PAGE1
PAGE1
5.无线协议与标准
5.1无线通信基础
无线通信是指通过无线电波在空间中传输信息的技术。无线电波的频率范围从几赫兹（Hz）到几百太赫兹（THz），不同的频率范围适用于不同的通信应用。在无线通信中，常见的调制技术包括频率调制（FM）、相位调制（PM）和幅度调制（AM）。此外，数字调制技术如频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和正交幅度调制（QAM）也被广泛应用。
5.1.1无线电波传播
无线电波传播受多种因素影响，包括频率、传输距离、地形、天气条件等。在设计无线通信系统时，需要考虑这些因素以确保信号的可靠传输。常见的传播模型包括自由空间传播模型、多路径传播模型和阴影衰落模型。
5.1.2调制与解调
调制是将信息信号转换为适合传输的无线电波信号的过程。解调则是将接收到的无线电波信号转换回信息信号的过程。常见的调制技术包括：
频移键控（FSK）：通过改变载波的频率来表示不同的数字信号。
相移键控（PSK）：通过改变载波的相位来表示不同的数字信号。
正交幅度调制（QAM）：通过改变载波的幅度和相位来表示不同的数字信号。
5.1.3无线通信系统的基本架构
无线通信系统通常包括以下几个部分：
发射机：负责将信息信号调制到载波上，并通过天线发射出去。
接收机：负责通过天线接收无线信号，并解调恢复信息信号。
天线：用于发射和接收无线电波。
信道：无线电波传输的路径，受到多种干扰和衰减的影响。
5.2常见的无线协议与标准
5.2.1IEEE802.15.4标准
IEEE802.15.4标准定义了低速无线个域网（LR-WPAN）的物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）。该标准广泛应用于Zigbee、Thread等协议，适用于低功耗、短距离通信场景。
物理层（PHY）
物理层定义了无线通信的频率、调制方式和数据传输速率。IEEE802.15.4支持2.4GHz、915MHz和868MHz三个频率范围，数据传输速率分别为250kbps、40kbps和20kbps。
媒体访问控制层（MAC）
媒体访问控制层负责数据的传输和接收管理，包括信道访问、数据帧格式、地址管理等。IEEE802.15.4MAC层支持CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）机制，以减少信道冲突。
5.2.2Bluetooth低功耗（BLE）
Bluetooth低功耗（BLE）是一种短距离无线通信技术，适用于低功耗设备之间的数据传输。BLE在2.4GHz频段工作，支持多个数据传输速率，最高可达2Mbps。
BLE的物理层
BLE的物理层定义了调制方式、频率范围和数据传输速率。BLE使用GFSK调制方式，支持24个信道，每个信道的带宽为2MHz。
BLE的协议栈
BLE协议栈包括物理层、链路层、主机控制接口（HCI）、逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）、安全管理层（SM）、属性协议（ATT）、通用访问配置文件（GAP）和通用属性配置文件（GATT）。
5.2.3LoRa
LoRa（LongRange）是一种远距离无线通信技术，适用于低功耗广域网（LPWAN）场景。LoRa技术通过扩频调制（ChirpSpreadSpectrum,CSS）实现远距离传输，具有较低的功耗和较高的抗干扰能力。
LoRa的物理层
LoRa的物理层定义了调制方式、频率范围和数据传输速率。LoRa支持169MHz、433MHz和868MHz等频率范围，数据传输速率可以从几百bps到几十kbps不等。
LoRa的网络架构
LoRa网络通常包括LoRa设备（EndNodes）、LoRa网关（Gateways）和网络服务器（NetworkServer）。设备通过网关将数据传输到网络服务器，网络服务器负责数据的处理和转发。
5.2.4Wi-Fi
Wi-Fi是一种广泛使用的无线局域网（WLAN）技术，支持高速数据传输。Wi-Fi在2.4GHz和5GHz频段工作，支持多种数据传输速率，最高可达1Gbps。
Wi-Fi的物理层
Wi-Fi的物理层定义了调制方式、频率范围和数据传输速率。常见的调制方式包括BPSK、QPSK、16-QAM和64-QAM。
Wi-Fi的协议栈
Wi-Fi协议栈包括物理层、媒体访问控制层（MAC）、网络层、传输层和应用层。MAC层负责信道访问和数据帧的传输管理，支持多种访问控制机制，如CSMA/CA。
5.3无线协议的应用实例
5.3.1IEEE802.15.4协议的应用
Zigbee网络
Zigbee是基于IEEE802.