无线技术之ZigBee技术概论

ZigBee无线网络技术物联网关键技术

成都无线龙通讯科技有限公司 2010-06

无线通信

无线通信(Wireless Communication)是利 用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进 行信息交换的一种通信方式。近些年信息通信 领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信 技术。

我们所知道的通信古代：烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呐喊、飞鸽传信这些通信方法和手段只能极其有限地解决一定距离的通信问题。 我们的先人常以无法实时互通的浪漫诗句和思念之情来代替

通信。

现代：电话、电视、广播、邮政、因特网、其他方式

有线通信、无线通信

通信的发展简史

第一阶段 语言 第二阶段 文字、邮政 第三阶段 印刷术、出版物 第四阶段 电报、电话、广播

第五阶段 通信与计算机的结合、网络

最早的电通信设想1753年2月17日，《苏格兰人》杂志上发表了一封署名 C.M的

书信。在这封信中，作者提出了用电流进行通信的大胆设想。他建议：把一组金属线从一个地点延伸到另一个地点，每根金属线 与一个字母相对应。在一端发报时，便根据报文内容将一条条金

属线与静电机相连接，使它们依次通过电流。电流通过金属线上的小球便将挂在它下面的写有不同字母或数字的小纸片吸了起来， 从而起到远距离传递信息的作用。

最早的有线电报1844年5 月24 日，莫尔斯从华盛顿 到巴尔的摩拍发人类历史上的第一份电 报。在座无虚席的国会大厦里 , 莫尔斯 用激动得有些颤抖的双手 , 操纵着他倾 十余年心血研制成功的电报机 , 发出

了:“上帝创造了何等奇迹!”一语。

最早的无线通信1895 年5月7日，36岁的波波夫在彼德堡的 俄国物理化学会的物理分会上，宣读了关于 “金属屑与电振荡的关系”的论文，并当众展 示了他发明的无线电接收机。当他的助手在大 厅的另一端接通火花式电波发生器时，波波夫 的无线电接收机便响起铃来；断开电波发生器， 铃声立即中止。几十年后，为了纪念波波夫在 这一天的划时代创举，当时的苏联政府便把 5

月7日定为“无线电发明日”。

人类首次远距离无线电通信1897年5月18日,马可尼进行横跨布里斯托

尔( Bristol )海峡的无线电通信取得成功，通信距离为14公里。

无线通信频段

日常生活中，我们经常能够看到各式各样 的天线。对于一个无线系统来说，能够正确的 发送和接收信息是最基本的要求。天线作为无 线通信中不可缺少的一部分，其基本功就能是 接收和发送无线电波。发射时，把高频电流转 换为电波；接收时，把电波转换为高频电流。 那么这么多的电波在空气中是如何传播

,我们 有是如何区分哪些是我们需要的电波呢？

无线通信频谱

频谱是我们区别各种电波的一个重要依据， 无线通信的频谱在RF(Radio Frequency)这一 段包括了我们常见的调频收音机，各种手机， 无线电话，无线卫星电视等等，由于从几十兆 到几千兆的频谱上，集中了各种不同的无线应 用，而且这些无线电传播都使用同一个通讯媒 介——空气，所以为了保证各种无线通讯之间 不相互干扰，就需要对无线频道的使用进行必 要的管理。

无线通信频谱

波段名称

波长范围(m)

频段名称

频率范围 (HZ)

超长波 长波 中波 短波 米波 分米波 厘米波 毫米波

1,000,000~10,000 10,000~1,000 1,000~100 100~~10 10~1 1~0.1 0.1~0.01 0.01~0.001

甚低频 低频 中频 高频 甚高频 特高频 超高频 极高频

3~30K 30~300K 300~3,000K 3~30M 30~300M 300~3,000M 3~30G 30~300G

ISM频段

各国的无线管理部门也规定了某些频带不需许可 就可以使用(只需要遵守一定的发射功率(一般低于 1W),并且不要对其它频段造成干扰即可),以满 足不同的需要。这些频带通常包括ISM (Industrial、 Scientific and Medical工业、医疗、科学) 频带。 各国的无线电管理不尽相同。在美国可用的免许 可证的频带包括：27MHz、260MHz至470MHz、 902MHz至928MHz和最常用的2.4GHz频带。ISM频 道在欧洲所分配到的频率为433MHz、868 MHz和 2.4GHZ。 中国目前可以使用的ISM频率是：433MHZ和 2.4GHZ。

ISM频段

ISM频段

除了ISM 频带以外，在中国整个低于135 kHz,在北美、南美和日本低于400 kHz,也 都是可以使用的免费频段。各国对无线频谱资 源的管理，不仅规定了相关的ISM开放频道的 频率，同时也严格规定了在这些频率上所使用 的发射功率，在实际使用这些频率时，需要查 阅各国无线频谱管理机构的不同的具体技术要 求。

无线通信传播环境电磁波信号传输

大气(电离层、对流 层) 地面(直射、反射、 绕射)

无线网络

就是利用无线电波作为信息传输的媒介构 成的信息(数据)传输网络，与有线网络的用途 十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同， 利用无线电技术取代网线。

无线网络分类

无线广域网 (WWAN) WWAN 技术可使用户通过远程公用网络或专用网络建立无线 网络连接。通过使用由无线服务提供商负责维护的若干天线基站 或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如若干城市 或者国家(地区)。而第三代 (3G) 技术将执行全球标准，并提供 全球漫游功能。

无线城域网 (WMAN) WMAN 技术使用户可以在城区的多个场所之间创建无线连接 (例如在一个城市或大学校园的多个办公楼之间),WMAN 使用 无线电波

或红外光波传送数据。为用户提供高速 Internet 接入的 宽带无线接入网络的需求量正日益增长。尽管目前正在使用各种 不同技术，例如多路多点分布服务 (MMDS) 和本地多点分布服务 (LMDS),但负责制定宽带无线访问标准的 IEEE 802.16 工作组仍 在开发规范以便实现这些技术的标准化。

无线网络分类

无线局域网 (WLAN) WLAN 技术可以使用户在本地创建无线连接(例如，在公司或校园的大楼里， 或在某个公共场所，如机场)。WLAN 可用于临时办公室或其他无法大范围布线 的场所，或者用于增强现有的 LAN,使用户可以在不同时间、在办公楼的不同地 方工作。WLAN 以两种不同方式运行。在基础结构 WLAN 中，无线站(具有无线 电网卡或外置调制解调器的设备)连接到无线接入点，后者在无线站与现有网络 中枢之间起桥梁作用。在点对点(临时)WLAN 中，有限区域(例如会议室)内 的几个用户可以在不需要访问网络资源时建立临时网络，而无需使用接入点。 1997 年IEEE 批准了用于 WLAN 的 802.11 标准。 无线个人网 (WPAN) WPAN 技术使用户能够为个人操作空间 (POS) 设备(如 PDA、移动电话和 笔记本电脑等)创建临时无线通讯。POS 指的是以个人为中心，最大距离为 10 米的一个空间范围。目前主要的 WPAN 技术是ZigBee、“Bluetooth”、红外线。 “Bluetooth”是一种电缆替代技术，可以在 30 英尺以内使用无线电波传送数据。 Bluetooth 数据可以穿过墙壁、口袋和公文包进行传输。“Bluetooth 专门利益组 (SIG)”推动着“Bluetooth”技术的发展，于 1999 年发布了 Bluetooth 版本 1.0 规 范。作为替代方案，要近距离(一米以内)连接设备，用户还可以创建红外链接。

无线网络特点

1、安装便捷：一般在网络建设当中，施工周期最长、对周边环境 影响最大的就是网络布线的施工了。在施工过程时，往往需要破墙掘地、 穿线架管。而WLAN最大的优势就是免去或减少了这部分繁杂的网络布 线的工作量，一般只要在安放一个或多个接入点(Access Point)设备就 可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。 2、使用灵活：在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点 位置的限制。而一旦WLAN建成后，在无线网的信号覆盖区域内任何一 个位置都可以接入网络，进行通讯。 3、经济节约：由于有线网络中缺少灵活性，这就要求网络的规划 者尽可能地考虑未来的发展的需要，这就往往导致需要预设大量利用率 较低的信息点。而一旦网络的发展超出了设计规划时的预期，又要花费 较多费用进行网络改造。而WLAN可以避免或减少以上情况的发生。 4、易于扩展：WLAN又多种配置方式，能够根据实

际需要灵活选 择。这样，WLAN能够胜任只有几个用户的小型局域网到上千用户的大 型网络，并且能够提供像“漫游(Roaming)”等有线网络无法提供的特性。

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