《农业物联网应用技术》课件-3 通信技术

农业物联网应用技术项目三农业信息传输技术PART01物联网技术与网络技术是密不可分的，正是网络技术的飞速发展成就了物联网。基本概念主要指农业信息传输技术主要指“信息采集终端——数据（信息）中心——信息服务终端”或者“信息采集终端——信息服务终端”之间的传输技术。农业信息传输技术概念主要作用信息传输技术是智慧农业信息传输的必然路径，它是衔接农业物联网传感层和应用层的关键环节，其主要作用是利用现有的各种通信网络，实现底层传感器收集到农业信息的传输。农业信息传输技术概念系统功能将实现农业信息参数的自动信息采集节点、无线数据传输，可以使人们随时随地精确获取农业参数信息，例如农田大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度（含水量）等。农业信息传输技术概念应用要求(1)传输速度快。现代信息传输技术网络延迟小、联网耗时短、反应速度较快、实时性能高，可保证农业信息的实时监测和传输。(2)系统安全。信息传输网络的安全性包括保密性、完整性、可用性、真实性和抗抵赖性，安全的传输性能保障了农业信息可靠、完整的传输。(3)低功耗。信息传输技术主要使用低耗电的温度、湿度等传感器，节点上的能源需求主要来自传输和处理器，可在农业环境中长期监测使用。(4)抗干扰能力强。信息传输技术强大的抗干扰能力可不受农业中寒冷、炎热、干燥或潮湿等恶劣条件的影响，保障农业信息有效传输。农业信息传输技术概念

有线通信是指利用金属导线、光纤等有形媒质传送信息的技术。有线连接可靠性高，稳定性高，缺点是连接受限于传输媒介。同轴电缆双绞线光纤有线通信方式通信方式:有线+无线移动通信网络

卫星通信无线连接自由灵活，终端可以移动没有空间限制，但是可靠性受传输空间里的其他电磁波以及障碍物的影响，因此可靠性较低。无线通信是利用电磁波信号在空间中直接传播而进行信息交换的通信技术，无需有形的媒介连接。WIFI路由器

蓝牙耳机蓝牙鼠标

NFC云闪付无线通信方式在物联网发展过程中，无线网络技术逐渐成为主流。共享单车：有线网络？大规模智慧农业：有线网络？农业信息传输技术概念

概述有线网络：采用同轴电缆、双绞线和光纤来连接的计算机网络。无线网络：用电磁波来携带数据进行通信的方式。有线网络与无线网络的比较项目有线网络无线网络部署成本设备成本低，但布线施工、材料成本较高；需规划线槽、管道，前期一次性投入大。设备成本（尤其是企业级AP）略高，但无需布线，施工便捷，整体部署成本更低。维护成本线路故障定位直观，更换简单，后期维护成本低；但线缆老化、环境破坏等问题需定期排查。维护难度较高，需处理信号覆盖、干扰优化、漫游切换等问题；故障排查依赖专业工具，对技术要求高。移动性极低极强，设备可在信号覆盖范围内自由移动，支持无缝漫游。扩展性受限于物理端口和布线，新增节点需额外部署线路和交换机，扩展性一般。扩展性较强，可通过增加AP扩展覆盖和用户容量，但需合理规划信道避免干扰。传输性能速率稳定、延迟低、抗干扰能力强，适合大带宽、低延迟业务（如数据中心、工业控制）。易受障碍物、同频干扰影响，实际速率和稳定性弱于有线；但Wi-Fi6/7已可满足千兆级应用需求。安全性物理隔离特性使其天然不易被外部攻击，但仍存在ARP欺骗、内网入侵等风险，需配合访问控制。信号广播易被监听，需依赖加密协议（WPA2/WPA3）保障安全；配置不当易出现蹭网、数据泄露问题。任务一有线通信技术PART01现场总线(fieldbus)的概念问题：工业现场电机、变频器多，电磁干扰大，普通网线易乱码掉线。现场总线屏蔽功能好、抗干扰设计，实时性高、响应快。现场总线现场总线(fieldbus)的概念电气工程及其自动化领域发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的双向、串行、数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网络系统，它应用于现场测量和/或控制目的通常被称为：现场总线控制系统、现场总线、现场总线系统、现场总线网络、现场总线网络系统、现场总线网络控制系统、网络控制系统现场总线现场总线是20世纪80年代末、90年代初在国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络。比如，在石油化工厂里，现场总线可以连接各种传感器和执行器，实时监测和控制生产过程中的各种参数；在汽车制造厂里，现场总线可以连接生产线上的各种设备，实现自动化生产；在智能楼宇中，现场总线可以连接各种安防和监控设备，确保楼宇的安全和舒适。现场总线(fieldbus)RS485总线技术CAN总线技术现场总线RS-485CAN通信方式主从通信模式多主机、分布式网络结构传输距离可达1200m40m-500m网络拓扑结构总线型拓扑结构网络拓扑结构的选择，包括总线型、星型和环形等成本和硬件需求硬件设备和布线材料成本较低需要特定的CAN控制器芯片，成本较高RS-485和CAN区别二、CAN总线技术有线通信核心特质：稳定、抗干扰、传量大、不轻易掉线用到的线：网线、光纤、RS485双绞线、电力载波在农业中实际承担工作大棚/园区内部控制柜、主机、水肥设备之间连线高清摄像头、大屏监控、机房服务器传视频和大数据强电磁环境下的设备精准控制（电机、卷帘、风机）任务二无线通信技术PART01无线通信核心特质：没法布线、距离远、点位散、会移动用到技术：NB-IoT、LoRa、Zigbee、5G、蓝牙在农业中实际承担工作露天农田、果园、山地零散传感器移动的设备：无人机、自动驾驶农机、手持巡检仪偏远野外、山区水库，没有网线覆盖的点位无线通信是利用不同频率的电磁波信号在空间中直接传播而进行信息交换的通信技术，无需有形的媒介连接。频段：又称频率段，

频率范围的指定频率：频段上的某一点。电磁波每秒振荡的次数，单位Hz。决定信号传输远近、网速快慢、穿墙能力、抗干扰强弱。频带：蓝色线段知识拓展对于较低的频段（30MHz以下），国家和无线电管理机构等没有太多限制。用于通信的较高频段就是极其宝贵的资源了，有专门的机构进行管理和分配，未授权是不可以随意使用的。在国际上，国际电信联盟（ITU）负责管理无线电通信频段。概念频段无线电波的频率范围。2.4GHz频段(2.400GHz到2.4835GHz)：这个频段在全球范围内广泛使用，因为许多无线通信设备，如Wi-Fi路由器、蓝牙设备等，都支持这个频段。但是，由于其广泛使用，这个频段上的无线信号可能会比较拥挤，导致信号干扰和速度下降。因此，2.4GHz频段更适合用于日常网页浏览、电子邮件等对速度要求不高的应用。5GHz频段(5.15GHz到5.825GHz)：与2.4GHz频段相比，5GHz频段提供了更高的带宽和更快的速度。此外，由于其在较高频率上运行，这个频段上的无线信号通常不容易受到干扰。然而，5GHz信号的覆盖范围可能相对较小，因此可能需要在家庭或办公室中设置更多的接入点以确保全面覆盖。5GHz频段更适合用于高清视频流、在线游戏和大文件传输等需要高速度的应用。频段的频率越高，波长越短，穿透障碍物的能力就越弱，覆盖范围也就越小。反之，频率越低，波长越长，穿透障碍物的能力就越强，覆盖范围也就越大。因此，在选择频段时，需要根据实际需求和场景进行权衡。无线传感器网络无线传感器网络注意WSN是一种网络架构，不是具体技术。最常见的4种实现方式ZigBee实现WSN（最经典）LoRa实现WSN（远距离、大田农业）Wi-Fi实现WSN（近距离、大棚）蓝牙Mesh实现WSN（智能家居、小型农业）无线网络的分类无线个域网（WPAN）：蓝牙、ZigBee无线局域网（WLAN）：Wifi无线城域网(WMAN）无线广域网（WWAN）：LoRa、NB-IoT、4G、5G01概述多跳自组织无线网络的分类无线个域网（WPAN）：又称无线个人网络，在小范围（10米以内）相互连接数个设备所形成的无线网络，蓝牙、红外、射频、ZigBee等。缺点：通信距离短01概述无线网络的分类②无线局域网（WLAN）：利用无线电在同一个网络上传送数据，最大范围不超过300米，典型WLAN范畴的无线通信技术就是wifi。智能家居中的各个设备就是通过wifi连接的。缺点：功耗过高，耗能量；通信距离依然比较短01概述无线网络的分类③无线城域网(WMAN）：连续数个无线局域网的无线网络形式。覆盖范围3-5KM，点对点链路可达到几十千米，MMDS、LMDS和WiMAX等技术属于城域网范畴。根据实际应用，选择合适网络技术：有线or无线？无线中的哪一种？传感器之间的无线通信：ZigBee；智能家居的远程遥控：wifi等；……01概述无线网络的分类④无线广域网（WWAN）：覆盖（范围几十公里）全国或全球范围内的无线网络，5G、4G等蜂窝通信技术，通过基站（超级大号wifi）进行连接。缺点：覆盖范围广→功耗极高01概述蓝牙技术是什么？它的工作原理是什么？有哪些典型应用？你能举出生活中常见的应用蓝牙技术的案例吗？一、蓝牙技术蓝牙（Bluetooth）

蓝牙设备是蓝牙技术应用的主要载体，常见蓝牙设备比如电脑、手机等。蓝牙产品容纳蓝牙模块，支持蓝牙无线电连接与软件应用。蓝牙（Bluetooth）

支持设备短距离无线通信的无线电技术，标准是IEEE802.15,传输范围10-100M。

蓝牙技术是世界著名的5家大公司一爱立信(Ericsson)、诺基亚(Nokia)、东芝(TOshiba)、国际商用机器公司(IBM)和英特尔(Intel),于1998年5月联合宣布的一种无线通信新技术。它是研究在移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法

名字取自丹麦国王。蓝牙的图标取自HaraldBlatand国王名字的两个首字母H和B的古北欧字母的结合2025年11月发布V6.2蓝牙的协议结构1）协议栈最底层是物理无线电层，处理与无线电传送和调制有关的问题。蓝牙是一个低功率系统，通信范围在10米以内，运行在2.4GHz频段上。该频段分为79个信道，每个信道1MHz，总数据率为1Mbps，采用时分双工传输方案实现全双工传输。2）蓝牙基带层将原始位流转变成帧，每一帧都是在一个逻辑信道上进行传输的，该逻辑信道位于主节点与某一个从节点之间，称为链路。蓝牙标准中共有两种链路。第一种是ACL链路（异步无连接链路，AsynchronousConnection-Less），另一种是SCO链路（面向连接的同步链路，SynchronousConnectionOriented），用于实时数据传输，例如电话。3）链路管理器负责在设备之间建立逻辑信道，包括电源管理、认证和服务质量。逻辑链路控制适应协议（LogicalLinkControladaptationProtocol，L2CAP）为上面各层屏蔽传输细节，主要包含三个功能：第一，在发送方，接收来自上面各层的分组，分组最大为64KB，将其拆散到帧中；在接收方，重组为对应分组。第二，处理多个分组源的多路复用和解复用。当一个分组被重组时，决定由哪一个上层协议来处理它。例如，由RFcomm或者电话协议来处理。第三，处理与服务质量有关的需求。此外，音频协议和控制协议分别处理音频和控制相关的事宜，上层应用可略过L2CAP直接调用这两个协议。4）中间件层由许多不同的协议混合组成。RFcomm（无线电频率通信/射频通信，RadioFrequencyCommunication）是指模拟连接键盘、鼠标、modem等设备的串口通信。5）应用层包含特定应用的协议子集。蓝牙技术的通信连接蓝牙系统既可以实现点对点连接也可以实现一点对多点连接。在一点对多点连接的情况下，信道由几个蓝牙单元分享。两个或者多个分享同一信道的单元构成了所谓的微微网。蓝牙主设备最多可与一个微微网（一个采用蓝牙技术的临时计算机网络）中的7个设备通讯，当然并不是所有设备都能够达到这一最大量。设备之间可通过协议转换角色，从设备也可转换为主设备。蓝牙核心规格提供两个或以上的微微网连接以形成分布式网络，让特定的设备在这些微微网中自动同时地分别扮演主和从的角色。蓝牙技术组网微微网结构◆微微网是通过蓝牙技术以特定方式连接起来的微型网络，一个微微网可以只是2台相连的设备，也可以是8台相连的设备。◆在一个微微网中，所有设备的级别都是相同的，有相同权限。◆蓝牙采用自组式组网方式(Adhoc)，微微网由主设备里元(发起链接的设备)和从设备里元构成，有1个主设备里元和最多7个从设备单元。蓝牙微微网模式主设备和从设备主设备一般具有输人端。在进行蓝牙匹配操作时，用户通过输入端可输人随机的匹配密码来将两个设备匹配。蓝牙手机、安装有蓝牙模块的PC等都是主设备从设备一般不具备输人端。因此从设备在出厂时，在其盛牙芯片中，固化有一个4位或6位数字的匹配密码。蓝牙耳机、UD数码笔等都是从设备。例如:蓝牙PC与蓝牙耳机匹配时，用户将盘牙耳机上的蓝牙匹配密码正确的输人到蓝牙PC上，完成两者之间的匹配。特点主要有：1、蓝牙技术的适用设备多，无需电缆，通过无线使电脑和电信连网进行通信2、蓝牙技术的工作频段全球通用，适用于全球范围内用户无界限的使用3、利用蓝牙设备可以搜索到另外一个蓝牙技术产品，迅速建立起两个设备之间的联系，可以自动传输数据4、蓝牙技术的安全性和抗干扰能力强，蓝牙技术的兼容性较好实现了各种操作系统中良好的兼容性能5、传输距离较短:现阶段，蓝牙技术的主要工作范围在10米左右，经过增加射频功率后的蓝牙技术可以在100米的范围进行工作只有这样才能保证蓝牙在传播时的工作质量与效率，提高蓝牙的传播速度。另外，在蓝牙技术连接过程中还可以有效的降低该技术与其他电子产品之间的干扰，从而保证蓝牙技术可以正常运行。蓝牙技术不仅有较高的传播质量与效率，同时还具有较高的传播安全性特点。（1）移动电话和免提设备之间的无线通讯是最早流行的应用。（2）使特定距离内的电脑组成无线网络。（3）电脑与外设的无线连接，如鼠标、耳机、打印机等。（4）蓝牙设备之间的文件传输。（5）家用游戏机的手柄，包括PS4、PS3、NintendoWii等。（6）依靠蓝牙，可以使电脑过手机网络上网。蓝牙技术的应用（1）Wi-Fi简介概念：基于美国电气和电子工程协会制定的IEEE802.11标准实现的无线局域网技术。Wi-Fi是当今应用比较广泛的短距离无线网络传输技术，可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相通信，它以传输速度高，有效距离较长的优势得到广泛应用。二、Wi-Fi技术（1）Wi-Fi简介802.11无线技术最初是因连接收银机而发明。WiFi的原始版本于1997年正式标准化，其工作时的数据流量仅为2Mb/s，但却为未来的发展奠立基础。1999年苹果ibook首款具有WiFi功能的电脑二、Wi-Fi技术（1）Wi-Fi简介最初的Wi-Fi诞生于1997年。最初的IEEE(美国电气和电子工程协会)只制定标准，不进行测试与认证，导致最初的802.11设备难以互相兼容。→1999年，诞生了Wi-Fi联盟，进行产品测试与认证工作。二、Wi-Fi技术二、Wi-Fi技术协议发布时间（年）频带（GHz）最大传输速率（Mb/s)802.1119972.42802.11a1999554802.11b19992.411802.11g20032.454802.11n20092.4/5600802.11ac20145867802.11ax20192.4/51201802.11be20222.4/5/65763（2）Wi-Fi技术发展历程（2）Wi-Fi技术发展历程协议重命名802.111997年诞生802.11aWi-Fi2802.11bWi-Fi1802.11gWi-Fi3802.11nWi-Fi4802.11acWi-Fi5802.11axWi-Fi6802.11beWi-Fi75Gvs6GWi-Fi特点①覆盖范围较广：开放性区域的通信距离通常可达305米，封闭性区域的通信距离通常在76米到122米之间。特别是基于智能天线技术的802.11n标准，可将覆盖范围扩大到几平方公里。②传输速度快：基于不同的802.11标准，传输速度可从11Mbps到450Mbps。③建网成本低，使用便捷：通过在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”（HotSpot），即无线接入点(AccessPoint，AP)，任意具备无线接入网卡的设备均可利用Wi-Fi技术实现网络访问。④更健康更安全：Wi-Fi技术采用IEEE802.11标准，实际发射功率约为60~70毫瓦，与在200毫瓦至1瓦间的手机发射功率相比，更加安全。Wi-Fi组网技术利用Wi-Fi技术实现组网，称为无线LAN。无线LAN有两种模式一种是没有接入点的Ad-hoc模式，利用Wi-Fi技术实现设备间的之间连接，通常用在掌上游戏机、数字相机和其它电子设备，实现数据的之间传输。另一种是接入点模式，利用无线路由器作为访问接入点，具有无线网卡的台式机、笔记本、以及具有Wi-fi接口的手机均可作为无线终端接入，形成一个由无线终端与接入点组成的无线局域网络。在接入点模式中，Wi-Fi的设置至少需要一个接入点和一个或一个以上的终端。接入点每100ms将服务集标示（ServiceSetIdentifier，SSID）经由信号台（beacons）分组广播一次，分组的传输速率是1Mbit/s，并且长度短，所以这个广播动作对网络性能的影响不大。因为Wi-Fi规定的最低传输速率是1Mbit/s，所以确保所有的Wi-Fi终端都能收到这个SSID广播分组。图5-1基于接入点模式的Wi-Fi组网示意图（3）Wi-Fi技术的优势无线电波的覆盖范围广。传输速度快。厂商进入该领域的门槛较低。无需布线。健康安全。组建方法简单。发展速度快二、Wi-Fi技术（6）Wi-Fi应用分类个人Wi-Fi：一般为单个用户提供Wi-Fi服务，通常以现有终端设备为载体，生成小范围的Wi-Fi热点，供用户自己使用。比如，当前大多数智能手机都能够通过生成一个Wi-Fi热点，把手机网络共享出去让其它设备上网。家庭Wi-Fi：一般指无线路由器，通过接入运营商网络，提供Wi-Fi信号给家庭范围内的各种设备使用。商业Wi-Fi：指面向企业客户，为客户提供包括硬件、软件、服务等内容的系统解决方案。公众Wi-Fi：是指政府主导、相关企业参与的面对公众的无线城市建设。二、Wi-Fi技术（7）Wi-Fi使用安全防范谨慎使用公共场合的Wi-Fi热点。使用公共场合的Wi-Fi热点时，尽量不要进行网络购物和网银操作，避免重要的个人敏感信息遭到泄露，甚至被黑客银行转账。养成良好的WIFI使用习惯。家里路由器管理后台的登录账户、密码，不要使用默认的admin，可改为字母加数字的高强度密码；设置的Wi-Fi密码选择WPA2加密认证方式，相对复杂的密码可大大提高黑客破解的难度。不管在手机端还是电脑端都应安装安全软件。二、Wi-Fi技术Wi-Fi安全技术由于Wi-Fi是采用射频技术进行网络连接及传输的开放式物理系统，其安全性主要表现在物理层、链路层和网络层。核心是数据链路层安全。WEP（WiredEquivalentPrivacy，WEP）IEEE802.11b标准规定了一种称为有线等价保密协议WEP的加密方案，提供了确保无线局域网数据流的安全机制。WEP采用的加密算法是由RonRivetsofRSADataSecurityInc在1987年设计的40位的RC4加密算法。RC4算法属于对称流密码，支持可变长度密钥。WEP支持64位和128位加密。对于64位加密，加密密钥为10个十六进制字符（0-9和A-F）或5个ASCII字符。对于128位加密，加密密钥为26个十六进制字符或13个ASCII字符。64位加密又称40位加密，128位加密又称104位加密。WPA无线保护访问（WirelessProtectedAccess，WPA）是由Wi-Fi联盟提出的一个无线安全访问保护协议。WPA协议的提出旨在克服所有WEP协议的安全缺陷，WPA协议大大改进了之前的无线网络安全保护能力和访问控制技术，使无线网络数据的安全级别提高。WPA主要解决了WEP中在客户端与缺乏身份认证的访问点之间使用相同静态密钥和网络接入时身份认证方面存在的缺陷问题。表7-2WEP和WPA的比较WEPWPA密钥长度为40位密钥长度为128位存在较多安全缺陷针对WEP的安全缺陷升级了安全措施密钥是静态的，同一网络上所有人共享密钥动态会话密钥，每次通信时每个用户都具有不同密钥密钥由用户设定密钥自动生成和分发使用预设的WEP密钥进行身份认证使用802.11x和EAP进行身份认证WPA2加密技术WPA2除了使用802.1x/EAP框架以确保身份验证外，“四次握手”是另一个重要的WPA2的身份验证过程。

"预先共享密钥(PSK)".WEPWPA2-PSK安全性弱，容易被破解安全性高，破解难度大加密算法采用RC4算法加密算法采用128bit的AES算法密钥是静态的，同一网络上所有人共享密钥动态会话密钥，不同用户不同设备密钥不同使用CRC32进行数据完整性校验，易被篡改，抗攻击弱使用CCM密码区块链信息认证，无法篡改密钥由用户设定密钥自动生成和分发使用预设的WEP密钥进行身份认证使用802.11x和EAP进行身份认证高级加密标准（AdvancedEncryptionStandard，AES）这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。三、ZigBee（紫蜂协议）技术定义：ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域城网协议，zigBee技术是一种近距离、低复杂度低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要适会用于自动控制和远程控制领域，会出现在各种设备。非常适合用于有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。zigBee是一个由可多到65000个模块组成的无线网络平台，任何节点之间可以相互通信，通信距离一般在几十米左右。三、ZigBee（紫蜂协议）技术ZigBee常用三个频段2.4GHz：全球通用，速率高，最常用868MHz：欧洲专用915MHz：美洲专用在最常用的2.4GHz频段里，一共划分16个信道，信道编号：11～26三、ZigBee（紫蜂协议）技术ZigBee协议栈层级物理层：负责无线信号收发、频段信道MAC层：信道接入、数据帧控制网络层：组网、路由、分配短地址应用层：用户程序、设备功能应用三、ZigBee（紫蜂协议）技术ZigBee每个设备都有两种地址MAC地址（物理地址）：全球唯一，出厂固化；64位，永久不变短地址（网络地址）：入网后由协调器自动分配；16位，组网后临时分配；组网时用来通信、识别设备三、ZigBee（紫蜂协议）技术ZigBee技术的特点（1）数据传输速率低：10-250kb/s，专注于低传输应用（2）低功耗：省电，相关设备仅靠两节5号电池可以使用半年至两年左右。（3）成本低：数据传输速率低，协议简单，大大降低成本，ZigBee协议免专利费。（4）网络容量大：一个星型结构的ZigBee网络可以容纳254个设备和1个主设备，而且网络组成灵活。（5）有效范围小：覆盖范围10-75m，覆盖家庭和办公室基本需求。（6）时延短：（7）数据传输可靠（8）安全性好：AES-128加密算法，灵活确保安全性。ZigBee网络结构协调器在zigBee网络中，有且只能有一个协调器，它在网络中起了网络搭建和网络维护的功能。是整个网络的中心枢纽，不能休眠。是等级最高的父节点。路由器路由器在zigBee网络中既可以充当父节点，也可以充当子节点，有信息转发和辅助协调器维护网络的功能，不能休眠。终端节点终端功能只能加入网络，为最末端的子节点设备。只收发数据、不转发数据，可以休眠、超低功耗，适合电池供电星型拓扑最简单的一种拓扑形式，包含一个协调器节点和多个终端节点。每一个终端节点只能和协调器节点进行通信。如果两个终端器节点之间进行通信，必须通过协调器节点进行信息转发。适合小型智能家居、小型农业大棚缺点：最简单、单中心，协调器坏→全网坏ZigBee网络结构包含一个协调器和一系列的路由器和终端节点。协调器连接一系列路由器和终端，子节点的路由器也可以连接一系列的路由器和终端。层层向下分支，只能上下通信，不能横向直连。特点：分层树形，上级路由坏→下级全断，范围中等。树型拓扑ZigBee网络结构包含一个协调器和一系列的路由器和终端。协调器和路由器可以互相组网成网状，终端不参与互相连线适合工业自动化、智慧城市优点：有自愈能力、最稳定、覆盖最大缺点：结构最复杂、功耗偏高网状拓扑ZigBee网络结构如在智能家居系统中，通过终端ZigBee设备可以收集家庭各种信息，传送到中央控制设备或是通过遥控达到远程控制的目的，提供家居生活的自动化、网络化与智能化。ZigBee的应用利用传感器的ZigBee网络，使得数据的自动采集、分析和处理变得更加容易，可以作为决策辅助系统的重要组成部分。土壤湿度、氮浓度、PH值、降水量气温、气压、光照强度等环境因子信息经由ZigBee网络传送到中央控制设备，并能对环境因子进行控制。借助于各种传感器和ZigBee网络，准确且实时地检测每位病人的血压、体温、心跳速度等信息蓝牙技术的缺点蓝牙技术复杂功耗大通信距离近组网规模太小……低复杂度功耗低低数据速率低成本……ZigBee技术LongRangeRadio（长距离无线电）是低功耗广域网通信技术中的一种，是美国smetech（升特）公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。（是升特私有专利技术）（1）技术简介低功耗VS远距离四、LoRa技术LongRangeRadio（长距离无线电）最大的特点：同样的功耗条件下，比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一。（1）技术简介四、LoRa技术（2）技术特点速率可调，提供灵活性在环境比较差的地方，可适当调低速率，扩大范围。四、LoRa技术国内常用：433MHz、470MHz；欧美常用：868MHz、915MHz（3）LoRa架构组成四、LoRa技术LoRa终端节点：传感器采集数据（温湿度、水表、井盖等）LoRa网关：接收终端发来的数据，转发到服务器云平台/服务器：数据存储、显示、告警、管理定义：窄带物联网，是万物互联网络的一个重要分支。NB-IOT是运营商蜂窝移动通信技术，属于5G/4G物联网分支，面向低功耗、广覆盖、海量连接的新型物联网技术，是一种典型的低功耗广覆盖技术。NB-IOT结合了蜂窝物联网与功耗广域网(LPWAN)的优点，直接接入蜂窝网络可以很大程度上简化网络结构，减少部署和维护的难度。（1）技术概述五、NB-IoT技术独立部署：单独划出频段给NB-IoT保护带部署：利用4G频段边缘空闲间隔带内部署：直接嵌入4GLTE频段内部（1）三种部署方式五、NB-IoT技术广覆盖相比GSM(2G)、宽带LTE(3.9G)等，NB-IoT将网络覆盖能力增强,使信号的传输覆盖范围更大，能覆盖到深层地下GSM网络无法覆盖到的地方。这不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的场景同样适用。（2）四大特点五、NB-IoT技术大连接相比原有无线技术，NB-IoT在同一基站下增加50~100倍的接入。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。全屋智能：上百种传感器设备需要联网，路由器智能提供8~16个接口利用5G功耗大，性价比不高→利用NB-IoT能轻松满足数百个连接需求。（3）四大特点五、NB-IoT技术低功耗低功耗特性是物联网应用的一项重要指标，特别对于一些不能经常更控电池的设备,如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备，它们不可能像智能手机一样随时充电，因此长达几年的电池使用寿命是最基本的需求。由于NB-I0T聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以非常小，设备续航时间可以从过去的几个月提升至几年。（3）四大特点五、NB-IoT技术低成本NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的硬件可剪裁、软件按需简化确保了NB-IoT的成本低廉，单个模组价格可以低于5美元。（3）四大特点五、NB-IoT技术LoRa技术VSNB-IoT技术速率两者都是低速率，只传小数据适用NB-IoT：市政抄表、共享单车、全网大范围设备LoRa：园区、农场、厂区本地小范围物联网LoRa技术VSNB-IoT技术LoRa应用VSNB-IoT应用任务三移动通信技术PART01为何要通信—我们要信息!

通信的基本形式1G2G3G4G5G模拟时代数字时代移动互联时代万物互联时代移动通信的发展历程1987年，中国正式进入1G时代，“大哥大”的造型深入人心，但核心技术和标准被外企牢牢掌握。1994年，2G在中国落地，发送短信成为可能，手机也越来越平民化。2009年，工信部发放3G牌照，更高的带宽和更稳定的传输速度，让移动互联网进入现实，国产手机顺势而起。2013年，4G牌照如期而至，中国自主研发的TD-LTE标准得到了广泛应用，催生了移动支付、短视频等全新业态。2019年，中国工信部向运营商发放5G牌照，开启了5G商用元年的序幕。

从3G突破、4G同步到5G引领，这十年，中国移动通信技术终于完成了从追赶到引领的历程。数据显示，中国企业声明的5G标准必要专利占比达到38.2%，5G行业应用案例已累计超过两万个。截至2023年10月末，中国5G基站总数达到321.5万个，占移动基站总数的28.1%。5G移动电话用户达到7.54亿户，在当下的中国，5G正在与万物互联。5G+工业互联网、5G+教育、5G+医疗、5G+农业、5G+交通运输、5G+能源、5G+VR、5G+AI。中国移动通信历史大哥大的起源图1大哥大与老大1G（第一代移动通信技术）一、移动通信的发展历程第一代移动通信技术也叫1G主要用于提供模拟语音业务收到传输带宽的限制，不能进行长途漫游，只能在区域内通信。时间线：20世纪40年代至80年代末模拟信号：时间和幅度都连续的信号1G（第一代移动通信技术）第一代无线通信技术的一大贡献就是去掉了将电话连接到网络的电话线，用户第一次能够在移动状态下无线接收和拨打电话。图2手机与固话技术局限：没有统一国际标准，各国制式不兼容，手机不能跨国漫游。第一代模拟移动通信系统主要采用模拟和频分多址（FDMA）技术。图3大哥大的频分多址1G的多址方式采用的是FDMA（频分多址技术）什么是多址呢？多址技术是为通信用户提供一个地址，这个地址用于区分不同的用户，也就是要给用户动态地分配一种地址资源——信道。1G（第一代移动通信技术）工作频段：800-900MHz人耳能够听到的频率范围在20-20000Hz之间。对于较低的频段，国家和无线电管理机构等没有太多限制。用于通信的较高频段就是极其宝贵的资源了，有专门的机构进行管理和分配，未授权是不可以随意使用的。在国际上，国际电信联盟（ITU）负责管理无线电通信频段。1G（第一代移动通信技术）印度3G牌照竞拍:印度政府将底价设为350亿卢比约合人民币51亿元，在经过34天，183轮竞标下，7家3G运营商获得了频谱，印度政府从中获利164亿美元,也就是说平均每MHz频谱价值超过了0.5亿美元案例双工技术就是模拟移动通信技术既可以接收基站信号，又可以发送信号。1G（第一代移动通信技术）第一代移动通信的收费模式商用之初模拟移动通信制式分布移动通信的商业运作模式大概分为三种：入网费用、购买大哥大的费用和打电话的费用。当时购买一个大哥大电话，需要两至三万元，入网的费用是6000多元。在网络最初运行的时候，每分钟通话费用高达一元。

大哥大的不足大哥大的缺陷业务单一，只能实现话音通信，并且通话质量较差。覆盖范围小，且不支持跨省漫游。它的体积大、质量重，而且样式单一。保密性差。第一代移动通信系统几乎没有安全措施，大哥大被盗号、被盗打、被监听的现象非常突出。为什么会这样呢？每个大哥大都有一个电子序号（ESN）和网络编码（MIN）。当用户接入时，只要将ESN和MIN以明文的方式发送给网络，那如果两者匹配就能成功实现接入。也就是说，只要在用户通话中监听无线信号，就可以获得ESN和MIN，从而进行监听和克隆。频谱利用率低，而无线频谱资源是国家享有权的资源，这种资源极其稀缺。价格贵。1G技术在中国开通时间地点：1987年11月18日广东第六届全运会上使用标准：英国TACS制式应用时间：1987年至2001年用户峰值：660万1G（第一代移动通信技术）第二代移动通信系统与第一代不同，是数字制的，话音质量保密性能得到大的提高，并可进行省内、省际漫游。主要业务是语音，但是也能发短消息和图片消息。2G（第二代移动通信技术）2G时代2G主要采用的是数字的时分多址（TDMA）技术和码分多址（CDMA）技术。它克服了模拟移动通信系统的弱点，话音质量、保密性能得到大的提高，并可进行省内、省际自动漫游。第二代移动通信替代第一代移动通信系统完成模拟技术向数字技术的转变，但由于第二代采用不同的制式，移动通信标准不统一，用户只能在同一制式覆盖的范围内进行漫游，无法进行全球漫游，其也无法实现高速率的业务。GSM技术：全球通用、国内主流，移动联通早期使用GSM是全球通用且国内早期主流的移动通信技术，最早由欧洲推动发展；1982年欧洲各国电话系统互不统一，为打破标准割裂局面，各方着手制定统一的欧洲移动电话网络标准。该技术采用蜂窝网络架构，结合时分复用（TDMA）与频分复用（FDMA）技术，配置124对单工信道，每对信道频宽为200kHz，同时具备自动漫游、自动切换功能，并搭载增强全速率编码技术。相较于AMPS技术，GSM数据传输速率更高，通信安全性与抗干扰能力更强，也为用户带来了更流畅的漫游和信号切换使用体验。2G（第二代移动通信技术）两大主流制式2G的技术特点一、GSM的技术特点工作频段:900M频段和1800M频段900M频段:上行890~915MHz;下行935~960MHz频段。1800M频段:上行1710~1785MHz;下行1805~1880MHz频段。2G的技术特点一、GSM的技术特点GSM的多址方式：采用的是TDMA

时分多址方式就是在时间上划分不同信道。首先需要将信道的时间轴划分为不同的帧，再将帧划分为多个时隙，不同的用户被分配不同的时隙，以此实现在时间上的正交。十分多址相对于前面1G使用的频分多址技术来说，系统容量较大。但为了分配时隙需要全网同步的定时系统，使得设备更复杂。2G的技术特点一、GSM的优点首先，GSM更安全。1G基本不具备抵抗信息安全威胁的能力，而GSM使用各种健全机制和加密算法，成功弥补了1G的这一缺点。第二，统一标准与漫游。GSM采用了统一的标准，这使得用户的漫游成为了可能。第三，业务的多样性。大哥大时期只有单一的语音业务，GSM的短信业务以及之后发展而来的GPRS上网，使得多种业务成为可能。第四，容量和效率提高。GSM系统的容量比1G增大了三到五倍，而且使用了多种先进的通信技术，使得频谱效率也有所提高。2G的技术特点一、GSM的缺点第一个，GSM并未实现真正的漫游。第二，移动通信用户增长迅速，虽然GSM的系统容量较1G来说增长很多，但还是满足不了需求。另外，GSM还存在切换、接入速率不足以及编码质量低等缺陷。CDMA技术：电信早期专用制式CDMA技术最早起源于二战时期的军事抗干扰通信领域，1989年高通公司成功验证了CDMA具备高容量特性，1995年正式制定IS-95标准实现规范化商用。它采用码分多址核心技术，不受时间限制，允许多用户同时传输信号，通过信号线性叠加即可精准提取目标信号；相比传统技术，CDMA能高效利用时间与频段资源，抗干扰能力和通信安全性更强，曾在美国、韩国等地区取得广泛商用成功。2G（第二代移动通信技术）两大主流制式2G的技术特点二、CDMAIS-95标准码分多址（CDMA）技术是在二维上对时间和频率资源的划分。也就是说，同一个时间或频率资源在CDMA中可能有多个用户共同使用。区分它们的方式就是给每个用户一个不同的码，这个码是具有正交特性的扩频码。在发送端使用该码对信号进行编码，在接收端通过与之对应的解调方式解调。相对于3G的宽带CDMA，IS-95就是典型的窄带CDMA应用。缺点网速特别慢，只能聊文字QQ、看简单文字网页无法看视频、刷短视频、玩大型手游只能低速数据，满足不了多媒体需求2G（第二代移动通信技术）3G（第三代移动通信技术）相比前两代通信技术，传输速率优势显著，除了能语音交流、收发短信或电子邮件，还能快速分享图像、音乐、视频等多媒体信息，享受更多移动多媒体业务。此外，能提供包括卫星在内的覆盖全球的网络业务之间的无缝连接，但是仍然受基于地面、标准不同的区域性通信系统的局限。QQ飞信MSN阿里旺旺……背景上世纪90年代末，各国通信用户希望通信界能在短期内实现一种能够提供真正意义的全球覆盖，提供带宽更宽、更灵活的业务，并且使终端能够在不同的网络间无缝漫游的系统。因此，国际电信联盟提出了未来公共陆地移动通信系统的概念。此时，第二代移动通信系统的GSM与IS-95技术已经比较成熟。尽管第二代移动通信时代，在与GSM的竞争中，采用了CDMA技术的IS-95处于下风，但是CDMA技术容量大等技术优势，使得它成为第三代移动通信技术的核心。ITU在2005年确定TD-SCDMA、W-CDMA和CDMA2000三大主流无线接口标准。3G（第三代移动通信技术）3G3G和全球有三大标准，中国均拿到牌照：WCDMA：欧洲标准，联通3G在用，全球使用最广CDMA2000：美国标准，电信3G在用TD-SCDMA：中国自主研发，移动3G专用3G什么是3G？3G----第三代移动通信系统又称“IMT-2000”2000年商用中心工作频段为2000MHz最大速率为2000比特每秒在中国3G业务的情况并不如想象中那么红火原因3G飞速发展条件并不成熟。与我国移动通信市场的2G与3G业务启动较晚有关；3G通信特征服务不成熟。与2G的十几年建设和优化相比，3G网络无论在基站或经济投入上都处于劣势；3G资费不具优势。3G手机上网费用相比于2G套餐依旧偏高；3G处于2G与4G之间的尴尬地位。3G作为2G向4G的过渡，同时具备了语音业务和数据业务，但也面临激烈的市场竞争和标准不兼容等问题。而4G已经有效地解决了兼容性问题，各大运营商已经从3G向4G演