4.2　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層泛指將終端數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)平臺并能通過服務(wù)平臺獲取數(shù)據(jù)的傳輸通道。它通過有線、無線的數(shù)據(jù)鏈路，將傳感器和終端檢測到的數(shù)據(jù)上傳到管理平臺，接收管理平臺的數(shù)據(jù)并傳送到各個(gè)擴(kuò)展功能節(jié)點(diǎn)。按照通信方式，主要有兩類：無線通信和有線通信。兩種通信方式對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)來說同等重要，有互相補(bǔ)充的作用。例如，工業(yè)化和信息化“兩化融合”業(yè)務(wù)中大部分是有線通信，智能樓宇等領(lǐng)域也是以有線通信為主。有線通信將來會成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要支撐，但無線通信技術(shù)也是不可或缺的。

4.2.1　寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括局域網(wǎng)技術(shù)、廣域網(wǎng)技術(shù)和無線寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同的具有獨(dú)立功能的多臺計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，因特網(wǎng)屬于全球最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)常由服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、路由器、交換機(jī)、網(wǎng)卡、網(wǎng)線（雙絞線、光纖）、網(wǎng)線接頭（RJ45水晶頭、光纖模塊）等組成，如圖4.46所示。軟件系統(tǒng)包含網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、瀏覽器、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及應(yīng)用軟件等。

圖4.46　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1.本地有線局域網(wǎng)

無論是人類還是計(jì)算機(jī)進(jìn)行的通信，都要遵守預(yù)先確定的規(guī)則或協(xié)議。這些協(xié)議由源主機(jī)、通道和目的主機(jī)的特性決定。協(xié)議根據(jù)來源、通道和目的，對信息格式、信息大小、時(shí)序、封裝、編碼和標(biāo)準(zhǔn)信息模式等問題作出詳細(xì)規(guī)定。

（1）協(xié)議的重要性

計(jì)算機(jī)像人一樣，也要按照規(guī)則或協(xié)議進(jìn)行通信。協(xié)議在本地網(wǎng)絡(luò)上尤其重要。在有線環(huán)境中，本地網(wǎng)絡(luò)定義為所有主機(jī)必須“講同一種語言”（用計(jì)算機(jī)術(shù)語表示就是“共享一個(gè)公共協(xié)議”）的區(qū)域。

（2）協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化

在網(wǎng)絡(luò)的最初階段，每個(gè)廠家都有自己的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括IBM、NCR、DEC、Xerox和HP等廠商使用的協(xié)議，不同廠家的設(shè)備之間無法通信。

隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，要求不同廠商設(shè)備之間的連接更加方便，即標(biāo)準(zhǔn)化。

有幾種標(biāo)準(zhǔn)得到發(fā)展，包括以太網(wǎng)、ARCnet和令牌環(huán)。實(shí)際上不存在官方的本地網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，但隨著時(shí)間的發(fā)展，以太網(wǎng)逐漸成為最受人們推崇的一種技術(shù)，并已成為實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。

以太網(wǎng)自從1973年創(chuàng)立以來，其標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了多次發(fā)展，用于規(guī)范更快、更靈活的技術(shù)。以太網(wǎng)這種不斷改進(jìn)的能力正是它如此受歡迎的主要原因之一。每個(gè)以太網(wǎng)版本都有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。例如，802.3 100BASE-T代表使用雙絞線電纜標(biāo)準(zhǔn)的100兆以太網(wǎng)。此標(biāo)準(zhǔn)的具體解釋為：100是以兆位每秒（Mbit／s）為單位的速度；BASE代表基帶傳輸；T代表電纜類型，這里是指雙絞線。

早期以太網(wǎng)的速度非常慢，只有10 Mbit／s。而最新的以太網(wǎng)運(yùn)行速度已經(jīng)超過10 Gbit／s，比最初提高了1 000倍。

早期以太網(wǎng)使用共享媒體，所有主機(jī)都連到同一條電纜或同一個(gè)集線器上。采用的協(xié)議是具有沖突檢測（CD）功能的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA）的訪問控制方法。

CSMA／CD主要是為解決如何爭用一個(gè)廣播型的共享傳輸信道而設(shè)計(jì)的，首先它能夠決定應(yīng)該由誰占用信道，其次如果多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)獲得信道控制權(quán)，這時(shí)多站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)將會產(chǎn)生沖突，造成數(shù)據(jù)傳輸失敗。如何發(fā)現(xiàn)和解決沖突，也是CSMA／CD要解決的問題。CSMA／CD的工作原理如圖4.47所示。CSMA／CD協(xié)議的工作過程，如圖4.48所示。

圖4.47　CSMA／CD協(xié)議的工作原理

（3）物理尋址

所有通信都需要一種標(biāo)識源和目的的方法。在人際交流中，源和目的用名字來表示。當(dāng)有人呼喚一個(gè)名字時(shí)，被喚到名字的人就會聆聽信息并作出反應(yīng)。

以太網(wǎng)絡(luò)也用類似的方法來標(biāo)識源主機(jī)和目的主機(jī)。每臺連接到以太網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)都會獲得一個(gè)物理地址，用于在網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識自己。

每個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)接口在制造時(shí)都有一個(gè)物理地址，此地址稱為介質(zhì)訪問控制（MAC）地址。MAC地址用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中的每臺源主機(jī)和目的主機(jī)。MAC地址長48位，通常用12位十六進(jìn)制數(shù)表示，如圖4.49所示，在命令提示符下用ipconfig／all查看NIC（網(wǎng)絡(luò)接口卡）的MAC地址為00-40-46-51-B6-46，前6個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字（24位）為廠商標(biāo)識，后6個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字（24位）為網(wǎng)卡的標(biāo)識，以確保MAC地址不會相同。

圖4.48　CSMA／CD協(xié)議的工作過程

圖4.49　物理地址

以太網(wǎng)是基于電纜的，亦即主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用銅纜或光纜連接。這是主機(jī)之間通信時(shí)使用的通道。

如圖4.50所示，當(dāng)以太網(wǎng)上的一個(gè)主機(jī)需要通信時(shí)，它會發(fā)送包含自己MAC地址（作為源地址）和接收方MAC地址的幀；收到幀的主機(jī)將對幀進(jìn)行解碼，并讀取目的MAC地址。如果目的MAC地址與網(wǎng)卡上配置的地址匹配（H3），它就會處理收到的信息，并將其存儲起來供主機(jī)應(yīng)用程序使用；如果目的MAC地址與主機(jī)MAC地址不匹配（H2、H4），網(wǎng)卡就會忽略該信息。

圖4.50　MAC地址通信

2.OSI參考模型

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)提出的背景——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、異質(zhì)性。對于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用什么方法能合理地組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到結(jié)構(gòu)清晰、簡化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、便于更新與維護(hù)、較強(qiáng)的獨(dú)立性和適應(yīng)性。解決的方法：分而治之！

1977年3月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的技術(shù)委員會TC97成立了一個(gè)新的技術(shù)分委會SC16專門研究“開放系統(tǒng)互連”，并于1983年提出了開放系統(tǒng)互連參考模型，即著名的ISO 7498國際標(biāo)準(zhǔn)，記為OSI／RM。

在OSI中采用了三級抽象：參考模型（即體系結(jié)構(gòu)）、服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范（即協(xié)議規(guī)格說明），自上而下逐步求精。OSI／RM并不是一般的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而是一個(gè)為制定標(biāo)準(zhǔn)用的概念性框架。而實(shí)際的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是TCP／IP網(wǎng)絡(luò)模型，下一部分將詳細(xì)討論。

經(jīng)過各國專家的反復(fù)研究，在OSI／RM中，采用了如表4.4所示的7個(gè)層次的體系結(jié)構(gòu)，表中對于各層主要功能進(jìn)行了簡略描述，更準(zhǔn)確詳細(xì)的概念請參考有關(guān)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)教程。

3.TCP／IP網(wǎng)絡(luò)模型

（1）TCP／IP協(xié)議

TCP／IP（Transmission Control Protocol／Internet Protocol）是傳輸控制協(xié)議／網(wǎng)際協(xié)議（又稱Internet協(xié)議）的縮寫，它實(shí)際上是一個(gè)很大的協(xié)議包（簇），其中包括網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層、傳輸層和應(yīng)用層中的很多協(xié)議，TCP和IP協(xié)議只是其中兩個(gè)核心協(xié)議。

TCP／IP是Internet上采用的協(xié)議，目前已形成了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系，并且得到了廣泛的應(yīng)用和支持。

表4.4　OSI／RM七層協(xié)議模型

TCP／IP的基本作用是：如圖4.51所示，要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)，首先要把數(shù)據(jù)拆成一些小的數(shù)據(jù)單元（不超過64 kB），然后加上“包頭”做成數(shù)據(jù)報(bào)（段），才交給IP層在網(wǎng)絡(luò)上陸續(xù)地發(fā)送和傳輸。采用這種傳輸數(shù)據(jù)方式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就稱為“分組交換”或“包交換”網(wǎng)絡(luò)。其次，在通過電信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行長距離傳輸時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，還要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的格式即拆包或重新打包。最后，到了接收數(shù)據(jù)的一方，必須使用相同的協(xié)議，逐層拆開原來的數(shù)據(jù)包，恢復(fù)成原來的數(shù)據(jù)，并加以校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)，就要求重發(fā)。

①TCP協(xié)議

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中非常重要的一層就是傳輸層，它可以向源主機(jī)和目的主機(jī)提供端到端的可靠通信。TCP協(xié)議是一個(gè)面向連接的端到端的全雙工通信協(xié)議，通信雙方需要建立由軟件實(shí)現(xiàn)的虛連接，它提供了數(shù)據(jù)分組在傳輸過程中可靠的并且無差錯(cuò)的通信服務(wù)。

TCP協(xié)議規(guī)定首先要在通信的雙方建立一種“連接”，也叫作實(shí)現(xiàn)雙方的“握手”。建立“連接”的具體方式是呼叫的一方要找到對方，并由對方給出明確的響應(yīng)，目的是需要確定雙方的存在，并確定雙方處于正常的工作狀態(tài)，在整個(gè)傳遞多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的過程中，發(fā)送的每一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都需要接受方給以明確的確認(rèn)信息，然后才能發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)。如果在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)收不到確認(rèn)信息的話，發(fā)送方會重發(fā)信息。正常情況下，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，發(fā)送方要發(fā)送“結(jié)束”信息，“握手”才斷開。

這里還要解釋一下，“在通信雙方建立連接”這句話的含義不是讓雙方去獨(dú)占線路，或者說不是在雙方之間搭建一條專線。真正雙方獨(dú)占線路，那是打電話的做法，所以說計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通信雙方建立的連接實(shí)際上是一種“虛擬”的連接，是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相應(yīng)軟件程序?qū)崿F(xiàn)的連接。

圖4.51　TCP／IP數(shù)據(jù)封裝

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通常把連接在網(wǎng)絡(luò)上的一臺計(jì)算機(jī)叫作一臺“主機(jī)”。傳輸層只能存在于端系統(tǒng)（主機(jī)）之中，所以又稱為“端到端”層或“主機(jī)到主機(jī)”層?；蛘哒f，只有在作為“源主機(jī)”和“目的主機(jī)”的計(jì)算機(jī)上才有傳輸層，才有傳輸層的相應(yīng)程序，才執(zhí)行傳輸層的操作。

“全雙工”通信指通信的雙方主機(jī)之間，即可以同時(shí)發(fā)送信息，又可以接收信息。

TCP協(xié)議還有一個(gè)作用就是保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹翱煽啃浴?。TCP協(xié)議實(shí)際上是通過一種稱為“進(jìn)程通信”的方式，在通信的兩端（雙方）傳遞信息，以保證發(fā)出的數(shù)據(jù)報(bào)不僅都能到達(dá)目的地，而且是按照它們發(fā)出時(shí)的順序到達(dá)的。如果數(shù)據(jù)報(bào)的順序亂了，它要負(fù)責(zé)進(jìn)行“重新排列”；如果傳輸過程中，某個(gè)數(shù)據(jù)丟失了或出現(xiàn)了錯(cuò)誤，TCP協(xié)議就會通知發(fā)送端重發(fā)該數(shù)據(jù)報(bào)。

②IP協(xié)議

IP協(xié)議稱為Internet協(xié)議或網(wǎng)際協(xié)議，工作在TCP協(xié)議的下一層（網(wǎng)絡(luò)層），是TCP／IP的心臟，也是網(wǎng)絡(luò)層中最主要的協(xié)議，它利用一個(gè)共同遵守的通信協(xié)議，使Internet成為一個(gè)允許連接不同類型的計(jì)算機(jī)和不同操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。而通信協(xié)議規(guī)定了通信雙方在通信中所應(yīng)共同遵守的約定，即兩臺計(jì)算機(jī)交換信息所使用的共同語言。同時(shí)，計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議精確地定義了計(jì)算機(jī)在彼此通信過程的所有細(xì)節(jié)。例如，每臺計(jì)算機(jī)發(fā)送信息的格式和含義在什么情況下應(yīng)發(fā)送規(guī)定的特殊信息，以及接收方的計(jì)算機(jī)應(yīng)作出哪些應(yīng)答等。

IP協(xié)議提供了能適應(yīng)各種各樣網(wǎng)絡(luò)硬件的靈活性，對底層網(wǎng)絡(luò)硬件幾乎沒有任何要求。任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都可以使用IP協(xié)議加入Internet，在Internet任何一臺計(jì)算機(jī)，只要運(yùn)行IP協(xié)議軟件，就可以進(jìn)行交流和通信。

IP協(xié)議根據(jù)其版本分為IPv4和IPv6。本章主要介紹32位的IPv4，至于128位的IPv6將在有關(guān)課程中介紹。

（2）TCP／IP體系結(jié)構(gòu)

①協(xié)議體系

TCP／IP協(xié)議在物理網(wǎng)基礎(chǔ)上分為4個(gè)層次，它與ISO／OSI模型的對應(yīng)關(guān)系及各層協(xié)議組成如圖4.52所示。

圖4.52　TCP／IP和OSI模型的對應(yīng)關(guān)系及備層協(xié)議組成

②TCP／IP各層主要功能

網(wǎng)絡(luò)接口層：定義與物理網(wǎng)絡(luò)的接口規(guī)范，負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)報(bào)，傳遞給物理網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)際層：主要功能是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同IP地址的計(jì)算機(jī)（在Internet上都稱為主機(jī)）的通信，這兩個(gè)主機(jī)可能位于同一網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)的兩個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)中。具體工作包括形成IP數(shù)據(jù)報(bào)和尋址。如果目的主機(jī)不是本網(wǎng)的，就要經(jīng)路由器予以轉(zhuǎn)發(fā)直到目的主機(jī)。網(wǎng)際層主要包括4個(gè)協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議（IP）、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）、地址解析協(xié)議（ARP）、逆向地址解析協(xié)議（RARP）。

傳輸層：提供應(yīng)用程序間（即端到端）的通信。包括傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）。

應(yīng)用層：支持應(yīng)用服務(wù)，向用戶提供了一組常用的應(yīng)用協(xié)議，包括遠(yuǎn)程登錄（Telnet）、文件傳送協(xié)議（FTP）、平常文件傳送協(xié)議（TFTP）、簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP）、域名系統(tǒng)（DNS）、簡單網(wǎng)管協(xié)議（SNMP）等。

③傳輸層和網(wǎng)際層的其他協(xié)議

●用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）

我們已經(jīng)知道，TCP提供可靠的端到端通信連接，用于一次傳輸大批數(shù)據(jù)的情形（如文件傳輸、遠(yuǎn)程登錄等），并適用于要求得到響應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)。而UDP提供了無連接通信，且不對傳送數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行可靠保證，適合于一次傳輸少量數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)庫查詢）的場合，其可靠性由其上層應(yīng)用程序提供。

●網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）

作為IP協(xié)議的一部分，它能使網(wǎng)際上的主機(jī)通過相互發(fā)送報(bào)文來完成數(shù)據(jù)流量控制、差錯(cuò)控制和狀態(tài)測試等功能。

●地址解析協(xié)議（ARP）和逆向地址解析協(xié)議（RARP）

IP地址實(shí)際上是在網(wǎng)際范圍內(nèi)標(biāo)識主機(jī)的一種地址，傳輸報(bào)文時(shí)還必須知道目的主機(jī)在物理網(wǎng)絡(luò)中的物理地址（MAC地址），ARP協(xié)議的功能是實(shí)現(xiàn)IP地址到MAC地址的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，RARP協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)MAC地址到IP地址的轉(zhuǎn)換。

初學(xué)者要知道：與Internet完全連接必須安裝TCP／IP協(xié)議，安裝Windows操作系統(tǒng)時(shí)可自動(dòng)安裝TCP／IP協(xié)議，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少需要一個(gè)“IP地址”、一個(gè)“子網(wǎng)掩碼”、一個(gè)“默認(rèn)網(wǎng)關(guān)”和一個(gè)“DNS服務(wù)器IP地址”。可以在“Internet協(xié)議（TCP／IP）屬性”對話框中手動(dòng)配置IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)和DNS服務(wù)器IP地址。如果本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）服務(wù)器，客戶端也可設(shè)成自動(dòng)獲取IP地址和自動(dòng)獲取DNS服務(wù)器地址。

4.IP地址基礎(chǔ)知識

（1）IP地址

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸，除了需要有一套對于傳輸過程的控制機(jī)制以外，還需要在數(shù)據(jù)包中加入雙方的地址，就像我們需要在信封上寫上收信人和發(fā)信人地址一樣。現(xiàn)在的問題是進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的雙方，應(yīng)該用一種什么樣的地址來表示呢？

雖然每塊網(wǎng)卡都有一個(gè)不同的“MAC”地址，但是“MAC”（Media Access Control）地址只能用在“數(shù)據(jù)鏈路層”上通信時(shí)使用的數(shù)據(jù)幀中，而網(wǎng)絡(luò)層中使用的IP地址和鏈路層中的MAC地址要由ARP或RARP進(jìn)行轉(zhuǎn)換。MAC地址是一個(gè)用12位的16進(jìn)制數(shù)表示的地址，用戶很難直接使用它。我們需要另一種“地址”，這個(gè)“地址”既要能簡單準(zhǔn)確地標(biāo)明對方的位置，又要能夠方便地找到對方，這就是設(shè)計(jì)IP協(xié)議的初衷。

IP地址最初被設(shè)計(jì)成一種由數(shù)字組成的4層結(jié)構(gòu)，就好像我們想要找到一個(gè)人的時(shí)候，需要有這個(gè)人的住址（某省、某市、某區(qū)、某街的多少號）一樣。在Internet中，有很多網(wǎng)絡(luò)連接在一起以后形成了很大的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)下面還有很多較小的網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)是組成網(wǎng)絡(luò)的基本元素。所以，IP地址就是用4層數(shù)字作為代碼，說明是在哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的哪臺計(jì)算機(jī)。顯然，這種定義IP地址的方法十分有效，取得了很大的成功。

①IP地址的定義及表示

IP協(xié)議為Internet上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)（主機(jī)）定義了一個(gè)唯一的統(tǒng)一規(guī)定格式的地址，簡稱IP地址。每個(gè)主機(jī)的IP地址由32位（4個(gè)字節(jié)）組成，通常采用“點(diǎn)分十進(jìn)制表示方法”表示，每個(gè)字節(jié)為一部分，中間用點(diǎn)號分隔開來。

例如，32位的二進(jìn)制地址為：11001010011011000010010100101001。

顯然這個(gè)地址也難記憶，所以分成四段，每段8位，變成了下面的形式：

11001010 01101100 00100101 00101001

轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，并用點(diǎn)連起來，就構(gòu)成了通常人們所使用的IP地址：202.108.37.41。

提醒：每一段的8位二進(jìn)制數(shù)，最小是00000000，換成十進(jìn)制是0，最大是11111111，換算成十進(jìn)制是255，也就是說，這四段數(shù)字，換算成十進(jìn)制，每段都在0～255之間變化。

②IP地址的分類

每一個(gè)IP地址又可分為網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號兩部分，網(wǎng)絡(luò)號（Network ID）表示網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，用于區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)號（Host ID）表示網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的地址編號，用于區(qū)分同一網(wǎng)絡(luò)中的不同主機(jī)。按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，IP地址可以分為A，B，C，D，E五類，其中常用的是A，B，C三類地址，D類為組播地址，E類為擴(kuò)展備用地址。其格式如圖4.53所示。

圖4.53　IP地址格式

A，B，C三類IP地址的有效范圍和保留的IP地址如表4.5所示。

表4.5　IP地址分類范圍

③IP 地址中的幾種特殊地址

網(wǎng)絡(luò)地址：主機(jī)地址全為0，用于區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)。

廣播地址：主機(jī)地址全為1，用于向本網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)發(fā)送報(bào)文。有時(shí)不知道本網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號，TCP／IP協(xié)議規(guī)定32位全為1的IP地址用于本網(wǎng)廣播。

“0”地址：TCP／IP協(xié)議規(guī)定，32位全為0的地址被解釋成本網(wǎng)絡(luò)。若有一主機(jī)想在本網(wǎng)內(nèi)通信，但又不知道本網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號，就可以用“0”地址。

回送地址：127.*.*.*，用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試和本機(jī)進(jìn)程間的通信。如果安裝了TCP／IP協(xié)議，而未設(shè)置IP地址，可用127.0.0.0進(jìn)行測試。

組播地址：指定一個(gè)邏輯組，參與該組的機(jī)器可能遍布整個(gè)Internet網(wǎng)，主要應(yīng)用于電視會議等。

④IP地址的獲取方法

IP地址由國際組織按級別統(tǒng)一分配，機(jī)構(gòu)用戶在申請入網(wǎng)時(shí)可以獲取相應(yīng)的IP地址。

（2）子網(wǎng)掩碼

僅用IP地址中的第一個(gè)數(shù)來區(qū)分IP地址是哪類地址，對于普通人來說，也是較困難的，而且，還有一個(gè)問題，如何讓計(jì)算機(jī)也可以很容易地區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號呢？這個(gè)工作最終還是要通過計(jì)算機(jī)去執(zhí)行的。解決的辦法就是使用“子網(wǎng)掩碼”（Subnet Mask）。

子網(wǎng)掩碼及其作用：

子網(wǎng)掩碼是一個(gè)32位的位模式。位模式中為1的位用來定位網(wǎng)絡(luò)號，為0的位用來定位主機(jī)號。其主要的作用是區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號以及劃分子網(wǎng)。劃分子網(wǎng)將在網(wǎng)絡(luò)課程詳細(xì)介紹。A，B，C三類網(wǎng)絡(luò)默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼如下表4.6所示。

表4.6　子網(wǎng)掩碼類別

子網(wǎng)掩碼區(qū)分IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號的方法：

①將IP地址與子網(wǎng)掩碼邏輯與運(yùn)算，結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)號；

②將子網(wǎng)掩碼取反與IP地址邏輯與運(yùn)算，結(jié)果即為主機(jī)號。

例如已知一主機(jī)的IP地址為192.9.200.13，子網(wǎng)掩碼為255.255.255 0。求該主機(jī)IP地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號。

先將IP地址和子網(wǎng)掩碼化為二進(jìn)制數(shù)：

192.9.200.13　→11000000 00001001 11001000 00001101

255.255.255.0→11111111 11111111 11111111 00000000

按上述①的方法進(jìn)行邏輯與（AND）運(yùn)算為：11000000 00001001 11001000 00000000

即得網(wǎng)絡(luò)號為192.9.200.0。

按上述②的方法，子網(wǎng)掩碼取反為：00000000 00000000 00000000 11111111

再與IP地址進(jìn)行邏輯與運(yùn)算為：00000000 00000000 00000000 00001101

即得主機(jī)號為：0.0.0.13。

5.接入Internet的方法

下面介紹幾種接入Internet的常用技術(shù)。

（1）通過ADSL接入Internet

ADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Line）中文名稱為非對稱數(shù)字用戶線路，它是xDSL（HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL）家族中的一員，是目前應(yīng)用最廣泛的一種寬帶接入技術(shù)。它利用現(xiàn)有的雙絞電話銅線提供獨(dú)享“非對稱速率”的下行速率（從端局到用戶）和上行速率（從用戶到端局）的通信寬帶。ADSL上行速率達(dá)到640 kbit／s～1 Mbit／s，下行速率達(dá)到6～8 Mbit／s，有效傳輸距離為3～5 km，從而克服了傳統(tǒng)用戶在“最后1公里”的瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)真正意義上的高速接入。

①ADSL的工作原理

傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)使用的是銅線的低頻部分（4 kHz以下頻段）。而ADSL采用DMT（離散多音頻）技術(shù)，將原先電話線路0 Hz～1.1 MHz頻段劃分成256個(gè)頻寬為4.3 kHz的子頻帶。其中，4 kHz以下頻段仍用于傳送PSTN（傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)），20～138 kHz的頻段用來傳送上行信號，138 kHz～1.1 MHz的頻段用來傳送下行信號。

ADSL2 （G 992.5）標(biāo)準(zhǔn)在ADSL2（G 992.3）的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，將工作頻段頻譜范圍從1.1 MHz擴(kuò)展至2.2 MHz，相應(yīng)地，最大子載波數(shù)目也由256增加至512個(gè)，使用的頻譜作了擴(kuò)展，傳輸性能比ADSL1／2有明顯提高（下行最大傳輸速率可達(dá)25 Mbit／s）。

下面以用戶接收信號時(shí)的情況為例，介紹ADSL的工作過程（用戶發(fā)送信號時(shí)工作過程與之相反），如圖4.54所示。

圖4.54　ADSL系統(tǒng)構(gòu)成詳圖

首先，Internet發(fā)送端用戶的網(wǎng)絡(luò)主機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)光纖傳輸?shù)诫娦啪帧?/p>

其次，在電信局DSLAM訪問多路復(fù)用器，調(diào)制并編碼用戶數(shù)據(jù)，然后整合來自普通電話線路的語音信號。

之后，被整合后的語音和數(shù)據(jù)信號經(jīng)普通電話線傳輸?shù)絀nternet接收網(wǎng)絡(luò)用戶端。

最后，由該用戶端的ADSLModern分離出數(shù)字信號和語音信號，然后數(shù)字信號通過解調(diào)和解碼后傳送到用戶的計(jì)算機(jī)中，而語音信號則傳送到電話機(jī)上，兩者互不干擾。

②ADSL的優(yōu)缺點(diǎn)

ADSL的優(yōu)點(diǎn)：

●充分利用現(xiàn)有的電話線，保護(hù)了現(xiàn)有的投資。

●傳輸速率高。其下行速率為2～25 Mbit／s，上行速率為640 kbit／s～1 Mbit／s，可以滿足絕大多數(shù)用戶的帶寬需求。

●技術(shù)成熟，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，ADSL安裝、連接簡單。

●采用了頻分多路復(fù)用技術(shù)。ADSL數(shù)據(jù)信號和電話音頻信號以頻分復(fù)用原理調(diào)制于各自頻段，互不干擾。

●由于每根線路由每個(gè)ADSL用戶獨(dú)有，因而帶寬也由每個(gè)ADSL用戶獨(dú)占，不同ADSL用戶之間不會發(fā)生帶寬的共享，可獲得更佳的通信效果。

ADSL的缺點(diǎn)：

●傳輸距離較近。目前ADSL的傳輸距離還比較短，通常要求在5 km以內(nèi)，也就是說用戶端到電信公司的ADSL局端距離在5 km以內(nèi)。

●傳輸速度不夠快。前面提到的ADSL的上行和下行速率都是理論值，實(shí)際上要受到許多因素的制約，遠(yuǎn)不如這個(gè)值。僅僅適用于家庭用戶和中小型商業(yè)用戶。

③ADSL通信協(xié)議

PPPoE協(xié)議，PPPoE（PPPover Ethernet）是在以太網(wǎng)上建立PPP連接，由于以太網(wǎng)技術(shù)十分成熟且使用廣泛，而PPP協(xié)議在傳統(tǒng)的撥號上網(wǎng)應(yīng)用中顯示出良好的可擴(kuò)展性和優(yōu)質(zhì)的管理控制機(jī)制，二者結(jié)合而成的PPPoE協(xié)議得到了寬帶接入運(yùn)營商的認(rèn)可并廣為采用。

PPPoE不僅有以太網(wǎng)快速簡便的特點(diǎn)，同時(shí)還有PPP的強(qiáng)大功能，任何能被PPP封裝的協(xié)議都可以通過PPPoE傳輸，此外還有如下特點(diǎn)：

●PPPoE很容易檢查到用戶下線，可通過一個(gè)PPP會話的建立和釋放對用戶進(jìn)行基于時(shí)長或流量的統(tǒng)計(jì)，計(jì)費(fèi)方式靈活方便。

●PPPoE可以提供動(dòng)態(tài)IP地址分配方式，用戶無須任何配置，網(wǎng)管維護(hù)簡單，無須添加設(shè)備就可解決IP地址短缺問題，同時(shí)根據(jù)分配的IP地址，可以很好地定位用戶在本網(wǎng)內(nèi)的活動(dòng)。

●用戶通過免費(fèi)的PPPoE客戶端軟件（如EnterNet），輸入用戶名和密碼就可以上網(wǎng)，跟傳統(tǒng)的撥號上網(wǎng)差不多，最大程度地延續(xù)了用戶的習(xí)慣，從運(yùn)營商的角度來看，PPPoE對其現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變更也很小。

④ADSL接入類型

●單用戶ADSLModem直接連接。

●多用戶ADSL Modem連接。小型網(wǎng)絡(luò)用戶ADSL路由器直接連接幾臺計(jì)算機(jī)；較多用戶ADSL路由器連接交換機(jī)。

ADSL技術(shù)的主要特點(diǎn)是充分利用了現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)，只需要在線路兩端加裝ADSL設(shè)備，即可為用戶提供高速接入Internet服務(wù)。

（2）通過寬帶Cable接入Internet

為了解決終端用戶通過普通電話線入網(wǎng)速率較低的問題，人們一方面通過xDSL技術(shù)提高電話線路的傳輸速率，另一方面嘗試?yán)媚壳案采w范圍廣、最具潛力、有很高帶寬的有線電視（CATV）網(wǎng)絡(luò)。有線電視網(wǎng)絡(luò)擁有龐大的用戶群，同時(shí)它可以提供極快的接入速度和相對低的接入費(fèi)用。目前在全球已形成ADSL和Cable Modem兩大主流家庭寬帶接入技術(shù)。

①HFC簡介

光纖同軸電纜混合網(wǎng)（Hybrid Fiber Coaxial，HFC），是以現(xiàn)有的CATV網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，采用光纖接到服務(wù)區(qū)，而在進(jìn)入用戶的“最后1公里”采用同軸電纜的新型有線電視網(wǎng)，HFC的高帶寬為數(shù)據(jù)提供了傳輸空間。還有一種更為實(shí)用的方式，光纖接到樓宇單元的光纖ADSL Modem，再經(jīng)光纖Modem接到各戶。HFC邏輯連接圖如圖4.55所示。

圖4.55　HFC邏輯連接圖

在HFC網(wǎng)絡(luò)中，前端設(shè)備通過路由器與數(shù)據(jù)網(wǎng)相連，并通過局用數(shù)據(jù)端機(jī)與公用電話網(wǎng)（PSTN）相連。有線電視臺的電視信號、公用電話網(wǎng)的話音信號和數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)信號送入合路器形成混合信號后，通過光纜線路送至各個(gè)小區(qū)節(jié)點(diǎn)，再經(jīng)過同軸分配網(wǎng)絡(luò)送至用戶本地綜合服務(wù)單元，或經(jīng)光纖ADSLModem接到各戶。

②Cable Modem的種類

●從傳輸方式的角度，可分為雙向?qū)ΨQ式傳輸和非對稱式傳輸。對稱式傳輸速率為2～4 Mbit／s、最高能達(dá)到10 Mbit／s。非對稱式傳輸下行速率為36 Mbit／s，上行速率為500 kbit／s～10 Mbit／s。

●從接口角度分，可分為外置式、內(nèi)置式、通用串行總線USB式和交互式機(jī)頂盒。

③HFC接入的主要特點(diǎn)

●Cable Modem是通過有線電視網(wǎng)來接入互聯(lián)網(wǎng)的寬帶接入設(shè)備，需要有線電視電纜。

●Cable Modem是集Modem、調(diào)諧器、加／解密設(shè)備、橋接器、網(wǎng)絡(luò)接口卡、虛擬專網(wǎng)代理和以太網(wǎng)交換機(jī)的功能于一身的專用設(shè)備。

●始終在線連接，用戶不用撥號，打開電腦即可與互聯(lián)網(wǎng)連接。

●Cable Modem的傳輸距離可達(dá)100 km以上。Cable Modem的連接速度高。

●Cable Modem采用總線型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一種帶寬共享方式上網(wǎng)，具有一定的廣播風(fēng)暴風(fēng)險(xiǎn)。

●服務(wù)內(nèi)容豐富，不僅可以連接互聯(lián)網(wǎng)，而且可以直接連接到有線電視網(wǎng)上的豐富內(nèi)容，如在線電影、在線游戲、視頻點(diǎn)播等。

通過Cable Modem上網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定，速率較快，與電話撥號占用電話線路、常掉線、速率慢等相比具有明顯的優(yōu)勢。

（3）通過光纖接入Internet

用xDSL和Cable Modem雖然在一定程度上拓寬了接入帶寬，但是它們都先天不足，有很大的局限性。

真正解決寬帶接入的是FTTx（光纖到小區(qū)、到樓、到家等），隨著城域網(wǎng)的快速發(fā)展和市場需求的驅(qū)動(dòng)，F(xiàn)TTx已成為接入網(wǎng)市場的熱點(diǎn)，企事業(yè)單位、住宅社區(qū)、網(wǎng)吧等單位和場所紛紛采用FTTx LAN的互聯(lián)網(wǎng)接入方式。

光纖接入技術(shù)是指從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商處租用光纖接入到單位的內(nèi)部，中間全部或部分使用光纖傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高速穩(wěn)定的Internet接入。光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬一般在50 Mbit／s以上。

使用光纖傳輸信息，一般在傳送兩端各使用一個(gè)光接收器，安裝在交換機(jī)或者路由器設(shè)備上，更多的是交換機(jī)或路由器帶光纖模塊接口，發(fā)送方的光模塊負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光信號，發(fā)送到光纖上，接收方的光模塊負(fù)責(zé)接收光信號，并將光信號還原為數(shù)據(jù)。

光以太網(wǎng)接入技術(shù)適用于已做好綜合布線及系統(tǒng)集成的小區(qū)住宅與商務(wù)樓宇等對象，需要的主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括交換機(jī)、超五類線等。由于原來的局域網(wǎng)技術(shù)相通，所有光纖以太網(wǎng)接入方式不需要重布線。

光纖以太網(wǎng)接入的特點(diǎn)：

●可靠性好、安全性高、擴(kuò)展性強(qiáng)。

●網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，可以和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無縫連接。

●采用波分復(fù)用技術(shù)，具備高接入帶寬（1～10 Gbit／s）。

●接入距離長、維護(hù)管理方便等。

（4）通過代理服務(wù)器接入Internet

家庭網(wǎng)絡(luò)、辦公網(wǎng)絡(luò)等，絕大多數(shù)都要聯(lián)上互聯(lián)網(wǎng)。由于上網(wǎng)費(fèi)用、通信線路資源有限、IPv4網(wǎng)絡(luò)地址資源有限、網(wǎng)絡(luò)安全等原因，同一局域網(wǎng)中的用戶一般都要共享同一賬號、同一線路、同一IP地址等接入互聯(lián)網(wǎng)。

共享上網(wǎng)的方式很多，主要分為代理服務(wù)器和路由器接入互聯(lián)網(wǎng)兩種。

代理服務(wù)器（Proxy Server）是建立在TCP／IP協(xié)議應(yīng)用層上的一種服務(wù)軟件。把局域網(wǎng)內(nèi)的所有需要訪問網(wǎng)絡(luò)的需求，統(tǒng)一提交給局域網(wǎng)出口的代理服務(wù)器，由代理服務(wù)器與Internet上的ISP設(shè)備聯(lián)系，然后將信息傳遞給提出需求的設(shè)備。

①代理服務(wù)器的主要功能

●共享上網(wǎng)：代理服務(wù)器是局域網(wǎng)與外部網(wǎng)絡(luò)連接的出口，起到網(wǎng)關(guān)的作用。

●作為防火墻：代理服務(wù)器可以保護(hù)局域網(wǎng)的安全，起到了防火墻的作用。

●提高訪問速度：代理服務(wù)器將遠(yuǎn)程服務(wù)器提供的數(shù)據(jù)保存在自己的緩存中，可供多個(gè)用戶共享，可以節(jié)約帶寬、提高訪問速度。

②代理服務(wù)器工作過程

使用代理服務(wù)器瀏覽WWW網(wǎng)絡(luò)信息，IE瀏覽不是直接到Web服務(wù)器去取回網(wǎng)頁，而是向代理服務(wù)器發(fā)出請求，由代理服務(wù)器取回IE瀏覽器所需要的信息，再反饋給申請信息的計(jì)算機(jī)。

由于代理服務(wù)器是介于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的一臺中間設(shè)備，需要滿足局域網(wǎng)內(nèi)部所有計(jì)算機(jī)訪問Internet服務(wù)的請求，因此大部分代理服務(wù)器都是一臺高性能的計(jì)算機(jī)，具有高速運(yùn)轉(zhuǎn)的CPU（甚至是雙CPU或四CPU）；具有高速緩沖存儲器（Cache），Cache容量也較大，存放最近從Internet上取回的信息，不重新從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上取數(shù)據(jù)，而直接將Cache上的數(shù)據(jù)傳送給用戶的瀏覽器，這樣就能顯著提高瀏覽速度和效率，如圖4.56所示。

圖4.56　代理服務(wù)器（添加了Cache）工作過程

③代理服務(wù)器軟件種類

第1種代理服務(wù)器軟件是操作系統(tǒng)自帶的。Windows操作系統(tǒng)自帶有Internet連接共享（ICS，Internet Connection Sharing）軟件。

第2種是第3方代理服務(wù)器軟件。第3方代理服務(wù)器軟件又分為兩類，一種是通常意義上的代理服務(wù)器軟件，如Wingate、Winproxy等。另一種是網(wǎng)關(guān)代理軟件，該方式在代理服務(wù)器上設(shè)置一個(gè)軟網(wǎng)關(guān)，利用軟網(wǎng)關(guān)來完成上網(wǎng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和中繼的任務(wù)，而客戶機(jī)通過這個(gè)網(wǎng)關(guān)上網(wǎng)，如Sygate、WinRoute等。

案例分析

小型家庭網(wǎng)絡(luò)接入Internet

張先生家里添置了三臺計(jì)算機(jī)（兩臺臺式機(jī)和一臺筆記本電腦）和一臺打印機(jī)，要將三臺計(jì)算機(jī)互連，組成簡單的對等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以共享打印機(jī)、刻錄機(jī)以及程序文件等，三臺還可以同時(shí)上Internet。張先生家有電話線。

（1）張先生家連網(wǎng)的主要應(yīng)用需求

①證券交易、財(cái)經(jīng)資訊、網(wǎng)上購物等。

②張先生是高職學(xué)院的老師，要進(jìn)行多媒體課件制作、課表查詢、錄入成績、網(wǎng)上輔導(dǎo)答疑、技術(shù)咨詢、技術(shù)合作、學(xué)術(shù)交流等。

③圖書查詢、檢索、在線閱讀等。

④家庭辦公和娛樂。

（2）方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

①采用快速以太網(wǎng)100BASE-T，并以星型結(jié)構(gòu)連網(wǎng)，如圖4.57所示的邏輯拓?fù)鋱D，一個(gè)ADSLModem（電信部門提供），一端接電話線一端接無線寬帶路由器；無線寬帶路由器有有線和無線兩種連接，一臺PC用有線連接，另兩臺用無線連接，打印機(jī)連接在PC2上，可實(shí)現(xiàn)共享。

圖4.57　邏輯拓?fù)鋱D

②要安裝ADSL，需要到當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（即用戶電話運(yùn)營商）申請ADSL業(yè)務(wù)。ADSL目前提供兩種接入方式：專線方式與虛擬撥號方式，可選擇2，4，8，16，25 Mbit／s等不同的接入速率，速率根據(jù)用戶的通信數(shù)據(jù)量來確定。專線方式即用戶24小時(shí)在線，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商為用戶提供靜態(tài)IP地址，可將用戶局域網(wǎng)接入，主要面對中小型公司用戶和網(wǎng)吧用戶，價(jià)格較貴。虛擬撥號方式主要面對上網(wǎng)時(shí)間短、數(shù)據(jù)量不大的用戶，如個(gè)人用戶及小型公司等，但與傳統(tǒng)撥號不同，這里的“虛擬撥號”是指根據(jù)用戶名與口令認(rèn)證，接入相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，并沒有真正的撥電話號碼，費(fèi)用也與電話服務(wù)無關(guān)，這種方式價(jià)格較便宜。

③無線寬帶路由器是一種硬件和軟件充分結(jié)合的共享上網(wǎng)方式，該類設(shè)備通常除具有共享上網(wǎng)的功能外，還具有Hub的功能。它們通過內(nèi)置的硬件芯片來完成互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)之間數(shù)據(jù)包的交換管理，實(shí)質(zhì)也就是在芯片中固化了共享上網(wǎng)軟件，當(dāng)然，功能強(qiáng)大的大型路由器不在此列。由于是硬件工作，不依賴于操作系統(tǒng)，因此該種方式的穩(wěn)定性較好，但是可更新性比軟件稍差，并且需要另外購買共享上網(wǎng)路由器。

通常“硬件共享上網(wǎng)”也有兩種方式：一種是通過ADSL調(diào)制解調(diào)器的路由功能共享上網(wǎng)；另一種是通過SOHO寬帶路由器共享上網(wǎng)，本例屬于后者。

④IP地址的獲?。簩拵酚善鞴袒薉HCP軟件，可以給主機(jī)自動(dòng)分配IP地址，一般IP地址為192.168.1 0／24這個(gè)私有網(wǎng)段。寬帶路由器與外網(wǎng)連接的IP地址的設(shè)置請讀者參見寬帶路由器的說明書，是不難完成的，只是外網(wǎng)連接的IP地址等由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商提供。

小知識

ADSL網(wǎng)速計(jì)算

運(yùn)營商產(chǎn)品介紹里提及的寬帶網(wǎng)速，指的是用戶端Modem至電信寬帶接入設(shè)備（DSLAM）之間的物理接口速率。計(jì)算機(jī)中存取數(shù)據(jù)的單位是“字節(jié)”，即byte（大寫B(tài)），而數(shù)據(jù)通信是以“字位”作為單位，即bit，兩者之間的關(guān)系是1B= 8 bit。電信業(yè)務(wù)中提到的網(wǎng)速為1 M、2 M等是以數(shù)據(jù)通信的字位作為單位計(jì)算的。所以計(jì)算機(jī)軟件顯示的下載速度為200 kB／s時(shí)，1實(shí)際線路連接速率不小于1.6 Mbit，網(wǎng)速參考公式：帶寬×1 000÷8，單位：kB／s，例如：1 Mbit／s= 125 kB／s，2 Mbit／s= 250 kB／s，3 Mbit／s= 375 kB／s，4 Mbit／s= 500 kB／s，以此類推。

互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬是動(dòng)態(tài)變化的，它的實(shí)時(shí)帶寬主要取決于：運(yùn)營商骨干出口帶寬；運(yùn)營商提供給客戶的接入帶寬；客戶所訪問的內(nèi)容提供商的帶寬；線路和設(shè)備衰耗；同時(shí)在線的人數(shù)；用戶自建局域網(wǎng)等多個(gè)要素。

6.無線寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

除了有線網(wǎng)絡(luò)之外，還有各種不需要線纜即可在主機(jī)之間傳輸信息的技術(shù)，即無線技術(shù)。

（1）無線寬帶網(wǎng)絡(luò)概述

無線技術(shù)使用電磁波在設(shè)備之間傳送信息。電磁波是通過空間傳送無線電信號的一種介質(zhì)。

傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)定義：帶寬超過1.54 Mbit／s（T1網(wǎng)絡(luò)帶寬）的網(wǎng)絡(luò)可稱為寬帶網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)采用不同技術(shù)和協(xié)議的無線連接的傳輸范圍，可以將無線網(wǎng)絡(luò)分為4類（見圖4.58），即：

●UWB：超寬帶無線個(gè)域網(wǎng)

●Wi-Fi：無線局域網(wǎng)

●WiMAX：無線城域網(wǎng)

●3 G或4 G：無線廣域網(wǎng)

與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)。其主要優(yōu)點(diǎn)之一就是能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行連接。廣泛分布在公共場合當(dāng)中的無線接入點(diǎn)（稱為熱點(diǎn)），使人們能夠輕松連接到Internet，下載信息和收發(fā)電子郵件與文件。

無線技術(shù)的安裝非常簡單經(jīng)濟(jì)，而且家庭和企業(yè)無線設(shè)備的價(jià)格也在不斷下降。隨著設(shè)備價(jià)格的下降，其數(shù)據(jù)速率和功能卻在提高，并能支持更快、更可靠的無線連接。

由于不受電纜連接的限制，網(wǎng)絡(luò)可以利用無線技術(shù)輕易地?cái)U(kuò)展。新用戶和來訪者可以快速而輕松地加入網(wǎng)絡(luò)。

無線技術(shù)非常靈活，有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有一定的局限性（干擾）和風(fēng)險(xiǎn)（安全）。

圖4.58　無線網(wǎng)絡(luò)分類

（2）Wi-Fi：無線局域網(wǎng)

①無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

為確保無線設(shè)備之間能互相通信，已經(jīng)產(chǎn)生了許多標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了使用的RF頻譜、數(shù)據(jù)速率、信息傳輸方式等。負(fù)責(zé)創(chuàng)建無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的主要組織是IEEE。IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)用于管理WLAN環(huán)境。目前可用的附錄有802.11a、802.11b、802.11g和802.11n。這些技術(shù)統(tǒng)稱為無線保真（Wireless Fidelity，Wi-Fi）。表4.7簡要地比較了當(dāng)前的WLAN標(biāo)準(zhǔn)及其使用的技術(shù)。

表4.7　WLAN標(biāo)準(zhǔn)及其技術(shù)特征

②無線網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備

采用某種標(biāo)準(zhǔn)后，WLAN中的所有組件都必須遵循該標(biāo)準(zhǔn)或與該標(biāo)準(zhǔn)兼容。需要考慮的組件主要包括無線客戶端、接入點(diǎn)、無線網(wǎng)橋和天線，如圖4.59所示。

圖4.59　無線網(wǎng)絡(luò)組件

無線客戶端也被稱為STA。STA是無線網(wǎng)絡(luò)中任何可編址的主機(jī)，如筆記本電腦或PDA。和以太網(wǎng)一樣，無線網(wǎng)卡也使用MAC地址來標(biāo)識終端設(shè)備。客戶端軟件運(yùn)行在STA中，讓STA能夠連接到無線網(wǎng)絡(luò)。無線STA可以是固定的，也可以是移動(dòng)的。

接入點(diǎn)（AP）是將無線網(wǎng)絡(luò)和有線LAN相連的設(shè)備。大多數(shù)家庭和小型企業(yè)環(huán)境都使用多功能設(shè)備，設(shè)備包含AP、交換機(jī)和路由器等的功能，通常被稱為無線路由器。這種設(shè)備充當(dāng)傳統(tǒng)的網(wǎng)橋，將幀在無線網(wǎng)絡(luò)使用的802.11格式和以太網(wǎng)使用的802.3格式之間轉(zhuǎn)換。AP還跟蹤所有關(guān)聯(lián)的無線客戶端，并負(fù)責(zé)傳輸前往或來自無線客戶端的幀。

無線網(wǎng)橋用于提供遠(yuǎn)距離的點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)連接，它們很少用于連接STA，而使用無線技術(shù)將兩個(gè)有線LAN網(wǎng)段連接起來。使用無須許可的RF頻率時(shí)，橋接技術(shù)可連接相隔40 km甚至更遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)。

天線用于AP、STA和無線網(wǎng)橋中，根據(jù)發(fā)射信號的方式可將天線分為定向和全向天線。定向天線將信號強(qiáng)度集中到一個(gè)方向發(fā)射，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，如常用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)橋接，即將兩個(gè)相隔遙遠(yuǎn)的場點(diǎn)連接起來。而全向天線則朝所有方向均勻發(fā)射信號，如AP通常使用全向天線，以便在較大的區(qū)域內(nèi)提供連接性。

③無線局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制規(guī)范

在WLAN中，由于沒有清晰的邊界定義，因而無法檢測到傳輸過程中是否發(fā)生沖突。因此，必須在無線網(wǎng)絡(luò)中使用可避免發(fā)生沖突的訪問方法。

無線技術(shù)使用的訪問方法稱為“載波偵聽多路訪問／沖突避免”（Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Avoidance，CSMA／CA）。CSMA／CA可以預(yù)約供特定通信使用的通道。在預(yù)約之后，其他設(shè)備就無法使用該通道傳輸，從而避免沖突。

這種預(yù)約過程是如何運(yùn)作的呢？如果一臺設(shè)備需要使用BSS中的特定通信通道，就必須向AP申請權(quán)限，這稱為“請求發(fā)送”（Request to Send，RTS）。如果通道可用，AP將使用“允許發(fā)送”（Clear to Send，CTS）報(bào)文響應(yīng)該設(shè)備，表示設(shè)備可以使用該通道傳輸。CTS將廣播到BSS中的所有設(shè)備，所有設(shè)備就會知道該通道正在使用中。

通信完成之后，請求該通道的設(shè)備將給AP發(fā)送另一條消息，稱為“確認(rèn)”（Acknowledgement，ACK）。ACK告知AP可以釋放該通道。此消息也會廣播到WLAN中的所有設(shè)備，所有設(shè)備就知道該通道重新可用。

④無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)模式

WLAN有兩種基本形式：對等模式和基礎(chǔ)架構(gòu)模式。

●對等模式

最簡單的無線網(wǎng)絡(luò)是以對等方式將多個(gè)無線客戶端連接在一起。以這種方式組建的無線網(wǎng)絡(luò)被稱為對等網(wǎng)絡(luò)，其中沒有AP。對等網(wǎng)絡(luò)中的所有客戶端都是平等的，如圖4.60所示。這種網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域稱為獨(dú)立基本服務(wù)集（IBSS）。簡單的對等網(wǎng)絡(luò)可用于在設(shè)備之間交換文件和信息，而免除了購買和配置AP的成本和麻煩。

●基礎(chǔ)架構(gòu)模式

對等模式適用于小型網(wǎng)絡(luò)，但大型網(wǎng)絡(luò)需要一臺設(shè)備來控制無線蜂窩中的通信。如果存在AP，AP將承擔(dān)角色，負(fù)責(zé)控制可通信的用戶及通信時(shí)間。當(dāng)AP負(fù)責(zé)控制蜂窩內(nèi)的通信時(shí)，被稱為基礎(chǔ)架構(gòu)模式，它是家庭和企業(yè)環(huán)境中最常用的無線通信模式，如圖4.61所示。在這種WLAN中，STA之間不能直接通信。要進(jìn)行通信，每臺設(shè)備都必須獲得AP的許可。AP控制所有通信，確保所有STA都能平等地訪問媒體。單個(gè)AP覆蓋的區(qū)域稱為基本服務(wù)集（BSS）或蜂窩。

圖4.60　獨(dú)立基本服務(wù)集

圖4.61　基本服務(wù)集

BSS是最小的WLAN組成部分。由于單個(gè)AP覆蓋的區(qū)域有限，經(jīng)常將多個(gè)BSS連接起來構(gòu)成一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)集（ESS）。ESS由多個(gè)通過分布系統(tǒng)連接在一起的BSS組成。ESS使用多個(gè)AP，其中每個(gè)AP都位于一個(gè)獨(dú)立的BSS中，如圖4.62所示。雖然包含獨(dú)立的BSS，但整個(gè)ESS使用的服務(wù)集標(biāo)識符（SSID）相同。

圖4.62　擴(kuò)展服務(wù)集

⑤服務(wù)區(qū)域認(rèn)證ID（SSID）

服務(wù)集標(biāo)識符（SSID）用于標(biāo)識無線設(shè)備所屬的WLAN以及能與其相互通信的設(shè)備。無論是哪種類型的WLAN，同一個(gè)WLAN中的所有設(shè)備必須使用相同的SSID配置才能進(jìn)行通信。

在構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要將無線組件連接到適當(dāng)?shù)腤LAN，這可以通過使用SSID來選擇適當(dāng)?shù)腤LAN。

SSID是一個(gè)區(qū)分大小寫的字母數(shù)字字符串，最多可以包含32個(gè)字符。它包含在所有幀的報(bào)頭中，并通過WLAN傳輸。

（3）WiMAX：無線城域網(wǎng)

①WiMAX概述

WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）旨在為廣闊區(qū)域內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)用戶提供高速無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，視線覆蓋范圍可達(dá)112.6 km，非視線覆蓋范圍可達(dá)40 km，帶寬70 Mbit／s，WiMAX技術(shù)的帶寬足以取代傳統(tǒng)的T1型和xDSL型有線連接為企業(yè)或家庭提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，可取代部分互聯(lián)網(wǎng)有線骨干網(wǎng)絡(luò)提供更人性化、多樣化的服務(wù)。與之對應(yīng)的是一系列IEEE 802.16協(xié)議。

802.16協(xié)議的發(fā)展及對比如表4.8所示。

②WiMAX架構(gòu)

架構(gòu)與802.11基站模式類似。

基站以點(diǎn)對多點(diǎn)連接為用戶提供服務(wù)，這段被稱為“最后1公里”。

基站之間或與上層網(wǎng)絡(luò)以點(diǎn)對點(diǎn)連接（光纖、電纜、微波）相連，稱為“回程”，如圖4.63所示。

③頻段

●10～66 GHz（適合視線傳輸，作為回程連接載波）。

●2～11 GHz（適合非視線傳輸，用于“最后1公里”傳輸）。

表4.8　802　16協(xié)議對比

圖4.63　WiMAX架構(gòu)

④WiMAX介質(zhì)訪問控制協(xié)議

WiMAX介質(zhì)訪問控制包含了全雙工信道傳輸、點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸?shù)目蓴U(kuò)展性以及對QoS的支持等特征。

●全雙工信道利用WiMAX的寬頻特性提供更高效的寬帶服務(wù)。

●可擴(kuò)展性指單個(gè)WiMAX基站可為多個(gè)用戶同時(shí)提供服務(wù)。

●QoS是針對不同用戶的不同需求提供更優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)流服務(wù)。

無線寬帶技術(shù)可為家庭、校園／企業(yè)、城市甚至全球范圍內(nèi)的用戶提供泛在的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)所需的更廣泛地互聯(lián)互通勢必缺少不了無線寬帶的支持。

7.中國的“三網(wǎng)融合”

三網(wǎng)融合是指電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)通過技術(shù)改造，能夠提供包括語音、數(shù)據(jù)、圖像等綜合多媒體的通信業(yè)務(wù)。三網(wǎng)融合是一種廣義的、社會化的說法，在現(xiàn)階段它并不意味著電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)的物理合一，而主要是指高層業(yè)務(wù)應(yīng)用的融合。其表現(xiàn)為技術(shù)上趨向一致，網(wǎng)絡(luò)層上可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，形成無縫覆蓋，業(yè)務(wù)層上互相滲透和交叉，應(yīng)用層上趨向使用統(tǒng)一的IP協(xié)議，在經(jīng)營上互相競爭、互相合作，朝著向人類提供多樣化、多媒體化、個(gè)性化服務(wù)的同一目標(biāo)逐漸交匯在一起，行業(yè)管制和政策方面也逐漸趨向統(tǒng)一。

關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的更多知識，會在后續(xù)課程中繼續(xù)學(xué)習(xí)。主要涉及局域網(wǎng)技術(shù)、因特網(wǎng)技術(shù)、接入因特網(wǎng)、使用WWW、電子郵件、FTP以及資源共享、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)站建立等知識。

4.2.2　短距離無線通信技術(shù)

短距離無線通信采用的主要協(xié)議有藍(lán)牙（802.15.1協(xié)議）、紫蜂ZigBee（802.15.4協(xié)議）、紅外及近距離無線通信NFC等。

1.藍(lán)牙技術(shù)

（1）藍(lán)牙技術(shù)的起源

1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司五家著名廠商，在聯(lián)合開展短程無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)時(shí)提出了藍(lán)牙技術(shù)，其宗旨是提供一種短距離、低成本的無線傳輸應(yīng)用技術(shù)。藍(lán)牙的名字來源于10世紀(jì)丹麥國王Harold Bluetooth（因?yàn)樗窒矚g吃藍(lán)梅，所以牙齒每天都帶著藍(lán)色），他將當(dāng)時(shí)的瑞典、芬蘭與丹麥統(tǒng)一起來。用他的名字來命名這種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來的意思。

（2）藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)

●一種支持設(shè)備短距離通信（一般10 m內(nèi)）的無線通信技術(shù)。

●采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)通信。

●工作在全球通用的2.4 GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。

●通信速率為1 Mbit／s。

●采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。

●采用802.15.1協(xié)議。

（3）藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用

利用藍(lán)牙技術(shù)能在包括移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。利用“藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地簡化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而使數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。

（4）藍(lán)牙匹配規(guī)則

兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備在進(jìn)行通訊前，必須將其匹配在一起，以保證其中一個(gè)設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)信息只會被經(jīng)過允許的另一個(gè)設(shè)備所接受。藍(lán)牙技術(shù)將設(shè)備分為兩種：主設(shè)備和從設(shè)備。

①藍(lán)牙主設(shè)備

主設(shè)備一般具有輸入端。在進(jìn)行藍(lán)牙匹配操作時(shí)，用戶通過輸入端輸入隨機(jī)的匹配密碼來將兩個(gè)設(shè)備匹配。藍(lán)牙手機(jī)、安裝有藍(lán)牙模塊的PC等都是主設(shè)備。例如，藍(lán)牙手機(jī)和藍(lán)牙PC進(jìn)行匹配時(shí)，用戶可在藍(lán)牙手機(jī)上任意輸入一組數(shù)字，然后在藍(lán)牙PC上輸入相同的一組數(shù)字，以此來完成這兩個(gè)設(shè)備之間的匹配。

②藍(lán)牙從設(shè)備

從設(shè)備一般不具備輸入端。因此在從設(shè)備出廠時(shí)，在其藍(lán)牙芯片中，固化有一個(gè)4位或6位數(shù)字的匹配密碼。藍(lán)牙耳機(jī)、UD數(shù)碼筆等都是從設(shè)備。例如，藍(lán)牙PC與UD數(shù)碼筆匹配時(shí)，用戶將UD筆上的藍(lán)牙匹配密碼正確地輸入到藍(lán)牙PC上，完成UD筆與藍(lán)牙PC之間的匹配。

主設(shè)備與主設(shè)備之間、主設(shè)備與從設(shè)備之間，是可以互相匹配在一起的，而從設(shè)備與從設(shè)備是無法匹配的。例如，藍(lán)牙PC與藍(lán)牙手機(jī)可以匹配在一起；藍(lán)牙PC也可以與UD筆匹配在一起；而UD筆與UD筆之間是不能匹配的。

一個(gè)主設(shè)備，可匹配一個(gè)或多個(gè)其他設(shè)備。例如，一部藍(lán)牙手機(jī)，一般只能匹配7個(gè)藍(lán)牙設(shè)備；而一臺藍(lán)牙PC，可匹配十多個(gè)或數(shù)十個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。在同一時(shí)間，藍(lán)牙設(shè)備之間僅支持點(diǎn)對點(diǎn)通訊。

2.紫蜂ZigBee技術(shù)

（1）ZigBee技術(shù)來源

ZigBee這個(gè)名字來源于蜂群的通信方式，蜜蜂之間通過跳ZigBee形狀的舞蹈來交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距離等信息。借此意義將ZigBee作為新一代無線通訊技術(shù)的名稱。

ZigBee聯(lián)盟成立于2002年8月，由英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司組成，如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設(shè)備公司和開發(fā)商的加入。聯(lián)盟是一個(gè)高速成長的非盈利業(yè)界組織。聯(lián)盟制定了基于IEEE802.15.4，具有高可靠、高性價(jià)比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。

（2）802.15.4／ZigBee協(xié)議的結(jié)構(gòu)

802.15.4／ZigBee是無線傳感網(wǎng)領(lǐng)域最為著名的無線通信協(xié)議，協(xié)議的結(jié)構(gòu)如圖4.64所示。ZigBee主要定義了網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層以及之上的應(yīng)用層的規(guī)范；802.15.4主要定義了短距離通信的物理層以及鏈路層的規(guī)范。

圖4.64　802.15.4／ZigBee協(xié)議的結(jié)構(gòu)

（3）ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)的傳輸。其具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

●紫蜂是一種無線連接，可工作在2.4 GHz（全球流行）、868 MHz（歐洲流行）和915 MHz（美國流行）3個(gè)頻段上，分別具有最高250 kbit／s，20 kbit／s和40 kbit／s的傳輸速率。

●紫蜂是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。

●通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75 m到幾百米、幾千米，并且支持無限擴(kuò)展。

●ZigBee是一個(gè)由可多到65 000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的無線網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。

●與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，紫蜂網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單、使用方便、工作可靠、價(jià)格低的特點(diǎn)。

●移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬元人民幣以上，而每個(gè)紫蜂網(wǎng)絡(luò)“基站”卻不到1 000元人民幣。

（4）ZigBee的應(yīng)用

①工業(yè)控制

工業(yè)控制現(xiàn)場存在布線困難，為了解決這一問題，無線通信技術(shù)被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，如圖4.65為石油工業(yè)中ZigBee的應(yīng)用，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將生產(chǎn)信息傳送到因特網(wǎng)，監(jiān)控中心就能獲取計(jì)量站、管道、油井的相關(guān)信息。

圖4.65　石油工業(yè)中的應(yīng)用

②智能農(nóng)業(yè)

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，由于應(yīng)用傳感器的范圍較廣，各種環(huán)境監(jiān)測傳感器如果以有線方式進(jìn)行連接的話，連線復(fù)雜，更改困難，為了實(shí)現(xiàn)溫室加熱的智能控制，如圖4.66所示，采用Zig-Bee網(wǎng)絡(luò)獲取傳感器信息，控制自動(dòng)加熱和自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，滿足農(nóng)作物生長的需要。

圖4.66　智能農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

③智能交通

智能交通領(lǐng)域應(yīng)用ZigBee無線通信技術(shù)，可以減少布線，而且更加靈活。如圖4.67所示，交通燈控制節(jié)點(diǎn)、流量監(jiān)測節(jié)點(diǎn)以無線方式和控制中心通信，控制中心可以根據(jù)流量，實(shí)時(shí)調(diào)整交通燈時(shí)間。

圖4.67　智能交通中的應(yīng)用

ZigBee的其他知識（包含ZigBee協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)配置和組網(wǎng)技術(shù)）將在后續(xù)課程《無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》中具體學(xué)習(xí)。

3.紅外通信技術(shù)

（1）紅外通信技術(shù)概述

紅外通信技術(shù)使用一種點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，是傳統(tǒng)的設(shè)備之間連接線纜的替代。它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。

紅外通信技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

●通訊距離一般在0～1 m，傳輸速率最快可達(dá)16 Mbit／s，通訊介質(zhì)為波長900 nm左右的近紅外線。

●小角度（30°錐角以內(nèi)），短距離，點(diǎn)對點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)。

●傳輸速率較高，目前4 M速率的FIR技術(shù)已被廣泛使用，16 M速率的VFIR技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。

（2）IrDA紅外通信標(biāo)準(zhǔn)

IrDA是紅外數(shù)據(jù)組織（Infrared Data Association）的簡稱，IrDA紅外連接技術(shù)就是由該組織提出的。在紅外通信技術(shù)發(fā)展早期，存在好幾個(gè)紅外通信標(biāo)準(zhǔn)，不同標(biāo)準(zhǔn)之間的紅外設(shè)備不能進(jìn)行紅外通信。

為了使各種紅外設(shè)備能夠互聯(lián)互通，1993年，由二十多個(gè)大廠商發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（IrDA），統(tǒng)一了紅外通信的標(biāo)準(zhǔn)，這就是目前被廣泛使用的IrDA紅外數(shù)據(jù)通信協(xié)議及規(guī)范。

IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無需申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉，并且還具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點(diǎn)。此外，紅外線發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高。

IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對準(zhǔn)，中間不能被其他物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺（非多臺）設(shè)備之間的連接。而藍(lán)牙就沒有此限制，且不受墻壁的阻隔。

4.近距離通信（NFC）技術(shù)

（1）NFC技術(shù)概述

近距離通信（Near Field Communication，NFC）是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸（在10 cm內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。此技術(shù)由免接觸式射頻識別（RFID）演變而來，并向下兼容RFID，最早由Philips、Nokia和Sony主推，它能快速自動(dòng)地建立無線網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、Wi-Fi設(shè)備提供一個(gè)“虛擬連接”，使電子設(shè)備可以在短距離范圍進(jìn)行通訊。NFC最初僅僅是遙控識別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無線連接技術(shù)。

NFC技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

●NFC是一個(gè)開放接口平臺，可以對無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速、主動(dòng)設(shè)置，也是虛擬連接器，服務(wù)于現(xiàn)有蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙和無線802.11設(shè)備。

●NFC采用了和RFID不同的雙向識別和連接。在20 cm距離內(nèi)工作于13.56 MHz頻率范圍。

NFC將非接觸讀卡器、非接觸卡和點(diǎn)對點(diǎn)（Peer-to-Peer）功能整合進(jìn)一塊單芯片，為消費(fèi)者的生活方式開創(chuàng)了不計(jì)其數(shù)的全新機(jī)遇。

（2）NFC技術(shù)的原理

NFC的設(shè)備可以在主動(dòng)或被動(dòng)模式下交換數(shù)據(jù)。在被動(dòng)模式下，啟動(dòng)NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備（主設(shè)備），在整個(gè)通信過程中提供射頻場。它可以選擇106，212，424 kbit／s中的一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺設(shè)備。另一臺設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備（從設(shè)備），不必產(chǎn)生射頻場，而使用負(fù)載調(diào)制（Load Modulation）技術(shù)，即可以用相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。

移動(dòng)設(shè)備主要以被動(dòng)模式操作，可以大幅降低功耗，并延長電池壽命。電池電量較低的設(shè)備可以要求以被動(dòng)模式充當(dāng)目標(biāo)設(shè)備，而不是發(fā)起設(shè)備。其工作原理如圖4.68所示。

圖4.68　NFC被動(dòng)通信模式

在主動(dòng)模式下，每臺設(shè)備要向另一臺設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，都必須產(chǎn)生自己的射頻場。這是對等網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式，可以獲得非?？焖俚倪B接設(shè)置。其工作原理如圖4.69所示。

圖4.69　NFC主動(dòng)通信模式

（3）NFC技術(shù)的優(yōu)勢

●NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。

●NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容。

●NFC是一種近距離連接協(xié)議。

●NFC是一種近距離的私密通信方式。

●NFC在門禁、公交、手機(jī)支付等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用。

●NFC還優(yōu)于紅外和藍(lán)牙傳輸方式。

●NFC技術(shù)支持多種應(yīng)用，包括移動(dòng)支付與交易、對等式通信及移動(dòng)中信息訪問等。

NFC設(shè)備可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及設(shè)備對設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，其應(yīng)用主要可分為以下4個(gè)基本類型：用于付款和購票、用于電子票證、用于智能媒體以及用于交換、傳輸數(shù)據(jù)。

5.Wireless HART

（1）HART簡介

HART（Highway Addressable Remote Transducer）是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應(yīng)時(shí)間的通信，經(jīng)過十多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國外已經(jīng)十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

HART協(xié)議采用FSK頻移鍵控信號，在低頻的4～20 mA模擬信號上疊加幅度為0 5 mA的音頻數(shù)字信號進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸速率為1.2 Mbit／s。

HART通信采用的是半雙工的通信方式，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中的過渡性產(chǎn)品。

HART采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語言DDL。

（2）Wireless HART簡介

Wireless HART是第一個(gè)開放式的可互操作無線通信標(biāo)準(zhǔn)，用于滿足流程工業(yè)對于實(shí)時(shí)工廠應(yīng)用中可靠、穩(wěn)定和安全的無線通信的關(guān)鍵需求。每個(gè)Wireless HART網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)主要組成部分：

●連接到過程或工廠設(shè)備的無線現(xiàn)場設(shè)備。

●使這些設(shè)備與連接到高速背板的主機(jī)應(yīng)用程序或其他現(xiàn)有廠級通信網(wǎng)絡(luò)能通信的網(wǎng)關(guān)。

●負(fù)責(zé)配置網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度設(shè)備間通信、管理報(bào)文路由和監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)健康的網(wǎng)管軟件。網(wǎng)管軟件能和網(wǎng)關(guān)、主機(jī)應(yīng)用程序或過程自動(dòng)化控制器集成到一起。

網(wǎng)絡(luò)使用兼容運(yùn)行在2.4 GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)藥（ISM）頻段上的無線電IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。無線電采用直接序列擴(kuò)頻（DSSS）、通信安全與可靠的信道跳頻、時(shí)分多址（TDMA）同步、網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備間延控通信（Latency-controlled Communications）技術(shù)。

6.6LowPAN

（1）無線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）簡介

無線個(gè)域網(wǎng)是在個(gè)人周圍空間形成的無線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)通常指覆蓋范圍在半徑10 m以內(nèi)的短距離無線網(wǎng)絡(luò)，尤其是指能在便攜式消費(fèi)者電器和通信設(shè)備之間進(jìn)行短距離特別連接的自組織網(wǎng)。

WPAN被定位于短距離無線通信技術(shù)，但根據(jù)不同的應(yīng)用場合又分為高速WPAN （HR-WPAN）和低速WPAN（LR-WPAN）兩種。

①高速WPAN（HR-WPAN）

發(fā)展高速WPAN是為了連接下一代便攜式消費(fèi)者電器和通信設(shè)備，支持各種高速率的多媒體應(yīng)用，包括高質(zhì)量聲像配送、多兆字節(jié)音樂和圖像文檔傳送等。這些多媒體設(shè)備之間的對等連接要提供20 Mbit／s以上的數(shù)據(jù)速率以及在確保的帶寬內(nèi)提供一定的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。高速率WPAN在寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中占有一席之地。

②低速WPAN（LR-WPAN）

發(fā)展低速WPAN是因?yàn)樵谌粘Ｉ钪胁⒉皇嵌夹枰咚賾?yīng)用。在家庭、工廠與倉庫自動(dòng)化控制、安全監(jiān)視、保健監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)視、軍事行動(dòng)、消防指揮、貨單自動(dòng)更新、庫存實(shí)時(shí)跟蹤以及在游戲和互動(dòng)式玩具等方面都可以開展許多低速應(yīng)用。

（2）6LowPan簡介

6LowPAN是“IPv6 over Low powerWireless Personal Area Networks”（低功率無線個(gè)域網(wǎng)上的IPv6）的縮寫，為低速無線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

6LowPan技術(shù)底層采用IEEE 802.15.4規(guī)定的PHY層和MAC層，網(wǎng)絡(luò)層采用IPv6協(xié)議。隨著LR-WPAN的飛速發(fā)展及下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益普及，6LowPan技術(shù)將廣泛應(yīng)用于智能家居、環(huán)境監(jiān)測等多個(gè)領(lǐng)域。例如，在智能家居中，可將6LowPan節(jié)點(diǎn)嵌入到家具和家電中。通過無線網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)智能家居環(huán)境的管理。

4.2.3　長距離移動(dòng)通信技術(shù)

移動(dòng)通信（Mobile Communication）是指通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動(dòng)中并同時(shí)進(jìn)行信息傳輸和交換的通信方式。移動(dòng)體可以是人，也可以是汽車、火車、輪船等在移動(dòng)狀態(tài)中的物體。

1.移動(dòng)通信系統(tǒng)組成

移動(dòng)通信系統(tǒng)包括無繩電話、無線尋呼、陸地蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信等。移動(dòng)體之間通信聯(lián)系的傳輸手段只能依靠無線電通信，因此，無線通信是移動(dòng)通信的基礎(chǔ)。

移動(dòng)通信包括無線傳輸、有線傳輸、信息的收集、處理和存儲等，使用的主要設(shè)備有無線收發(fā)信機(jī)、移動(dòng)交換控制設(shè)備和移動(dòng)終端設(shè)備。

如圖4.70所示，移動(dòng)通信無線服務(wù)區(qū)由許多正六邊形小區(qū)覆蓋而成，呈蜂窩狀，通過接口與公眾通信網(wǎng)（PSTN、ISDN、PDN）互聯(lián)。

移動(dòng)通信系統(tǒng)包括移動(dòng)交換子系統(tǒng)（SS）、操作維護(hù)管理子系統(tǒng)（OMS）、基站子系統(tǒng)（BSS）和移動(dòng)臺（MS），是一個(gè)完整的信息傳輸實(shí)體。

移動(dòng)通信中建立一個(gè)呼叫是由BSS和SS共同完成的。BSS提供并管理MS和SS之間的無線傳輸通道，SS負(fù)責(zé)呼叫控制功能，所有的呼叫都是經(jīng)由SS建立連接的，OMS負(fù)責(zé)管理控制整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)。

圖4.70　移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成

MS也是一個(gè)子系統(tǒng)。它實(shí)際上是由移動(dòng)終端設(shè)備和用戶數(shù)據(jù)兩部分組成的，移動(dòng)終端設(shè)備稱為移動(dòng)設(shè)備，用戶數(shù)據(jù)存放在一個(gè)與移動(dòng)設(shè)備可分離的數(shù)據(jù)模塊中，此數(shù)據(jù)模塊稱為用戶識別卡（SIM）。

2.移動(dòng)通信的工作頻段

早期的移動(dòng)通信主要使用VHF和UHF頻段。目前，大容量移動(dòng)通信系統(tǒng)均使用800 MHz頻段（CDMA），900 MHz頻段（GSM），并開始使用1 800 MHz頻段（GSM 1800），該頻段用于微蜂窩（Microcell）系統(tǒng)。第三代移動(dòng)通信使用2.4 GHz頻段。

3.移動(dòng)通信的工作方式

從傳輸方式的角度來看，無線通信分為單向傳輸（廣播式）和雙向傳輸（應(yīng)答式）。單向傳輸只用于無線尋呼系統(tǒng)。雙向傳輸則有單工、雙工和半雙工3種工作方式。

單工通信是指通信雙方電臺交替地進(jìn)行收信和發(fā)信，根據(jù)收、發(fā)頻率的異同，又可分為同頻單工和異頻單工，如圖4.71所示。

半雙工通信的組成與雙工通信相似，移動(dòng)臺采用類似單工的“按講”方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機(jī)才工作，而接收機(jī)總是工作的。

雙工通信是指通信雙方電臺同時(shí)進(jìn)行收信和發(fā)信，如圖4.72所示。

4.移動(dòng)通信組網(wǎng)

移動(dòng)通信采用無線蜂窩式小區(qū)覆蓋和小功率發(fā)射的模式。蜂窩式組網(wǎng)放棄了點(diǎn)對點(diǎn)傳輸和廣播覆蓋模式，把整個(gè)服務(wù)區(qū)域劃分成若干個(gè)較小的區(qū)域（Cell，在蜂窩系統(tǒng)中稱為小區(qū)），各小區(qū)均用小功率的發(fā)射機(jī)（即基站發(fā)射機(jī)）進(jìn)行覆蓋，許多小區(qū)像蜂窩一樣能布滿（即覆蓋）任意形狀的服務(wù)地區(qū)，如圖4.73所示。

圖4.71　單工通信

圖4.72　雙工通信

圖4.73　蜂窩移動(dòng)通信小區(qū)覆蓋

（1）第一代移動(dòng)通信技術(shù)（1G）

改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)（Improved Mobile Telephone Service，IMTS）是美國貝爾實(shí)驗(yàn)室于1965年在MTS的基礎(chǔ)上所發(fā)展的汽車公用無線電話。

1982年，為了解決大區(qū)制容量飽和的問題，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了高級移動(dòng)電話系統(tǒng)AMPS。AMPS提出了“小區(qū)制”“蜂窩單元”的概念，同時(shí)采用頻率復(fù)用（Frequency Division Multiplexing，F(xiàn)DM）技術(shù)，解決了公用移動(dòng)通信系統(tǒng)所需要的大容量與頻譜資源限制的矛盾，主要實(shí)現(xiàn)模擬語音通信。

在100 km范圍之內(nèi)，IMTS每個(gè)頻率上只允許一個(gè)電話呼叫；AMPS以允許100個(gè)10 km的蜂窩單元，保證每個(gè)頻率上有10～15個(gè)電話呼叫。

（2）第二代移動(dòng)通信技術(shù)（2G）

以GSM制式和CDMA為主。它們都是數(shù)字制式的，除了可以進(jìn)行語音通信以外，還可以收發(fā)短信（短消息、SMS）、MMS（彩信、多媒體短信）、無線應(yīng)用協(xié)議（WAP）等。在中國內(nèi)地及臺灣以GSM最為普及，CDMA和小靈通（PHS）手機(jī)也很流行。

GSM移動(dòng)通信（900／1 800 MHz），GSM工作在900／1 800 MHz頻段，無線接口采用TDMA技術(shù)，核心網(wǎng)移動(dòng)性管理協(xié)議采用MAP協(xié)議。

CDMA移動(dòng)通信（800 MHz），CDMA工作在800 MHz頻段，核心網(wǎng)移動(dòng)性管理協(xié)議采用IS 41協(xié)議，無線接口采用窄帶碼分多址（CDMA）技術(shù)。CDMA在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用容量在理論上可以達(dá)到AMPS容量的20倍。CDMA可以同時(shí)區(qū)分并分離多個(gè)同時(shí)傳輸?shù)男盘枴DMA有以下特點(diǎn)：抗干擾性好、抗多徑衰落、保密安全性高、容量質(zhì)量之間可以權(quán)衡取舍、同頻率可在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用。

（3）第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）

第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3rd-generation，3G），是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)。3G技術(shù)發(fā)展歷程如圖4.74所示。

圖4.74　3G技術(shù)發(fā)展歷程

3G服務(wù)能夠同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾百kbit／s以上。第三代移動(dòng)通信（3G）可以提供所有2G的信息業(yè)務(wù)，同時(shí)保證更快的速度，以及更全面的業(yè)務(wù)內(nèi)容，如移動(dòng)辦公、視頻流服務(wù)等。

3G的主要特征是可提供移動(dòng)寬帶多媒體業(yè)務(wù)，包括高速移動(dòng)環(huán)境下支持144 kbit／s速率，步行和慢速移動(dòng)環(huán)境下支持384 kbit／s數(shù)據(jù)傳輸速率，室內(nèi)環(huán)境則應(yīng)達(dá)到2 Mbit／s的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)保證可靠的服務(wù)質(zhì)量。

人們發(fā)現(xiàn)從2G直接跳躍到3G存在較大的難度，于是出現(xiàn)了一個(gè)2.5G（也有人稱后期2.5G為2 75G）的過渡階段。

目前我國主要采用TD-SCDMA，W-CDMA和CDMA2000三種3G標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于三種標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容見表4.9。關(guān)于3種標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)內(nèi)容將在后續(xù)課程中進(jìn)行學(xué)習(xí)。

表4.9　3種3G標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)對比表

（4）第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）

4G是第四代移動(dòng)通信及其技術(shù)的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100 Mbit／s的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2 000倍，上傳的速度也能達(dá)到20 Mbit／s。而在用戶最為關(guān)注的價(jià)格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)不相上下。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)。

4G移動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。

第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）為技術(shù)核心。其主要思想是將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。

目前，4G通信具有的特征是：通信速度更快、網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬、通信更加靈活、智能性能更高、兼容性能更平滑、提供各種增殖服務(wù)、更高質(zhì)量的多媒體通信、頻率使用效率更高、通信費(fèi)用更加便宜。

通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，在中國，通信技術(shù)目前處于由3G逐步向4G過渡的階段，正在布局4G通信技術(shù)，下面對4代通信技術(shù)進(jìn)行簡單比較（見表4.10），幫助大家了解移動(dòng)通信技術(shù)。

表4.10　4代通信技術(shù)比較

4.2.4　設(shè)備到設(shè)備通信技術(shù)（M2M技術(shù)）

M2M（Machine to Machine）即“機(jī)器對機(jī)器”的縮寫，也可以理解為人與機(jī)器（Man to Machine）、機(jī)器與人（Machine to Man）等，旨在通過通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式的無縫連接。M2M技術(shù)概念如圖4.75所示。

圖4.75　設(shè)備到設(shè)備通信技術(shù)概念

M2M設(shè)備是能夠回答包含在一些設(shè)備中的數(shù)據(jù)的請求或能夠自動(dòng)傳送包含在這些設(shè)備中的數(shù)據(jù)的設(shè)備。M2M聚焦在無線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一種主要方式。

現(xiàn)在，M2M應(yīng)用遍及電力、交通、工業(yè)控制、零售、公共事業(yè)管理、醫(yī)療、水利、石油等多個(gè)行業(yè)，涉及車輛防盜、安全監(jiān)測、自動(dòng)售貨、機(jī)械維修、公共交通管理等領(lǐng)域。

1.M2M系統(tǒng)框架

從體系結(jié)構(gòu)方面考慮，M2M系統(tǒng)由機(jī)器、網(wǎng)關(guān)、IT系統(tǒng)構(gòu)成，從數(shù)據(jù)流的角度考慮，在M2M技術(shù)中，信息總是以相同的順序流動(dòng)，如圖4.76所示。

圖4.76　M2M體系結(jié)構(gòu)

圖4.77　M2M系統(tǒng)組成

2.M2M系統(tǒng)的組成部分

無論哪一種M2M技術(shù)與應(yīng)用，都涉及5個(gè)重要的技術(shù)部分：機(jī)器、M2M硬件、通信網(wǎng)絡(luò)、中間件、應(yīng)用，如圖4.77所示。

（1）智能化機(jī)器

實(shí)現(xiàn)M2M的第一步就是從機(jī)器／設(shè)備中獲得數(shù)據(jù)，然后把它們通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。使機(jī)器“開口說話”（Talk），讓機(jī)器具備信息感知、信息加工（計(jì)算能力）、無線通信能力。使機(jī)器具備“說話”能力的基本方法有兩種：生產(chǎn)設(shè)備的時(shí)候嵌入M2M硬件；對已有機(jī)器進(jìn)行改裝，使其具備通信／聯(lián)網(wǎng)能力。

（2）M2M硬件

M2M硬件是使機(jī)器獲得遠(yuǎn)程通信和聯(lián)網(wǎng)能力的部件。主要進(jìn)行信息的提取，從各種機(jī)器／設(shè)備那里獲取數(shù)據(jù)，并傳送到通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在的M2M硬件共分為5種：嵌入式硬件、可組裝硬件、調(diào)制解調(diào)器（Modem）、傳感器、識別標(biāo)識（Location Tags）。

M2M產(chǎn)品主要集中在卡類和模塊形態(tài)，如圖4.78所示。

圖4.78　M2M模塊和卡

（3）通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)將信息傳送到目的地，它在整個(gè)M2M技術(shù)框架中處于核心地位，包括廣域網(wǎng)（無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、Internet、公眾電話網(wǎng)）、局域網(wǎng)（以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)WLAN、Bluetooth）、個(gè)域網(wǎng)（ZigBee、傳感器網(wǎng)絡(luò)）。在M2M技術(shù)框架的通信網(wǎng)絡(luò)中，有兩個(gè)主要參與者，他們是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和網(wǎng)絡(luò)集成商。

（4）中間件

中間件包括兩部分：M2M網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)收集／集成部件。

網(wǎng)關(guān)是M2M系統(tǒng)中的“翻譯員”，它獲取來自通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給信息處理系統(tǒng)。主要的功能是完成不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。典型產(chǎn)品如Nokia的M2M網(wǎng)關(guān)。

數(shù)據(jù)收集／集成部件是為了將數(shù)據(jù)變成有價(jià)值的信息。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行不同加工和處理，并將結(jié)果呈現(xiàn)給需要這些信息的觀察者和決策者。

常見中間件包括數(shù)據(jù)分析和商業(yè)智能部件、異常情況報(bào)告和工作流程部件、數(shù)據(jù)倉庫和存儲部件等。

3.M2M的應(yīng)用

M2M技術(shù)是一種無處不在的設(shè)備互聯(lián)通信新技術(shù)，它讓機(jī)器之間，人與機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)超時(shí)空無縫連接，從而孕育出各種新穎的應(yīng)用與服務(wù)，未來的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將是機(jī)器的物聯(lián)網(wǎng)。

我國下一個(gè)上億級的通信將是M2M通信，M2M業(yè)務(wù)市場潛力巨大，信息化帶動(dòng)工業(yè)化和節(jié)能減排的國策將進(jìn)一步促進(jìn)M2M業(yè)務(wù)發(fā)展。

全球M2M市場迅速發(fā)展，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)逐步成熟。市場容量以每年100億美元的速度擴(kuò)大，在下一個(gè)五年中可望達(dá)到30%的年增長率。

M2M的兩大融合，一是指技術(shù)融合，信息技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)一步融合、創(chuàng)新、綜合應(yīng)用。二是指工業(yè)化與信息化融合，在推進(jìn)工業(yè)化的過程中注重信息化建設(shè)，應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)推進(jìn)工業(yè)化進(jìn)程。通過工業(yè)化應(yīng)用，進(jìn)一步提升信息化服務(wù)水平，形成良性循環(huán)，推動(dòng)我國產(chǎn)業(yè)升級，由制造業(yè)大國轉(zhuǎn)型為制造業(yè)強(qiáng)國。M2M的兩大融合如圖4.79所示。

圖4.79　M2M的兩大融合

M2M的應(yīng)用非常廣泛，可以用于交通領(lǐng)域（物流管理、定位導(dǎo)航）、電力領(lǐng)域（遠(yuǎn)程抄表和負(fù)載監(jiān)控）、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域（大棚監(jiān)控、動(dòng)物溯源）、城市管理（電梯監(jiān)控、路燈控制）、安全領(lǐng)域（城市和企業(yè)安防）、環(huán)保領(lǐng)域（污染監(jiān)控、水土檢測）、企業(yè)生產(chǎn)（生產(chǎn)監(jiān)控和設(shè)備管理）、家居生活（老人和小孩看護(hù)、智能安防）等。圖4.80所示為電力行業(yè)中M2M的應(yīng)用，圖4.81所示為交通行業(yè)中M2M的應(yīng)用。

圖4.80　電力行業(yè)M2M應(yīng)用

圖4.81　交通行業(yè)M2M應(yīng)用

4.2.5　物聯(lián)網(wǎng)短距離有線通信技術(shù)

1.計(jì)算機(jī)通信技術(shù)

通信是人們傳遞信息的方式。計(jì)算機(jī)通信是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，完成計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。這種信息交換可分為兩種方式：并行通信和串行通信。

并行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行傳送，如圖4.82（a）所示。并行通信的特點(diǎn)是：控制簡單，傳送速度快；但由于傳輸線較多，長距離傳送時(shí)成本較高，因此僅適用于短距離傳送。目前，隨著USB技術(shù)的日益成熟，傳統(tǒng)的并行通信接口在計(jì)算機(jī)主板上已經(jīng)很少集成了。

串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式，在一條傳輸線上逐位地傳送，如圖4.82（b）所示。串行通信的特點(diǎn)是：傳送速度慢；但傳輸線少，長距離傳送時(shí)成本較低，因此，串行通信適用于長距離傳送。串行接口在單片機(jī)、其他微處理器、計(jì)算機(jī)之間的短距離通信上應(yīng)用較多，特別是在智能儀表領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

2.現(xiàn)場總線技術(shù)

（1）現(xiàn)場總線的概念

為了解決工業(yè)通信現(xiàn)場環(huán)境惡劣的問題，實(shí)現(xiàn)低成本的工業(yè)通信，1984年，現(xiàn)場總線的概念得以正式提出。

IEC（International Electrotechnical Commission，國際電工委員會）對現(xiàn)場總線（Fieldbus）的定義為：現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備和控制裝置之間實(shí)行雙向、串形、多結(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信技術(shù)。

圖4.82　計(jì)算機(jī)通信方式

總線上的數(shù)據(jù)輸入設(shè)備包括按鈕、傳感器、接觸器、變送器、閥門等，傳輸其位置狀態(tài)、參數(shù)值等數(shù)據(jù)；總線上的輸出數(shù)據(jù)用于驅(qū)動(dòng)信號燈、接觸器、開關(guān)、閥門等，如圖4.83所示。

圖4.83　工業(yè)現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線將分散的有通信能力的測量控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，連接成能相互溝通信息，共同完成自控任務(wù)的控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線減少了接線與安裝的復(fù)雜程度。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）是建立在現(xiàn)場總線技術(shù)基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化、具有開放性、可互操作性、常規(guī)控制功能徹底分散、有統(tǒng)一的控制策略組態(tài)方法的新一代分散型控制系統(tǒng)。

現(xiàn)場總線與RS232、RS485串行通信總線相比，RS232、RS485只能代表通信的物理介質(zhì)層和鏈路層，如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問，就必須自己編寫通信應(yīng)用和程序；現(xiàn)場總線技術(shù)是以ISO／OSI模型為基礎(chǔ)的，具有完整的軟件支持。

現(xiàn)場總線與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比，現(xiàn)場總線是一種傳輸速率低的實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是短幀傳送，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，安全性好，適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用環(huán)境；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一種實(shí)時(shí)性不高的高速信息網(wǎng)絡(luò)。

（2）現(xiàn)場總線的分類

目前國際上有40多種現(xiàn)場總線，但沒有任何一種現(xiàn)場總線能覆蓋所有的應(yīng)用面，按其傳輸數(shù)據(jù)的大小可分為4類：

●傳感器總線：信息量小、響應(yīng)快、位傳輸。

●設(shè)備總線：可靠性高、響應(yīng)快、字節(jié)傳輸。

●控制總線：信息量大、可靠性高、信息傳輸。

●信息總線：信息量大、集成度高、文件傳輸。

（3）常用現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線是FCS的核心。目前，世界上出現(xiàn)了多種現(xiàn)場總線的企業(yè)或國家標(biāo)準(zhǔn)。這些現(xiàn)場總線技術(shù)各具特點(diǎn)，已經(jīng)逐漸形成自己的產(chǎn)品系列，并占有相當(dāng)大的市場份額。由于技術(shù)和商業(yè)利益的原因，尚沒有統(tǒng)一。目前流行的8種著名的現(xiàn)場總線見表4.11。

表4.11　8種常用現(xiàn)場總線特點(diǎn)及應(yīng)用

續(xù)表

（4）現(xiàn)場總線的應(yīng)用

現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，凡屬設(shè)備間需要數(shù)據(jù)通信的場合都需要它，如連續(xù)、離散制造業(yè)、電力、石化、冶金、紡織、造紙、智能交通、環(huán)境監(jiān)測（大氣、水污染監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)）等。

在某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)車間汽車發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量追蹤系統(tǒng)中，應(yīng)用了德國西門子的RFID和Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)、以太網(wǎng)、工控計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對每臺發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過程的質(zhì)量追蹤功能，圖4.84所示為硬件的組態(tài)。

圖4.84　西門子RFID及其硬件組態(tài)

3.電力線載波技術(shù)

電力線載波（Power Line Carrier，PLC）通信是利用高壓電力線在電力載波領(lǐng)域（通常指35 kV及以上電壓等級，中壓電力線指10 kV電壓等級或低壓配電線380／220 V用戶線作為信息傳輸媒介）進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。

電力線載波的最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。但是電力線載波通訊因?yàn)橛幸韵氯秉c(diǎn)，導(dǎo)致PLC的主要應(yīng)用“電力上網(wǎng)”未能大規(guī)模應(yīng)用。

①配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，載波信號只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送。

②三相電力線間有很大信號損失（10～30 dB）。

③不同信號藕合方式對電力載波信號損失不同。

④電力線存在本身就有脈沖干擾。

⑤電力線對載波信號造成高削減。

近年來電力線載波技術(shù)突破了僅限于單片機(jī)應(yīng)用的限制，已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代，并且隨著電力線載波技術(shù)的不斷發(fā)展和社會的需要，中／低壓電力載波通信技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用亦出現(xiàn)了方興未艾的局面。電力線載波通信正逐漸成為一門電力通信領(lǐng)域乃至關(guān)系到千家萬戶的熱門專業(yè)。

4.2.6　物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展趨勢

1.物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展趨勢

在未來物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的研究過程中，下面這些內(nèi)容將是研究的重點(diǎn)：

①發(fā)展“物品”與“物品”之間以及“物品”與網(wǎng)絡(luò)之間可以方便地進(jìn)行信息交換的各種通信技術(shù)。

②發(fā)展傳感器與傳感器之間以及傳感器與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間的各種通信技術(shù)。

③開展驅(qū)動(dòng)裝置之間以及驅(qū)動(dòng)裝置與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間的通信技術(shù)研究工作。

④開展各種分布式數(shù)據(jù)存儲單元之間以及它們與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間的通信技術(shù)研究工作。

⑤發(fā)展那些可以滿足現(xiàn)實(shí)世界中人與人之間各種交互需求的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。

⑥開展用來提供數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)服務(wù)的各種通信技術(shù)和處理技術(shù)的研發(fā)工作。

⑦開展與標(biāo)識技術(shù)相適應(yīng)的通信技術(shù)的研究工作。

2.幾種傳統(tǒng)無線和有線傳輸技術(shù)的分析

①Wi-Fi和藍(lán)牙應(yīng)用已經(jīng)十分普及，但是功耗大，節(jié)點(diǎn)少，傳輸距離近等缺陷明顯。

②RS-485、can總線、工業(yè)現(xiàn)場總線（如Profibus和CC-LINK等）等通信方式，需要預(yù)先布線，施工成本高，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)問題或者通信線出現(xiàn)問題時(shí)維護(hù)十分麻煩。

③433 MHz、315 MHz等普通無線通信技術(shù)成本低，功耗小，但是同頻干擾嚴(yán)重，干擾嚴(yán)重時(shí)會完全失效。網(wǎng)絡(luò)容量小，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)多于30個(gè)節(jié)點(diǎn)就很容易出問題。信號無法遠(yuǎn)距離傳輸。

④電力線載波通信工程施工方便，工程成本低，但是容易受電網(wǎng)干擾影響，穩(wěn)定性很差。

⑤GSM、GPRS、EDGE、CDMA等通信方式穩(wěn)定可靠，傳輸距離遠(yuǎn)，節(jié)點(diǎn)容量大，但是成本高，功耗大。

⑥ZigBee模塊功耗低，成本低，抗干擾性能強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，且可以通過路由接力傳輸，節(jié)點(diǎn)容量大，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)“最后1公里”接入的理想選擇。

每種通信技術(shù)的應(yīng)用都要涉及通信協(xié)議、通信硬件、通信軟件等方面的知識，需要結(jié)合相關(guān)后續(xù)課程、相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行學(xué)習(xí)。

案例分析

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱試質(zhì)量追蹤

（1）項(xiàng)目需求

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線正在實(shí)施生產(chǎn)質(zhì)量追蹤系統(tǒng)ETS（Engine Tracing System），這個(gè)系統(tǒng)要求采集所有工位的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于發(fā)動(dòng)機(jī)熱試生產(chǎn)線已經(jīng)建好5年以上，熱試生產(chǎn)線控制系統(tǒng)有4個(gè)CC-LINK（Control＆Communication Link）從站和一個(gè)主站，從站把測試數(shù)據(jù)發(fā)送給主站，主站接收數(shù)據(jù)并在觸摸屏上顯示監(jiān)控各個(gè)熱試從站的數(shù)據(jù)。ETS系統(tǒng)需要從熱試主站獲取每臺發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳送給工控機(jī)（Industrial Personal Computer，IPC）存入發(fā)動(dòng)機(jī)熱試數(shù)據(jù)庫。

（2）項(xiàng)目分析

熱試生產(chǎn)線主站的主控（Programmable Logic Controller，PLC）為三菱Q2AS（H）模塊式結(jié)構(gòu)PLC，掛接3個(gè)32點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊、2個(gè)32點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊、串行通訊模塊A1JS71QC24-R2、CC-LINK通訊模塊A1SJ61QBTH，它是CC-LINK的主站模塊，由它和4個(gè)分站的FX32CCL模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；A1JS71QC24-R2未使用，觸摸屏A940 GOT完成熱試數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控和顯示。

熱試4個(gè)從站結(jié)構(gòu)相同，從站主控PLC為三菱FX2N整體結(jié)構(gòu)80個(gè)I／O點(diǎn)的PLC，均擴(kuò)展了兩個(gè)FX2N-4AD、1個(gè)FX2N-4AD-PT（PT100）、1個(gè)FX2N-4AD-TC（熱電偶）共4個(gè)模擬量模塊，完成熱試數(shù)據(jù)的采集。1個(gè)CC-LINK通訊模塊FX2N-32CCL完成和主站通訊。

從圖4.85和圖4.86分析，原熱試系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)都經(jīng)過CC-LINK網(wǎng)絡(luò)傳送給主站，PLC可以從主站讀取每個(gè)臺架的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)控。但是這些測試數(shù)據(jù)不能儲存，無法用于質(zhì)量跟蹤。如何識別每臺發(fā)動(dòng)機(jī)并把每臺發(fā)動(dòng)機(jī)的熱試數(shù)據(jù)發(fā)送到工控機(jī)IPC是解決問題的關(guān)鍵。發(fā)動(dòng)機(jī)的識別可以采取兩種方法。在汽車生產(chǎn)線的總裝、分裝等生產(chǎn)線上采用西門子Radio Frequency Identification（RFID）即射頻識別技術(shù)（電子標(biāo)簽）進(jìn)行識別并儲存生產(chǎn)數(shù)據(jù)，但是由于在熱試現(xiàn)場RFID安裝較困難，實(shí)現(xiàn)成本較高?；跓嵩嚲€已有的軟硬件情況，采取了一種高性價(jià)比的處理方案：每個(gè)從站增加條碼槍掃描發(fā)動(dòng)機(jī)條碼，由4個(gè)分站發(fā)送條碼和測試數(shù)據(jù)給主站，然后在主站對條碼和測試數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，組合后的數(shù)據(jù)按照預(yù)定格式通過A1JS71C24-R2的通道2發(fā)送給工控機(jī)IPC。

圖4.85　熱試生產(chǎn)線控制系統(tǒng)框圖

圖4.86　熱試從站控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

（3）項(xiàng)目解決方案

①硬件修改

在從站的FX2N的通訊端口上擴(kuò)展一個(gè)FX2N-232IF通信接口，用于連接條碼槍。此通訊模塊非常便宜，安裝方便，編程容易，能夠很好地完成條碼識別任務(wù)。

采用A1JS71OC24R2的通道2進(jìn)行所需數(shù)據(jù)的采集，由于接口為RS-232，故轉(zhuǎn)換為RS 485，完成和工控機(jī)的通訊，傳輸所需數(shù)據(jù)。硬件修改如圖4.87虛線部分。

圖4.87　熱試總控PLC硬件修改連接圖

修改A1JS71QC24-R2硬件參數(shù)的站號（station no ）為2，數(shù)據(jù)位7位，2位停止位和無奇偶校驗(yàn)，9 600 bps。

②軟件修改

根據(jù)數(shù)據(jù)采集要求，將從站上獲取的發(fā)動(dòng)機(jī)熱試數(shù)據(jù)（水溫、油溫、壓力等參數(shù)和熱試時(shí)間）通過CC-LINK總線發(fā)送給主站。主站接收各個(gè)從站的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)打包后通過RS485總線發(fā)送給工控主機(jī)。

③工控機(jī)端數(shù)據(jù)處理

工控機(jī)端采用VC 編程獲取數(shù)據(jù)，采用VB ORACLE數(shù)據(jù)庫編寫數(shù)據(jù)處理程序完成數(shù)據(jù)的存儲、查詢和統(tǒng)計(jì)。數(shù)據(jù)的查詢采用B／S（Browse／Server）模式，基于生產(chǎn)線以太網(wǎng)系統(tǒng)，管理人員坐在辦公室即可查看整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況。如果某臺發(fā)動(dòng)機(jī)出了售后故障，根據(jù)條碼即可查詢當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)信息，從而跟蹤到操作員工和操作時(shí)間，明確責(zé)任人，從而較好地實(shí)現(xiàn)了管控一體化的目標(biāo)。圖4.88就是一臺發(fā)動(dòng)機(jī)熱試的轉(zhuǎn)速趨勢圖，低速和3個(gè)高速峰值顯示明顯，表明發(fā)動(dòng)機(jī)熱試的測試工序正確，時(shí)間3.5分鐘表示熱試時(shí)間完整，沒有發(fā)生因?yàn)椴僮魅藛T想節(jié)約單臺發(fā)動(dòng)機(jī)熱試時(shí)間而縮短時(shí)間的情況，整個(gè)熱試是正常完成的。

圖4.88　熱試轉(zhuǎn)速趨勢線圖

（4）項(xiàng)目總結(jié)

在本項(xiàng)目實(shí)施過程中，采用了現(xiàn)場總線通信技術(shù)、RS485通信技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)等通信技術(shù)，采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、PLC技術(shù)以及上位機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)，以較低的成本實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，表明物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以采用多種技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)，需要根據(jù)控制要求選擇高性價(jià)比的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的升級改造要求。

技能練習(xí)

1.用交換機(jī)組建一個(gè)小型局域網(wǎng)。

2.將一臺PC機(jī)通過ADSL接入Internet。

3.構(gòu)建基礎(chǔ)架構(gòu)模式的無線網(wǎng)絡(luò)。

4.使用手機(jī)的藍(lán)牙功能，發(fā)送各自的手機(jī)號碼。

5.下載安裝Windows版的TinyOS。