無線通信網路基礎知識

⑴ 常見無線通信協議詳細介紹

本文主要是給大家梳理一下目前市面上常用的一些無線通訊協議標准，幫助大家了解一下不同的無線網路技術由來和各自特點。

首先說一下IEEE 802.15.4，IEEE 802.15.4是一種技術標准，目前常用的無線通訊協議大多數是在802.15.4標准規定的底層協議基礎上，開發的上層協議而演變出來的，它規定了低速率無線個域網 （LR-WPAN）的 物理層 和 媒體訪問控制 ，並由 IEEE 802.15 工作組維護，該工作組在2003年定義了該標准。它是 Zigbee 的基礎，另外像諸如 ISA100.11a ， WirelessHART ，WIA-PA ， 6LoWPAN 和 SNAP 規范，每個標准規范都是通過開發IEEE 802.15.4中未定義的上層進一步擴展了標准。類似於以上幾種協議標准，Lora是基於IEEE802.15.4g標准進行了上層標準的擴展定義，而IEEE802.15.4g是在IEEE802.15.4基礎上對物理層和MAC層做了調整。除此之外wifi是基於IEEE802.11b標准創建的一種無線區域網技術，通常使用2.4G UHF或者5G SHF ISM射頻頻段。IEEE 802.15.1是由 IEEE 制定的一種藍牙無線通信規范標准，應用於無線個人區域網（WPAN）。可以說原版IEEE802.15.1來源於藍牙規范並與藍牙1.1完全兼容使用。

接下來我們詳細說一下目前在工業物聯網和消費電子領域應用比較廣泛的幾種無線技術，有ZigBee、WirelessHart、WIA-PA、Lora、WiFi、藍牙bluetooth、NB-IOT、BeeLPW-T。

ZigBee是基於IEEE802.15.4標準的低功耗區域網協議。根據國際標准規定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用於自動控制和遠程式控制制領域，可以嵌入各種設備。ZigBee協議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網路層(NWK)、應用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規定。在工業領域的典型應用是中國油氣田生產物聯網自動化採集控制設備規范中明確物理層、鏈路層、網路層採用ZigBee通訊協議，應用層通訊採用A11-GRM通訊協議。

WirelessHART是第一個專門為過程工業而設計的開放的可互操作的無線通訊標准，滿足了工業工廠對於可靠、強勁、安全的無線通訊方式的迫切需求。作為HART7技術規范的一部分，除了保持現有HART設備、命令和工具的能力，它增加了HART協議的無線能力。國際電工委員會於2010年4月批准發布了完全國際化的WirelessHART標准IEC 62591（Ed.1.0），是第一個過程自動化領域的無線 感測器 網路國際標准。該網路同樣使用運行在2.4GHz頻段上的無線電IEEE802.15.4標准，採用直接序列擴頻（DSSS）、通信安全與可靠的信道跳頻、時分多址同步、網路上設備間延控通信等技術，WirelessHART標准協議主要應用於工廠自動化領域和過程自動化領域，彌補了高可靠、低功耗及低成本的工業無線通信市場的空缺。典型應用以Emerson為例，從2010年就已經開始供應WirelessHART兼容產品，從壓力、流量、液位、溫度、振動、pH測量等各類儀表變送器到網關節點等，逐漸有了品類齊全的無線類工業儀表產品系列。

WIA-PA標準是具有我國自主知識產權、符合我國工業應用國情的一種無線標准體系，2008年10月，該規范獲得了國際電工委員會（IEC）全體成員國96%的投票，成為與Wireless HART被同時承認的兩個國際標准化文件之一。WIA-PA同樣基於IEEE802.15.4標准，通訊速率250kbps，頻段2.4GHz，工業室內通訊距離200m，室外環境可達800m，數據可靠性大於99%，自適應跳頻技術，避免干擾，冗餘路由技術，自組織修復網路。同時支持HART命令，兼容WirelessHART標准。典型應用是中科院沈陽自動化研究所提供技術支持參與合作的在國內遼河油田、吉林油田、大慶油田、新疆油田等現場的遠程油井監測控制系統。

LoRa是semtech公司創建的低功耗區域網無線協議，基於IEEE 802.15.4g標准，它最大特點就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠，實現了低功耗和遠距離的統一，它在同樣的功耗下比傳統的無線射頻通信距離擴大3-5倍。Lora的工作頻率在ISM 頻段，包括433、868、915 MHz。

WiFi俗稱無線寬頻，又叫802.11b標准，工作在2.4GHz或者5GHz頻段，最高傳輸速率能達到11Mbps，網路覆蓋范圍最高可達300m，適合辦公室和樓內區域使用。由於WiFi技術在結構上與乙太網完全一致，所以能夠將WLAN集成到已有的寬頻網路中，也能夠將已有的寬頻業務集成到WLAN中，這樣，就可以利用已有的寬頻有線接入資源，迅速地部署WLAN網路，形成無縫覆蓋。

藍牙是一種短距離無線通信的技術規范，它最初的目標是取代現有的掌上電腦、行動電話等各種數字設備上的有線線纜連接。在制定藍牙規范之初，就建立了統一全球的目標，向全球公開發布工作頻段為全球統一開放的2.4GHz工業、科學和醫學（ISM）頻段。從目前的應用看，藍牙體積小、功率低，其應用早已不局限於計算機外設，可以集成到任何數字設備中，尤其是對數據傳輸速率要求不高的移動設備。藍牙有幾大特點，一是全球范圍適用，無需申請許可證，二是同時可傳輸語音和數據，三是可以建立臨時性對等連接，四是具有很好的抗干擾能力。

窄帶物聯網（NB-IOT）是國際移動通信標准化組織為了應對日漸強烈的物聯網需求，制訂的一個新的蜂窩物聯網的標准（CIOT），這個新標准要實現超強覆蓋、超低功耗、超低成本、超大連接。NB-IOT是一個空中介面標准，主要是用在終端與基站之間的約定，包括物理層和數據鏈路層的一些設計規定。NB-IoT構建於 蜂窩網路 ，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署於GSM網路、UMTS網路或LTE網路，以降低部署成本、實現平滑升級。

BeeLPW-T是必創科技聚焦工業場景應用，基於IEEE802.15.4標准自主開發的一種無線通信協議，具有同步精度高、功耗低、網路自恢復等優點。大容量的同步網路節點數量和多跳能力，可為工業現場的網路覆蓋及節點架設提供強大的網路協議支撐。該協議具有的天然物聯網基因，能以更優的功耗將感測器的感知層數據傳輸至雲端，較往代產品效率提高近四倍。

1、更高速靈敏的反饋

基於高精度的網路同步性能，所有設備可以工作在最優的功耗狀態下，保持全網秒級的響應速度，可以滿足絕大多數尤其是具有邊緣計算能力低功耗設備的需求。

2、更豐富的應用方式

同步網路下的節點，真正實現協同工作，賦予數據在無線應用中時間的屬性，無論星型，樹狀等網路模式，均可滿足各種設備密度、覆蓋距離的應用要求。

3、更低的維護成本

協議可以隨意切換周期采樣及大數據採集狀態 ，針對不同工況及應用需要，兼容有線狀態分析系統的採集需求；時間同步及低功耗設計，在確保網路運行精準的同時，降低了設備的無效工作時間，使得設備整體更加簡練、高效。更低的功耗，可改善設備的維護周期，降低維護難度和平均維護成本，為客戶提供一個安心可靠並幾近無感的防護體驗。

最後附表總結一下幾種典型無線技術標準的特點區別：

 NB--TWIAPA

組網方式基於現有蜂窩組網基於LoRa網關基於Zigbee網關基於無線路由器基於藍牙Mesh網關基於BeeLPW-T網關基於WIA-PA網關

網路部署方式節點節點+網關

受現場遮擋影響

節點+網關節點+路由器節點-節點節點+中繼+網關節點+中繼+網關

傳輸距離遠距離，基站覆蓋10公里以上遠距離，可達十幾公里短距離

10-100m

短距離50米10米不含中繼200m不含中繼200m

單網接入節點容量約20萬理論約6萬，實際500-5000理論6萬，一般200-500個約50個理論6萬理論5000通道理論6萬，一般200-500個

電池續航理論10年/AA電池理論10年/AA電池理論約2年/AA電池數小時數天理論約2年/AA電池理論約2年/AA電池

成本30-70元30-40元5-15元模塊約7-8s小於10元  

頻段License頻段

運營商頻段

unLicense頻段

Sub-GHZ（433/868/915MHz）

unLicense頻段

2.4GHz

2.4G和5G2.4GunLicense頻段

2.4GHz

unLicense頻段

2.4GHz

傳輸速度理論160kbps-250kbps

實際小於100kbps

0.3-50kbps理論250kbps，實際小於100kbps2.4G：1-11Mbps

5G：1-500Mbps

1M理論250kbps理論250kbps

網路時延6-10sTBD＜1s＜1s＜1s＜1s＜1s

適合領域戶外戶外，工廠工廠，室內辦公室，工廠移動設備工廠，車間工廠，車間

聯網所需時間3 30ms3s10s3s3s

⑵ 無線通信技術有哪些

1、LoRa技術

LoRa是LPWAN通信技術中的一種，是美國Semtech公司採用和推廣的一種基於擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。

是物理層或無線調制用於建立長距離通信鏈路。許多傳統的無線系統使用頻移鍵控（FSK）調製作為物理層，因為它是一種實現低功耗的非常有效的調制。

2、WiFi/ IEEE 802.11協議

WiFi，全稱Wireless-Fidelity,無線保真，是無線區域網(WLAN)中的一個標准。從1999年推出以來一直是是我們生活中較常用的訪問互聯網的方式之一。

3、ZigBee/802.15.4協議

Zigbee被正式提出來是在2003年，它的出現是為了彌補藍牙通信協議的高復雜，功耗大，距離近，組網規模太小等缺陷。

名稱取自於蜜蜂，蜜蜂 (bee)是靠飛翔和「嗡嗡」(zig)地抖動翅膀的「舞蹈」來與同伴傳遞花粉所在方位信息，依靠這樣的方式構成了群體中的通信網路。

4、Thread /IEEE 802.15.4協議

Thread和ZigBee同屬802.15.4，但是針對802.15.4做了很大的改進。Thread是建立在IPv6的基礎之上的一個協議，無論在傳輸安全，還是系統可靠性上都做了非常棒的優化。它既可以承載高通海爾數十企業組物聯網盟AllSeen，也可以支持蘋果的Homekit智能家居平台。

5、Z-Wave協議

Z-Wave無線組網規格於2004年提出，由丹麥的晶元與軟體開發商Zensys主導，Z-wave聯盟推廣其應用。

Z-Wave工作頻率美國 908.42MHz、歐洲868.42MHz，採用無線網狀網路技術，因此任何節點都能直接或間接地和通信范圍內的其它臨近節點通信。

⑶ 無線電通信需要哪些基本技術

無線通信包含內容很多，不知你具體關注哪方面。一般來說無線通信包括陸地移動通信，衛星通信，微波通信等，大家常用的是陸地移動通信，就是我們使用的手機。
如果特定指陸地移動通信，其需要的基本技術有：
1、無線傳播原理：介紹無線電波在空間傳播方式、傳播模型、傳播損耗等；
2、數字通信原理：介紹數字通信基本知識，如通信系統組成，基帶傳輸、載波傳輸、信源編碼、信道編碼、多址方式、抗干擾技術等；
3、具體制式相關技術原理：如3G、4G技術，市面上比較多的介紹WCDMA(3G），LTE(4G)書籍，會介紹這些制式的組網原理，關鍵技術，網路優化技術等。具體制式通信網路的建設或研發，是通信運營商和設備製造商實際工作關注焦點，也是學習無線通信知識的重點。學習1、2的內容是為了更好的學習3。

⑷ 什麼是無線區域網 無線區域網入門基礎知識詳細介紹

無線區域網絡英文全名：Wireless Local Area Networks；簡寫為： WLAN。它是相當便利的數據傳輸系統，它利用射頻（Radio Frequency； RF）的技術，使用電磁波，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構成的區域網絡，在空中進行通信連接，使得無線區域網絡能利用簡單的存取架構讓用戶透過它，達到「信息隨身化、便利走天下」的理想境界。
在無線區域網WLAN發明之前，人們要想通過網路進行聯絡和通信，必須先用物理線纜-銅絞線組建一個電子運行的通路，為了提高效率和速度，後來又發明了光纖。當網路發展到一定規模後，人們又發現，這種有線網路無論組建、拆裝還是在原有基礎上進行重新布局和改建，都非常困難，且成本和代價也非常高，於是WLAN的組網方式應運而生。

⑸ 無線通信網路如何分類

無線根據國際上所採用的通信技術種類可將無線感測器網路劃分為無線廣域網(WWAN)、無線城域網(WMAN)、無線區域網(WLAN)、無線個域網(WPAN)、低速率無線個域網(LR-WPAN)。以下是對各類網路各自常見和常用的通信技術進行簡單介紹。
1、無線區域網(WLAN)
無線區域網是指以無線電波、紅外線等無線媒介來代替目前有線區域網中的傳輸媒介(比如電纜)而構成的網路。無線區域網內使用的通信技術覆蓋范圍一般為半徑100m左右，也就是說差不多幾個房間或小公司的辦公室。當然實際的覆蓋范圍受很多因素影響，比如通信區域中的高大障礙物。
2、IEEE
802.11系列標準是IEEE制訂的無線區域網標准，主要對網路的物理層和媒質訪問控制層進行規定，其中重點是對媒質訪問控制層的規定。目前該系列的標准有：IEEE802.11、IEEE
。802.11b、IEEE
802.11a、IEEE
802.11g、IEEE
802.11d、IEEE
802.11e、IEEE802.11f、IEEE
802.11h、IEEE
802.11i、IEEE
802.11j等，其中每個標准都有其自身的優勢和缺點。
3、WIFI
Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術。Wi-Fi是一個無線網路通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi
Alliance)所持有。目的是改善基於IEEE
802.11標準的無線網路產品之間的互通性。現時一般人會把Wi-Fi及IEEE
802.11混為一談。甚至把Wi-Fi等同於無線網際網路。
4、IEEE
802.11g
IEEE
802.11g是對IEEE
802.11b的一種高速物理層擴展，它也工作於2.4GHz頻帶，物理層採用直接序列擴頻(DSSS)技術，而且它採用了OFDM技術，使無線網路傳輸速率最高可達54Mbps，並且與IEEE802.11b完全兼容。IEEE802.11g和IEEE802.11a的設計方式幾乎是一樣的。

⑹ 什麼是無線通信系統

無線通信系統（Wireless Communication System）指的是通過無線協議實現通信的一種方式。

無線通訊包括各種固定式、移動式和攜帶型應用，例如雙向無線電、手機、個人數碼助理及無線網路。其他無線電無線通訊的例子還有GPS、車庫門遙控器、無線滑鼠等。

大部分無線通訊技術會用到無線電，包括距離只到數米的Wi-fi，也包括和航海家1號通訊、距離超過數百萬公里的深空網路。但有些無線通訊的技術不使用無線電，而是使用其他的電磁波無線技術，例如光、磁場、電場等。

(6)無線通信網路基礎知識擴展閱讀：

無線資料傳輸的無線通訊：

1、Wi-Fi是無線的區域網絡，讓攜帶型的運算裝置以簡單的方式連接到互連網，藉由IEEE 802.11a,b,g,n等標准，Wi-Fi的速度接近一些有線的網路。

Wi-Fi已成為家中、辦公室及公共空間熱點的事實上的標准。有些企業是每月收取一次Wi-Fi的費用，有些企業則是免費提供，因為提供Wi-Fi可以提升他們產品的銷售額。

2、蜂巢式網路：只要離最近的基地台十到十五公里以內即可使用，其速度隨著科技的演進而提升，從早期的GSM、CDMA及GPRS，到像是W-CDMA、GSM增強數據率演進（EDGE）或是CDMA2000等3G網路。

3、行動衛星通訊：可以用在無法用其他無線技術通訊的情況，例如廣大的鄉村地區或是遙遠的地方。通訊衛星在運輸、航空、航海及軍事上格外的重要。

4、無線感測器網路：可以直接偵測有關的物理量，監控及收集資料，產生有意義供人觀看的顯示，並提供一些決策的機能。

⑺ 無線通信網路如何分類

無線根據國際上所採用的通信技術種類可將無線感測器網路劃分為無線廣域網(WWAN)、無線城域網(WMAN)、無線區域網(WLAN)、無線個域網(WPAN)、低速率無線個域網(LR-WPAN)。以下是對各類網路各自常見和常用的通信技術進行簡單介紹。

1、無線區域網(WLAN)

無線區域網是指以無線電波、紅外線等無線媒介來代替目前有線區域網中的傳輸媒介(比如電纜)而構成的網路。無線區域網內使用的通信技術覆蓋范圍一般為半徑100m左右，也就是說差不多幾個房間或小公司的辦公室。當然實際的覆蓋范圍受很多因素影響，比如通信區域中的高大障礙物。

2、IEEE

802.11系列標準是IEEE制訂的無線區域網標准，主要對網路的物理層和媒質訪問控制層進行規定，其中重點是對媒質訪問控制層的規定。目前該系列的標准有：IEEE802.11、IEEE 。802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11d、IEEE 802.11e、IEEE802.11f、IEEE

802.11h、IEEE 802.11i、IEEE 802.11j等，其中每個標准都有其自身的優勢和缺點。

3、WIFI

Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術。Wi-Fi是一個無線網路通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基於IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性。現時一般人會把Wi-Fi及IEEE 802.11混為一談。甚至把Wi-Fi等同於無線網際網路。

4、IEEE 802.11g

IEEE 802.11g是對IEEE 802.11b的一種高速物理層擴展，它也工作於2.4GHz頻帶，物理層採用直接序列擴頻(DSSS)技術，而且它採用了OFDM技術，使無線網路傳輸速率最高可達54Mbps，並且與IEEE802.11b完全兼容。IEEE802.11g和IEEE802.11a的設計方式幾乎是一樣的。

⑻ 無線通信系統的基本組成部分是什麼

無線通信系統一般由發信機、收信機及其相連接的天線（含饋線）組成。

1.發信機

發信機的主要作用是將所要傳送的信號首先對載波信號進行調制，形成已調載波；已調載波經過變頻（有的發射機不經過這一步）成為射頻載波信號，送至功率放大器，經功率放大器放大後送至天（饋）線。

2.天線

天線是無線通信系統的重要組成部分。其主要作用是把射頻載波信號變成電磁波，或把電磁波變成射頻載波信號。饋線的主要作用是把發射機輸出的射頻載波信號高效地送至天線。這一方面要求饋線的損耗要小；另一方面其阻抗應盡可能與發射機的的輸出阻抗和天線的輸出阻抗相匹配。

3.收信機

收信機的主要作用是天線接收下來的射頻載波信號首先進行低雜訊放大，然後經過變頻（一次、二次甚至三次變頻）、中頻放大和解調後還原出原始信號，最後經低頻放大器放大後輸出。

需要說明的是，目前實用的無線通信系統，大多採用雙工方式，因而通信雙方各自都有發信機、收信機以及其相連的天（饋）線，而且收發信機做在一起（且帶有雙工器）。