无线数据传输技术（精选十篇）
无线数据传输技术 篇1
关键词：无线数据传输,监测,GSM短信报警
0 引言
无线数据传输及监控技术是基于无线局域网技术的一种较为广泛的应用技术。它在原有以太网监控的基础上, 用无线微波作介质进行数据传输可以对分散的、无人值守的现场数据进行定时采集, 并且可以发送简单的控制命令。它将先进的计算机技术、通信技术有机结合为一体, 适用于地域广阔的各种环境。
随着GPRS/CDMA网络技术的逐步成熟, 无线数据相关应用已经成为当前的应用热点。
GSM网络是国内覆盖范围最广, 应用最普遍的无线通信网络。SMS (Short Message Service) 短信息服务是GSM系统中提供的一种GSM终端之间通过服务中心进行文本信息收发的应用服务, 其中服务中心完成信息的存储和转发功能。短信报警就是利用高覆盖率的无线GSM网络, 将报警信息或监测数据信息以短信的形式无线传送到工作人员手机上或监控中心的计算机上, 轻松实现报警信息、数据信息从有线到无线远程的跨跃。
1 项目需求
我公司质量部实验室有5台工业冷藏箱及6台生化培养箱, 用来存放药品及微生物培养试验使用。工艺要求所有设备内部温度保持在一定的范围内, 因为一旦温度出现问题而不能及时处理, 将影响到药品及样品的质量。因此我们设计了一套温度远程监测系统, 系统可采集11台设备的实时数据, 当温度超出控制范围时, 能在最短的时间内将故障点传达给相关人员, 使之能够迅速到达报警点排除故障。
2 温度远程监测系统综述
本系统采用的是设备内温度数据的有线采集和无线传输组成。具体采用无线温度采集模块、无线接收模块, 局域网模块、GSM短信模块以及上位机组成。
该监测报警系统在每台工业冷藏箱及生化培养箱内部布置一至两个温度传感器, 同时在设备外部布置一台无线温度采集模块, 无线温度采集模块实时采集温度传感器数据, 并将采集的数据打包处理后发送到无线网络;每个值班岗位分别设置一台无线接收模块, 由于无线数据采集模块在无线网络中具有唯一地址, 无线接收模块通过接收不同地址的采集模块数据, 可以实现对工业冷藏箱及生化培养箱的温度数据24小时不间断监测。
每台设备的无线接收模块可通过NP801串口通信服务器连接到办公局域网络上, 用局域网模式可有效防止因为距离较远导致的信号衰弱对监控系统的影响, 局域网中的任意一台计算机可以对这11台设备进行监控。本系统设置一台上位机, 内置标准组态软件, 与局域网模块通过以太网口连接, 实时记录分析采集到的数据, 一旦出现温度越线 (超出设定值范围) , 即产生报警, 报警信息通过GSM短信模块发送至相关人员手机, 从而该人员可以第一时间到达现场排除故障, 最大限度地保障每台设备安全可靠的运行。
3 温度远程监测系统示意图及网络结构图
3.1 温度远程监测系统示意图如图1所示。
温度远程监测系统运用无线温度传感技术, 无线通信技术可实时自动采集及监测设备内的温度, 并将数据传至主控PC, 并可通过GSM短信模块将重要参数的超限报警信息发送至工作人员手机, 从而轻松实现无人值守和远程监测。
3.2 温度远程监测系统网络结构图如图2所示。
11台设备分布在6楼和7楼两个楼层, 每台设备配备一个无线温度采集模块, 并将由无线射频发射到无线接收模块, 无线接收模块将数据传至计算机局域网。系统在8楼设置一台计算机, 用来记录分析并处理采集到的数据。
4 温度远程监测系统功能
系统能对设备内的温度进行数据采集, 并将数据传输到PC机上进行数据存储与分析, 并输出打印曲线。当设备内温度出现超标的时候, 系统可进行超标报警, 系统能实现以下功能:
4.1 动态记录功能
连续如实的采集和记录监测箱体内各种数据, 以文字、数字和图形、表格方式进行实时显示和记录监测信息。 (图3、图4)
4.2 数据存储功能
所有的数据采集实时记录到主机计算机上, 按要求记录各个传感器的通讯状况, 实时数据、实时曲线、历史曲线或表格及工作情况报告;可以定时自动保存、备份、归档等。
4.3 用户分级管理
严格的密码授权制度和用户分级制度为用户提供了一个总监控管理平台, 以保证只有授权的工作人员才可进行相应的管理和操作。
4.4 短信报警功能
本系统采用GSM短信模块及上位软件组态实现了短信超限报警功能。
在出现超标数据的时候, 如温度超过设定上下限时, 可以按照操作人员指定设置的方式输出报警方式。本系统采用短信报警方式。报警参数可以根据实际要求在软件中设置, 包括设备的高温报警 (高于此温度报警) 、低温报警参数 (低于此温度报警) 、报警时发送报警信息的手机号、多次发送的时候每条短信延迟时间参数、报警短信免打扰时间以及是否让电脑的扬声器发声报警等。
5 结束语
温度远程监测系统运用无线数据传输及监测技术实现了设备数据的远程监测, 并且通过GSM短信报警技术将测量点的超限报警信息发送至设定联系人的手机, 从而保障了在现场无人值守的情况下, 相关负责人仍然可以在收到报警短信后第一时间处理异常情况, 轻松实现了24小时无人值守及远程监测。
无线网络数据窥探技术 篇2
先简单了解一下无线网络的加密方式,无线网络加密方式有三种：
OPEN(开放式):所谓的开放式就是没有加密,数据在无线网络中传输是不经过加密的。
TKIP(WEP/WPA): TKIP(临时密钥完整性协议)负责处理无线安全问题的加密, WEP和WPA使用的就是这这种加密方式,当在WEP和WPA的网络环境中,无线的数据就受到TKIP的加密保证。
CCMP(WPA2)：CCMP 计数器模式密码块链消息完整码协议,WAP2这种认证方式向下兼容了TKIP和CCMP,一般现有的WPA2使用的基本都是CCMP。
开放式无线的网络威胁
即使是这样,还有人会去用OPEN模式去组建WLAN网络,这样的无线网络已经环绕在我们的周围,同时也为我们提供互联网接入的一些服务。如运营商、酒店、公网的wifi网络为了吸引客户资源,都是采用开放式认证，同时一些企业网络也用的是开放式认证方式进行接入认证,后台采用Web或者802.1x的方式进行身份认证。
在开放式无线网络的前提下,只需要启用无线监听,就能够得到明文的其它客户端的传输数据。监听技术不同于其它网络嗅探和扫描攻击，它无需建立连接在某一个目标AP之下，也无需通过一定手段获得目标网络的IP地址，只要能够扫描到目标SSID是开放在哪个无线频段中，针对于该频段就能够进行无线网络的监听。
针对于无线监听技术，在一个无线网络环境下，研究当启用无线监听功能时够监听到哪些内容，会给无线网络用户带来哪些危害，我们应该如何去防范无线监听的攻击，在这里就详细介绍一下。
实现无线监听技术很简单,只要将无线网卡开启为监听模式即可,在BT5下使用airmon-ng 将网卡调味监听模式.再使用airodump-ng进行抓包,即可完成无线监听的过程，
这次我介绍一下在windows平台实现无线监听的方法。这里使用的是OmniPeek。网上有很多安装使用教程这里就跳过了。
1.打开OmniPeek配置无线网卡,要求网卡支持WildPackets API
2.启用OmniPeek功能进行无线监听,关于使用OmniPeek进行无线监听的具体操作大家可以在网上搜一下，具体我就不说了。监听结果如下：
3.在开放式网络中使用无线监听用户提交含有敏感信息的URL，攻击者可以利用这些敏感信息对加入无线网络内的用户展开攻击，进行会话劫持等欺骗手段，获得用户登录页面的session，从而窃取用户信息，还有种种手段,大家可以根据自己水平随性发挥。
4. 在无线监听的环境中可以抓取到DHCP的信息，可以利用这些DHCP信息，将自己的IP地址设置成为经过上网验证后的IP地址，通过这样的手段来享受别人的网络带宽。
使用过滤器将所有的DHCP信息过滤出来。将数据包展开查看内容。
查看数据包的具体内容我们可以看到有DHCP的这个选项，将这个选项全部展开。
在这个选项中可以看到客户端通过DHCP申请到的IP地址。这样在本地去配置这个IP地址就能够将合法的客户端替换。使用它的流量实现上网。
安全建议
无线Mesh网络语音传输技术研究 篇3
关键词：无线；语音传输；I/O接口
中图分类号：TP31文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 05-0000-02
Wireless Mesh Network Voice Transmission Technology Research
Zhang Dengke,Gao Xing
(Information Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou450001,China)
Abstract:In this paper,real-time voice transmission wireless IP the key technology involved in discussions,analysis of network physical layer,data link layer and network layer optimization ideas,the transport layer of the network systems and voice data compression scheme put forward a reasonable solution.Wireless network system in accordance with the requirements of voice communication terminal,the design of the hardware platform.Resolved voice acquisition,interface constraints such as voice transmission rate of the problem.
Keywords:Wireless;Voice transmission;I/O Interface
一、前言
针对一体化指挥网络中对电台通信的需求，依托“无线语音通信验证平台”项目，深入系统的研究无线网络下的语音通信技术，并在着重考虑服务质量（Quantity of Service，QoS）的基础上运用Mesh组网技术实现无线网络下的灵巧式通信电台。
二、无线通信终端平台设计
嵌入式系统的开发平台主要包括硬件平台与操作系统平台。在设计硬件平台时，需始终考虑语音通信的性能需求，合理的设计各个部分从而不会对语音传输造成瓶颈。在设计操作系统平台时，需依据系统硬件合理配置，保证在系统最为精简的情况下稳定运行。
（一）无线语音通信系统组成
本文的研究目标是设计一个基于无线Mesh网络的无线语音通信系统，该系统通过通信终端实现音频数据的实时采集、压缩、传输和播放。通信终端与网络接入适配器以自组网方式组成多跳无线网络，并能够通过网络接入适配器接入有线网络，构成了基本的Mesh混合结构。无线语音通信系统组成如图1所示。
图1 无线语音通信系统组成
如图1所示，通信终端一号和三号不在一跳通信范围之内，但可以通过二号的转发进行通信；二号与网络接入适配器不在一跳通信范围之内，但可以通过一号的转发进行通信，从而实现有线网络的接入。
（二）硬件平台设计
通信终端与有线网络接入适配器的硬件完全相同，只是内部的应用程序不同。本系统采用Intel Xscale PXA270作为系统的硬件平台。硬件结构如图2所示。
图2 通信终端（有线网络接入适配器）硬件结构
由图2可知，通信终端（有线网络接入适配器）的硬件主要由CPU、Flash ROM、SDRAM、调试接口、以太网控制器（SMSC Lan91C96I）、GPIO（General-Purpose I/O）接口、SDIO（Secure Digital Input Output）接口、AC'97 Codec、AR6001无线网卡以及WLAN功率放大器SKY65132等组成。
1.PXA270微系统
PXA270采用ARM V5TE架构的处理器，兼容ARMV5TE架构指令集，遵从ARM通用编程模型规范。其提供了43条新的SIMD指令，包含了完整的MMX指令集和一些SSE指令集中的整数指令。这项能力可以加速芯片的编码和解码速度，提高多媒体和游戏的性能。
2.存储模块
PXA270处理器的存储器接口支持各种存储器芯片，包括SDRAM，FLASH，SMROM，ROM，SRAM以及与SRAM类似的可变延迟I/O等。PXA270的总线宽度是32位的，所以对于16位的外部存储器，通过“位扩展”构成32位的存储系统。本设计使用的FLASH存储器和SDRAM存储器都采用这种方法，使系统数据总线工作在32位模式下。
在设计中，其空间范围分成不同的区域，用于不同的用途，如表1所示。
表1 Flash ROM空间分配表
开始地址大小用途
0x00000000512KByteBootloader
0x000800002MByteKernel
0x002800006MByteFile system
0x0088000023.5MByteUser
处理器启动时，从0X00000000地址开始执行代码，两片Flash ROM都是使用NCS0作为片选信号。Flash的其他控制脚由处理器内部集成的Static Memory控制器进行控制。
3.音频模块
AC'97标准是Intel公司专为计算机音频处理设计的，AC'97不只是一种数据格式，用于音频编码的内部架构规格，它还具有控制功能，与具有分离控制接口的I2S方案相比，AC'97明显减少了整体管脚数。
语音的输入输出流程为：外部模拟信号输入到CS4201芯片中，完成音频采样、A/D转换成数字信号后经由AC-Link接口传送给AC'97 Digital Controller，再通过地址和数据总线完成向内存写入；输出的音频数据由内存传送到AC'97 Digital Controller，通过AC-Link接口送到CS4201，在芯片内部完成D/A转换成模拟信号，送到输出设备播放。
4.以太网口
以太网口在本系统中主要有两项功能：（1）下载Linux内核、根文件系统和应用软件到Flash ROM的通信接口；（2）与普通计算机或同类终端相连进行信息的交换，实现由无线网络接收到的数据转发到有线网络的功能。
系统采用SMSC Lan91C96I芯片作为以太网控制器。LAN91C96I网卡控制其内部集成了6KB的RAM，用来存放数据包。内部的MMU、判决器和DMA对数据包的传输发送进行有效的管理。CSMA/CD模块负责监听网络情况和地址过滤。编解码器负责曼彻斯特（Manchester）编解码，并提供标准6脚连接单元接口（AUI），外接同轴传输接收器，应用10Base2或10Base5。传输数据时，10Base-T负责把主控制器传过来的反向不归零码数据转换为Manchester数据，并以适当的电平加以驱动；接收时负责连接完整性测试。外接的串行电可擦除只读ROM存储器EEPROM中可存储网卡的MAC地址，当OS启动加载网卡驱动时，以太网控制器就从EEPROM的固定地址中读取MAC地址并存储在相应的寄存器中。
5.SDIO接口
SDIO接口是由SD存储卡的规范发展而来，它在机械、电路、功耗、信号与软件上与SD存储卡完全兼容，但SDIO接口可扩展性更强，传输速度更快，能够为移动设备提供高速低功耗的IO数据传输解决方案。本系统的AR6001无线网卡与主控板的接口部分使用的就是SDIO接口。
PXA270集成了MMC/SD/SDIO控制器（Processor MMC/SD/SDIO Controller），该控制器采用MMC/SD/SDIO传输模式或串行通信接口SPI模式，使PXA270主处理器能够与SDIO设备进行通信。在SD/SDIO通信协议中，支持1位和4位数据传输。在1位SD/SDIO模式中，数据传输速率达19.5Mbps；对于4位SD/SDIO的数据传输速率达78Mbps[100]。本系统的设计是基于IEEE 802.11g标准，带宽最高可达54Mbps，因此必须采用4位SD/SDIO模式才不会对数据传输构成瓶颈。图3为4位SDIO的连接方式。
图3 4位模式的SDIO线路连接方式
6.无线网通信模块
本系统采用的AR6001X是Atheros公司推出的移动射频芯片（Radio-on-Chip for Mobile，ROCm）系列中的一员。AR6001X基于IEEE 802.11a/g标准设计，在芯片上整合了802.11 MAC、基频和射频，能提供54Mbps的传输速率。为提高无线语音数据的传输距离，系统采用了SKYWORKS公司推出的功率放大器SKY65132。SKY65132是一种MMIC（Microwave Monolithic Integrated Circuit）功率放大器，具有较强的输出功率和效率。SKY65132兼容IEEE802.11b/g标准，对应802.11g标准，能将要发送的信号的输出功率放大至27dBm即500mW。
7.硬件平台设计总结
在一般情况下无线网络下的语音通信至少需要经过语音数据的采样、打包、发送、接收、解包和播放等6个步骤。在硬件平台上，本系统对以上6个步骤提供了充分的支持而不会构成瓶颈，如表2所示。
表2 硬件平台对语音通信各步骤的支持
语音通信数据采样数据打包数据发送数据接收数据解包数据播放
硬件平台提供的功能可满足最高18位、48kHz的语音采样能够满足网络协议处理需求能够提供最高54Mbps的传输带宽，满足同时传输16路话音需求能够满足网络处理协议需求可满足最高20位、48kHz的语音播放
通过表2可以看出，本系统的硬件平台设计是合理的，完全可以满足语音通信的需求。
三、小结
本文主要完成了无线语音通信系统的硬件平台、操作系统平台的搭建工作，为用户应用程序的设计和实现提供了必要的开发环境支持。其中硬件平台搭建的主要包括主处理器、存储模块、音频模块、以太网口、调试接口、SDIO接口以及无线网络模块的选型及设计工作。操作系统平台搭建主要包括交叉编译环境的建立和Bootloader、系统内核及根文件系统的生成工作。
参考文献：
[1]H.Balakrishnan,V.N.Padmanabhan,R.H.Katz.Network asymmetry:the effects of asymmerry on TCP performance.Mobile Networks and Applications,1999,4:219-241
[2]鲁宏伟.基于UDP传输协议的包丢失和失序处理[J].计算机工程与应用,2001,2:48-55
[3]Reliable UDP Protocol Draf t_ietf_sigtran_reliable_udp_00.txt.T.BovaT.Krivorunchka.Cisco systems,1999:241-247
[4]王海军,刘彩霞,程东年.一种基于UDP的可靠传输协议分析与研究[J].计算机应用研究,2005,11:181-183
无线传感器网络数据传输及融合技术 篇4
如今无线传感器网络已经成为一种极具潜力的测量工具。它是一个由微型、廉价、能量受限的传感器节点所组成,通过无线方式进行通信的多跳网络,其目的是对所覆盖区域内的信息进行采集、处理和传递。然而,传感器节点体积小,依靠电池供电,且更换电池不便,如何高效使用能量,提高节点生命周期,是传感器网络面临的首要问题。这里讨论传感器网络的数据传输,并列举了几种通过网络内部的数据压缩机制(数据在网络内部通过链路传输时,进行汇聚和压缩)来减少数据传输量的节能算法。
1 传统的无线传感器网络数据传输
1.1 直接传输模型
直接传输模型是指传感器节点将采集到的数据通过较大的功率直接一跳传输到Sink节点上,进行集中式处理,如图1所示。
这种方法的缺点在于:距离Sink节点较远的传感器节点需要很大的发送功率才可以达到与Sink节点通信的目的,而传感器节点的通信距离有限,因此距离Sink较远的节点往往无法与Sink节点进行可靠的通信,这是不能被接受的。且在较大通信距离上的节点需耗费很大的能量才能完成与Sink节点的通信,容易造成有关节点的能量很快耗尽,这样的传感器网络在实际中难以得到应用。
1.2 多跳传输模型
这种方式类似于AD-Hoc网络模型[1],如图2所示。每个节点自身不对数据进行任何处理,而是调整发送功率,以较小功率经过多跳将测量数据传输到Sink节点中再进行集中处理。多跳传输模型很好地改善了直接传输的缺陷,使得能量得到了较有效的利用,这是传感器网络得到广泛利用的前提。
该方法的缺点在于:当网络规模较大时,会出现热点问题,即位于两条或多条路径交叉处的节点,以及距离Sink节点一跳的节点(将它称之为瓶颈节点[2]),如图2中N1,N2,N3,N4,它们除了自身的传输之外,还要在多跳传递中充当中介。在这种情况下,这些节点的能量将会很快耗尽。对于以节能为前提的传感器网络而言,这显然不是一种很有效的方式。
2 无线传感器网络数据融合技术
在大规模的无线传感器网络中,由于每个传感器的监测范围以及可靠性都是有限的,在放置传感器节点时,有时要使传感器节点的监测范围互相交叠,以增强整个网络所采集的信息的鲁棒性和准确性。那么,在无线传感器网络中的感测数据就会具有一定的空间相关性,即距离相近的节点所传输的数据具有一定的冗余度。在传统的数据传输模式下,每个节点都将传输全部的感测信息,这其中就包含了大量的冗余信息,即有相当一部分的能量用于不必要的数据传输。而传感器网络中传输数据的能耗远大于处理数据的能耗[3]。因此,在大规模无线传感器网络中,使各个节点多跳传输感测数据到Sink节点前,先对数据进行融合处理是非常有必要的,数据融合技术应运而生。
2.1 集中式数据融合算法
2.1.1 分簇模型的LEACH算法
为了改善热点问题,Wendi Rabiner Heinzelman等提出了在无线传感器网络中使用分簇概念,其将网络分为不同层次的LEACH算法[4]:通过某种方式周期性随机选举簇头,簇头在无线信道中广播信息,其余节点检测信号并选择信号最强的簇头加入,从而形成不同的簇。簇头之间的连接构成上层骨干网,所有簇间通信都通过骨干网进行转发。簇内成员将数据传输给簇头节点,簇头节点再向上一级簇头传输,直至Sink节点[5]。图3所示为两层分簇结构。这种方式降低了节点发送功率,减少了不必要的链路,减少节点间干扰,达到保持网络内部能量消耗的均衡,延长网络寿命的目的。
该算法的缺点在于:分簇的实现以及簇头的选择都需要相当一部分的开销,且簇内成员过多地依赖簇头进行数据传输与处理,使得簇头的能量消耗很快。为避免簇头能量耗尽,需频繁选择簇头。同时,簇头与簇内成员为点对多点的一跳通信,可扩展性差,不适用于大规模网络。
2.1.2 PEGASIS算法
Stephanie Lindsey等人在LEACH的基础上,提出了PEGASIS算法[6]。此算法假定网络中的每个节点都是同构的且静止不动,节点通过通信来获得与其他节点之间的位置关系。每个节点通过贪婪算法找到与其最近的邻居并连接,从而整个网络形成一个链,同时设定一个距离Sink最近的节点为链头节点,它与Sink进行一跳通信。数据总是在某个节点与其邻居之间传输,节点通过多跳方式轮流传输数据到Sink处。如图4所示。
该算法缺点也很明显,首先每个节点必须知道网络中其他各节点的位置信息。其次,链头节点为瓶颈节点,它的存在至关重要,若它的能量耗尽则有关路由将会失效。再次,较长的链会造成较大的传输时延。
2.2 分布式数据融合算法
可以将一个规则传感器网络拓扑图等效于一幅图像,获得一种将小波变换应用到无线传感器网络中的分布式数据融合技术。这方面的研究已取得了一些阶段性成果,下面就对其进行介绍。
2.2.1 规则网络情况
Servetto首先研究了小波变换的分布式实现,并将其用于解决无线传感器网络中的广播问题[7]。南加州大学的A.Ciancio进一步研究了无线传感器网络中的分布式数据融合算法,引入lifting变换[8],提出一种基于lifting的规则网络中分布式小波变换数据融合算法(DWT_RE)[9,10],并将其应用于规则网络中。如图5所示,网络中节点规则分布,每个节点只与其相邻的左右两个邻居进行通信,对数据进行去相关计算。
DWT_RE算法的实现分为两步,第一步,奇数节点接收到来自它们偶数邻居节点的感测数据,并经过计算得出细节小波系数;第二步,奇数节点把这些系数送至它们的偶数邻居节点以及Sink节点中,偶数邻居节点利用这些信息计算出近似小波系数,也将这些系数送至Sink节点中。
小波变换在规则分布网络中的应用是数据融合算法的重要突破,但是实际应用中节点分布是不规则的,因此需要找到一种算法解决不规则网络的数据融合问题。
2.2.2 不规则网络情况
莱斯大学的R Wagner在其博士论文中首次提出了一种不规则网络环境下的分布式小波变换方案即Distributed Wavelet Transform_IRR(DWT_IRR)[11,12],并将其扩展到三维情况。莱斯大学的COMPASS项目组已经对此算法进行了检验[13],下面对其进行介绍。DWT_IRR算法是建立在lifting算法的基础上,它的具体思想如图6～图8所示,分成三步:分裂,预测和更新。
首先根据节点之间的不同距离(数据相关性不同)按一定算法将节点分为偶数集合Ej和奇数集合Oj。以Oj中的数据进行预测,根据Oj节点与其相邻的Ej节点进行通信后,用Ej节点信息预测出Oj节点信息,将该信息与原来Oj中的信息相减,从而得到细节分量dj。然后,Oj发送dj至参与预测的Ej中,Ej节点将原来信息与dj相加,从而得到近似分量sj,该分量将参与下一轮的迭代。以此类推,直到j=0为止。
该算法依靠节点与一定范围内的邻居进行通信。经过多次迭代后,节点之间的距离进一步扩大,小波也由精细尺度变换到了粗糙尺度,近似信息被集中在了少数节点中,细节信息被集中在了多数节点中,从而实现了网络数据的稀疏变换。通过对小波系数进行筛选,将所需信息进行lifting逆变换,可以应用于有损压缩处理。它的优点是:充分利用感测数据的相关性,进行有效的压缩变换;分布式计算,无中心节点,避免热点问题;将原来网络中瓶颈节点以及簇头节点的能量平均到整个网络中,充分起到了节能作用,延长了整个网络的寿命。
然而,该算法也有其自身的一些设计缺陷:首先,节点必须知道全网位置信息;其次,虽然最终与Sink节点的通信数据量是减少了,但是有很多额外开销用于了邻居节点之间的局部信号处理上,即很多能量消耗在了局部通信上。对于越密集、相关性越强的网络,该算法的效果越好。
在此基础上,南加州大学的Godwin Shen考虑到DWT_IRR算法中没有讨论的关于计算反向链路所需的开销,从而对该算法进行了优化[14]。由于反向链路加重了不必要的通信开销,Godwin Shen提出预先为整个网络建立一棵最优路由树,使节点记录通信路由,从而消除反向链路开销。
3 总 结
基于应用领域的不同,以上算法各有其优缺点,如表1所示。
4 结 语
这里介绍了几类常用的无线传感器网络数据融合算法,并比较了其优缺点。数据融合是实现无线传感器节点节能目的的重要手段之一,目前的各种研究技术都还未成熟,新技术正不断涌现。例如当传感器节点具有移动能力时,网络拓扑如何保持实时更新;当环境恶劣时,如何保障通信的安全;如何进一步降低能耗;以及如何更好地借助数据稀疏性理论(如Compressed Sensing)[15]在图像处理中的应用,而将其引入到传感器网络数据压缩中改善融合效果,以上都是待解决的问题。未来还会有更多、更好、更全面的算法被不断提出。
体内微机电系统无线能量传输技术 篇5
无线能量传输技术主要利用电磁感应原理来传递能量,是近年来比较热门的新型电能供给技术,在许多场合有着广泛的.应用前景.对无线能量传输技术进行详细的分析和研究.首先介绍了基于松耦合电磁感应的体内微机电无线能量传输系统的基本原理和基本结构,然后以互感模型为基础,建立了等效电路和数学模型,最后通过计算机仿真和实验对比,分析和讨论了无线能量传输系统电磁耦合结构参数对其系统性能的影响.
作 者：刘修泉 江伟雄 曾昭瑞 黄平LIU Xiu-quan JIANG Wei-xiong ZENG Zhao-rui HUANG Ping 作者单位：刘修泉,LIU Xiu-quan(广州番禺职业技术学院机电系,广州,511483)
江伟雄,曾昭瑞,黄平,JIANG Wei-xiong,ZENG Zhao-rui,HUANG Ping(华南理工大学机械与汽车工程学院,广州,510640)
下一代通信网络的无线传输技术研究 篇6
关键词：5G发展趋势；无线传输技术；大规模天线阵列多载波技术
1 概述
5G通信网络是面向2020年以后的下一代移动通信系统。根据移动通信发展的普遍规律，在有限的频谱中，充分的利用5G网络应该有非常高的频谱利用率。在传输速率和频谱利用率等各个方面和4G、3G移动通信网络比较提高了一个数量级和两个数量级。5G网将满足移动网流量增加的需求，适应于各类app应用。
金华邮电工程安装有限公司（以下简称金华邮电工程）成立于1997年。当时正处我省加快经济步伐和通信业蓬勃兴起的大好时机，现在是通信总承包三级企业，正在申报总承包二级企业。我公司不断拓展工程业务，能独立承接通信线路、管道、设备等工程的施工建设。公司的业务从原先比较单一而且技术层面比较低的通信工程施工，上升到目前所有的国家通信行业工程施工，比如中国电信、中国联通、中国移动、网通等运营公司的本地网用户线路、接入网光环、通信管道、电力通信光环线路、通信管理、设备安装、信息化小区宽带用户接入网、大楼结构化综合布线等，在通信领域的研究和技术储备很强。施工范围也从原先的金华市扩大到浙江、东南沿海，2003年，公司迈出国门，取得了吉尔吉斯斯坦国整个国家三网工程的牌照：有线广播电视、信息网络和通信网络三张牌照，作为走出国门的代表性企业受到政府重视。目前，在该国首都比什凯克市完成了机房通信设备安装和室外线路施工，下一阶段要充分利用已经获得三张牌照，充分发掘该国的资源，争取尽快的完成3G、4G的布局。金华邮电工程借助前期在吉尔吉斯斯坦建设的有线电视网络，投资创办的德隆电视台，已成为该国第二大有线电视频道运营商。该电视台的收视人群覆盖吉尔吉斯斯坦总人口的63%，有中、英、俄、维语等频道，特别增加了CCTV-1、CCTV-4、新疆卫视等频道，主要面向华人及当地主流人群。受到中宣部的表扬，在一路一带发展中作为一个民营企业迈出了扎实的步伐。德隆电视台的收视人群覆盖吉尔吉斯斯坦总人口的63%，充分的将浙江省，中国的文化输出到了国外。德隆电视台有中、英、俄、维语等频道，主要面向华人及当地主流人群。结合公司的业务发展，谈谈下一阶段5G通信的发展。
2 多天线技术MIMO
多天线技术虽然提高了硬件成本，但是在通信中作为提高系统频谱效率和传输可靠性的有效手段，仍然广泛应用于各种无线通信系统，如3G系统、LTE系统、WLAN等。根据information theory，天线数量越少，频谱利用率和可靠性越差，反之天线越多，利用率和可靠性越好。因此，采用大数量天线，比如大于4的天线数量，为大幅度提高系统容量提供了一个有效途径。但是多天线的缺点也是不可避免，多天线所占空间大、复杂度高。但由于其巨大的收益， MIMO技术的研究吸引了研究人员的关注。
传统天线传输方案在TD-LTE Rel-8版本中，适用于2天线的传输模式比较多。主要有：TM2、TM3、TM4。其中，TM2采用SFBC方式，属于2天线的发射分集方案。TM3采用Large delay CDD传输方案。TM4支持单双流自适应。
近两年大规模MIMO技术成为一个通信领域的研究热点。通过学术成果，可以看到各个研究团队的研究主要集中在信道模型、信道的估计、信号识别和信号的检测技术等方面。大规模MIMO的优点有很多。其主要的优点有：
①充分利用空间维度资源，空间分辨率大，使得多个同时用户可以在同一时频上同时进行通信，从而产生了一个非常好的特点：不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率。
②波束集中在很窄的范围，从而降低外在信号干扰。
③降低发射功率，提高天线效率。
④当天线数量多到一定的程度的时候，比如数量达到8的时候，线性预编码和线性检测趋于最优，噪声和不相关干扰非常小可以忽略不计，达到了最优化。
3 多载波技术
多载波技术是用多个载波传输高速数据信息的技术。传统的数字信号传输，都是将信息流一次通过一条通道进行传输，属于串行传输的方式。 多载波技术采用的是并行传输方式，它把串行的高速信息流进行串并变换，分隔成多个并行的低速信息流，然后把它们叠加起来进行传输，这就形成了一个多载波通信传输系统。
OFDM，Orthogonal frequency division multiplexing技术目前在各类无线通信系统中获得了广泛的应用，但OFDM技术也存在很多不足之处。为了解决这些问题，有各种方法，比如基于滤波器组的FBMC， filter-bank based multicarrier被认为是有效手段。该技术在20世纪80年代开始受到关注，现已广泛应用于图像处理、图像识别、图像检测、信号处理、信号分析等诸多领域。
4 全双工通信技术
全双工通信技术指同时、同频进行双向通信。单工通信就是只能从A到B，如广播。半双工通信是A到B，B到A都行，但不能同时进行，如对讲机。全双工通信是A到B，B到A都行，可以同时进行，如电话。
全双工通信技术可提高频谱利用率到2倍，更加丰富的频谱使用全双工技术逐渐成为研究热点。但全双工技术同时也有一些困难。最大的困难是严重的自干扰。近年来，研究人员开发了各类干扰抵消技术，包括模拟端干扰抵消、混合抵消和数字端干扰抵消等。通过这些技术的应用，能消除大部分的自干扰。本公司通过实验验证，在部分条件下达到了全双工系统理论容量的92%左右。
5 总结
按照规划，下一代5G通信预计在五年之后逐步实现实用化，满足未来互联网业务飞速增长的需求。本文对5G移动通信系统若干关键技术进行了综述。
作者简介：
无线数据传输技术 篇7
无线网络在为人们提供逻辑业务数据传输服务的过程中, 也面临着黑客、木马、病毒等潜在的安全威胁, 阻碍了无线网络在人们通信过程中的普及速度, 需要采用严格的数据传输加密技术, 以防止数据遭到攻击、篡改和破坏。
1 无线网络应用及安全问题分析
目前, 无线网络采用的技术包括4G移动通信技术、RFID技术、Bluetooth (蓝牙) 技术、Zig Bee技术, 能够实现移动终端之间的数据传输。
(1) 4G移动通信技术。4G移动通信采用新的TD-LTE技术和FDD-LTE技术。4G通信技术已经采用了多种高科技技术, 比如能够使用基于OFDM的多址接入方式, 增强无线链路通信技术, 采用高可靠性的软件无线电技术和高效的调制解调技术, 同时能够实现智能天线分布和空时编码通信技术, 有效地提高了数据传输的速率, 可以满足视频图片、文字声音的传输, 能够支撑强大的高速移动带宽资源, 已经成为主流的移动通信技术。
(2) RFID技术。RFID是一种无线射频识别技术, 这种技术可以有效地提高无线信号的传输、身份信息的验证等, RFID在工作过程中可以为每一个物品提供唯一的编码标识, 采用无线传感器网络通信技术、射频识别技术、无线宽带网络通信技术为基础, 以便能够提高物品信息采集的关键功能, 将其传输到无线应用软件中, 并且实现信息流的传输和共享。
(3) Bluetooth (蓝牙) 技术。Bluetooth (蓝牙) 技术是一种能够支持智能手机、蓝牙耳机、笔记本电脑、PDA等设备短距离通信的无线电技术。利用蓝牙技术, 众多设备可以轻松连接在一起, 不必构建复杂的线路架构, 能够简化设备布局。蓝牙技术采用短包技术、快跳频、分散式网络架构等核心技术, 实现点对点、点对多点通信, 数据传输速率高达1Mbps, 并且采用分时全双工传输方式进行通信。
随着无线通信技术的发展, 已经开发了许多应用软件, 比如在公共安全事故现场, 人们可以打开微信、微博、GPS等应用软件, 将事故现场的照片信息、地理位置等传输到应急管理中心, 方便应急管理人员快速救援, 保护人们的公共安全。驴妈妈、携程网和途牛网等旅游管理软件可以在旅客游览时拍摄沿途的风景照片, 并且在照片上显示GPS位置信息和时间信息, 以便驴友进行浏览、展示和互动。无线通信最重要的功能是传输语音数据, 可以与人进行预约交流, 或者编辑短信发送到接收方, 处理个人事务。
但是, 由于无线网络具有天生的脆弱性, 没有有线的网络数据传输的安全性, 因此非常容易造成传输数据遭到破坏, 常见的无线网络安全问题包括以下3个方面:
(1) 无线网络攻击渠道多样化。黑客技术也随着计算机技术的发展不断改进, 无线网络受到的攻击来源也更加广泛, 不仅仅包括病毒和木马, 还有一些专业的黑客组织盗取用户传输信息, 以便获取不正当的利益。另外, 攻击渠道的发起者不仅仅是传统的PC, 同时还包括Ipad、华为Mate、苹果i Phone、三星galaxy等智能终端, 传输的渠道更加多样化, 隐蔽性也更强。
(2) 无线网络安全威胁智能化。随着移动计算、云计算和分布式计算技术的快速发展, 网络黑客制作的木马和病毒隐藏周期更长, 破坏的范围更加广泛, 安全威胁日趋智能化, 这些安全威胁能够时刻监听无线网络传输的数据内容, 从中截取、破坏、篡改数据, 给人们带来严重的损失, 并且非常容易扩散到网上, 侵害人们的隐私权、肖像权、名誉权。
2 无线网络数据传输加密技术
无线网络数据传输加密技术包括有线等效加密 (WEP) 技术、WPA加密技术和WPA2加密技术, 详细描述如下:
(1) 有线等效加密 (WEP) 技术。有线等效加密 (WEP) 技术是无线网络一种专用的数据传输加密技术。WEP技术采用rsa数据安全公司研发的rc4数据加密算法, 该算法能够提供有线网络传输的保护能力, 客户端接入数据无线网络服务器获取数据时, 数据传输会采用一个共享的密钥对数据进行加密, 密钥的长度包括40位到256位, 密钥越长需要耗费的解密时间就越长, 因此可以对数据提供强大的保护功能。但是, 随着无线网络技术的快速发展, WEP算法产生的密钥具有可预测性, 对于攻击者来讲, 很容易截取和破解密钥, 存在严重的缺陷, 已经逐渐被WPA代替。WEP技术在Wi Fi领域得到了广泛的应用, 有效地保护了Wi Fi数据传输的安全性。
(2) WPA加密技术。WPA加密技术在WEP技术的基础上采用动态密钥、消息完整性检查机制、密钥自动更新机制, 可以有效解决WEP加密技术存在的缺陷。WPA加密技术的认证机制为802.1x+EAP, 其可以通过第三方AAA服务器 (Radius服务器) 实施可扩展性认证协议, 可以提升加密数据的破解难度。WPA在加密过程中采用“临时密钥完整性协议” (TKIP) , 这是一种新型的加密方法, 其可以利用Radius服务器分发的密钥对数据进行加密, 并且密钥的头部增加至48位, 增加了解密的难度。WPA为无线网络用户数据提供一个完善的认证机制, 其可以根据用户的认证结果决定是否允许用户接入无线网络, 认证成功之后可以根据传输数据的大小选择多种加密方式, 并且对数据包进行MIC编码, 以便保证用户数据信息不会被篡改。WPA技术不仅在Wi Fi领域, 其在Zig Bee自组织无线通信网络、Bluetooth等都实现了数据的安全传输, 提高了无线网络数据传输的完善性。
(3) WPA2加密技术。WPA2数据传输加密技术采用更加高级的加密标准, 即为AES标准, 是一种特定的计数器模式。计数器加密模式可以为用户提供更加完善的加密服务, 取代了原有的有线对等保密算法, 实现数据加密并且保护数据的完整性。WPA2在无线数据传输过程中, 不仅支持企业无线局域网传输, 同时可以在4G移动通信中加密数据, 实现数据的安全传输, 更有利于大范围普及无线加密技术的安全性。
3 结语
随着移动通信的快速发展, 人们已经进入了高速无线宽带时期, 通信传输速度的加快, 必将带动无线应用产业的快速发展。因此, 更多的软件开发公司研发智能应用终端, 提高人们工作、生活和学习的便捷性。通信传输的频繁需要采用更加严格的数据加密技术, 对于保证数据不受到篡改、攻击和盗窃, 保证人们通信数据的安全性、完整性, 确保无线网络运行的安全性, 具有重要的作用和意义。
摘要：随着通信传输技术的快速发展, 无线通信技术已经诞生了4G移动通信、蓝牙无线技术、Wi Fi无线技术、RFID无线技术和Zig Bee技术, 有力地支撑了无线终端与服务器之间的数据传输, 提高了人们使用信息化技术的便捷性。文章指出, 无线网络采用微波、大气等介质进行数据传输, 因此数据传输面临严重的安全问题, 容易造成数据丢失、盗取、篡改等现象, 需要采取严格的数据加密技术, 以保证无线网络数据传输的安全性。
关键词：无线网络,TD-LTE,RFID,数据加密
参考文献
[1]任东林.数据加密技术在计算机安全中的应用分析[J].无线互联科技, 2014 (3) :99-99.
[2]马擎宇, 张东.基于AES和ECC的遥测数据加密技术研究与实现[J].舰船电子工程, 2015 (4) :78-81.
无线数字传输技术有效应用探讨 篇8
关键词：无线数字,传输技术,有效应用
0 引言
在信息、网络、无线等技术不断发展背景下, 无线数字传输技术由此产生, 并在各个领域中得到广泛的应用。无线数字传输技术主要由传输模块、传输协议及传输频率等组合而成, 通过发送传输模块, 明确传输协议, 合理使用传输频率, 以保证无线数字传输技术的有效应用。同时无线数字传输技术具有成本较低、组网灵活等优点, 因此受到各行各业的青睐。本文就无线数字阐述技术在监控、微波、WIFI、报警等方面的应用进行以下分析。
1 无线数字传输技术有效应用
1.1 在微波方面的应用
微波传输技术主要有两种模式, 即为数字化微波和模拟化微波。1) 模拟化微波。模拟化微波传输技术主要是把视频信号调制于微波通道内, 并利用无线系统发射, 监控中央控制室可以利用无线系统来接收微波通道发射出的视频信号, 然后再将原有视频信号解调出来。模拟化微波传输技术具有不延时、无压缩性损耗、视频质量高等优点, 但是只能实现点至点单一性传输, 在多样化传输中无法应用。同时由于模拟化微波不存在调制校准功能, 所以其抗干扰效果较差, 当无线信号处于较为复杂的环境时, 将对其传输过程造成严重的影响[1]。模拟化微波传输技术的频率相对较低, 波长较长, 绕射较强, 对其他信号容易造成干扰, 现阶段应用较少;2) 数字化微波。数字化微波传输记住主要是对视频信号中的编码进行压缩, 然后将其调制于微波通道内, 通过无线系统发射, 再通过无线系统来接收信号, 利用微波对视频编码进行解压和扩展, 以获取原有的视频信号, 是现阶段我国应用较为广泛的微波传输方式。数字化微波具有伸缩性好、多路传输, 建构简单、通信率高等优点。与模拟化微波相比数字化微波监控点较多、抗干扰性强、保密性好、传输距离较远、容量较大等优点, 能够适用于干扰源较多的复杂环境中。
1.2 在WIFI方面的应用
IEEE802.11是初期制定和应用的无线局域网的标准, 并实现了办公局域网和校园局域网, 使得用户间的终端能够无线接入。但是其能够实现数据存取功能, 速率仅限于2Mbps, 已经不能满足现代化传输距离及传输速率的要求。所以在无线数字传输技术的基础上, 对无线局域网的标准进行优化和改善, 其中802.11b, 即WIFI应用较为广泛。通过WIFI传输系统, 能够实现手机、电脑用户终端无线接入, 成为一种新型的上网方式。WIFI无论是在抗干扰性、带宽及保密等方面都具有良好的应用优势, 网管功能较强, 能够为规模化组网系统实现提供重要的技术支持, 能够满足带宽视频传输的需求[2]。同时WIFI信号为100m, 传输范围较广, 传输速率较快。随着网络技术和无线技术的发展, 很多通信运营商都把WIFI作为发展战略, 以提高自身经济效益, 促进自身发展。在运营商级对WIFI需求情况下, IEEE802.11无线局域网标准将WIFI与基站控制设备进行哟小的结合, 并形成智能化的分布系统, 实现了大规模的WIFI基站和终端组网, 使得WIFI向着区域化方向发展。WIFI无线带宽较高, 单一性WIFI基站无线带宽能够得到300Mb帕, 其中有效的无线带宽传输在200Mb帕以上, 能够提高图像传输效果, 应用效果优于光纤传输系统。
1.3 在监控方面应用
随着无线数字传输技术在监控方面的有效应用, 形成无线视频监控系统, 使得安防行业向着数字化、智能化及高清化的方向发展, 有效的促进了安防行业的发展。随着无效视频监控系统的不断发展和应用, 监控设备能够和无线数字传输系统相连接, 使得视频监控从区域化开始想局域化方向发展。同时无线数字传输技术在监控方面的应用, 实现了移动性监控功能, 例如公交车监控系统、出租车监控系统等, 有效提高了视频监控的效率和质量。以往无线视频监控系统主要以移动或者联通等宽带网络实现和应用监控系统, 但是在应用过程中容易出现时间误差或者编码误差等问题, 而无线数字传输技术在视频监控中的应用, 主要以WIFI传输模式, 并由若干个网格、网状模块组合成无线网络系统, 使得网络带宽的稳定性得到有效的提高[3]。传统的视频监控系统布线区域存在难以布线或者不能布线的问题, 对监控工作造成很大的困难, 而无线数字传输技术在视频监控中的运用, 能够使得网络覆盖率大大提高, 并扩展到整个城市区域, 避免监控盲区问题的产生。
1.4 在报警方面的应用
在无线数字传输技术的支持下, 可实现无线智能化报警系统, 其主要利用磁开关、温感释放、红外线的价格运用原理, 在结合网络技术下, 使得报警系统功能得到有效的提高[4]。无线智能化报警系统主要有报警器、遥控器及探测器等组合而成, 利用探测器能够对布防监视范围内的情况进行有效的探测, 如果一旦出现安全事故, 能够及时发射报警信号, 并提供给值班人员具体的报警位置, 以及时采取有效的处理措施, 对安全事故进行有效的控制。
2 结论
随着无线数字传输技术在监控、微波、报警及WIFI等方面的广泛应用, 实现了无线数字视频监控、数字化微波传输技术、无线智能化报警系统及无线网络系统, 对各个行业发展均起到良好的促进作用。因此, 必须对无线数字传输技术进行更加深入的研究和完善, 以扩大无线数字传输领域, 实现更过的无线数字传输产品。
参考文献
[1]欧秀惠.浅谈无线数字传输技术及其应用, 科技致富向导[J], 2011, 9 (12) :87-88.
[2]朱皆敏, 周琳.无线数字传输技术及在移动电站远程监控中的应用初探[J], 2009, 12 (6) :68-70.
[3]徐立新.无线数传技术在远程心电监护系统中的应用[J].微计算机信息, 2009, 23 (21) :90-92.
无线数据传输技术 篇9
一、几种无线传输技术及其比较
1. 蓝牙Blue Tooth (IEEE802.
15.1) 。蓝牙最早是爱立信研发的一种能使手机与其附件 (如耳机) 之间互相通信的无线模块。蓝牙主要用于通信和信息设备的无线连接, 它的工作频段是在2.4GHz ISM频段, 采用了GPSK调制技术和FHSS扩频技术, 发射功率分别为0d Bm、4d Bm和20d Bm三级, 有效范围大约在10m半径内。Blue Tooth为语音和特定网络提供支持, 需要协议栈提供250k B系统开销, 从而增加了系统成本和集成复杂性。另外, Blue Tooth对每个Picone (微微网) 只能配置7个节点的限制, 制约了其在大型传感器网络开发中的应用。
2. Wi-Fi (IEEE802.
11) 。Wi-Fi (Wireless Fidelity, 无线高保真) 也是一种无线通信协议。IEEE802.11的最初规范是在1997年提出的, 主要目的是提供WLAN接入, 也是目前WLAN的主要技术标准, 其工作频率也是2.4GHz。IEEE802.11流行的几个版本包括“a” (在5.8GHz波段带宽为54MBps) 、“b” (波段2.4GHz带宽为11MBps) 、“g” (波段2.4GHz带宽为22MBps) 。这种复杂性为用户选择标准化无线平台增加了困难。由于其优异的带宽是以较大的功耗为代价, 因此大多数便携Wi-Fi装置都需要常规充电。
3. Ir DA (红外线数据) 。
红外线数据协会Ir DA (Infrared Data Association) 是一种利用红外线进行点对点通信的技术。Ir DA标准的无线设备传输速率已从115.2k Bps逐步发展到4MBps、16MBps。目前, 支持它的软硬件技术都很成熟, 在小型移动设备 (如PDA、手机) 上被广泛使用。它具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用成本低廉的特点。
4. Zig Bee (IEEE802.
15.4) 。Zig Bee的基础是IEEE802.15.4, 但是IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议, 因此Zig Bee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。Zig Bee技术同样使用2.4GHz波段, 采用跳频技术和扩频技术。另外, 它可与254个节点联网, 节点可以包括仪器和家庭自动化应用设备。它本身的特点使得其在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统等领域有很大的发展空间。
二、Zig Bee技术的主要特点和优势
为了满足类似于传感器的小型、低成本设备无线联网的要求, 2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组, 致力于定义一种供廉价的固定、便携或移动设备使用, 且复杂度、成本和功耗均很低的低速率无线连接技术。
Zig Bee联盟成立于2001年8月。他们制订一个基于IEEE802.15.4、高性价比、低功耗的网络应用规格。到目前为止, 除了Invensys、三菱电子、摩托罗拉、三星和飞利浦等国际知名的大公司外, 该联盟大约已有百余家成员企业, 并在迅速发展壮大。
Zig Bee技术的主要特点有:
1. 功耗低。由于Zig Bee的传输速率低, 发射功率仅为1m W, 在休眠模式下, 电池寿命可长达数年。
2. 成本低。Zig Bee通信模块的单位成本在几美元左右, 并且Zig Bee协议是免专利费的。
3. 时延短。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短, 典型的搜索设备时延为30ms, 休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此Zig Bee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制 (如工业控制场合等) 应用。
4. 网络容量大。一个星形结构的Zig Bee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备, 而且网络组成灵活。
5. 可靠。采取了碰撞避免策略, 同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙, 避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式, 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。
6. 安全。Zig Bee提供了基于循环冗余校验 (CRC) 的数据包完整性检查功能, 支持鉴权和认证, 采用了AES-128的加密算法, 各个应用可以灵活确定其安全属性。
三、Zig Bee技术的应用
1. Zig Bee技术在工业控制领域的应用。
在现代工业数字化的基础上, 随着计算机软硬件技术、网络技术和工业综合自动化系统整合水平的不断发展, 对数据接口的开放性、数据传输的实时性、数据连接的安全性等方面提出了更高的要求。由于传统有线网络本身的局限性, 许多特殊环境下的网络覆盖和网络支持仍然是个难题。而无线广域网、无线局域网和无线个人网技术却能提供这些问题的有效解决方案。
在工业控制环境下的短距离无线网络技术已成为近年来业界的研究热点之一, 基于Blue Tooth (IEEE802.15.1) 、Wi-Fi (IEEE802.11) 和Zig Bee (IEEE8002.15.4) 等协议的无线网络技术相继问世。在众多无线网络技术中, Zig Bee短程无线网技术以其数据传输安全可靠、组网简易灵活、设备成本低、电池寿命长等优势, 在工业控制领域中展现了深厚的发展潜力和广阔的市场前景。
Zig Bee技术在工业应用中的优势主要有三点。
(1) 可靠性。工业控制环境下对通信网络的首要要求是数据传输的高可靠性。无线通信在数据传输过程中容易受到外界噪声的干扰而发生衰变, 为了尽可能减小或消除这些干扰, 保障数据传输的可靠性, Zig Bee协议在各个层面上分别采用了不同的安全保障机制。
(2) 实时性。在工业控制系统中, 实时性是另一项重要指标。Zig Bee无线通信网络新增节点的典型网络参与时间为30 ms, 节点从休眠状态激活进入工作状态的典型时延为15ms, 处于工作状态的节点的典型存取时间为15ms, 对于最长等待时间在10 ms量级以上的控制环境, Zig Bee技术完全可以满足实时性的要求。
(3) 灵活性。Zig Bee技术的灵活性主要体现在自身组网的可扩展性以及与其他通信设备之间的共存性。作为无线通信设备, 基于Zig Bee技术的通信模块几乎无须布线, 可随意摆放。无线通信网络建立之后, 在信号覆盖区域内任何一个位置都可以无缝接入网络, 并且可以“漫游”。因此, Zig Bee无线通信网络具有很强的可扩展性。
在共存性方面, Zig Bee通信模块具有透明传输的功能, 在信号覆盖范围以内可以和有线通信设备协调工作。
在Modbus现场总线控制系统中引入Zig Bee无线网络, 可以在确保数据传输可靠性和实时性的前提下, 大大提高控制系统的可扩展性, 降低设备维护的成本, 从而使整个控制系统得到优化。
2. Zig Bee技术在智能家居中的应用。
Zig Bee低成本、低功耗、低传输率、安全性好的特点, 使它很适合应用于对家用电器和小型电子设备的无线控制领域。
在家电控制领域, Zig Bee技术相对现在的红外遥控技术要先进很多, 使用者不用再拿着各种遥控器站在家电前进行操作。Zig Bee技术通过无线方式将各种电子和电器产品连接起来, 用户通过嵌套在诸如手机和PDA之中的遥控模块在规定范围内就可以操控各种家用电器。另外Zig Bee技术还有一些高端应用, 比如当房主在超市购物时, 可以发一条指令, 以了解冰箱中的牛奶、肉类和蔬菜的数量, 确定是否需要再购买。Zig Bee技术的这些优点将会给我们的生活带来极大的便利, 从而在真正意义上实现我们常说的智能家居。
从技术上讲, 智能家居所要实现的主要功能有如下几种。
(1) 对白色家电和其他设备的控制、调节和监测。比如微波炉、灯光、电动窗帘、防盗报警器、烟雾探测器、温度和湿度控制器、各种手动的开关和遥控器等。
(2) 使黑色家电和其他视频设备之间以及与外部世界之间进行沟通, 其中包括计算机、摄像机、数码照相机等。同时还可以实现对它们的控制和监测。
(3) 通过对外的接口, 实现远程控制和信息交换。如电话线、有线电视电缆、市电电源线、双绞线和无线通信方式等。
由此可见, 智能家居主要通过网络控制家庭中各种设备的运行状况。成本和功耗是控制网络的两个关键因素。Zig Bee技术低功耗、低成本、复杂度低的优势正好满足智能家居控制网络的需求。
Zigbee技术在智能家居中的应用系统如图1所示, 将基于Zig Bee芯片的无线网络收发模块嵌入到各种家居设备中, 组成基于Zigbee技术的家庭无线控制网络。通过这些无线网络收发模块在各个网络子节点之间进行数据的传送, 从而实现家庭内设备的无线互连, 使它们能够自动运行, 相互协作, 为居住者提供尽可能多的便利和舒适。
3. Zig Bee技术在无线传感器网络的应用。
无线传感器网络 (Wireless Sensor Network, WSN) 是一种集成了传感器、微机电系统和网络技术而形成的全新的信息获取和处理系统。这种网络属于一种特殊的Ad-hoc网络, 是由许多无线传感器节点协同组织起来的。这些微型节点具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能, 可应用于布线和电源供给困难或人员不能到达的区域 (如受到污染、环境被破坏或敌对区域) 和一些临时场合等。无线传感器网络的节点可以随机或者特定地布置在目标环境中, 它们之间可以通过基于Zigbee协议组织起来, 从而获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。
这种基于Zigbee协议的无线传感器网络节点由下列部件组成:低功耗微处理器、低功耗通信模块、电源、复位电路等。节点功能模块示意图如图2所示。
无线传感器网络在军事、国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的实用价值, 具有十分广阔的应用前景。
4. Zig Bee技术在生产领域和其他领域的应用。在生产领域和其他领域, Zig Bee技术都有着广阔的应用前景。
在矿井生产中, 安装了Zigbee收发模块的工作服可以告诉控制中心矿工的准确位置, 同样的系统也可以应用在小区车辆管理中。在运动休闲领域, 一条使用了Zig Bee技术的高尔夫球道能够预测降雨, 进而调节自动洒水系统, 推迟既定日程中的喷洒时间或者使喷洒范围集中在降雨量较少的球道。
在酒店服务行业, 一家应用了Zig Bee技术的酒店可以自动感知房间是空的, 于是关闭该房间的取暖或制冷系统以便节能。
在食品零售业中, 安置在一板巧克力上的Zig Bee标签不仅仅只是提供巧克力是否到达目的地的信息, 它还能告诉生产商, 是否因为放在阳光下运输使得它周围的温度上升, 获取到信息的厂商就可以通知运输部门在巧克力融化之前把它们移到合适的位置。
可以预见, 在不远的将来, 会有越来越多的内置Zig Bee功能的设备进入我们的视野, 它们将极大地改善人们的生活。
四、结论
无线数据传输技术 篇10
关键词：ZigBee技术,家庭无线网络,全功能设备,精简功能设备
1. 前言
蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息, 这种肢体语言就是Zig Zag行舞蹈, 是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。借此意义Zig Bee作为新一代无线通讯技术的命名。在此之前Zig Bee也被称为“Home RF Lite”、“RF Easy Link”或“fire Fly”无线电技术, 目前统称为Zig Bee。Zig Bee技术最初是由13家通信及传感器领域的知名厂商于2004年底共同发起制定的。同时成立了Zig Bee联盟以避免标准混乱带来的内部争斗。
简而言之, Zig Bee就是一种便宜的, 低功耗的近距离无线组网通讯技术。Zig Bee, 在中国被译为"紫蜂", 它与蓝牙相类似.是一种新兴的短距离无线技术。
2. Zig Bee技术
2.1 Zig Bee技术综合简介
a.Zig Bee的IEEE相关
Zig Bee采取了IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点, 因而要想弄清楚Zig Bee, 就要了解IEEE 802.15.4, 它就是Zig Bee物理层和MAC层的模板
IEEE802.15.4网络是指使用相同无线信道并通过IEEE 802.15.4标准相互通信的一组设备的集合。在这个网络中, 根据设备所具有的通信的能力, 可以分为全功能设备, 和精简功能设备。全功能设备之间以及全功能设备与精简功能设备之间都可以通信, 与精简功能设备相关的全功能设备通常称之为协调器。IEEE802.15.4定义了两种拓扑结构, 分别为星状拓扑 (理论上一个协调器和多达255个子设备) 和点对点模式。此协议定义了27个信道, 868MHz频段一个信道, 915MHz频段10个信道, 2450MHz频段16个信道。其调制过程如图:
物理帧的第一个字段是四个字节的前导码, 收发器在接收前导码期间, 会根据前导码序列的特征完成片同步和符号同步。帧起始分隔符 (SFD) 字段长度为一个字节, 其值固定为0x A7, 标识一个物理帧的开始。收发器接收完前导码后只能做到数据的位同步, 通过搜索SFD字段的值0x A7才能同步到字节上。帧长度由一个字节的低7位表示, 其值就是物理帧的长度。而且物理帧的负载长度是可变的, 称之为物理服务数据单元 (PSDU) , 一般用来承载MAC帧。
而对于Zig Bee技术来说, 其相对于IEEE802.15.4增加了逻辑网络、网络安全和应用软件, 从而更加适合于产品技术的一致化, 利于产品的互连互通。
b.通信传输模块及工作原理:
Zig Bee通信传输模块由Zig Bee传输模块及其外围设备组成, Zig Bee模块由Freescale公司产生的MC13192和MC9S08两个芯片所组成, 其中MC13192为射频和基带控制芯片, MC9S08为微控制芯片。而Zig Bee的外围设备由液晶显示器、键盘和MT8880组成, 其中液晶显示器负责显示各种所需要的界面, 键盘用来控制汇节点的操作, Zig Bee汇节点通信范围内的所有传感器节点进行通信联络, 当传感器节点有信息时, 则MC13192接收传感器节点的报警信息, MC13192和MC9S08之间通过串行外围设备接口SPI (Serial Peripheral Interface) 进行连接, 然后通过MC9S08所连接的外围设备MT8880将DTMF信号传送至CPU进行信息的处理。
2.2 Zig Bee的网络构建
首先我们通过图2了解一下Zig Bee的网络结构图:
在Zig Bee网络有两种网络设备类型, 即全功能设备 (FFD) 和精简功能设 (RFD) 。全功能设备业就是网络中的路由或中继, 其可以担任网络协调者, 形成网络, 让其它的全功能设备或是精简功能设备装置连结, 同时全功能设备具备控制器的功能, 可提供信息双向传输。而精简功能设备也就是网络中的终端结点, 只能传输信息给全功能设备, 或是从全功能设备接受信息。其只具有有限的功能来控制成本和复杂性, 在网络中也常常被用来作为终端设备图3即对这两种设备类型进行了比较:
对于Zig Bee网络来说, 其常见的有两种拓扑结构, 即星型拓扑和点对点拓扑, 每个Zig Bee网络至少需要一个全功能设备实现网络协调功能, 终端设备可以是精简功能设备用来降低系统成本。
Zig Bee采用自组织 (ad-hoc) 方式组网, 该架构被称为无基础构架的无线局域网 (Ad Hocireless LAN) , 这种架构对网络内部的设备数量不加限制, 并可随时建起无线通信链路。例如, 协调器一直处于监听状态, 当一个新添加的精简功能设备会被网络自动发现, 这时全功能设备会把精简功能设备的信息传送给协调器, 由协调器进行编址, 并计算其路由信息, 更新数据转发表和设备关联表等。若新添加到网络的是FFD, 则可直接把自身信息上报协调器, 并对周围的精简功能设备进行轮询, 记录它们的地址信息, 通知协调器更新路由, 此时新加入的全功能设备起到了一个桥梁的作用, 精简功能设备通过全功能设备和协调器进行间接通讯。这种分层结构, 便于管理, 增加了网络的透明度, 有利于发现并自动添加新入网设备。
在Zig Bee网络中, 所有设备均有一个64bit的IEEE地址, 可以分配一个16bit的本地地址减小数据包的大小。地址模式有两种:星型拓扑:网络号+设备标识;点对点:直接使用源/目的地址。协调器将参与地址的分配和记录工作, 在建立和启动网络过程中, 设置惟一的网络标识符以及每个节点都包含一个唯一的64bit IEEEMAC地址。这样做是基于保护个人隐私考虑的, 保证这种便携设备不会意外泄漏其标识, 而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。
为了避免Zig Bee的接入竞争, Zig Bee通过MAC层提供保证的时隙, 但只作为一种可选的“超帧” (Super Frame) 的组成部分提供。但是, 如果Zig Bee节点试图避免传送的信号与其它节点或其它无线电源的信号相重叠, Zig Bee节点会消耗额外的能量, 它们必须在发送信号之前侦听空中是否还有其它信号在传送。
2.3 Zig Bee技术的优势
如今, 各种近距离无线传输技术层出不穷, Bluetooth (蓝牙) 、Zig Bee、Wi—Fi、Wi MAX、无线USB、UWB等等, 竞争激烈, 各有千秋。但随着通信距离的增大, 设备的复杂度、功耗以及系统成本的增加, 相对于现有的各种无线通信技术, Zig Bee技术的低功耗、低成本、容量大、安全性高等诸多优势使其在激烈的竞争中逐渐脱颖而出。Zig Bee低成本、低功耗、低传输率、安全性好的特点, 使它很适合应用于对家用电器和小型电子设备的无线控制领域。
在家电控制领域, Zig Bee的目标是使家电实现自动化。通过使用Zig Bee技术, 使用者不用再拿着各种遥控器站在家电前进行操作。Zig Bee技术通过无线方式将各种电子和电器产品连接起来, 用户只需使用一个遥控器在规定范围内就可以操控各种家用电器, 而且遥控模块可嵌套在诸如手机和PDA之类的便携电子器件中, 用户只需在手机上设定相应的操作, 家电就会按照规定自动完成这些指令, 同时每个操作都会有反馈信息说明操作已完成。另外Zig Bee技术还有一些高端应用, 比如当房主在超市购物时, 可以发一条指令, 以了解冰箱中的牛奶、肉类和蔬菜的数量, 确定是否需要再购买。Zig Bee技术的这些优点将会给我们的生活带来极大的便利, 从而在真正意义上实现了我们常说的智能家居消费和家用自动化。
同时, Zig Bee无线可以组建大规模网络, 网络节点容量达到65535个, 具有非常强大的组网优势。此外Zig Bee具有价格低廉, 能耗低, 通信效率高等特点, 这使得其在是市场竞争中也具备了一定的优势。
3. Zig Bee的应用
3.1 Zig Bee在智能家庭无线网络系统中的应用
家庭无线网络是指在家庭范围内, 通过先进的无线网络技术将电脑、家电、安全、照明、娱乐、医疗监护系统互连, 实现数据共享和管理, 并以广域互联网为接口与外界交互信息的一种新兴的无线网络系统。
在这个网络系统中, 网络节点是指镶嵌在各种家电、灯具、安防监控单元、居室环境监控单元。而整个系统包括有具备多种通讯协议转换功能, 同时可通过以太网或程控电话网连接内外网和通过无线技术连同内网的网关, 具备无线通讯等接口的数字家电;配有无线接口、可远程报警的家用安防传感器设备;具备无线接口的家庭灯光控制器材;可进行防盗、报警等功能设备。
家庭无线网络具有灵活的网络拓扑结构、低成本和容易架设等有线网络所不具备的特点。已成为家庭数字化革命的重要组成部分, 这决定了未来广阔的发展前景。它也面临着技术上的挑战, 如怎样架设一个可靠的无线网络, 创建一个将不同设备互连的统一界面, 针对不同的客户搭建一个共同的开发平台等等。而通过Zig Bee网络实现信息设备、通讯设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、保安 (监控) 装置等设备互联, 使智能化、人性化的家居生活变成了现实。
家庭无线网络平台的实现:
Zig Bee是以IEEE802.15.4无线接收发射机标准为基础的, 同时, 也规定了无线通讯的网络技术、安全措施、应用接口以及应用技术。
在我国, 目前由海尔、春兰等12家集团公司构成的“国家家庭息平台结构体系总体组”在信息产业部和原国家经贸委的支持和指导下, 于2003年推出了基于互联网的《家庭网络系统技术规范》系列标准。本文所描述的平台就是基于国际Zig Bee标准规范和中国《家庭网络系统技术规范》系列标准而展开的。
尽管智能家庭的概念已经提出很多年了, 但是由于相应的通信技术及应用方面的发展速度缓慢, 智能家庭一直没有走向实用化。随着Zig Bee技术的出现, 使得智能家庭可能在未来的2到3年内走入人们的生活中。
通过Zig Bee网络, 我们可以远程控制家里的电器、门窗等。下班前可以在路上就打开家里的空调;下雨的时候可以远程关闭门窗;家中有非法入侵时可以及时得到通知;方便的采集水电煤气的使用量;通过一个Zig Bee遥控器, 控制所有的家电设备。
3.2 Zig Bee的其他应用
在其他无线通信技术不断追求高速率远距离的今天, Zig Bee却反其道而行之, 向着低速率近距离的方向迈进, 其目的就是为了大幅降低无线终端的成本及功耗。因为只有这样, 才能实现其“无所不在”的目的。
Zig Bee技术对传感器有着很好的支持, 可以在单芯片内实现传感器数据的采集、处理、传输。以往, 即使是为了采集传输门窗关闭状态这样的简单信号, 最起码也需要一个8位单片机外加无线传输模块来搭建一个最小系统。而在今天, 内藏CPU的Zig Bee芯片可以使这些东西都集中在单个芯片内。不仅如此, 像嵌入式操作系统、TCP/IP协议栈以及功能多样的应用程序, 以及面向传感器领域的多通道AD/DA转换器、多种外围接口等等都可以集成在内。
低功耗是Zig Bee技术最具优势的地方。在通信状态, Zig Bee终端耗电在几十m W左右, 在省电模式下, 耗电仅仅几十u W, 一节干电池可以工作几个月到1年。
基于以上优势, Zig Bee不仅向终端消费者提供了价格低廉、操作简单的Zig Bee产品, 同时也为产品开发商提供了低开发成本、高开发效率的一站式解决方案。
Zig Bee技术主要应用在短距离无线网络通信方面。不远的将来, 在很多领域里都可以看到Zig Bee的身影:
a.智能建筑
通过建立完备的Zig Bee网络, 智能建筑可以感知随处可能发生的火灾隐患, 及早提供相关信息;根据人员分布情况自动控制中央空调, 实现能源的节约;及时掌握酒店客房内客人的出入信息, 以便在突发事件时及时准确地发出通知。
在机场, 持有Zig Bee终端的乘客们可以随时得到导航信息, 比如登机口的位置, 航班的变动, 甚至附近有什么商店等等。
b.工业自动化领域
在工业自动化领域, 人们可以通过Zig Bee网络实现厂房内不同区域温湿度的监控;及时得到机器运转状况的信息;结合RF标签, 可以方便的统计库存量.
c.医疗领域
在医院, 时间就是生命, Zig Bee网络可以帮助医生和患者争取每一秒的时间。Zig Bee网络可以帮助医生及时准确地收集急诊病人的信息和检查结果, 快速准确的作出诊断。戴有Zig Bee终端的患者可以得到24小时的体温、脉搏监控;配有Zig Bee终端的担架可以遥控电梯门的开关。
3.3 未来的发展方向
2004年底成立之初到2006年中, Zig Bee联盟自已经自最初的13家公司发展到有全球150多家知名厂商加盟的商业团体。在众多厂商的追捧之下, Zig Bee技术呈现出蓬勃的发展态势。
未来的Zig Bee, 将向着以下几个方面发展:
a.更廉价、更省电
根据最新的信息, 一节电池工作3年的Zig Bee产品已经面世。在日本的神户机场, 所有Zig Bee节点仅仅依靠一小块太阳能电池板供电。而随着应用的不断增加, 更大的产量必然导致更低廉的价格。
b.IPv6和Zig Bee的结合
IPv6拥有巨大的地址空间, 可以为每一个Zig Bee节点分配一个全球唯一的网络地址, 同时提供安全的通信保障和优良的Qo S保证。IPv6和Zig Bee的结合是一个必然趋势。走在国内通信领域前沿的科技型企业--上海爱吉信息技术有限公司, 在IPv6协议栈开发和Zig Bee嵌入式产品的研发上都取得了相当的成果。在最近的东京嵌入式产品展示会上, 爱吉公司的Zig Bee体温脉搏感知手表得到了与会者的极大肯定。
可以预见, 在未来的几年之内, Zig Bee产品将以各种各样的方式走向我们, 成为我们工作生活中不可或缺的一部分。
4. 结论
Zig Bee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术, 是一组基于IEEE批准的802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术, 主要适合于承载数据流量较小的业务, 可嵌入各种设备中, 同时支持地理定位功能。其目标市场是工业、家庭以及医学等需要低功耗、低成本无线通信的应用。相对于现有的各种无线通信技术, Zig Bee技术是最低功耗和成本的技术
作为一种标准和基础技术, Zig Bee已经受到了自动控制市场的关注, 在家庭、楼宇自动化等应用中被寄予厚望。Zig Bee关键是要找到切合市场需求的定位和应用模式, 才能避免像蓝牙那样在相当一段时间里都处于叫好不叫座的尴尬境地。
尽管目前Zig Bee似乎还有些遥不可及, 但是随着Zig Bee技术的不断更新和普及, 可以预见, 在未来的几年之内, Zig Bee产品将以各种各样的方式走向我们, 成为我们工作生活中不可或缺的一部分。
参考文献
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