工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析课件

工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯工业控制中

无线短程网和无线局域网

的应用前景分析4/4/20212内容提要无线网络技术概述为什么无线通信在工业中应用特别受到重视？ISASP100—控制环境下无线系统的标准无线通信网络的分类 无线局域网WLAN 无线短程网WPANHART基金会正在积极开发无线HART协议结束语4/4/20213工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析6、法律的基础工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析课件工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析课件工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析课件工业控制中无线短程网和无线局域网的应用前景分析课件蓝牙技术诞生于1994年，蓝牙技术在推出时就瞄准了无线局域网的通信，在10米到100米的空间内所有支持该技术的移动或非移动设备可以方便地建立网络联系、进行音频通信或直接通过手机进行Internet冲浪。其应用范围相当广泛，可以应用于局域网络中各类数据及语音设备，如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话和高品质耳机等，使用无线的方式将它们连成一个微微网(Piconet)，多个Piconet之间也可以互连形成Scatternet，从而方便快速地实现各类设备.蓝牙技术9/9/20236蓝牙技术诞生于1994年，蓝牙技术在推出时就蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王HaraldBlatand－英译为HaroldBluetooth。Blatand国王将现在的挪威，瑞典和丹麦统一起来；就如同这项即将面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，例如计算机，手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。蓝牙技术是爱立信、IBM等5家公司在1998年联合推出的一项无线网络技术。随后成立的蓝牙技术特殊兴趣组织（SIG）来负责该技术的开发和技术协议的制定，如今全世界已有1800多家公司加盟该组织，最近微软公司也正式加盟并成为SIG组织的领导成员之一。

9/9/20237蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王Harald蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准，它将各种通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统、甚至家用电器采用无线方式联接起来。它的传输距离为10cm～10m，如果增加功率或是加上某些外设便可达到100m的传输距离。它采用2.4GHz频段和调频、跳频技术。蓝牙提供1Mbps的传输速率支持64kb/s实时语音传输和数据传输，发射功率分别为1mW、2.5mW和100mW，并使用全球统一的48比特的设备识别码。由于蓝牙采用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多种场合，加上该技术功耗低、对人体危害小，而且应用简单、容易实现，所以易于推广。

9/9/20238蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准，它将各蓝牙协议的标准版本为802.15.1，由蓝牙小组（SIG）负责开发。但蓝牙技术遭遇最大的障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。这就使得许多用户不愿花大价钱来购买这种无线设备。因此业内专家认为蓝牙的市场前景取决于蓝牙的价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模。9/9/20239蓝牙协议的标准版本为802.15.1，由蓝Wi-Fi(WirelessFidelity,无线高保真)也是一种无线通信协议，正式名称是IEEE802.11b，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术。Wi-Fi速率最高可达11Mb/s。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100m左右。

Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11Mb/s的速度接入Web。但实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽被多个用户分享，Wi-Fi的连接速度一般将只有几百kb/s的信号不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。Wi-Fi技术9/9/202310Wi-Fi(WirelessFidelityWLAN未来最具潜力的应用将主要在家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。目前这一技术的用户主要来自机场、酒店、商场等公共热点场所。Wi-Fi技术可将Wi-Fi与基于XML或Java的Web服务融合起来，可以大幅度减少企业的成本。例如企业选择在每一层楼或每一个部门配备802.11b的接入点，而不是采用电缆线把整幢建筑物连接起来。这样一来，可以节省大量铺设电缆所需花费的资金。

9/9/202311WLAN未来最具潜力的应用将主要在家庭最初的IEEE802.11规范是在1997年提出的，称为802.11b，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技术标准，它的工作频率也是2.4GHz，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。随着Wi-Fi协议新版本如802.11a和802.11g的先后推出，Wi-Fi的应用将越来越广泛。速度更快的802.11g使用与802.11b相同的正交频分多路复用调制技术。它工作在2.4GHz频段，速率达54Mb/s。根据最近国际消费电子产品的发展趋势判断，802.11g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。9/9/202312最初的IEEE802.11规范是在1997年提微软推出的桌面操作系统WindowsXP和嵌入式操作系统WindowsCE，都包含了对Wi-Fi的支持。其中，WindowsCE同时还包含对Wi-Fi的竞争对手蓝牙等其它无线通信技术的支持。由于投资802.11b的费用降低，许多厂商介入这一领域。Intel推出了集成WLAN技术的笔记本电脑芯片组，不用外接无线网卡，就可实现无线上网。9/9/202313微软推出的桌面操作系统WindowsXP红外线数据协会IrDA（InfraredDataAssociation）成立于1993年。起初，采用IrDA标准的无线设备仅能在1m范围内以115.2kb/s速率传输数据，很快发展到4Mb/s以及16Mb/s的速率。

IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网（PAN）的技术。目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如PDA、手机上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。

红外线接口-IrDA技术9/9/202314红外线数据协会IrDA（InfraredDaIrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。

IrDA的不足在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2台（非多台）设备之间的连接。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。

9/9/202315IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外Zigbee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。Zigbee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，密蜂通过跳zigbee形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。ZigBee过去又称为“HomeRFLite”、“RF-EasyLink”或“FireFly”无线电技术，目前统一称为ZigBee技术。Zigbee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，Invensys、Mitsubishi、philips以及半导体公司四大巨头共同宣布加盟zigbee联盟，以研发名为zigbee的下一代无线通信标准。到目前为止，该联盟大约已有27家成员企业。所有这些公司都参加了负责开发zigbee物理和媒体控制层技术标准的IEEE802.15.4工作组。Zigbee技术9/9/202316Zigbee主要应用在短距离范围之内并且数据传zigbee联盟负责制作网络层以上协议。目前，标准制定工作已完成。Zigbee协议比蓝牙、高速率个人区域网络或802.11x无线局域网更简单使用。Zigbee可以说是蓝牙的同族兄弟，它使用2.4GHz波段，采用跳频技术。与蓝牙相比，zigbee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是250kb/s，当降低到280kb/s时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性。另外，它可与254个节点联网。可以比蓝牙更好的支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。人们期望能在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统和玩具等领域拓展zigbee的应用。9/9/202317zigbee联盟负责制作网络层以上协议。目前zigbee技术特点主要包括以下几个部分：1、数据传输输率低。只有10kb/s~250kb/s,专注于低传输应用。2、功耗低。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。这也是zigbee的支持者所一直引以为豪的独特优势。3、低成本。因为zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；积极投入zigbee开发的Motorola以及Philips，均已在2003年正式推出芯片，飞利浦预估，应用于主机端的芯片成本和其它终端产品的成本比蓝牙更具有价格竞争力。9/9/202318zigbee技术特点主要包括以下几个部分：8/4、网络容量大。每个zigbee网络最多可支持255个设备，也就是说每个zigbee设备可以与另外254台设备相连接。5、有效范围小。有效覆盖范围10~75m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。6、工作频段灵活。使用的频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）915MHz（美国），均为免执照频段。根据zigbee联盟目前的设想，zigbee的目标市场主要有PC外设（鼠标、键盘、游戏操控杆）、消费类电子设备（TV、VCR、CD、VCD、DVD等设备上的遥控装置）、家庭内智能控制（照明、煤气计量控制及报警等）、玩具（电子宠物）、医护（监视器和传感器）、工控（监视器、传感器和自动控制设备）等非常广阔的领域。9/9/2023194、网络容量大。每个zigbee网络最多可支持255个设备，

NFC(NearFieldCommunication近距离传输)是由Philips、NOKIA和Sony主推的一种类似于RFID（非接触式射频识别）的短距离无线通信技术标准。和RFID不同，NFC采用了双向的识别和连接。在20cm距离内工作与13.56MHz频率范围。NFC适合应用于各种设备之间，且毋需使用者事先设定的一种直觉、简便与安全的通信方式。为了使两个设备进行通信，使用者必须让他们相互靠拢甚至接触，设备内的NFC接口会自动连接并形成一个点对点网络。NFC也可以藉由交换配置与"对话"(session)资料来启动其他协议如蓝牙或无线网络(WiFi)。NFC技术9/9/202320NFC(NearFieldCommunica这项新技术正在改写无线网络连接的游戏规则，但是它的目标不是完全取代蓝牙、Wi-Fi等无线技术，而是在不同场合、不同的领域起到互相补充的作用。所以如今后来居上的NFC发展势态相当迅速。9/9/202321这项新技术正在改写无线网络连接的游戏规则，但是它

超宽带技术UWB（Ultrawideband）是一种无线载波通信技术，他不采用正弦载波，而是利用纳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可在非常宽的带宽上传输信号，在3.1~10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。由于UWB可以利用低功耗、低复杂度发射/接收机实现高速数据传输，在近年来得到了迅速发展。它在非常宽的频谱范围内采用低功率脉冲传送数据而不会对常规窄带无线通信系统造成大的干扰，并可充分利用频谱资源。基于UWB技术而构建的高速率数据收发机有着广泛的用途。UWB技术9/9/202322超宽带技术UWB（UltrawidebaUWB主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外，这种新技术适用于对速率要求非常高(大于100Mb/s)的LANs或PANs。UWB最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网（PANs）。现有的无线通信方式，802.11b和蓝牙的速率都太慢，不适合传输视频数据；54Mb/s速率的802.11a标准可以处理视频数据，但费用昂贵。而UWB有可能在10m范围内，支持高达110Mb/s的数据传输率，不需要压缩数据，可以快速、简单、经济的完成视频数据处理。9/9/202323UWB主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面

zigbee

bluetooth

UWB超宽带

Wi-Fi

NFC

价格

芯片组约4美元

芯片组约5美元

芯片组约20美元

芯片组约25美元

芯片组约2.4~4美元安全性

中等

高

高

低

极高

传输速度

10Kbps~250Kbps

1Mbps

53.3~480Mbps

54Mbps

424Kbps

通信距离

有效范围10m~75m143公尺（当传输速率降到26Kbps）

0~10m

0~10m

0~100m

0~20m

频段

2.4GHz866MHz(欧洲)915MHz（美国）

2.4GHz

3.1GHz~10.6GHz

2.4GHz

13.56MHz

国际标准

IEEE802.15.4

IEEE802.15.1x

标准尚未制订

IEEE802.11bIEEE802.11g

ISO/IEC18092(ECMA340)ISO/IEC21481(ECMA352)几种无线网络比较9/9/202324

zigbee

bluetooth

UWB超宽带

Wi-F为什么无线通信在工业中的应用

特别受到重视？9/9/202325为什么无线通信在工业中的应用

特别受到重视？8/3/2023为什么无线通信在工业应用

特别受到重视？工业发达国家和新兴崛起国家为提高其产品在全球市场的竞争力，都力求在提高生产率的同时，降低包括能源消耗、原材料消耗和劳务成本。对于发达国家来讲，其劳务成本远远高于新兴崛起国家，因此特别重视促进创新和技术进步，采用新的技术手段。在这场竞争日益激烈的比赛中，无线通信技术在工业中的推广应用受到了特殊的重视，显然是基于这样的大背景。在工业环境下任何地点均能安装使用的智能无线传感器及其网络，具有足够的可靠性和自治处理能力，将为各种生产装置配备实时共享的数据采集能力，从而为提高生产率，改善产品质量，降低成本发挥重要作用。9/9/202326为什么无线通信在工业应用

特别受到重视？工业发达国家和新兴崛Invensys的无线网络业应用策略室内室外专用无线网络数据传输率功耗成本/复杂度9/9/202327Invensys的无线网络业应用策略室内室外专用无线网络数据欧洲无线应用项目RUNES的开发路线图9/9/202328欧洲无线应用项目RUNES的开发路线图8/3/202328欧洲无线应用项目RUNES的开发路线图在欧洲，从2004年10月至2005年4月，集中了25个组织（大小公司和研究所）制定了一个名为RUNES、在未来10年内无线技术发展应用的路线图。背景：及时而牢固地抓住无线网络为工业系统安装和运行的高度灵活性和成本优势创造的机会。目标：到2008年将安装成本降低50%，运行成本降低30%；到2014年将安装成本降低80%，运行成本降低50%。9/9/202329欧洲无线应用项目RUNES的开发路线图在欧洲，从2004年1欧洲无线应用项目RUNES的开发路线图发展无线应用必须考虑的原则：在工业控制和自动化中尽可能利用无线通信是必然的选择无线通信应与传统有线通信系统有互操作性开发可重复配置（reconfigurable）的设备尽可能地从环境中取得电源（如用太阳能电池）尽可能采用开放的频段（如世界通用的ISM频段2.4GMHz）9/9/202330欧洲无线应用项目RUNES的开发路线图发展无线应用必须考虑的工业应用无线传输的优势无线传输的优势表现在：极大降低安装成本、持续降低运行维护成本，更换方便，便于升级，减少接插件故障，移动自由且不受限制，投运快速，可以实际利用MEMS（微机电系统）技术。美国能源部的研究估计，无线传感器网络会为工业现场节能10%和降低排放或泄漏15%提供良好手段。应充分利用无线通信，开发适当无线产品和系统，为实现我国“十一五”规划的节能降耗目标建功立业。9/9/202331工业应用无线传输的优势无线传输的优势表现在：极大降低安装成本无线通信网络的工业应用正在发展无线的工业应用当前出现的新动态是使用高速、无须申请频率许可证、低价的技术。无线通信距离与具体应用强烈相关，一般大致在150毫米至80公里。9/9/202332无线通信网络的工业应用正在发展无线的工业应用当前出现的新动态当前影响无线网络应用的主要障碍当前影响无线系统广泛应用的主要障碍是：如何克服工业环境对无线传输的影响和无线技术目前发展的状态尚难以满足工业应用的要求。工业环境对无线通信的挑战有：

工作环境温度由-40

C—+70

C；

高湿度（当温度为40

C湿度95%时不结露）；

本质安全防爆要求；

固定设备和移动设备对无线传输路径的影响（衰变、中断和发生各种各样的缺陷，诸如频散、多径时延、干扰、与频率有关的衰减，节点休眠、节点隐蔽和与安全有关的问题）。9/9/202333当前影响无线网络应用的主要障碍当前影响无线系统广泛应用的主要控制中无线系统的标准—

ISASP1009/9/202334控制中无线系统的标准—

ISASP1008/3/20233美国ISASP100标准委员会正在加紧制定工业环境下实现无线系统的标准，推荐实践指南、技术报告和相关的信息。着重在三方面制定标准：

运用无线技术的环境，

无线通信设备和系统技术的生命周期，

无线技术的应用。主要面向现场仪表和设备。在SP100标委会下设五个主要的分标委会：

射频物理学基础

可互操作性

用户要求

用户指南

集成9/9/202335美国ISASP100标准委员会正在加紧制定工业环境下实现无面向成功的SP100SP100力求在现有相关标准的基础上，能在一个较短的时间内取得符合要求的结果。 SP100尽可能应用下列标准并有所提高：

ISASP99—信息安全

IEEE1451—智能传感器

FIPS140-2—信息安全

ISO/OSI网络可连接的7层模型 SP100力争促进

新技术的发展应用

无线网络的节点合理部署

从业人员和公司相互间的交流9/9/202336面向成功的SP100SP100力求在现有相关标SP100规定的五类应用（1）安全

0类：紧急动作（恒为关键）信息时间性的重要程度控制

1类：闭环调节控制（通常关键）2类：闭环监督控制（经常非关键）

3类：开环控制（由人工控制）

注：批量控制的3级（“单元“）和4级（”过程小单元“）由其功能决定可能是1类、2类，甚至为0类监测监控4类：标记产生短期操作结果（例如：基于事件的维护）

5类：记录和下载/上载不产生直接的操作结果（例如：历史数据采集、事件顺序记录SOE、预防性维护）9/9/202337SP100规定的五类应用（1）安全

0类：紧急动作（恒为关键SP100规定的五类应用（2）直接的操作结果的数据和消息，譬如历史数据的采集，为预防性维护而必须进行的周期性采集的数据，事件顺序记录数据的上传（这类似于文件传递，不能因通信类型而发生数据丢失，属于监控的第5类应用，是指通过无线传输那些不会产生但又非像控制信号那样必须考虑时间性），其它的上装和下载。属于监控的第4类应用，是指通过无线传输那些只在短时间内产生操作结果的数据和消息，例如基于事件的维护而必须采集的数据，为测试需要而发往现场的限界动作所产生的临时而短暂的结果，无线设备上的电压低限指示器所产生的告知更换电池的信号等等。9/9/202338SP100规定的五类应用（2）直接的操作结果的数据和消息，譬SP100规定的五类应用（3）第3类开环控制是指在回路中还有人在作用，例如操作人员手动启动一个信号装置且注视着这个装置，远程指导开启一个安全门，操作人员执行手动调节泵/阀门等。第2类闭环监督控制，通常并非关键部位，如不频繁的串级控制，多变量控制，优化控制等。第1类闭环调节控制，一般均为关键回路，如现场执行器的直接控制，频繁的串级控制等。第0类恒为关键的紧急行动，包括安全联锁，紧急停车，自动消防控制等。9/9/202339SP100规定的五类应用（3）第3类开环控制是指在回路中还有SP100规定的五类应用（4）报警信号根据具体应用场合，分属以上由0类至5类。例如：

0类报警是指那些具有自动响应的、致命有毒气体的泄漏检测器信号（如对污染的自动响应），

1类报警是指具有自动响应的、对流程状态会带来高度影响的信号（如自动停止反应的停车信号），

2类报警是指对流程状态自动响应的信号（如要对某种参与反应的流体做分流处理），

3类报警是指对流程状态作手动启动的操作响应的信号（如由操作人员来判断决定是否分流至另一并行的反应器），

4类报警是指有关设备状态的报警，以通知维护人员在短时间内到达现场，

5类报警指那些有关设备状态的报警，要求维护人员采取长期维护的动作。9/9/202340SP100规定的五类应用（4）报警信号根据具体应用场合，分属SP100规定的五类应用（5）实际对这些类别（不包括0类）的应用需求，大致是按以下的比例1：2：4：10：10第四、五类应用是大量的状态监控—振动，温度/压力性能监控—热交换，环境，机械性能9/9/202341SP100规定的五类应用（5）实际对这些类别用于工业无线网络的最紧要的要求成本减少安装成本减少运行维护成本易于安装和维护电源管理(采用电池运行)兼容性和可扩可缩可互操作性/共用基础设施/共存性(与其他射频设备共存)在全世界范围军能使用(与使用国家无关)网络容量和网络规模可扩可缩性能通信可靠(正确传输的百分比%)适于闭环控制快速的报告速率支持现场点对点控制信息安全网络安全网格拓扑自组织(meshing)安全就地现场设备接入服务质量(QoS)等级和使用情况9/9/202342用于工业无线网络的最紧要的要求成本减少安装成本兼容性和现场设备级无线网络的要求(1/6)成本安装成本安装成本远低于有线网络(至少为2:1)运行成本仪表维护成本与有线网络相似底层结构的连接其维护成本低于有线网络易于安装和维护增加一台无线设备的工作量,与在有线数字通信网络增加一台设备的工作量相同内在的诊断集和标准化的补纠办法,以及支持工具(如电池、RFMODEM、天线等)电源管理不论是自附电源还是由其他方法供电,不管所用电池的类型,在正常条件下都至少使用3年成本目标=½(有线)+不致增加任何维护成本9/9/202343现场设备级无线网络的要求(1/6)成现场设备级无线网络的要求(2/6)兼容性和规模可扩可缩可互操作性/公用底层结构一个支持SP100无线应用协议的开放型无线现场设备的底层结构,可通过网关变换为现今的应用协议与工厂内其他非公用底层结构的RF共存在世界范围均可使用尽管各国允许的使用频带不尽相同,但无线设备必须在世界各国都能使用网络容量和可扩可缩性能每个网络容量可高达1,000个现场设备每个网络最多可有100个中继节点在所覆盖的区域内容许多个网络具有可预测的性能底层结构支持不同供货商提供的设备,而不致干扰现有的无线设备9/9/202344现场设备级无线网络的要求(2/6)兼容性和规模可现场设备级无线网络的要求(3/6)性能通信可靠能在恶劣的工业环境下(EMI、多径、衰变等)正常工作能与现场中同时存在WiFi、RFID、对讲机、手机、寻呼机、无线远程控制和其他无线数据网络共存对数据传输的阻塞有抗拒能力单点故障不致对整个网络产生影响报告速率最佳性能与有线数字通信相仿（与具体应用场合有关）适于闭环控制在受调度时间间隔内以极高的消息传输百分比进行传输因连续丢失消息而脱离预定模式的事件极少发生在现场支持点对点控制可向DCS或类似控制系统发送消息；能同时向其他现场设备发送消息，以形成现场回路像有线数字通信网络一样可提供和支持闭环控制9/9/202345现场设备级无线网络的要求(3/6)性现场设备级无线网络的要求(4/6)信息安全网络安全无线网络对故意攻击或人为差错有安全防护设备均提供识别码通信关系授权自动密钥管理对可能发生的攻击进行推理、记录和报告消息传送安全通过对消息的检查防止恶意攻击或消息发送系统出错由要求消息的源节点进行检查原封不动和不加修改在QoS等级内按数据包的顺序传送，对同一数据包不重发传送的及时性根据应用的需要通信有防止窃听保护对所传送的消息作适当的保密处理使之好像是随机数据QoS服务质量(如立即传送、按预定时间传送、等待一定时间)保持信息安全的过程具有智能特性9/9/202346现场设备级无线网络的要求(4/6)信息现场设备级无线网络的要求(5/6)现场设备就地接入现场设备就地接入

在正常条件下用手持式PDA接入任意现场设备的能力和通过控制系统作代理服务器方式的接入能力

注:在以代理服务器方式接入强制保证安全和可计算的,同时对常认为驻设备的信息作快速拷贝时每次均保持一致在投用调试的情况下用手持式PDA接入任意现场设备的能力,或在紧急情况下不能利用控制系统作代理服务器方式接入而又要作预组态时接入

注:在其他时间必须禁止使用这一特性,在投用调试结束后如果使用之应作为潜在的安全危险加以记录必须支持现场设备的无线就地接入9/9/202347现场设备级无线网络的要求(5/6)现场设现场设备级无线网络的要求(6/6)服务质量QoS服务质量QoS分类立即(如紧急消息,高中断级报警)按预定时间传送(如周期性闭环控制模块)等待一定时间可得到(如监控数据,低中断级报警)高吞吐量数据(如历史数据上传,组态数据库下载,代码下载)信息时间性的重要程度9/9/202348现场设备级无线网络的要求(6/6)服务质无线通信网络的分类9/9/202349无线通信网络的分类8/3/202349无线通信网络的分类

无线通信网络按传输距离可分为：

城际网（WMAN）

局域网（WLAN）

个人网（短程网，WPAN）无线通信网络的标准

城际网（IEEE802.20， IEEE802.16）

局域网（IEEE802.11）

短程网（IEEE802.15）9/9/202350无线通信网络的分类无线通信网络按传输距离可分为：8/3/IEEE802标准的无线空间

数据传输率(Mbps)传输范围ZigBee802.15.4802.15.3802.15.3a802.15.3cWPANWLANWMANWWANWiFi802.110.010.11101001000Bluetooth802.15.1IEEE802.22WiMaxIEEE802.16IEEE802.209/9/202351IEEE802标准的无线空间数据传输率(Mbps)传输正在发展的一些无线传输的标准ZigBee/IEEE802.15.4

特长的电池寿命

很适合工业自动化，家用电器，传感器网络超宽带（UWB，IEEE802.15.3a和802.15.4a）

美国FCC开放一无须申请的自由宽带频率范围3.1- 10.6GHz

无射频载波，低成本，低功耗，非直线传输

在低传输速率模式，可用于一个重要的工业市场： 位置感知（在2厘米-20米范围内）WiMax（IEEE802.16，Intel提出）

适于住宅区/经营性建筑的长距离（

1km）射频链接

较高数据传输率（在一个20MHz的信道约70Mbps）

也可用于大型工业部署

今年将有商品问世9/9/202352正在发展的一些无线传输的标准ZigBee/IEEE802

（1）提供广泛的多媒体通信服务：能够实现电信级的多媒体通信服务,支持语音、视频和Internet。运行于10GHz到66GHz频谱之上.

（2）传输距离远、数据传输速率高：在信息传播方式上，WiMAX技术借助无线基站进行数据传输。当频宽为20MHz时，数据传输速率最高可以达到75Mbit/s，是3G所能提供的宽带速度的30倍，目前实际应用时每3.5MHz载波可传输净速率为18Mbit/s，频率利用系数高。高达50km的覆盖范围，只要建设少数基站就能实现全城覆盖，无线网络的应用范围大大扩展。

（3）服务质量（QoS）机制完善、数据安全性更高.WiMAX/802.16技术优势9/9/202353

（1）提供广泛的多媒体通信服务：能够实现电信级的多媒体

WiMAX（WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess）全称为全球微波接入互操作性，是基于IEEE802.16标准的无线城域网技术。WiMAX组织从2001年开始制定标准，并对芯片、设备进行认证，规模经济使成本下降成为可能，WiMAX的应用领域也随之扩大。

现在WiMAX组织包括芯片制造商（例如英特尔）、设备供应商（例如阿尔卡特）、电信运营商（例如BT英国电信），产业链已经十分完整。目前全球有众多的实验网络，已推出集成移动WiMAX芯片的讯驰芯片组。WiMAX的规模应用为期不远。

更快、更远、更便宜，就是WINMAX的特点

什么是WiMAX技术-19/9/202354

WiMAX（WorldInteroper

WiMAX技术的突出特点是比WiFi具有更远的覆盖半径。WiFi主要是解决100米内的无线接入问题，是属于WLAN（无线局域网）的范畴。WiFi在开阔地带最远可以达到300米，在室内一般有效覆盖范围在100米以内。而WiMAX最远可以达到50公里的覆盖范围，属于无线城域网（WMAN）的范畴，其典型应用的覆盖范围是6－10公里。相比3G提供小于2M的带宽，WiMAX可以提供70M独立带宽，并且基站的覆盖范围是3G基站的10倍。因此有人认为WiMAX将取代3G，成为下一代通讯的主流技术。

在此基础上WiMAX组织开发了802.16a，其工作的频段要比802.16低，主要工作在2——11G的频段范围，信号绕过障碍的能力得到提高，目前已经可以支持非视距传输，意味着在基站和客户端之间可以有树木或者建筑物的阻挡，WiMAX的应用领域被拓宽。

针对802.16a不具备移动性能的问题，WiMAX在此基础上制定了802.16e标准。按照802.16e标准，手持PDA步行或者使用移动计算设备，无线连接也不会中断。因此WiMAX具有了移动性能。什么是WiMAX技术-29/9/202355

WiMAX技术的突出特点是比WiFi具有更远IEEE802.16又称为IEEEWirelessMAN空中接口标准，是适用于2-66GHz的空中接口规范。由于它所规定的无线接入系统覆盖范围可达50km，因此802.16系统主要应用于城域网，被视为可与DSL竞争的“最后一公里”宽带接入解决方案。

根据使用频段高低的不同，802.16系统可分为应用于视距和非视距两种，其中使用2-11GHz频段的系统应用于非视距范围，而使用10-66GHz频段的系统应用于视距范围。

根据是否支持移动特性，IEEE802.16标准系列又可分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准，其中的802.16、802.16a、802.16d属于固定无线接入空中接口标准，而802.16e属于移动宽带无线接入空中接口标准。IEEE802.16---IEEEWirelessMAN空中接口标准9/9/202356IEEE802.16---IEEEWirelessMA

IEEE802.20标准为基于IP的移动宽带无线接入技术而制定，结合已经提出的移动数据通信技术标准(如GPRS、3G等)，将形成移动宽带无线接入比较完整的标准体系结构。

2002年3月根据Cisco、Flarion、HP和Nextel等厂商提出的建议，IEEE协会决定在IEEE802.16工作组内成立专门的移动宽带无线接入(MBWA)研究小组；2002年7月，形成IEEE802.16和MBWA两个独立的工作组，并达成协议，各自针对不同的市场，同时MBWA工作组执行委员会研究小组(ECSG)成立；2002年11月，IEEE802.20和IEEE802.16e工作组宣告成立。IEEE802.20标准-19/9/202357

IEEE802.20标准为基于IP的移高通公司声表示，2008年将在其CDMA2000方式的手机芯片组中嵌入IEEE802.20收发功能。“IEEE802.20从一开始就瞄准了手机。从抗电波干扰特性和高速移动时的接收等方面来说，具有移动WiMAX所无法比拟的优势。准备与移动WiMAX进行彻底决战”。IEEE802.20也称为MBWA(MobileBroadbandWirelessAccess，移动宽带无线访问)，旨在向时速超过100km的高速移动物体提供高速无线互联网服务。比如，使用20MHz带宽时最大数据传输速度据称超过了260Mbit/秒。计划在3.5GHz下许可频段工作。

IEEE802.20标准-29/9/202358高通公司声表示，2008年将在其C视距传播

电波沿直线传播的方式称为视距传播。

注：微波只能进行视距传播,因为微波信号没有绕射功能,所以两个微波天线只能在可视,即中间无物体遮挡的情况下才能正常接收。非视距传播

当移动台（MS）与基站（BS）之间的直射路径被障碍物挡住后，无线电波只能在经过反射和衍射后到达接收端，此时测量到的数据，如到达时间、时间差、入射角度等，将不能正确反映发送端与接受端的真实距离，这种现象被称为非视距传播（NLOS）。视距传播和非视距传播9/9/202359视距传播

电波沿直线传播的方式称为视距传播。

注：微波只2004年11月第一个基于认知无线电的无线标准IEEE802.22工作组成立，目的在于解决运营在广播电视频段的感知无线广域接入网络技术。认知无线电（CR）是针对频谱利用率不高的解决方案。其特点是根据实时感知环境，灵活、高效、可靠地利用频谱资源。这样认知无线电就具备了在已授权频段内，智能利用“空洞频谱”而不干扰其它授权用户的能力。IEEE802.22系统和其它的IEEE802的标准相比，是针对无线区域网的。覆盖范围半径最大可达100km，在目前4W的有效全向辐射功率（EIRP）条件下，覆盖面积的半径也达到33km。这样802.22系统的覆盖面积就是当今最大的一个系统。IEEE802.22标准-19/9/2023602004年11月第一个基于认知无线电传统上频谱被划分成很多小块，然后分配给不同的应用。比如535-1065KHz是分配给短波广播的，54-72MHz,76-88MHz,174-216MHz,512-608MHz以及614-698MHz是分配给无线电视的，等等。如果我们可以把这些没有充分利用的频谱重新利用起来，所谓的频谱短缺问题起码又可以消失一段时间了。这个802.22协议就是设计出来专门利用无线电视空闲频谱的。也就是说，802.22专门找出电视暂时不用的频段，然后充分利用它。这个协议和别的无线协议不同的地方在于，别的协议工作的频谱段都是事先分配好的，所以设备在工作的时候一开始就调谐到这个频段就可以了。但是802.22协议是利用“别人”的空闲频谱，那么它可以工作的频段完全取决于别人的使用。

IEEE802.22标准-29/9/202361传统上频谱被划分成很多小块，然后分配全称为3rdGeneration，中文含义就是指第三代数字通信。1995年问世的第一代模拟制式手机（1G）只能进行语音通话；1996到1997年出现的第二代GSM、TDMA等数字制式手机（2G）便增加了接收数据的功能，如接受电子邮件或网页；第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆比特／每秒）、384kbps（千比特／每秒）以及144kbps的传输速度。

相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)，3G通信的名称繁多，国际电联规定为“IMT-2000”（国际移动电话2000）标准，欧洲的电信业巨头们则称其为“UMTS”通用移动通信系统。3G简介9/9/202362全称为3rdGeneration，中文含义就是国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定W—CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文《2000年国际移动通讯计划》（简称IMT—2000）。CDMA是CodeDivisionMultipleAccess(码分多址)的缩写，是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)的数字调制方式。CDMA将话音转换为数字信号,给每个数字话音分组增加一个地址,进行扰码处理,并且将它发射到空中.CDMA最大的优点就是相同的带宽下可以容纳更多的呼叫.CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。3G的标准下面分别介绍一下3G的几种标准：9/9/202363国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定W—CDMA、C全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，这是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡，而GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此W—CDMA具有先天的市场优势。该标准提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演进策略。GPRS是GeneralPacketRadioService(通用分组无线业务)的简称，EDGE是EnhancedDatarateforGSMEvolution(增强数据速率的GSM演进)的简称，这两种技术被称为2.5代移动通信技术。3G的标准之一：W-CDMA9/9/202364全称为WidebandCDMA，也称为CDMADirecCDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95)技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不过CDMA2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多3G手机已经率先面世。该标准提出了从CDMAIS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国联通正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMAIS95网络。

3G的标准之二：CDMA20009/9/202365CDMA2000是由窄带CDMA(CDMAIS95)技术发全称为TimeDivision-SynchronousCDMA(时分同步CDMA)，该标准是由中国大陆独自制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。另外，由于中国内的庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD—SCDMA标准。

该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。3G的标准之三：TD-SCDMA9/9/202366全称为TimeDivision-SynchronousWiMAX的全名是微波存取全球互通(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，又称为802·16无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。将此技术与需要授权或免授权的微波设备相结合之后，由于成本较低，将扩大宽带无线市场，改善企业与服务供应商的认知度。2007年10月19日，在国际电信联盟在日内瓦举行的无线通信全体会议上，经过多数国家投票通过，WiMAX正式被批准成为继WCDMA、CDMA2000和TD－SCDMA之后的第四个全球3G标准3G的标准之四：WiMAX9/9/202367WiMAX的全名是微波存取全球互通(WorldwideI2008年4月1日中国移动通信集团公司在北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛８个城市，启动第三代移动通信（３Ｇ）“中国标准”ＴＤ－ＳＣＤＭＡ社会化业务测试和试商用，其号段为１５７。标志着我国第三代移动通信(3G)标准TD的商业化应用正式起航。据介绍，首批社会化业务测试将邀请２万名不同行业和部门的用户，免费提供2000元至4000元的手机和数据卡终端，并给予测试用户每月800元的话费补贴。

从中移动公开的资费标准看，普通通话费用TD比2G还要便宜。TD月租费为50元/月，本地基本通话费主叫0.40元/分钟，被叫免费；国内漫游通话费0.60元/分钟，被叫0.40元/分钟；国内长途通话费0.07元/6秒；短信息费网内0.1元/条，网外0.15元/条，接收免费。

TD新业务———可视电话收费则是本地通信主叫0.6元/分钟，被叫免费；国内漫游主叫0.9元/分钟，被叫0.60元/分钟；国内长途0.10元/6秒。此外，中国移动还推出三款TD语音套餐和数据卡套餐，语音资费低于当前G网水平。

中国3G的现状9/9/202368中国3G的现状8/3/202368用于工业的无线传输网络近些年来，无线传输网络成为工控领域中正在迅速发展的技术热点之一，也是被不少工业自动化供应厂商看好的一种新的增长点。发展重点主要集中在无线局域网和无线短程网。一如以往所有的IT技术移植到工控应用中来所采取的方法一样，基础是IT行业的各种无线传输标准。但充分考虑在这种专门应用中的特别要求，开发适应这些特别要求的技术、规范、标准和行规。9/9/202369用于工业的无线传输网络近些年来，无线传输网络成为工控领域中正适应不同无线传输要求而发展的标准和技术短程<传输范围>长程低<实际数据传输率>高TEXTINTERNET/AUDIOCOMPRESSEDVIDEOMULTI-CHANNELDIGITALVIDEOBluetooth1Bluetooth2ZigBee802.11b802.11a/HL2&802.11g802.15.3/WIMEDIA文本因特网/声音压缩图像多通道数字图像9/9/202370适应不同无线传输要求而发展的标准和技术短程<无线网络标准的比较市场名标准GPRS/GSM1xRTT/CDMAWi-Fi™802.11bBluetooth™802.15.1ZigBee™802.15.4应用重点广阔范围声音&数据Web,Email,图像电缆替代品监测&控制系统资源16MB+1MB+250KB+4KB-32KB电池寿命(天)1至70.5至51至7100至1,000+网络大小1327255/65,000带宽(KB/s)64-128+11,000+72020-250传输距离(米)1,000+1-1001-10+1-100+成功尺度覆盖面大,质量速度,灵活性价格便宜,方便可靠,低功耗,价格便宜9/9/202371无线网络标准的比较市场名GPRS/GSMWi无线局域网WLAN标准WLAN标准IEEE802.11系列还在发展中，已完成的有:IEEE802.11载频2.4G带宽2Mbps跳频,直序扩频颁布年1997802.11b2.4G11Mbps直序扩频DSSS1999802.11a5G54MbpsOFDM1999802.11g2.4G54MbpsOFDM2003OFDM(OrthogondFreguencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)技术是在严重电磁干扰的通信环境下保证数据稳定、完整传的技术，OFDM的原理是通信信号按90度的相位作频分，于是当某个信道波形过零点时相邻信道的波形恰好是幅值的最大值。这种多路并行的传送模式不仅能有效利用频谱资源，还保证了信道间的波形不会因外来的干扰而交叠，串扰。9/9/202372无线局域网WLAN标准WLAN标准IEEE802.11系列全球WLAN的市场容量及预测设备单价市场投放量价格从300美元（2000）降至十几美元（2007），市场投放达5000万台。9/9/202373全球WLAN的市场容量及预测设备单价市场投放量价格从300美工业无线局域网WLAN的要求工业WLAN具有与企业办公和家庭应用环境不同的要求。这些要求可归纳为：

严格的延迟要求。

确定性性能的保证

支持大量的设备挂网，并支持挂网的设备数量可变化。

网络安全的保证。

网络投用的保证。9/9/202374工业无线局域网WLAN的要求工业WLAN具有与企业办公和家庭工业无线局域网WLAN的要求

严格的延迟要求：用于现场设备要求延迟不大于10ms，用于运动控制不大于1ms，对于周期性的控制通信，使延迟时间的波动减至最小也是很重要的指标。

确定性性能的保证：保证确定性是对任务执行有严苛保证的工业通信系统必备的特性。即使设备处于漫游状态也有此要求，否则会丧失实时性能。

支持大量设备挂网，并容许挂网设备的数量可变化：工业WLAN的接入点约为数百个的数量级。若节点过多和接入的节点数有变化，有可能导致IEEE802.11的MAC协议层效率太低。

网络安全的保证：满足安全保密法规是工业WLAN的基本要求。包括对黑客接入点的检测和保护的前提条件。

网络投用的保证：由于运行故障是不可接受的，因此对于有几百个设备节点的WLAN来讲要求网络具有自投用功能，并能执行无线规划和辅助节点位置调查。9/9/202375工业无线局域网WLAN的要求严格的延迟要求：8/3/202短程无线网络的标准IEEE802.15WPAN工作组负责制定无线个人网WPAN的通信标准。IEEE802.15下面有4个分标准： 802.15.1为BlueTeeth（蓝牙）， 802.15.2为共存性802.15.3为高数据传输率的WPAN， 802.15.4为低数据传输率的WPAN。802.15.1、802.15.2和802.15.4均正式公布。802.15.3工作组因两个草案投票军未超过75%，已宣布解散。9/9/202376短程无线网络的标准IEEE802.15WZigBee与蓝牙的一些比较在现场层无线网络中，同样属于无线短程网的IEC802.15.4/ZigBee要比IEC802.15.1/蓝牙更具广泛的应用前景。这主要是基于以下三个原因：

ZigBee的应用开发门槛远低于蓝牙，其最复杂的网络协调器节点的软件开发工作量仅为蓝牙节点开发的10%，其最简单的RFD节点的软件开发工作量仅为蓝牙的2%；

ZigBee的功耗远低于蓝牙，这是因为就发射的频宽比来讲，ZigBee为0.01，蓝牙为0.99，即ZigBee的发射时间只占其周期的1%，而蓝牙却占99%；

ZigBee的网络节点容量远多于蓝牙。9/9/202377ZigBee与蓝牙的一些比较在现场层无线网络中，同样属于无线IEEE802.15.4/ZigBee的市场特性

低功耗；低成本；较低的报文吞吐率；支持大型网络接点的数量级（不多于65K个接点）；对通信服务质量QoS要求不高（甚至无QoS）；提供可选择的安全等级（采用AES-128），

加密

发送鉴别

报文的完整性为适合于多方面的应用而进行的灵活协议设计。9/9/202378IEEE802.15.4/ZigBee的市场特性低功耗；IEEE802.15.4/ZigBee的一般技术性能

数据传输率250Kb/s(2.4GHz)和20/40Kb/s(868/915MHz)；在2.4GHz为16个信道，在915MHz为10个信道，在欧洲用868MHz频道为1个信道；采用信道共享多点接入技术CSMA-CA（载波监听多信道接入/避免冲突）协议；为保证传输的可靠性，采用完整的握手协议；为实现低功耗，配备极低的（小于1/1000）频宽比（duty-cycle）能力，可提供无信标（beaconless）操作；支持等待时间低的设备（在使用星型网络时可使用有保证的时隙）；支持点对点、星型、簇状树型和网状的网络拓扑。9/9/202379IEEE802.15.4/ZigBee的一般技术性能数

ZigBee与IEEE802.15.4的关系ZigBee采取了IEEE802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用软件ZigBee继续与IEEE紧密结合，以保证向市场提供一种完整的集成解决方案

9/9/202380ZigBee与IEEE802.15.4的关系ZigZigBee协议栈的特性物理层MAC子层网络/安全层应用架构应用层/行规802.15.4ZigBee联盟平台应用层ZigBee平台通信栈硬件实现ZigBee或OEM9/9/202381ZigBee协议栈的特性物理层MAC子层网络/安全层ZigBee的频带和数据传输率

频带

使用范围

数据传输率

信道数2.4GHzISM 全世界 250kbps 16868MHz 欧洲 20kbps 1915MHzISM 北美 40kbps 109/9/202382ZigBee的频带和数据传输率 在低信噪比的环境下ZigBee的性能超群蓝牙FSKWiFiB信噪比位误码率9/9/202383在低信噪比的环境下ZigBee的性能超群蓝牙FSKWiFiIEEE802.15.4/ZigBee的物理层协议设计保证了它的高抗干扰能力在物理层采用高处理增益的直序/频率快变DS/FA（DirectSequence/FrequencyAgility）IEEE802的直序扩频的处理增益比较处理增益越大，抗干扰和抗多径时延扩展的能力越强。频率快变就是改变频率，以避开从一个已知干扰源或信号源来的影响的能力。

实验证明IEEE802.15.4/ZigBee的误码率，特别是在信噪比为4dB的情况下可达到10-9；达到同样误码率，蓝牙/802.15.1信噪比要达16dB，802.11b要达10dB。IEEE802802.11802.11b802.15.4(2.4G)802.15.4(915M)处理增益111132159/9/202384IEEE802.15.4/ZigBee的物理层协议设计保证IEEE802.15.4MAC概述应用64-bitIEEE&16-bit短地址网络理论上最大可达264

nodes(超过实际需要的数量)采用简约地址开销的就地寻址，可对多达65,000（216）节点的简单网络进行组态

规定了三种设备NetworkCoordinator网络协调器FullFunctionDevice(FFD)全功能设备ReducedFunctionDevice(RFD)简约功能设备帧结构较简单数据传送可靠9/9/202385IEEE802.15.4MAC概述应用64-bitI网络(客户)节点最多为65,536对于要求快速响应的应用场合 予以优化网络参与时间:30ms(典型值)由休眠从站转化为工作状态:15ms(典型值)处于工作状态的从站的存取时间:15ms(典型值)ZigBee基本网络特点网络协调器全功能节点简约功能节点通信流虚拟链接9/9/202386网络(客户)节点最多为65,536ZigBee基本网ZigBee可构成网状（Mesh）网络ZigBee终端设备(RFD或FFD)ZigBee路由器(FFD)ZigBee协调器(FFD)网状链接星形炼接9/9/202387ZigBee可构成网状（Mesh）网络ZigBee终端设备ZigBee的组网方式通过以上ZigBeeMesh结构图可以得知，一个ZigBee网络只有一个网络协调器，但可以有若干个路由器。协调器负责整个网络的建网，同时它也可作为与其它类型网络的通讯节点（网关）。构成协调器和路由器的器件必须是全功能器件（FFD），而构成终端设备的器件可以是全功能器件，也可是简约功能器件（RFD）。9/9/202388ZigBee的组网方式通过以上ZigBeeMesh结构图可802.15.4和802.11b的共存性问题利用802.15.4的信道#15、#20、#25和#26可避免受802.11b的信道#1、#6和#11的干扰。后者的发射功率为前者的30倍。9/9