短距离无线通信总结.docx

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短距离无线通信总结

Preparedon22November2020

短距离无线通信总结

1FFD通常有的工作状态。

A.主协调器B.协调器C.终端设备

2Zigbee技术的优点。

近距离低复杂度低数据速率

3作为ZigBee技术的物理层和媒体接入层的标准协议是Zigbee每个协调点最多可连接255个节点。

Zigbee网络最多可容纳65535个节点。

5ZigBee网络中传输的数据可分为哪几类周期性，间歇性，反复性的、反应时间低的数据

6支持Zigbee短距离无线通信技术的是Zigbee联盟

7WPAN的特点。

A有限的功率和灵活的吞吐量C网络结构简单D成本低廉

8Zigbee体系结构。

物理层（PHY）

物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。

-物理层数据服务从无线物理信道上收发数据。

-物理管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。

物理层功能

1）ZigBee的激活；2）当前信道的能量检测；3）接收链路服务质量信息；4）ZigBee信道接入方式；5）信道频率选择；6）数据传输和接收。

MAC层

MAC层负责处理所有的物理无线信道访问，并产生网络信号、同步信号；支持PAN连接和分离，提供两个对等MAC实体之间可靠的链路。

_MAC层数据服务：

保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中正确收发。

MAC层管理服务：

维护一个存储MAC子层协议状态相关信息的数据库。

MAC层功能

1）网络协调器产生信标；2）与信标同步；3）支持PAN（个域网）链路的建立和断开；4）为设备的安全性提供支持；5）信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入（CSMA-CA）机制；6）处理和维护保护时隙（GTS）机制；7）在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路。

网络层（NWK）

ZigBee协议栈的核心部分在网络层。

网络层主要实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能，支持Cluster-Tree等多种路由算法，支持星形（Star）、树形（Cluster-Tree）、网格（Mesh）等多种拓扑结构。

网络层功能：

1）网络发现；2）网络形成；3）允许设备连接；4）路由器初始化；5）设备同网络连接；6）直接将设备同网络连接；7）断开网络连接；8）重新复位设备；9）接收机同步；10）信息库维护。

安全层（SSP）（SecurityServiceProvider）

安全层是Zigbee独立开发出来进行信息安全验证的功能模块，在OSI和TCP/IP模型中都没有体现。

它主要负责实现信息交换的密钥管理、密钥存取等功能。

应用程序接口（API）

ZigBee应用层框架包括应用支持层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和制造商所定义的应用对象。

应用支持层的功能包括：

维持绑定表、在绑定的设备之间传送消息。

所谓绑定就是基于两台设备的服务和需求将它们匹配地连接起来。

ZigBee设备对象的功能包括：

定义设备在网络中的角色（如ZigBee协调器和终端设备），发起和响应绑定请求，在网络设备之间建立安全机制。

ZigBee设备对象还负责发现网络中的设备，并且决定向他们提供何种应用服务。

ZigBee应用层除了提供一些必要函数以及为网络层提供合适的服务接口外，一个重要的功能是应用者可在这层定义自己的应用对象。

9Zigbee工作频率范围。

B、868~C、902~928D、2400~

10Zigbee发射功率范围。

0~10dBm30+10lgPmv

11Zigbee名字来源。

这一名称（又称紫蜂协议）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。

人们用Zigbee来命名这种无线通讯方式，也是因为Zigbee也有蜜蜂8字舞一样近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率的特点。

12Zigbee适应的应用场合。

A.个人健康监护B.玩具和游戏C.家庭自动化

13根据标准协议，ZigBee的工作频段分为哪三个

868MHz（欧洲频段）、915MHz（北美频段）、（全球使用）

14ZigBee组成的无线网络内，连接地址码的短地址和长地址分别最大可容纳多少个设备2^162^64

15在ZigBee技术的体系结构中，具有信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开连接请求的特征的是哪一层MAC层

16FFD（FullFunctionalDevice）完整功能设备

MAC（MediaAccessControl）媒体访问控制

CAP（CompetitiveAccessProvider）竞争接入提供商

RFD（ReducedFunctionDevice）精减功能设备

17ZigBee相对于其它点对点的协议，ZigBee协议的缺点是：

结构复杂

Zigbee优点：

①低功耗。

②低成本。

③低速率。

④近距离。

⑤短时延。

⑥高容量。

⑦高安全。

⑧免执照频段。

18协议用于哪个层物理层MAC层

19网络层通过哪两种服务接入点提供相应的两种服务。

网络层数据服务和网络层管理服务

20ZigBee应用层由什么组成。

应用支持层、ZigBee设备对象和制造商所定义的应用对象

21.树形、星形、网状形

22.蓝牙技术、UWB技术、WIMAX技术等的标准是什么

23.MAX层处理所有的物理层无线信道的技术，其主要功能是什么

与信道同步

24.WI-FI的标准是什么

25.WIMA所能提供的最高接入速率是多少

70M

26.ZigBee使用了3个频段其中2450MHZ定义了多少个频道

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27.列举你了解的短距离无线通信技术

目前为止，学术界和工程界对此并没有一个严格的定义。

一般来讲，短距离无线通信的主要特点为通信距离短，覆盖距离一般在10-200m；另外，无线发射器的发射功率低，一般小于100mW，工作频率多为免付费、免申请的全球通用的工业、科学、医学频段。

1蓝牙技术

蓝牙工作频率为，有效范围大约在10m半径内作为一种电缆替代技术，蓝牙具有低成本、高速率的特点，它可把内嵌有蓝牙芯片的计算机、手机和其他编写通信终端互联起来，为其提供语音和数字接入服务，实现信息的自动交换和处理，并且蓝牙的使用和维护成本低于其他任何一种无线技术。

2WI-FI技术

Wi-Fi（WirelessFidelity无线高保真）属于无线局域网的一种，通常是指符合标准的网络产品，是利用无线接入手段的新型局域网解决方案。

Wi-Fi的主要特点是传输速率高、可靠性高、建网快速便捷、可移动性好、网络结构弹性化、组网灵活、组网价格较低等。

3IrDA技术

IrDA的主要有点是无须申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。

它还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点；由于数据传输率较高，因而适于传输大容量的文件和多媒体数据。

此外，红外线发射角度较小，传输安全性高。

4UWB技术

超宽带技术（UWB）是另一个新发展起来的无线通信技术。

UWB通过基带脉冲作用于天线的方式发送数据。

窄脉冲（小于1ns）产生极大带宽的信号。

脉冲采用脉位调制货二进制移相键控调制。

UWB被允许在的波段内工作，主要应用在小范围、高分辨率，能够透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。

5NFC技术

NFC能快速自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、Wi-Fi设备提供一个“虚拟连接”，使电子设备可以在短距离范围进行通信。

NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚，不会再听到各种电子杂音.

6ZigBee技术

ZigBee可以说是蓝牙的同族兄弟，它使用波段，采用跳频技术。

与蓝牙相比，ZigBee更简单，速率更慢，功率及费用也更低。

它的基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性。

28.比较ZigBee、蓝牙、UWB、WIFI、RFID技术

ZigBee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，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。

相对于现有的各种无线通信技术，Zigbee技术是最低功耗和成本的技术。

同时由于Zigbee技术的低数据速率和通信范围较小的特点，也决定了Zigbee技术适合于承载数据流量较小的业务。

ZigBee技术将主要用于这几种场景：

（1）设备成本很低，传输的数据量很小；

（2）设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；（3）没有充足的电力支持，只能使用一次性电池；（4）频繁地更换电池或者反复地充电无法做到或者很困难；（5）需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常多，但仅仅用于监测或控制。

蓝牙（Bluetooth）工作在的频段，采用FHSS扩频方式，目前蓝牙信道带宽为1MHz，异步非对称连接最高数据速率；连接距离多半为10m左右。

蓝牙速率也进一步增强，新的蓝牙标准版拟支持高达10Mbps以上速率，使用蓝牙技术的无线电收发器的链接距离可达10米，使用高增益天线可以将有效通信范围扩展到100米。

鉴于蓝牙在睡眠状况下消耗的电流，及其激活延迟，一般电池使用寿命为2～4个月。

由于蓝牙的上述特性，使得它可以应用于无线设备、图像处理设备，如智能卡、身份识别等安全产品，消费娱乐，家用电器，医疗健身和建筑、玩具等领域。

UWB具有以下特点:

（1）占用带宽大和传输速率高

UWB系统使用上千兆赫兹的超宽频带，所以即使把发送信号功率谱密度控制得很低，也可以实现高达100Mb/s～500Mb/s的信息速率。

（2）保密性强

在短距离应用中，UWB发射机的发射功率通常可做到低于1mW，使UWB系统与同频段的现有窄带通信系统保持良好共存性，还使得UWB信号隐蔽性好，不易被截获，保密性高。

（3）抗多径衰落

由于UWB采用持续时间极短的窄脉冲，其时间、空间分辨力都很强，因此系统的多径分辨率极高，窄脉冲具有很强的穿透各种障碍物的能力，例如墙壁和地板，因此UWB具有比红外通信更为广泛的应用。

（4）无载波的基带通信

传统的UWB技术使用基带传输，无需进行射频调制和解调，由此带来的好处是设备的功耗小、成本低、灵活性高，适合于便携型无线应用。

无线局域网技术WLAN（WiFi），其技术标准为，可实现十几兆至几十兆的无线接入。

WLAN最大的特点是便携性，主要解决用户“最后100m”的通信需求，定位于热点地区的高速游牧数据接入，不支持高速移动性，主流应用是商务用户在酒店、机场等热点使用便携电脑上网浏览或访问企业的服务器。

WLAN制定有一系列标准，有a/g/n等。

RFID是射频识别技术的英文（RadioFrequencyIdentification）的缩写，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。

29.谈谈你对蓝牙微微网的认识

蓝牙系统采用一种灵活的无基站的组网方式，使得一个蓝牙设备可同时与7个其它的蓝牙设备相连接。

基于蓝牙技术的无线接入简称为BLUEPAC（BluetoothPublicAccess），蓝牙系统的网络结构的拓扑结构有两种形式：

微微网（piconet）和分布式网络（Scatternet）。

一个蓝牙网络由一个主设备和一个或多个从属设备组成，它们都与这设备的时间和跳频模式同步（以主设备的时钟和蓝牙设备的地址为准）。

每个独立的同步蓝牙网络就被称为一个微微网（piconet）。

微微网是通过蓝牙技术以特定方式连接起来的一种微型网络，一个微微网可以只是两台相连的设备，比如一台便携式电脑和一部移动电话，也可以是8台连在一起的设备。

在一个微微网中，所有设备的级别是相同的，具有相同的权限。

蓝牙采用自组式组网方式（Ad-hoc），微微网由主设备（Master）单元（发起链接的设备）和从设备（Slave）单元构成，有一个主设备单元和最多7个从设备单元。

主设备单元负责提供时钟同步信号和跳频序列，从设备单元一般是受控同步的设备单元，接受主设备单元的控制。

在每个微微网中，一组伪随机调频序列被用来决定79个跳频信道，这个调频序列对于每个微微网来说是惟一的，由主设备地址和时钟决定。

信道分成时隙，每个时隙相应有一个调频频率，通常调频速率为1600跳/s。

30.简要叙述两个蓝牙设备连接的过程

蓝牙的连接的过程

在开发中最为重要的一点是了解蓝牙系统如何使用协议组件来构造堆栈,并实现正常工作。

使用应用程序之前，在设备之间建立连接有五个步骤：

a.查找（或查询）设备：

确定邻近的其它蓝牙设备的地址，以及它们使用设备类别（CoD）信息的能力；

b.查找名称：

也可选择通过连接查找到的节点并向其询问来确定该节点的正确名称；

c.查找服务：

获取设备支持的应用程序信息，以及连接该应用程序所必须的信息；

d.安全保证：

采用通行认证、授权处理以及在要求时进行加密处理来保证安全；

e.应用连接：

使用服务查找得到的参数来调用应用程序。

31.协议和ZigBee协议有何联系和区别请根据这两个协议，谈谈你对无线通信传感器网络的认识/

1、联系与区别：

IEEE是IEEE确定的低速率，无线个域网标准。

这个标准定义了“实体层”和“介质访问层”。

IEEE网络协议栈基于OSI模型，每一层都实现一部分通信功能，并向高层提供服务。

并且它只定义了物理层和数据链路层的MAC子层。

从物理层上来说，物理层定义了三个载波频段用于收发数据。

所有信道支持使用直接序列扩频技术，最大输出功率1dBm，最大传输距离100m。

ZigBee建立在标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。

ZigBee技术由IEEE（无线个人区域网）小组和Zigbee联盟两个小组分别制定的。

它包括IEEE标准:

逻辑链路控制（LogicLinkControl,LLC）层、媒介存取控制层（MAC），与物理层和ZigBee标准:

应用层与网络层，及MAC、应用层与网络层的安全加密服务标准。

为了在射频网络里实施网状网，ZigBee在上增加网络层。

2、认识：

无线传感器网络大规模、无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络，其中的节点是同构的、成本较低、体积较小、集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微型计算机。

各节点通过协议或Zigbee协议自组成一个分布式网络，能够长时间实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪。

由于节点的数量巨大，而且还处在随时变化的环境中，这就使它有着不同于普通传感器网络。

为了达到良好的传输效果，ZigBee网络层支持星型、簇集树型和网状网三种拓扑。

但无线传感网络拓扑具有动态变化性，而这种变化方式是不可预测的。

此外，无线传感网络还具有以数据为中心、多跳路由

32.请结合自己的专业特点，设计一个无线传感器网络应用场景

3、无线传感器网络在未来物流方面的运用

随着现代物流业的发展，企业追求的是零库存、拉动式的生产方式。

人们对于物流效率问题的关注程度越来越高，对于每件货物需要实时了解信息也越来越多，无线传感器网络的出现为为物流业的实时监控提供了可能，并且还可以避免物流的重复调配，提高物流效率。

物流调配方面：

物流业最重要的是效率，时间就是物流的生命，各种商品的调配，商品到按时按点到达都需要对商品信息的精细了解，现代企业物流要求通过前馈的物流和反馈的信息流、资金流，把客户需求和企业内部的生产经营活动及供应商的资源整合在一起，体现完全按用户需求进行经营管理的一种全新的管理方法。

此外，企业对于物流是要求的零库存，准时到货，准时送货的思想，最大的提高资金的运作效率。

如今这些都是还是处于人工处理的阶段，需要人来提供各种信息，并设计出调配方案。

而在今后，通过附在每件商品或原材料上的无线传感器，就可以知道各种商品所在的位置，以及商品类型、数量，通过整个区域的无线传感网络并结合交通状况信息，计算机就可以计算出效率最高的配送方法。

而当出现意外时，还可以利用这商品信息借用其它暂时闲置的同种商品，确保用户生产的连续性，达到用户所要求的零库存、准时到达的要求，大大提高资金运作效率。

商品保存方面：

除了商品的调配，一些商品在运输、贮存过程中对温度、湿度等都有严格的要求，通过附在商品上的无线传感器组成的无线传感网络，就可以对这些商品现在处环境进行监控，实时了解商品的情况。

出现异常情况能够及时发现，及时处理，避免发生不必要的损失。

这类商品需要高性能的传感器以了解环境信息，而普通商品只需了解位置等信息，可以采用较简单的传感器以节约成本。

通过商品的无线传感网络与其它信息网络的连接，就可以实时了解各商品情况，并且及时处理突发情况，实现商品运作效率的最大化。

从经济角度来说，这些对于企业乃到整个世界的工业生产都是具有非常重要的意义的。

33.蓝牙名称来源于什么

蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王HaraldBlatand－英译为HaroldBluetooth。

在行业协会筹备阶段,需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。

行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史和未来无限技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。

Blatand国王将现在的挪威，瑞典和丹麦统一起来；而蓝牙是这个丹麦国王Viking的“绰号”，因为他爱吃蓝梅，牙齿被染蓝，因此而得这一“绰号”。

就如同这项即将面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，例如计算，手机和汽车行业之间的工作。

名字于是就这么定下来了。

34.无线传感器网络关键技术

1、网络拓扑控制

传感器网络拓扑控制目前主要研究的问题是在满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过功率控制和骨干网节点的选择，剔除节点之间不必要的无线通信链路，生成一个高效的数据转发的网络拓扑结构。

拓扑控制可以分为节点功率控制和层次型拓扑结构形成两个方面。

功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率，在满足网络连通度的前提下，减少节点的发送功率，均衡节点单跳可达的邻居数目；目前提出了TopDisc成簇算法，改进的GAF虚拟地理网格分簇算法，以及LEACH和HEED等自组织成簇算法。

2．网络协议

传感器网络协议负责使各个独立的节点形成一个多跳的数据传输网络，目前研究的重点是网络层协议和数据链路层协议。

网络层的路由协议决定监测信息的传输路径；数据链路层的介质访问控制用来构建底层的基础结构，控制传感器节点的通信过程和工作模式。

在无线传感器网络中，路由协议不仅关心单个节点的能量消耗，更关心整个网络能量的均衡消耗，这样才能延长整个网络的生存期。

3.网络安全

为了保证任务的机密布置和任务执行结果的安全传递和融合，无线传感器网络需要实现一些最基本的安全机制：

机密性、点到点的消息认证、完整性鉴别、新鲜性、认证广播和安全管理。

除此之外，为了确保数据融合后数据源信息的保留，水印技术也成为无线传感器网络安全的研究内容。

4.时间同步

目前已提出了多个时间同步机制，其中RBS、TINY／MINI—SYNC和TPSN被认为是二个基本的同步机制。

RBS机制是基于接收者—接收者的时钟同步：

一个节点广播时钟参考分组，广播域内的两个节点分别采用本地时钟记录参考分组的到达时间，通过交换汜录时间来实现它们之间的时钟同步。

TINY／MINI—SYNC是简单的轻量级的同步机制：

假没节点的时钟漂移遵循线性变化，那么两个节点之间的时间偏移也是线性的，可通过交换寸标分组来估计两个节点间的最优匹配偏移量。

TPSN采用层次结构实现整个网络节点的时间同步：

所有节点按照层次结构进行逻辑分级，通过基于发送者—接收者的节点对方式，每个节点能够与上一级的某个节点进行同步，从而实现所有节点都与根节点的时间同步。

5.定位技术

根据节点位置是否确定，传感器节点分为信标节点和位置未知节点。

信标节点的位置是已知的，位置未知节点需要根据少数信标节点，按照某种定位机制确定自身的位置，在传感器网络定位过程中，通常会使用三边测量法、三角测量法或极大似然估计法确定节点位置。

根据定位过程中是否实际测量节点间的距离或角度，把传感器网络中的定位分类为基于距离的定位和距离无关的定位。

35.WSN中的路由有什么作用有什么路由策略

路由协议是WSN的关键技术之一，它负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点。

主要包括两个方面的功能：

一是寻找源节点和目的节点的优化路径；二是将数据分组沿着优化路径正确转发。

与有限网络和蜂窝式无线网络不同，WSN中，没有基础设施和全网统一的控制中心在这种无中心的环境下，路由可以看成分布式的获取网络拓扑信息，以一定准则计算路径并对路径进行维护的过程。

路由协议分类：

按路由发现策略划分：

1、主动路由，也叫表驱动路由。

2、被动路由，也叫按需路由。

按网络管理的逻辑结构划分：

1、平面结构路由（典型路由：

Flooding，Gossiping,SPIN,DD,Rumor）.2、分层路由（典型协议：

LEACH,TTDD）3、地理信息路由协议（典型协议：

GPSR,GEAR,GEM）.

36.简述物联网技术在智能电网中的应用

物联网/传感网络作为智能电网信息感知末梢，是智能电网建设不可或缺的基础环节之一，可以全方位提高智能电网各个环节的信息感知深度和广度，为实现电力系统的智能化以及“信息流、业务流、电力流的高度融合”提供技术支持。

物联网相应技术和产品可以广泛应用于电力系统的发电、输电、变电、配电、用电等环节，并产生巨大的经济效益和社会效益。

物联网技术在发电和电网建设、电网安全生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量及用户用电交互等方面具有广阔的发展前景，将产生巨大的经济效益和社会效益。

坚强智能电网以坚强网架为基础，以信息通信技术为支撑，以智用电能控制为手段，覆盖所有电压等级的各个环节，实现“电力流、信息流，业务流”的高度一体化融合。

1物联网在电力系统已经得到广泛应用

（国家电网公司曾设立科技项目）变电站巡检、输电线路在线监测、高压电气设备状态监测

智能用电、智能小区、智能家居、无线抄表等

2.电力系统自动化水平更高、运行更稳定

智能电网的建设必然产生世界上最大、最为智能、信息感知最为全面的物联网。

3、无线传感器网络已有大量的理论和产品成果基础，推动在智能电网中进一步的充分应用

电网具有良好的自动化基础，局部实现了监测功能，推动这些研究成果和生产、工程经验、推动ICT的深化应用智能电网建设将创造万亿级市场需求，传感器网络推动节电和节能减排成熟可复制、可推广的物联网技术方案和平台系统具有广阔的市场，可优先在电力系统应用

37.WSN中有哪些定位技术特点有哪些

定位技术：

1、基于测距技术的定位和无需测距的定位

2、基于导标节点的定位算法和非基于导标节点的定位算法

3、物理定位与符号定位

4、递增是定位算法和并发式定位算法

5、紧密耦合与松散耦合

6、集中式计算与分布式计算

7、粗粒度与细粒度

8、绝对定位与相对定位

9、三角测量、场景分析和接近度定位

38.RFID卡按供电方式、工作频率、通信方式可分为哪几类

供电方式：

工作频率：

通信方式：

电感耦合和电磁传播

39.RFID组成及工作原理

40.UWB的频率范围是什么室内频谱模板如何

41.UWB的定义如何什么是绝对带宽和相对带宽

42.举例说明UWB技术的应用领域

43.什么是路由什么是路由协议什么是路由算法常用的路由算法有哪些