-Unlicensed-物联网网络传输层-02无线个人区域网
一文读懂无线通信技术分类
一文读懂无线通信技术分类无线技术正在迅速发展，并在人们的生活中发挥越来越大的作用。
而随着无线应用的增长，各种技术和设备也会越来越多，也越来越依赖于无线通信技术。
本文盘点下物联网中无线通信主要的技术。
无线通信技术分类美国通信委员会（FCC）分类2015年，美国通信委员会（FCC，Federal Communications Commission）技术咨询委员会（TAC，Technological Advisory Council）网络安全工作组在一份白皮书中提到了将物联网通信技术分成了以下四类：Mobile/WAN，Wide Area Network - 移动广域网络，覆盖范围大WAN，Wide Area Network - 广域网，覆盖范围大，非移动技术LAN，Local Area Network - 局域网，覆盖范围相对较小，如住宅、建筑或园区PAN，Personal Area Network - 个域网，覆盖范围从几厘米到几米不等主要的无线技术及分类如下表所示：不知为何，FCC TAC将Sigfox归入了LAN，而LoRaWAN归入了WAN。
Sigfox与LoRaWAN 都同属于LPWAN领域中的窄带技术，都是可以广域覆盖。
Weightless SIG在LPWAN领域中主推的将会是Weightless-P。
NB-IoT也没有列入其中。
新的技术在不断出现，也在不断地重塑物联网市场的格局。
KEYSIGHT分类在KEYSIGHT的一份PPT中《Low Power Wide Area Networks，NB-IoT and the Internet of Things》，将IoT无线技术做了比较详细的划分，如下图所示：相关术语如下：NFC，Near Field CommunicaTIon - 近场通信。
CH无线网络
临时建立的移动自组网络进行通信。 这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆 群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机 群。 当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动 自组网络进行及时的通信往往很有效的，
无线传感器网络 WSN (Wireless Sensor Network)
由大量传感器结点通过无线通信技术构成的自组
802.x 局域网
接入点 AP 门桥 门桥
分配系统 DS
因特网 接入点 AP
A
基本服务集 BSS
基本服务集 BSS
Btal)为无线用户提供 到非 802.11 无线局域网（例如，到有线连接 的因特网）的接入。门桥的作用就相当于一个网桥。
802.x 局域网
的同时，还必须不间断地检测信道，但在无线 局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。 即使我们能够实现碰撞检测的功能，并且当 我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接 收端仍然有可能发生碰撞。
这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题 无线局域网的特殊问题 叫做隐蔽站问题(hidden station problem)
ZigBee 的特点
功耗非常低。在工作时，信号的收发时间
很短；而在非工作时，ZigBee 结点处于休 眠状态，非常省电。对于某些工作时间和 总时间之比小于 1% 的情况，电池的寿命 甚至可以超过10 年。 网络容量大。一个 ZigBee 的网络最多包 括有255 个结点，其中一个是主设备，其 余则是从设备。若是通过网络协调器，整 个网络最多可以支持超过 64000 个结点。
802.11 的 MAC 层
MAC 层通过协调功能来确定在基本服务集 BSS 中 的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。 无争用服务（选用） 点协调功能 PCF (Point Coordination Function)
物联网感知层和传输层的安全问题
物联网感知层与传输层的安全问题物联网作为一个多网的异构融合网络，不仅存在与传感器网络、移动通信网络与因特网同样的安全问题[4]，同时在隐私保护问题、异构网络的认证与访问控制问题、信息的安全存储与管理等问题上还有其自身的安全特点。
物联网相较于传统网络，其感知层的感知节点大都部署在无人监控的环境，具有能力脆弱、资源受限等特点，并且由于物联网是在现有的网络基础上扩展了感知网络与应用平台，物联网应用比一般的网络系统更易受侵扰，传统网络安全措施不足以提供可靠的安全保障，从而使得物联网的安全问题具有特殊性，其安全问题更复杂。
如Skimming问题[5]：在末端设备或RFID持卡人不知情的情况下，信息被读取；Eavesdropping问题：在一个通道的中间，信息被中途截取；Spoofing问题：伪造复制设备数据，冒名输入到系统中；Cloning 问题：克隆末端设备，冒名顶替；Killing问题：损坏或盗走末端设备；Jamming问题：伪造数据造成设备阻塞不可用；Shielding问题：用机械手段屏蔽电信号，让末端无法连接等。
所以在解决物联网安全问题时候，必须根据物联网本身的特点研究设计相应的安全机制。
以下分析物联网感知层与传输层的安全问题。
1.1 物联网感知层的安全问题物联网感知层主要解决对物理世界的数据获取的问题，以达到对数据全面感知的目的。
目前研究有小范围示范应用的是基于RFID的物联网与基于WSN（无线传感器网络）的物联网。
（1）基于RFID的物联网感知层的安全威胁RFID是物联网感知层常用的技术之一，针对RFID的安全威胁主要有：1）物理攻击：主要针对节点本身进行物理上的破坏行为，导致信息泄露、恶意追踪等；2）信道阻塞：攻击者通过长时间占据信道导致合法通信无法传输；3）伪造攻击：伪造电子标签产生系统认可的合法用户标签；4）假冒攻击：在射频通信网络中，攻击者截获一个合法用户的身份信息后，利用这个身份信息来假冒该合法用户的身份入网；5）复制攻击：通过复制他人的电子标签信息，多次顶替别人使用；6）重放攻击：攻击者通过某种方法将用户的某次使用过程或身份验证记录重放或将窃听到的有效信息经过一段时间以后再传给信息的接收者，骗取系统的信任，达到其攻击的目的；7）信息篡改：攻击者将窃听到的信息进行修改之后再将信息传给接收者。
物联网网络层技术
Ad hoc网络技术
Ad hoc网络是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等，无 需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功 能，而且具有报文转发能力。 Ad hoc网络特点： 1、无中心
Ad hoc网络没有严格的控制中心。所有结点的地位平等，即是一个对等 式网络。结点可以随时加入和离开网络。任何结点的故障不会影响整个网络 的运行，具有很强的抗毁性。 2、自组织 网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。结点通过分层协议和分 布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的 网络。 3、多跳路由
当结点要与其覆盖范围之外的结点进行通信时，需要中间结点的多跳转 发。与固定网络的多跳不同，Ad hoc网络中的多跳路由是由普通的网络结点 完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成的。
4、 动态拓扑 Ad hoc网络是一个动态的网络。网络结点可以随处移动，也可以随时开
机和关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。 这些特点使得Ad hoc网络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与普通的蜂窝移动通信网 络和固定通信网络有着显著的区别。
M2M示意图
蓝牙组网方式 ：
无线个域网技术还有UWB超宽带技术、Z－wave技术、RFID通讯技术、 NFC和IrDA等。
Wi－Fi技术
Wi－Fi技术是一种将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无 线方式互相连接的技术。 Wi－Fi技术具有五大技术优势：无线电波覆盖范围 广、传输速度相当快、厂商进入该领域的门槛较低、健康安全、目前Wi－Fi 技术应用现在已经非常普遍。
4、个人通信 个人局域网（PAN,Personal Area Network）是Ad hoc网络技术的另一应用
概要说明物联网安全的逻辑层次
概要说明物联网安全的逻辑层次
物联网安全的逻辑层次分为三个层次：安全数据传输层，网络安全层和应用安全层。
安全数据传输层主要负责加密数据以及验证发送者和接收者的身份和资源接入。
这一层面主要包括入网认证机制，网络访问控制，安全报文处理，设备认证/密钥分发，网络加密和安全日志分析等功能。
网络安全层是物联网安全的核心层，主要负责抵御外部的网络攻击，比如僵尸网络和DDoS攻击等。
网络安全层的安全措施主要是建立安全基础设施，如网关、防火墙和入侵检测系统，以及应用安全测试和对安全漏洞进行修补等。
应用安全层是物联网安全的最后一道防线，主要负责收集和处理物联网系统数据，比如可信的认证和访问管理机制，身份认证服务，可信网络等。
这一层还包括可信软件安全，如安全签名服务，安全更新机制等。
物联网层次架构
物联网层次架构随着技术的进步和发展，物联网已经成为人类社会的一个重要的技术支撑。
物联网的发展提供了更多的可能性，可以实现更多高效、便捷的服务，并且可以改进现有的服务系统。
为了充分利用物联网的潜力，人们需要一个结构化的架构来支撑物联网的发展。
物联网层次架构是一种模型，它从上到下，由不同层次组成，每一层都有它自己的功能和作用。
物联网层次架构的主要层次包括：物理层、网络层、传输层、应用层和服务层。
物理层是物联网的基础层，由传感器、控制器、网络硬件等组成。
物理层负责收集物联网环境中的实际数据，如温度、湿度、光强度等，并将这些实际数据转换为电子信号。
网络层是物联网的网络层，负责实现物联网节点之间的连接，以及实现数据在网络中的传输。
网络层可以使用多种网络技术，如：局域网、无线局域网、蓝牙、蜂窝网络等。
传输层是物联网的传输层，主要负责在物联网环境中实现对数据的传输。
传输层可以使用多种协议，如：TCP/IP、UDP、HTTP等。
应用层是物联网的应用层，主要负责实现物联网的应用，如远程控制、数据收集等。
应用层可以使用多种协议，如：CoAP、MQTT、XMPP等。
服务层是物联网的服务层，负责实现物联网的服务，如数据分析、物联网设备管理等。
服务层可以使用多种协议，如：REST、SOAP等。
物联网层次架构是一种结构化的架构，它允许物联网系统中的多个节点之间的联系，实现物联网的功能，有效地利用物联网的潜力。
物联网层次架构的发展同时也提高了物联网系统的安全性。
物联网层次架构允许物联网系统中设置安全措施，以确保物联网系统中的数据安全。
此外，物联网层次架构还可以支持物联网系统中的多种安全协议，如SSL、TLS等，以确保物联网系统的安全性。
物联网层次架构的发展也为物联网的应用提供了更多的可能性。
例如，可以使用物联网层次架构搭建智能家居系统，实现家居环境的智能化管理；还可以使用物联网层次架构搭建智能交通系统，实现智能交通的控制和管理；还可以使用物联网层次架构搭建智能医疗系统，实现自动化的诊断和治疗。
网络安全传输层
网络安全传输层网络安全是当今互联网发展中亟待解决的一个重要问题。
随着网络技术的快速发展，越来越多的敏感信息通过互联网进行传输，网络安全传输层的保护显得尤为重要。
本文将探讨网络安全传输层及其相关技术，旨在提供一种全面且有效的保护网络传输的方法。
一、传输层概述传输层是OSI（开放系统互联）参考模型中的一层，它主要负责实现端到端的数据传输和控制。
网络安全传输层的目标是保护数据传输的机密性、完整性和可靠性，以抵御各种网络攻击和威胁。
二、传输层安全协议为了实现网络安全传输层，人们开发了各种安全协议。
针对数据机密性的保护，SSL（安全套接层）和TLS（传输层安全）协议提供了加密传输的机制，确保数据在传输过程中不会被窃取。
为了保证数据完整性，HMAC（哈希消息认证码）协议提供了数据完整性校验的功能。
此外，传输层安全协议还可以提供身份验证、密钥协商等功能，以确保传输过程的安全性。
三、数字证书技术数字证书技术是网络安全传输层中关键的一环。
它通过用数字签名的方式对公钥进行认证，确保通信双方的身份可信。
数字证书中包含了公钥、证书签发者的信息以及签名等内容，可以有效抵御中间人攻击和身份伪造等威胁。
四、虚拟专用网络（VPN）虚拟专用网络是一种通过公共网络（如互联网）建立起的安全通信隧道，将局域网扩展到广域网中。
VPN通过加密和隧道技术，实现了对数据通信的保护，可用于远程办公、跨地域连接等应用场景。
在传输层上部署VPN可以有效增强网络安全性，保护数据传输不受攻击和窃听。
五、传输层防火墙传输层防火墙是一种位于传输层的网络安全设备，用于检测和过滤传输层数据包，以保护网络免受各种网络攻击。
传输层防火墙主要依赖于传输层协议的特性和规则，如TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）等，对数据包进行检查和过滤。
通过灵活配置和管理，传输层防火墙可以有效地防止网络攻击和入侵行为。
六、传输层攻击与防御传输层作为网络中的重要一环，也是攻击者进行网络攻击的目标。
物联网网络层技术
协议性能分析 各种协议的性能对比 协议选择的重要性
通信协议的优劣 蓝牙、Wi-Fi、LoRa等协议对比 适用场景和优劣分析
未来应用场景
智能家居
01 家庭设备联网，实现智能控制
智慧城市
02 城市基础设施智能化，提升生活质量
工业物联网
03 生产环节自动化，提高生产效率
结束语
在物联网快速发展的时代，物联网网络层技术 作为关键部分，将持续演化和创新，为各行业 带来更多可能性和便利。
THANKS 感谢观看
总结内容
物联网网络层技术介绍
详细介绍物联网网络层 的相关技术
研究现状分析
分析物联网网络层技 术当前的研究状况
关键技术点
列举物联网网络层技术 的重要技术特点
未来展望
未来物联网网络层技术将迎来更多创新，应用 场景将不断扩展和深化，为物联网技术的发展 带来新的可能性。
研究方向比较
AI在网络层的应用 AI技术将如何影响物联网网络层 AI对网络层性能的优化
边缘计算优势分析
02 降低数据传输成本
边缘计算在物联网中的应用案例
03 智能家居系统
智能物联网系统
智能感知技术 传感器技术 环境监测 数据采集
智能控制技术 远程控制 自动化调节 智能执行
智能推荐与优化算法
个性化推荐 自适应算法 智能优化
未来发展趋势与展望
物联网网络层技术将继续发展，随着5G和6G的 普及，物联网将变得更加快速和稳定。人工智 能与物联网的合作将更加紧密，共同推动各行 各业的发展。物联网网络层技术的应用前景广 阔，涉及到生活、绝服务攻击
网络资源可能受到拒绝 服务攻击
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(9)免执照频段
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee技术的应用 基于技术的无线网络应用包括工业、农业、医学、智能家
居、智能交通等方面,典型的应用领域有：
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2.2蓝牙技术
蓝牙(Bluetooth)系统是1994年爱立信公司推出的支持短距 离通信的无线电技术,工作在全球通用的2.4GHz ISM(工业、科
用于手机/耳机等个有通信产品,耗电量和体积较小、方便携带.
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2.2蓝牙技术
2010年7月7日, 蓝牙技术联盟正式采用以低能耗技术为代表 优势的蓝牙核心规格V4.0,包括3个子,即传统蓝牙技术、高速蓝
牙和新的蓝牙低功耗技术。其改进之处主要体现在电池持续时
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (2)介质访问控制层(续) →自配置
IEEE 802.15.4在媒体接入控制层中加入了关联和分离功能,
以达到支持自配置的目的.自配置不仅能自动建立起一个星状网 ,而且还允许创建自配置的对等网.在关联过程中可以实现各种 配置,如为个人域网选择信道和识别符(ID)、为器件指配16位短 地址、设定电池寿命延长项等。
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (3)网络层(NET) →网络层拓扑
ZigBee网络层拓扑有星形网、网状网和混合网3种结构
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21 下一页 >&g术
★ ZigBee协议体系 (4)应用层
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (2)介质访问控制层(续) →MAC层帧结构
MAC层帧被称为协议数据单元(MPDU),其长度不超过
127B, IEEE 802.15.4协议标准在MAC子层定义了4种不同形式 的帧, 即信标帧、数据帧、命令帧和确认帧
行了标准化
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 包括IEEE 802.15.4标准定义的物理层、MAC层及ZigBee
联盟定义的网络层和应用层
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (1)物理层
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (2)介质访问控制层 →MAC层帧结构(续)
④命令帧
为了对设备的工作状态进行控制,同网络中的其他设备进行 通信,ZigBee网络的MAC层将根据命令类型生成相应的命令帧
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2.1ZigBee技术
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (2)介质访问控制层 →MAC层帧结构(续)
①信标帧
主要用于使各从设备与协调器进行同步,识别PAN和描述超 帧结构。在信标网络中,协调器通过所有设备发送信标帧,以保 证这些设备之间的帩,从而使得网络运行成本最低。
际上是低功率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术。
用于无线个人区域网通信的技术很多, 其中ZigBee、蓝牙 、UWB等满足低功耗、低成本、低速率的无线通信技术已成为 物联网的重要通信技术。
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2.1ZigBee技术
ZigBee技术作为新一代无线通信技术,主要用于固定、便携 或移动设备等终端之间的短距离互联, 其通信距离在10-80m, 传
输数据速率低、成本低。 ZigBee标准是在IEEE 802.15.4标准基
础上发展而来的, IEEE 802.15.4标准是IEEE确定低速无线个人 局域网的标准,这个标准定义了物理层(Physical Layer,PHY)和 媒体接入控制层(Media Access Control Layer, MAC), ZigBee联 盟则对网络层(Network Layer)和应用层 (Application Layer)进
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (3)介质访问控制层 →数据传输
在 IEEE 802.15.4中,有从器件以协调器、从协调器到器件、
在对等网络中从一方到另一方等3种数据传输。为了突出低功 耗的特点,把数据传输分为3种方式 ： ①直接数据传输适用以上所有3种形式 ②间接数据传输仅适用于从协调器到器件的数据转移(单向) ③有保证时隙(GTS)数据传输(同②,双向)
学、医学)频段,使用IEEE802.15.1标准,数据传输率为720kb/s,通
信范围在10m左右,使用蓝牙技术可以在移动电话、PDA、无线 耳机、便携式计算机及相关外设等众多设备之间进行无线通信,
并能有效地简化移动通信终端之间的通信,也能 经设备与互联
网之间的通信,使得数据传输更加迅速高效。
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万维网是九十年代的标志一样, 下一个巨大的变化, 将会是廉价
传感器的到來！ ——Paul Saffo Institute for the Future(美国未来科学院保罗 萨福 )
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第3篇 网络传输层技术
第1讲概述
第2讲无线个人区域网
第3讲无线局域网 第4讲无线移动通信网络
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第2讲 无线个人区域网
2.1ZigBee技术
2.2蓝牙技术
2.3超宽带技术
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2.1ZigBee技术
无线个人网 (Wireless Personal Area Network, WPAN)是在 10m距离范围内将属于个人使用的计算机、手机、信息家电产 品等设备用无线技术连接起来, 也可以是若干人共同使用, 它实
★链路管理层LMP：负责两个或多个设备链路的建立和拆除及
链路的安全和控制 ★蓝牙主机控制器接口HCI:是蓝牙协议中软、硬件之间的接口
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (2)介质访问控制层 →MAC层帧结构(续)
②数据帧
应用层产生的数据在ZigBee设备之间传输时,经过逐层数据 处理后发送给MAC层,形成MAC层服务数据单元, MAC层为服 务数据单元封装上帧头和帧尾,构造成完整的MAC数据帧.
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (2)介质访问控制层 →MAC层帧结构(续)
③确认帧
确认帧是接收设备在收到发送方设备发送的正确帧信息后 返回给发送设备的一个确认, 确认帧可以保证设备之间通信的 可靠性.
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间、节能和设备种类3个方面。
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2.2蓝牙技术
(1)蓝牙协议体系结构 蓝牙技术标准为IEEE802.15,通信协议采用分层体系结构,
根据通信协议,各种蓝牙设备可以通过人工或自动查询发现其他
蓝牙设备,从而构成微微网或扩大网.蓝牙协议栈的体系结构可 以分为底层协议、中间协议和高端应用协议三部分：
2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (2)介质访问控制层
MAC层定义何时节点应该如何来使用物理层的信道资源,
如何分配使用信道资源以及什么时候释放资源等. MAC层的主 要功能是：完成个人区域网的建立和分离;为PAN协调器发出网
络标识信号、同步时序信号;保证设备的安全;为信道访问提供
CSMA/CA机制;保证两个对待的MAC实体之间的 可靠连接
应用层向终端用户提供接口, ZigBee协议栈在应用层主要
包含3个组件： ①ZigBee协议对象,负责定义每个 功能和角色
②应用对象, 每个应用对象对应一个不同的应用层服务
③应用支持子层,是应用层的基本组件
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee网络系统
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2.1ZigBee技术
★ ZigBee协议体系 (3)网络层(NET) 网络层位于MAC层与应用层(APL)之间,主要负责新建网络
、加入网络、退出网络和网络报文的路由传输产功能,通过正确