现代卫生信息技术与应用
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第四节 物联网传输技术

一、宽带无线技术

宽带信息通信网络的发展在推进信息化过程中具有重要作用,无线宽带接入技术有成本低、不受地理环境的约束、支持用户的移动性等优势,将是未来通信网发展的主要方向之一。无线宽带技术将逐渐代替传统的有线通信手段,实现真正意义上的个人通信。
无线宽带接入技术包括正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)、多入多出系统(multiple-input multiple-output,MIMO)、软件无线电等各种技术。按照通信覆盖范围分为无线个域网(wireless personal area network,WPAN)、无线局域网络(wireless local area networks,WLAN)、无线城域网(wireless metropolitan area network,WMAN)及无线广域网。各种无线接入方式相互结合提供无处不在的接入,极大地方便了人们的生活,促进信息的实时传输与处理。

(一)无线局域网

无线宽带技术覆盖范围广、传输速度快,为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的互联手段。无线局域网络是便利的数据传输系统,利用射频技术取代旧式双绞铜线构成的局域网络使无线局域网络能利用简单的存取架构满足用户信息需求。
基于IEEE 802. 11标准的无线局域网允许在局域网络环境中使用可以不必授权的ISM频段中的2. 4GHz或5GHz射频波段进行无线连接,广泛应用于家庭、机构、Internet接入热点。IEEE 802. 11是 IEEE制定的一个无线局域网标准,主要用于办公室局域网和校园网以及用户与用户终端的无线接入。由于802. 11在速率和传输距离上都不能满足用户的需要,IEEE小组相继推出了一系列802. 11标准。不同802. 11协议的差异主要体现在使用频段、调制模式和信道差分等物理层技术上。802. 11架构如图1-2-8所示。
物理层使用技术差异很大,但一系列IEEE 802. 11协议的上层架构和链路访问协议相同,如MAC层都使用带冲突预防的载波监听多路访问(CSMA/CA)技术,数据链路层数据帧结构相同且都支持基站和自组织的组网模式。
无线局域网能为网络用户带来便捷和实用,优势表现在灵活性和移动性、安装便捷、易于进行网络规划和调整、故障定位容易、易于扩展等。

(二)无线城域网

无线城域网的推出是为满足日益增长的宽带无线接入(broadband wireless access,BWA)需求。802. 11x技术一直与许多其他专有技术被共同用于BWA并获得很大成功,但WLAN的总体设计及其提供的特点并不能很好地适用于室外BWA应用。无线城域网用于室外时,在带宽和用户数量方面将受到限制,同时还存在着通信距离等其他一些问题。与为无线局域网制定802. 11标准相同,IEEE为无线城域网推出了802. 16标准,同时业界也成立了类似WiFi联盟的全球微波互联接入(worldwide interoperability for microwave access,WiMax)论坛。WiMax旨在为广阔区域内的无线网络用户提供高速无线数据传输业务,视线覆盖范围可达112. 6km,非视线覆盖范围可达40km,带宽70Mbps,WiMax技术的带宽足以取代传统的T1型和DSL型有线连接,为用户提供互联网接入业务,可取代部分互联网有线骨干网络提供更人性化、多样化的服务,与之对应的是一系列IEEE 802. 16协议。
图1-2-8 802. 11架构图
802. 16标准是为在各种传播环境(包括视距、近视距和非视距)中获得最优性能而设计的,即使在链路状况最差时也能提供可靠的性能。OFDM波形在2~40km的通信距离上支持高频谱效率(bps/ Hz),在一个射频内速率高达70Mbps,可采用先进的网络拓扑(网状网)和天线技术(波束成形、STC、天线分集)进一步改善覆盖。这些先进技术也可用来提高频谱效率、容量、复用以及每射频信道的平均与峰值吞吐量。此外,不是所有的OFDM都是相同的,为BWA设计的OFDM具有支持较长距离传输和处理多径或反射功能。
WLAN和802. 11系统的核心是采用基本的CDMA或使用设计大不同的OFDM,它们的设计要求是低功耗,因此必然限制了通信距离。WLAN中的OFDM是按照系统覆盖几十米或几百米设计的,而802. 16被设计成高功率,OFDM可覆盖几十千米。