《水利工程智慧感知与测量技术》课件-7.水利工程传感器数据传输-下

水利工程智慧感知与测量技术水利物联网无线通信技术PART01无线通信—Wi-FiWi-Fi(WirelessFidelity)是一种基于IEEE802.11b标准的无线通信技术。通过无线电波进行数据传输。其基本原理是将电信号转换为高频无线电波，通过无线接入点（AP）发送和接收信号，实现设备之间的无线通信。Wi-Fi模块01可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要无需布线在无线局域网信号覆盖范围内，各个节点可以不受地理位置的限制进行移动高移动性Wi-Fi的传输速率较高，可以达到几十Mbps甚至更高，能够满足大数据量的传输需求。传输速度快Wi-Fi设备和网络的建设和维护成本较低，适合大规模应用。成本低Wi-Fi的半径可达100m覆盖范围广02030405优势无线通信—Wi-FiWi-Fi

网络拓扑结构WiFi可以通过不同的网络拓扑结构进行组网，其发现和接入网络也有自身的要求和步骤。WiFi的两个重要的基本概念：站点和无线接入点。

无线网络的创建者，也是网络的中心节点。一般家庭或办公室使用的无线路由器就一个AP。站点（Station，STA）无线接入点（AccessPoint，AP）

网络最基本的组成部分，每一个连接到无线网络中的终端(如笔记本电脑、PDA及其它可以联网的用户设备)、都可称之为一个站点。APSTA无线通信—Wi-Fi基于AP组建的基础无线网由AP创建，众多STA加入组AP是整个网络的中心各STA间不能直接通信，需经AP转接基础网(Infrastructure)两个及以上STA组成，网络中不存在AP各设备自发组网网络中STA可直接通信Ad-hoc模式也称为对等模式，允许一组具有无线功能的计算机或移动设备之间为数据共享而迅速建立起无线连接。自组网(Ad-hoc)水利工程智能监控

传感器数据传输水利工作人员移动办公工程信息内部共享水利应用WiFi无线网络包括两种类型的拓扑形式:基础网(Infrastructure)和自组网(Ad-hoc)。无线通信—蓝牙说起蓝牙大家并不陌生，蓝牙耳机、蓝牙鼠标、蓝牙音箱、蓝牙键盘以及智能手机和笔记本电脑等电子产品都具有蓝牙通信功能。蓝牙（Bluetooth）是一种短距离无线通信技术，工作在2.4GHz频段，采用时分多址（TDMA）和频跳扩频（FHSS）技术，可实现设备之间的短距离无线通信。它通过建立个人区域网络（PAN），使设备在一定范围内实现数据传输和交互。天线基带处理器连接控制器主终端蓝牙软件协议链路管理器链路控制蓝牙系统各单元的连接关系蓝牙系统由天线单元、链路控制单元、链路管理单元和软件结构(协议体系)四个单元组成。无线通信—蓝牙蓝牙技术的特点短距离通信同时传输语音和数据无线性强开放性强功耗低抗干扰能力强蓝牙技术的应用数据传输语音传输远程设备管理无线通信—Zigbee无线通信市场中，首次出现的是蓝牙技术，但对于自动化控制和遥测遥感领域而言，蓝牙技术显得太复杂，并且功耗大、距离近、组网规模小等弊端。所以产生了ZigBee这种新的短距离无线通信技术。Zigbee是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，主要用于近距离无线传输。Zigbee也称“紫蜂”。这一名称来源于蜜蜂通过Z字形飞行来通知发现的食物的位置、距离和方向等信息。借助于蜜蜂的通信方式，人们用zigbee来称呼这种近距离、低功率、低复杂度、低速率的无线通信技术。无线通信—ZigbeeZigbee支持3种拓扑结构：星形、树形和网状结构。尺寸微小易集成，适合小型设备和复杂环境。最简单的一种拓扑形式，他包含一个协调器节点和一系列的终端设备节点。星形(Star)拓扑包括一个协调器以及一系列的路由器和终端设备节点。树形(Tree)拓扑包含一个协调器节点和一系列的路由器节点和终端设备节点。网状(Mesh)拓扑无线通信—Zigbee无线传感器网络无线传感器网络采用的就是Zigbee。Zigbee应用通常应用于:需要数据采集或监控的网点多;传输的数据量不大;数据传输的可靠性高;设备体积很小；电池供电;地形复杂，需要较大的网络覆盖。水利场景Zigbee应用大坝安全监测水质监测水位监测设备状态监测无线抄表无线通信—NB-IoTNB-IoT（NarrowbandInternetofThings，窄带物联网）是万物智联网络的一个重要分支。NB-IoT是3GPP组织定义的可在全球范围内广泛部署的低功耗广域网，基于授权频谱的运营，专为物联网应用设计。可以支持大量的低吞吐率、超低成本设备连接，并具有低功耗、优化的网络架构等优势。无线通信—NB-IoTNB-IoT特点三种部署方式深覆盖低功耗容量大成本低Stand-alone

（独立部署）Guard-band

（保护带部署）In-band

（带内部署）10年电池寿命芯片功耗低功放效率高发射/接收时间短1$芯片成本简化射频成本简化协议降低成本减小基带复杂度20dB增益窄带功率谱密度提升重传次数编码增益100K连接数每小区频谱效率高小包数据发送特征终端极低激活比无线通信—NB-IoTNB-IoT的应用领域非常广泛，涵盖公共事业、智慧城市电子消费等，在水利工程中，NB-IOT常用于水位、水质、水表、管网等传感器的智能联网。NB-IoT管网监测》》》》》》>>水位监测水质监测水表，水质、管网传感器智能化联网智能抄表无线通信—LoRaLoRa（LongRangeRadio，远距离无线电）是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术。是LPWAN(Low-PowerWide-AreaNetwork，低功率广域网络)通信技术中的一种。它能为用户提供一种简单的远距离、低功耗无线通信手段，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3~5倍。目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433MHz、868MHz、915MHz等。无线通信—LoRaLoRa特点远距离抗干扰能力强容量大部署灵活轻量级、成本低抗多径、抗多普勒、可测距低功耗无线通信—LoRaLoRa应用LoRa技术在水利工程中的应用非常广泛，以下是一些常见的应用：水库雨水情远程监测系统大坝安全监测系统智慧农业灌溉系统控制城市水务远程抄表无线通信—5G移动通信：是指沟通移动用户与固定点用户之间或移动用户之间的通信方式第五代移动通信技术（5thGenerationMobileCommunicationTechnology，简称5G）是一种具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施。无线通信—5G5G特点大容量连接低延迟网络切片频谱效率全球统一标准边缘计算超高速度安全性智能网络行业应用理论峰值速度可达20Gbps延迟可以降低到1毫秒支持每平方公里数百万个设备的连接根据不同的应用场景和需求，划分出多个虚拟专用网络更宽广的频谱资源，包括毫米波频段遵循由3GPP制定的全球统一标准,兼容性好定制化的网络解决方案，如智慧水利等，推动了产业的数字化转型。融合人工智能和机器学习技术，自动优化和修复网络加强了用户数据的安全保护在靠近用户的网络边缘部署计算和存储资源，减少数据传输延迟无线通信—5G环保

应急市政

水资源水工程水土保持河湖监管供水节水防汛抗旱5G

交通气象国土5G应用5G的应用场景非常广泛，涵盖环保、交通、市政、气象、国土、应急等多个领域。5G在智慧水利中的应用是当前水利行业数字化转型的重要方向，通过其高带宽、低延迟和大连接特性，显著提升水资源管理和灾害防治的效率。无线通信—卫星通信卫星通信技术是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地面站之间的通信。其基本原理是将地面站发送的信号通过上行链路传输到卫星，卫星上的转发器对信号进行放大、变频等处理后再通过下行链路发送回地面站，完成信号的中继传输。卫星通信基本原理卫星通信系统是一个复杂的体系，其构成主要包括：空间分系统通信地球站跟踪遥测及指令分系统监控管理分系统无线通信—卫星通信卫星通信特点覆盖范围广：可以覆盖地球上几乎任何地方，不受地理条件限制。通信距离远：可以实现远距离的通信，尤其适用于偏远地区或海洋等无线信号难以覆盖的区域。不受地形限制：能够穿透云层、山脉等障碍物，不受地形和地理条件的影响，具有很强的适应性。高容量：较高的通信容量，满足大量数据传输的需求。优势劣势高成本：建设和运营成本较高，尤其是卫