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（续前文）   2.       物联网传感器网络 在物联网的技术架构中，将采用多种无线通信技术来满足不同场景下的信息采集、传输和控制命令传递等需求， ZigBee 是主要的通信技术之一。 ZigBee 也是一项局域网技术，它可以为家庭构建无线传感器与控制网络、提供无线网络服务。 ZigBee 主要用于在大部分时间处于睡眠状态的设备之间不太频繁地传送简短信号，理论上的最大数据速率只有 250KB/S ，设备间典型通通信一般只用几毫秒，属于“窄带 ” 通信系统。 ZigBee 使用的频段与 WiFi 一样，有许多免执照的频谱可以使用，诸多 802 标准利用了大部分这些频谱，其他许多技术也一样。虽然成本效益是 ZigBee 的设计师考虑的重要因素，但稳健性、可靠性及在嘈杂的射频环境中具有抗干扰性同样很重要。 服务于人自身的家庭（室内环境）应用，是 ZigBee 的主要市场目标之一。在室内环境下 ZigBee 网络中，一些节点会放在地板下方及其它难以触及的地方，所以即使它们耗用的功率极小，也需要配备电池， ZigBee 无线电装置和处理器要取得成功，必须尺寸小、功耗低、成本低。 因此， ZigBee 网络信号不仅会面临 WiFi 网络同样的电磁干扰、信号有效覆盖、安全覆盖等问题，功耗与成本矛盾更为突出。 3.       室内环境下的有效覆盖 室内环境下无线局域网络信号的有效覆盖是一个十分复杂、棘手的难题，主要原因在于： ²   建筑物结构的多样性：在以钢筋、水泥为主要材料的建筑物内，由于楼层的跨度、高度、区隔，甚至室内物件的布局、房门的开启，都会对无线信号的反射、折射、绕射等产生影响，从而影响无线网络信号的稳定。 ²   建筑物内区隔介质的多样性：室内区隔有的采用木板、石膏板、玻璃、砖墙和钢筋水泥墙等，不同材料对无线信号的穿透损耗差别极大。 实验表明，木板和石膏板隔墙对信号的损耗较小、 10mm 厚度玻璃墙穿透损耗大约 10dB 、 20cm 厚度实心砖墙穿透损耗大约 20dB 、超过 30cm 厚度的钢筋水泥天花板的穿透损耗不小于 30dB 。 上述原因导致室内无线网络难以进行工程规划（设计），特别是酒店和家庭： ²   虽然布设了大量 AP ，无线信号还是不好进入客房内 , 信号不稳定。 ²   楼上楼下和同一楼层过多 AP 产生干扰 , 速率严重下降，越多人无线上网，问题越严重（对于中空的酒店环境，干扰问题更明显） ²   同一房间内可以收到多个 AP 信号， 2.4G 同频干扰造成连接不稳定 , 电脑无线连接“跳来跳去 , 时断时续 ” 问题。 2009 年，某运营商对 838 户宽带用户的调查中，启用 WiFi 网络的用户有 81 户，其中 35 户（ 43.2% ）对网络的接入质量满意、 46 户（占 56.8% ）对网络接入质量不满意。随着 WiFi 网络、物联网络设备的布设和用户终端、传感控制器等设备的不断增加，室内环境下无线网络的有效覆盖问题愈来愈突出。 4.       无线通信与电磁安全 信息技术日益发达 , 人们在享受其便利的同时 , 逐渐关心通信设备电磁辐射对人体带来的健康问题。 电场和磁场的交互变化产生的电磁波，电磁波向空中发射或汇聚的现象，叫电磁辐射。电磁辐射是以一种看不见、摸不着的特殊形态存在的物质。人类生存的地球本身就是一个大磁场，它表面的热辐射和雷电都可产生电磁辐射，太阳及其他星球也从外层空间原原不断地产生电磁辐射。围绕在人类身边的天然磁场、太阳光、家用电器等都会发出强度不同的辐射。 人体 生命 中 包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害，主要表现为热效应和非热效应两大方面： Ø   热效应：人体组织 70% 以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到体内器官的正常工作。体温升高引发各种症状，如心悸、头涨、失眠、心动过缓、白细胞减少，免疫功能下降、视力下降等。产生热效就应的电磁波功率密度在 10mW/CM2 、微观致热效应 1mW/CM2 、浅致热效应在 10mW/CM2 以下。当功率为 1000W 的微波直接照射人时，可在几秒内致人死亡。 Ø   非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁场的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场将遭到破坏，人体也会遭受损害。这主要是低频电磁波产生的影响，即人体被电磁辐射照射后，体温并未明显升高，但已经干扰了人体的固有微弱电磁场，使血液、淋巴液和细胞原生质发生改变，对人体造成严重危害，可导致胎儿畸形或孕妇自然流产；影响人体的循环、免疫、生殖和代谢功能等。 “ 电磁污染 ” 已成为继大气污染、水污染、固体废弃物污染和噪声污染之后的第五大污染，而且看不见，摸不着，直接作用于机器或人体，是危害严重的 “ 隐形杀手 ” 。电磁辐射对人体、人类的危害是长期、渐进的，人类对电磁辐射认识需要一个过程，如同许多化学添加剂对人体的危害一样，目前世界各国、各类组织制定的相关安全标准只是基于对已知问题的认识。 日常生活中的人造辐射源，则包括 微波炉 、收音机、电视广播发射机和卫星通讯装置等，目前对人们生活产生影响最大的是包括手机在内的移动通信终端与基站。人们在享受现代家电、移动信息设备带来的自由和充分的服务的同时，必须采取谨慎原则对待电磁辐射。 5.   室内环境下无线通信面临的问题 综上所述，无线通信技术的发展与应用，在室内环境下主要面临以下问题： Ø   无线信号的有效覆盖：满足无线通信的最低要求，稳定可靠； Ø   无线信号的安全覆盖：包括信息安全和对生物体（人体）的电磁辐射； Ø   无线信号的电磁干扰问题：包括系统本身与系统之间的干扰； Ø   无线通信设备的功耗与成本问题：特别是对功耗敏感的物联网传感器（包括家庭安放、健康等）、水、电、汽远程抄表等； Ø   室内信息设备共享宽带出口、室内信息设备的互通互联、信息资源共享； Ø   室内网络的重复建设、冗余建设和无效建设、室内网络改造的工程困难； Ø   室内信息设备和（通信）技术标准的多样性、应用模式和技术标准的不确定性、如何应对“光纤到户”、“数字家庭”等发展问题。 实践证明，沿用 CATV 网络的思路，采用“基于同轴电缆的室内蜂窝覆盖”技术，可有效解决上述难题。！ （本文引用了大量的网络资料，在此难以罗列，特此鸣谢！）   室内无线网络问题分析（1） 室内无线网络问题分析（2） 室内无线网络问题分析（3）  

   （续前文） 1.2.   移动通信网络 随着移动通信网络规模的发展和竞争的加剧，用户对网络覆盖、质量的要求也越来越高。为了适应移动用户的增加、活动范围越来越广问题，可以通过新建基站、直放站等传统网络优化方式解决山区道路、边远地区的覆盖问题。然而，面对城市快速发展，移动通信网络面临覆盖深度的挑战： 1.    同一区域（基站）终端数量随人群的聚散急剧波动，虽然手机信号正常，但是由于终端密度大，基站信道拥挤，手机上线困难； 2.    大量的高层建筑物对移动终端接收信号屏蔽、建筑物的低层、地下层、电梯存在移动信号弱区和盲区； 3.    在建筑物的中高层，会收到多个基站的信号，尤其是远处基站的不稳定信号，会存在乒乓效应，频繁切换，通话质量差，且容易掉话。 一般说来，通过加强基站的发射功率可以扩大基站到终端的覆盖广度和深度，但是普通手机的最大功率是固定的，如果远离基站，手机的上行信号就无法解析，系统上、下行覆盖不平衡，后果便是单通、质量差、掉话等。 因此，无线移动通信要求对网络信号覆盖、特别是建筑物（室内网络）内的信号覆盖进行优化。网络优化包括了解决问题和提高性能两方面的要求。   1.3.   无线局域网络 在过去十年里， 802.11 技术取得了长足的进步,但是 WiFi 网络的可靠性问题一直困扰着运营商和用户，特别是室内环境、多 AP 覆盖等问题。 几乎所有发射电磁信号的设备都会产生无线电频率干扰。这些设备包括机电设备、计算机设备、无绳电话、蓝牙设备、微波炉，甚至还有智能电表，但无线局域网的最大干扰源还是 WiFi 网络系统自身（包括 AP 和终端）： Ø 当 WiFi 客户端设备“听到了”其它的信号，无论这一信号是否是关联的 WiFi 信号，它都会递延传输和解析，直到该信号消失。传输中发生了干扰还会导致数据包丢失，迫使 WiFi 重新传输，这些重新传输将使得吞吐速度放缓，导致共享同一个接入点 (AP) 的用户出现大幅延迟。 Ø 新的 802.11n 标准有可能使得无线电干扰问题进一步恶化。为了能够向不同方向同时传输多个 WiFi 流以取得更快的连接性， 802.11n 通常在一个 AP 上使用多个发射设备，同样，错误也翻倍。如果这些信号中只有一个出现了干扰， 802.11n 的两个基础技术 -- 空间多路传输或是绑定信道的性能都会出现下降。 Ø “ 改变信道 ” 也可解决 WiFi 干扰。尽管在应对特定频率上出现持续干扰时改变信道是一种有用技术，但是干扰通常都具有间歇性和变化无常的特点。在 WiFi 使用最为广泛多的 2.4GHz 频段上，仅有三个互不干扰的信道，可供改变的信道数量有限。 Ø 在以“钢筋水泥”为主要建筑材料的多层、高层建筑中（包括住宅、商业楼宇、酒店等），存在更复杂的局面：一方面是布设 / 持有的无线设备密度不断增加，造成相互干扰和网络拥挤；另一方面是由于天花板、墙体、玻璃等区隔，引起的信号衰减，导致无线网络信号难以有效覆盖。 目前解决无线电干扰的常用办法包括降低物理数据传输率，减少受干扰 AP 的传输功率和调整 AP 的信道分配。在特定情况下，上述方法每一种都很管用，但是没有一种能够从根本上解决无线电干扰这一问题。 （待续）   室内无线网络问题分析（1） 室内无线网络问题分析（2） 室内无线网络问题分析（3）    

在三网融合的大背景下，以家庭为单位的排它性、同质化竞争日益激烈，多终端、多业务、多通信模式成为室内网络建设与优化的难题，特别是无线网络技术的迅速发展。 从技术和市场分析来看，基于 802.3u 标准的以太网技术的有线网络和基于 802.11g/n 标准的无线网络将成为室内接入网络的主流。 这里所讨论的室内无线网络包括广播方式的无线和卫星电视、移动广域网络（包括： GSM/3G/4G ）、无线局域网络（ WiFi ）和物联网传感器网络（ ZigBee ）。 1. 无线信号的传播与通信 无线技术 较早普及的应用是广播（收音机）、电视（电视机）和卫星电视，它给人们带来的影响是无可争议的。 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 。 上世纪八十年代，伴随着以太局域网的迅猛发展，无线网作为有线以太网的一种补充，也赢得了特定市场的认可， 1997 年， IEEE 通过了 802.11 标准。 如今，无线技术应用已深入到人们生活和工作的各个方面，包括日常使用的手机、无线电话等，其中 3G 、 WLAN 、 蓝牙 、卫星系统、数字电视等成为 21 世纪热门的无线通信技术的应用。 1.1.   无线电视与有线电视 无线电视包括“开路电视”和“卫星电视”等模式。 开路电视（ Wireless TV ）亦称广播电视。电视发射中心通过发射天线将电视信号以电磁波的形式向一定区域内发射 , 用户从天线获得电视信号。 闭路电视（ CATV ）是与电视台开路电视、广播相对而言的。 CATV 是自 1949 年起由美国的共享天线 (Community Antenna Television) 收讯系统演变而来。当初设立 CATV 的目的，是为了改善山区接收不良等偏远地区的电视收视效果而设立的，之后， CATV 普及到世界各地用于解决建筑物对电视信号的影响和电视节目数量与质量问题。 经过 60 多年的高速发展，以同轴电缆入户、入室为特征的 CATV 有线电视网 络已经遍布世界 , 由有线电视公司运营 , 提供广播业务 , 包括电视 , 图文电视等。过去 ,CATV 网采用模拟传输方式 , 是一种模拟网络。现在， CATV 网络已经基本实现数字化 — 包括传输信号数字化、传输内容数字化和传输方式双向化。 卫星电视是利用 地球 同步卫星将数字编码压缩的电视信号传输到用户端的一种方式。卫星电视有两种接收方式：一种是直接用户接收（ DTH ： Direct to Home ），其特征在于经卫星接收天线“高频头”变频后的信号、经由功率分配器、通过同轴电缆送达卫星电视接收机；另一种是集体接收，如酒店、商业楼宇或有线电视运营商，他们将接收到的卫星电视信号进行调制后输入 有线电视 （ CATV ）网络，通过有线 电视 网络 送到用户终端（电视接收机）。无论哪种模式的卫星电视接收系统，都需要利用由同轴电缆构成的 RF 信号网络，实现信号的分配。 值得我们回味的是无线电视到有线电视（ CATV ）网络发展的历程，其核心的哲学思想是通过同轴电缆实现宽带信号“功率分配”、构建“分布式网络”，有效解决无线传输的电视信号在室内环境下有效覆盖的难题。 （待续）   室内无线网络问题分析（1） 室内无线网络问题分析（2） 室内无线网络问题分析（3）