动控制和和远程控控制领域域，可以以嵌入各各种设备备中，同同时支持持地理定定位功能能。这个名字字来源于于蜂群使使用的赖赖以生存存和发展展的通信信方式，，蜜蜂通通过跳ZigZag(之字形))形状的的舞蹈来来分享新新发现的的食物源源的位置置、距离离和方向向等信息息。3)Zigbee简介简单的说说，ZigBee是一种高高可靠的的无线数数传网络络，类似似于CDMA(码分多址址CodeDivisionMultipleAccess:基于扩频频技术的的一种崭崭新而成成熟的无无线通信信技术））和GSM网络（全球移移动通信信系统GlobalSystemforMobileCommnication），ZigBee数传模块块类似于于移动网网络基站站。通讯讯距离从从标准的的75米米到几百百米、几几公里，，并且支支持无线线扩展。。Zigbee是一个由由可多到到65000个无线数数传模块块组成的的一个无无线数传传网络平平台，十十分类似似现有的的移动通通信的CDMA网（码分分多址CDMA—CodeDivisionMultipleAccess:基于扩频频技术的的一种崭崭新而成成熟的无无线通信信技术））或GSM网(全球移动动通信系系统GSM--GlobalSystemforMobileComummnication)，每一个Zigbee网络数传传模块类类似移动动网络的的一个基基站，在在整个网网络范围围内，它它们之间间可以进进行相互互通信；；每个网网络节点点间的距距离可以以从标准准的75米，扩展展后可达达到几百百米，甚甚至几公公里；另另外整个个Zigbee网络还可可以与现现有的其其它的各各种网络络连接。。例如，你你可以通通过互联联网在西西安监控控新疆某某地的一一个Zigbee控制网络络。不同的是是，Zigbee网络主要要是为自动化控控制数据据传输而而建立，而移移动通信信网主要要是为语语音通信信而建立立；每个个移动基基站价值值一般都都在百万万元人民民币以上上，而每每个Zigbee“基站”却却不到1000元人民民币;每每个Zigbee网络节点点不仅本本身可以以与监控控对对象象，例如如传感器器连接直直接进行行数据采采集和监监控，它它还可以以自动中中转别的的网络节节点传过过来的数数据资料料;除除此之外外，每一一个Zigbee网络节点点（FFD））还可在自自己信号号覆盖的的范围内内，和多多个不承承担网络络信息中中转任务务的孤立立的子节节点（RFD））无线连接接。每个Zigbee网络节点点（FFD和RFD）可以可支支持多到到31个的传感感器和受受控设备备，每一一个传感感器和受受控设备备终可以以有8种不同的的接口方方式。可可以采集集和传输输数字量量和模拟拟量。二、Zigbee技术的应应用领域域Zigbee技术的目目标就是是针对工工业，家家庭自动动化，遥遥测遥控控，汽车车自动化化、农业业自动化化和医疗疗护理等等,例如如灯光自自动化控控制，传传感器的的无线数数据采集集和监控控，油田田，电力力，矿山山和物流流管理等等应用领领域。另另外它还还可以对对局部区区域内移移动目标标例如城城市中的的车辆进进行定位位。通常，符符合如下下条件之之一的应应用，就就可以考考虑采用用Zigbee技术做无无线传输输：1．需要要数据采采集或监监控的网网点多；；2．要求求传输的的数据量量不大，，而要求求设备成成本低；；3．要求求数据传传输可性性高，安安全性高高；4．设备备体积很很小，不不便放置置较大的的充电电电池或者者电源模模块；5．电池池供电；；6．地形形复杂，，监测点点多，需需要较大大的网络络覆盖；；7．现有有移动网网络的覆覆盖盲区区；8．使用用现存移移动网络络进行低低数据量量传输的的遥测遥遥控系统统。9．使用GPS效果差，，或成本本太高的的局部区区域移动动目标的的定位应应用用。三、Zigbee技术的特特点1.低功功耗:在在低耗电电待机模模式下，，2节5号干电电池可支支持1个个节点工工作6~~24个个月，甚甚至更长长。这是是ZigBee的突出优优势。相相比较，，蓝牙能能工作数数周、WiFi(WirelessFidelity基于IEEE802.11b标准的无无线局域域网)可可工作数数小时。。2.低成本:通过大幅幅简化协协议（不不到蓝牙牙的1/10），降低低了对通通信控制制器的要要求，按按预测分分析，以以8051的8位微控制制器测算算，全功功能的主主节点需需要32KB代码，子子功能节节点少至至4KB代码，而而且ZigBee免协议专专利费。。3.低速速率:ZigBee工作在250kbps的通讯速速率，满满足低速速率传输输数据的的应用需需求。4.近距离:传输范围围一般介介于10～100m之间，在在增加RF发射功率率后，亦亦可增加加到1~3km。这指的是是相邻节节点间的的距离。。如果通通过路由由和节点点间通信信的接力力，传输输距离将将可以更更远。5.短短时延::ZigBee的响应速速度较快快，一般般从睡眠眠转入工工作状态态只需15ms，节点连接接进入网网络只需需30ms，进一步节节省了电电能。相相比较，，蓝牙需需要3~~10s、WiFi需要3s。6.高容量::ZigBee可采用星星状、片片状和网网状网络络结构，，由一个个主节点点管理若若干子节节点，最最多一个个主节点点可管理理254个子节节点；同同时主节节点还可可由上一一层网络络节点管管理，最最多可组组成65000个节点点的大网网。7.高高安全::ZigBee提供了三三级安全全模式，，包括无无安全设设定、使使用接入入控制清清单(ACL))防止非法法获取数数据以及及采用高高级加密密标准((AES128))的对称密密码，以以灵活确确定其安安全属性性。8.免执照频频段:采用直接接序列扩扩频在工工业科学学医疗2.4GHz((全球)(ISM))频段。四、Zigbee的发展前前景Zigbee技术和RFID技术在2004年就被被列为当当今世界界发展最最快，市市场前景景最广阔阔的十大大最新技技术中的的两个。。总之，，今后若若干年，，都将是是Zigbee技术飞速速发展的的时期。。尽管，国国内不少少人已经经开始关关注Zigbee这们新技技术，而而且也有有不少单单位开始始涉足Zigbee技术的开开发工作作，然而而，由于于Zigbee本身是一一种新的的系统集集成技术术，应用用软件的的开发必必须和网网络传输输，射频频技术和和底层软软硬件控控制技术术结合在在一起。。因而深深入理解解这个来来自国外外的新技技术，再再组织一一个在这这几个方方面都有有丰富经经验的配配套的队队伍，本本身就不不是一件件容易的的事情，，因而，，到目前前为止，，国内目目前除了了成都西西谷曙光光数字技技术有限限公司，，真正将将Zigbee技术开发发成产品品，并成成功地用用于解决决几个领领域的实实际生产产问题而而外，尚尚未见到到其它报报道。五、Zigbee和现有移移动网（（GPRS，CDMA--1X））的比较GPRS是通用分分组无线线业务((GeneralPacketRadioService)1．无网络使使用费：：使用移移动网需需要长期期支付网网络使用用费，而而且是按按节点终终端的数数量计算算的，而而Zigbee没有这笔笔费用；；2．设备备投入低低：使用用移动网网需要购购买移动动终端设设备，每每个终端端的价格格在人民民币1000元元上下，，而使用用Zigbee网络，不不仅Zigbee网络节点点模块（（相当于于基站））费用每每只人民民币不到到1000元，，而且，，主要使使用的网网络子节节点（相相当于手手机）的的价格还还要低得得多；3．通信信更可靠靠：由于于现有移移动网主主要是为为手机通通信而设设计的，，尽管CDMA-1X和GPRS可以进行行数据通通信，但但实践发发现，不不仅通信信数率比比设计速速率低很很多，而而且数数据通信信的可靠靠信也存存在一定定的问题题。而Zigbee网络则是是专门为为控制数数据的传传输而设设计的,,因而控控制数据据的传输输具有相相当的保保证。4．高度度的灵活活性和低低成本：：首先，，通过使使用覆盖盖距离不不同,功功能不同同的Zigbee网络节点点，以及及其它非非Zigbee系统的低低成本的的无线收收发模块块，建立立起一个个Zigbee局部自动动化控制制网，（（这个网网络可以以是星型型，树状状，网状状及其共共同组成成的复合合网结构构）再通通过互联联网或移移动网与与远端的的计算机机相连，，从而实实现低成成本，高高效率率的工业业自动化化遥测遥遥控；5．比起现现有的移移动网来来，尽管管Zigbee仅仅只是是一个局局域网，，覆盖区区域有限限，但它它却可以以与现有有的移动动网，互互联网和和其它通信信网络相相连接，，将许多多Zigbee局域网相相互连成成为一个个整体。。有效的的解决移移动网的的盲区覆覆盖问题题：我们们知道，，现有移移动网络络在许多多地方存存在盲区区，特别别是铁路，公公路，油油田，矿矿山等野野外，更更是如此此。而增增加一个个移动基基站或直直放站的的费用是是相当可可观的，，此时使使用Zigbee网络进行行盲区覆覆盖不仅仅经济有有效，而而且往往往是现在唯唯一可行行手段。。六、Zigbee与现有数数传电台台的比较较1．可靠靠性高：：由于Zigbee模块的集集成度远远比一般般数传电电台高，，分离元元器件少少，因而而可靠性性更高；；2．使用用方便安安全：因因为集成成度高，，比起一一般数传传电台来来，Zigbee收法模块块体积可可以做得得很小，，而且功功耗低，，例如成成都西谷谷公司远远距离传传输模块块（2--5公里里），最最大发发射电流流比一个个CDMA（码分多址址）手机机还要小小许多，，因而很很容易集集成或直直接安放放在到设设备之中中，不仅仅使用方方便，而而且在户户外使用用时，不不容易受受到破坏坏；3．抗干扰扰力强，，保密性性好，误误码率低低：Zigbee收发模块块使用的的是2.4G直序扩频频技术，，比起一一般FSK,,ASK和跳频的的数传电电台来，，具有更更好的抗抗干扰能能力，和和更远的的传输距距离；参参阅我们们网站中中有关CDMA直序扩频频技术的的优越性性讨论，，和Cypress公司有关关实验报道。。4．免费费频段：：Zigbee使用的是是免费频频段，而而许多数数传电台台所使用用的频段段不仅需需要申请请，而且且每年都都需要向向国家无无委会交交纳相当当的频率率使用费费。5．价格低低：Zigbee数传模块块的价格格只有具具有类似似功能的的数传电电台的几几分之一一；(2.4G,250kps,3-5公里距离离DSSS数传模块块每只不不到1000元人民币币)。一、扩频通信信的定义义无线扩频频通信简简称扩展展频谱通通信(SpreadSpectrumCommunication)，，又称扩频频技术是是近年发发展非常常迅速的的一种技技术，将将其用于于无线局局域网中中，必将将使系统统的各项项性能得得到改善善，已成成为无线线局域网网中不可可缺少的的一种技技术。它它不仅在在军事通通信中发发挥出了了不可取取代的优优势，而而且广泛泛地渗透透到了通通信的各各个方面面，如卫卫星通信信、移动动通信、、微波通通信、无无线定位位系统、、无线局局域网、、全球个个人通信信等。所谓扩频频通信，，可简单单表述如如下：它它是一种种信息传传输方式式，其信信号所占占有的频频带宽度度远大于于所传信信息必需需的最小小带宽；；频带的的展宽是是通过编编码及调调制的方方法实现现的，并并与所传传信息数数据无关关；在接接收端则则用相同同的扩频频码进行行相关解解调来解解扩及恢恢复所传传信息数数据。4)无线扩频频技术简简介二、扩频频通信的的理论基基础长期以来来，人们们总是想想法使信信号所占占领谱尽尽量的窄窄，以充充分利用用十分宝宝贵的频频谱资源源。为什什么要用用这样宽宽频带的的信号来来传送信信息呢??简单的的回答就就是主要要为了通通信的安安全可靠靠。扩频通信信的基本本特点，，是传输输信号所所占用的的频带宽宽度(W)远大于原原始信息息本身实实际所需需的最小小(有效效)带宽宽(DF)，，其比值称称为处理理增益Gp:Gp=W/DF........(1)众所周知知，任何何信息的的有效传传输都需需要一定定的频率率宽度，，如话音音为1.7----3.1kHz，电视图像像则宽到到数兆赫赫。为了了充分利利用有限限的频率率资源，，增加通通路数目目，人们们广泛选选择不同同调制方方式，采采用宽频频信道(同轴电缆缆、微波波和光纤纤等)，和压缩缩频带等等措施，，同时力力求使传传输的媒媒介中传传输的信信号占用用尽量窄窄的带宽宽。因现现今使用用的电话话、广播播系统中中，无论论是采用用调幅、、调频或或脉冲编编码调制制制式，，Gp值一般都都在十多多倍范围围内，统统称为““窄带通通信”。。而扩频频通信的的Gp值，高达达数百、、上千，，称为““宽带通通信”。。扩频通信信的可行行性，是是从信息息论和抗抗干扰理理论的基基本公式式中引伸伸而来的的。信息论中中关于信信息容量量的仙农农(Shannon)公式为：：C＝WLog2(1十P/N))........(2))式中：C----信道容量量(用传传输速率率度量))W----信号频带带宽度P----信号功率率N----白噪声功功率式(2))说明，，在给定定的传输输速率C不变的条条件下，，频带宽宽度W和信噪比比P／N是可以互互换的。。即可通通过增加加频带宽宽度的方方法，在在较低的的信噪比比P／N((S／N)情况下，，传输信信息。扩展频谱谱换取信信噪比要要求的降降低，正正是扩频频通信的的重要特特点，并并由此为为扩频通通信的应应用奠定定了基础础。扩频通信信可行性性的另一一理论基基础，为为柯捷尔尔尼可夫夫关于信信息传输输差错概概率的公公式：Powj?f(E/N。。)........(3)式中：Powj---差错概率率E----信号能量量N。----噪声功率率谱密度度因为，信信号功率率P＝E／／T(T为信息持持续时间间)噪声功率率N＝WN。(W为信号频频带宽度度)信息带宽宽DF＝l／T则式(3)可化化为：Powj?f(TW.P/N))=f((P/N.W//DF))........(4))式(4))说明，，对于一一定带宽宽DF的信息而而言，用用Gp值较大的的宽带信信号来传传输，可可以提高高通信抗抗干扰能能力，保保证强干干扰条件件下，通通信的安安全可靠靠。亦即即式(4)与式式(2))一样，，说明信信噪比和和带宽是是可以互互换的。。总之，我我们用信信息带宽宽的100倍，，甚至1000倍以上上的宽带带信号来来传输信信息，就就是为了了提高通通信的抗抗干扰能能力，即即在强干干扰条件件下保证证可靠安安全地通通信。这这就是扩扩展频谱谱通信的的基本思思想和理理论依据据。扩频通信信的主要要性能指指标：处处理增益益和抗