無線網絡技術導論

主講教師：張亮老師

第三講無線個域網

https://blog.csdn.net/Wjwstruggle/article/details/90797453

個域網(Personal Area Network，PAN)，是一種範圍較小的計算機網絡，計算機設備之間的通信，還包括電話和個人設備等
PAN的通信範圍往往僅幾米，也可用於連接多個網絡
PAN被看作是最後一米的解決方案
無線個域網(Wireless PAN，WPAN)是一種採用無線連接的個域網
WPAN通過無線介質代替傳統有線電纜，實現個人信息終端的互聯，組建個人信息網絡
WPAN是爲了實現活動半徑小(如幾米)、業務類型豐富、面向特定羣體的連接而提出的新型無線網絡技術
WPAN是一種與無線廣域網(WWAN)、無線城域網(WMAN)、無線局域網(WLAN)並列但覆蓋範圍更小的無線網絡，對應關係如下圖

1、WPAN的主要優點

價格便宜、體積小、易操作和功耗低等優點

2、WPAN主要特點：

高數據速率並行鏈路：>100Mbps
鄰近終端之間的短距離連接：典型1~10m
標準無線或電纜與外部因特網或廣域網的連接
典型的對等式拓撲結構
中等用戶密度

3、WPAN的分類

按傳輸速率分爲低速、高速和超高速三類

4、主要技術

藍牙：藍牙由愛立信公司於1994年提出，作爲RS232數據線的無線連接。1998年藍牙SIG成立，負責制定技術標準。藍牙採用分散式網絡結構以及快速跳頻和短包技術，支持點對點及點對多點的通信，採用時分雙工傳輸方案。
IrDA：利用紅外線進行通信，最高通信速率115.2kbps，主要優點是無需申請頻率使用權，通信成本低廉，具有體積小、功耗低、連接方便、簡單易用等特點
HomeRF
UWB
Zigbee
HomeRF：數字無繩電話技術與WLAN技術融合發展的產物，採用共享無線連接協議(Share Wireless Access Protocol，SWAP)，工作在2.4GHz ISM頻段
UWB：超寬帶(Ultra Wide Band，UWB) 基於IEEE 802.15.3的超高速、短距離無線接入技術，較寬頻譜上傳輸極低功率信號通信範圍在10米範圍內，能實現每秒數百兆位的數據傳輸率，具有抗干擾性強、傳輸速率高、帶寬大、消耗電能低、保密性好等優點
Zigbee：短距離、低功率、低速率無線接入技術，名稱源於蜜蜂間跳Zigzag形狀舞蹈交流，共享食物源方向、位置、距離等信息。2.4GHz ISM頻段，速率20~250kbps，傳輸距離10~100m

1、藍牙是什麼

藍牙是無線技術規範
用於建立個域網(PAN)
用於短距離(<10m)小資料的傳輸
其目標和宗旨是：保持聯繫，不靠電纜，拒絕插頭，並以此重塑人們的生活方式。

2、藍牙技術的誕生與發展

1994，Ericsson發起該技術的研究；
1998，Ericsson、IBM、Intel、Nokia、Toshiba組成SIG，目標是將計算、通信設備以及附加設備通過短程、低耗、低成本的無線電波連接起來；後Lucent、3Com、Microsoft和Motorola加入SIG；現SIG成員超過2500個；
1999， Blutooth 1.0發佈；
2002，IEEE採納了藍牙的物理層和數據鏈路層，發佈了IEEE802.15.1；

3、藍牙優點

沒有線纜連接
使得一組個人設備協同工作
位置感知服務(例如：漫遊)
僅在有限範圍內並且需要時訪問額外資源
不依賴於硬件品牌設備
便宜

4、藍牙應用

連接計算機以及其他外部設備
充當訪問Internet的接入點
構建居家環境

5、藍牙應用模塊

完整的微處理器模塊

建立，發送和接收所用電路
藍牙協議棧中運行的程序已經特殊功能

6、藍牙發射機

1類，100米，實際40-75米
2類，10米
3類，更短

7、藍牙傳輸特性

2.4GHz頻帶
傳輸距離爲10米
連接便攜式和固定設備
點— 單點和點— 多點模式
數據速率
同步（電路交換技術）64kbps
異步（分組交換技術）433.9kbps(對稱)和723.2kbps(非對稱)

8、藍牙的聯網模式

點-點模式：兩個藍牙設備直接通信
Piconet（微微網）：共享相同信道，8個藍牙設備可在小型網絡內通信
Scatternet（散網）：多達256個piconet可連接成更大的網絡

微微網（Piconet）

1個Master節點控制通信的同步
7個Slave節點
AD-HOC網絡

散網

時間和空間層疊的多個微微網組成一個散網
多個微微網的主設備可以成爲微微網的從設備
對於每個微微網的從設備來說又是該微微網主設備的從屬設備

9、藍牙與紅外的區別

距離紅外：對準、直接、1—2米，單對單。藍牙：10米左右，可加強信號，可以繞彎，可以不對準，可以不在同一間房間，鏈接最大數目可達7個，同時區分硬件。
產業紅外：很普及藍牙：普及
速度紅外：慢藍牙：快
安全紅外：無區別藍牙：加密
成本紅外：幾元---幾十元藍牙：400—800元

10、藍牙系統

藍牙技術規範(核心)：藍牙技術操作和協議體系結構
藍牙應用規範(概要)：藍牙的應用範圍

11、藍牙協議棧

衆多的協議以鬆散方式組成
非OSI、TCP/IP、IEEE802

（1）、Bluetooth的無線電層（RF）

基本功能

在主站和從站之間發送比特

特點

低功率，傳輸距離爲10米
採用2.4GHz的ISM；
共有79個信道，每個1MHz
數據率1Mbps；
採用跳頻擴頻技術

（2）、Bluetooth的基帶層（Baseband）

基本功能

組合了電路交換和分組交換功能
爲同步分組傳輸預留時間槽，每個分組以不同跳頻發送
成幀
信道管理

（3）、Bluetooth的鏈路管理規範（Link Manager）

Piconet的管理(24 PDUs)

鏈路配置
低能模式
QoS
Packet類型選擇

時序/同步

Master-slave切換

信道控制
安全服務

認證
加密
密鑰的分發

（4）、Bluetooth的L2CAP層（L2CAP）

邏輯鏈路控制和自適應協議

協議的多路複用/分用
接收上層的分組（64KB）分段傳輸；
在接收端重組
處理服務質量

（5）、服務發現協議（SDP）

查詢服務：搜索特殊的服務種類，瀏覽當前的可用服務
檢索連接到某個服務的詳細屬性
建立一個使用某個服務的獨立(non-SDP)連接

（6）、Bluetooth的其他層次

RFCOMM：電纜替代協議，建立虛擬串口
目標交換協議（OBEX）：傳輸數據，圖像和語言對象
Vcard/Vcal：在移動存儲設備上存儲和傳遞名片
無線應用環境（WAE）：在無線和手持設備上建立萬維網
AT命令集：控制撥號和調製解調功能的動作和命令
二進制電話控制規範（TCS BIN）：設備間建立語音和數據鏈路的面向比特的協議

12、藍牙應用概要

藍牙的profile文檔定義了一組使用模式；
每個profile說明了支持該特定使用模式的協議以及協議特性；

藍牙上的文件傳輸：傳送能力，目錄，文件，文檔，映像，流媒體
瀏覽能力：文件夾
同步應用：提供了設備與設備之間個人信息管理(PIM)息的同步，例如電話號碼、日曆、消息和通告信息。
藍牙上的WAP

1998年，IEEE 802.15 工作組成立, 專門從事WPAN標準化工作。它的任務是開發一套適用於短程無線通信的標準，通常我們稱之爲無線個人局域網(WPANs)。1999，正式成爲802.15工作組

任務組TG1：制定IEEE 802.15.1標準，又稱藍牙無線個人區域網絡標準。這是一箇中等速率、近距離的WPAN網絡標準，通常用於手機、PDA等設備的短距離通信
任務組TG2：制定IEEE 802.15.2標準，研究IEEE 802.15.1與 IEEE 802.11（無線局域網標準，WLAN）的共存問題。
任務組TG3：制定IEEE 802.15.3標準，研究高傳輸速率無線個人區域網絡標準。該標準主要考慮無線個人區域網絡在多媒體方面的應用，追求更高的傳輸速率與服務品質。
任務組TG4：制定IEEE 802.15.4標準，針對低速無線個人區域網絡（low-rate wireless personal area network, LR-WPAN）制定標準。該標準把低能量消耗、低速率傳輸、低成本作爲重點目標，旨在爲個人或者家庭範圍內不同設備之音的低速互連提供統一標準。

1、IR（Infrared Radiation紅外線）工作原理

二極管（LED）：可以發射光源或者光束，並對其編碼
IR接收機：光感應設備，可以感應光源並對其攜帶信息譯碼

2、IR聯網模式

直射式：發射機和接收機在直接的視距上，僅限於連接兩臺設備，可靠切安全
漫射式：信號擴展到更寬的角度（180），在封閉空間內各表面上反射信號

3、紅外數據協會標準（IrDA）

4、IrDA物理層

IrPHY定義了4Mb/s以下速率的半雙工連接標準。在IrDA物理層中，將數據通信按發送速率分爲三類：SIR、MIR和FIR。

串行紅外（SIR）的速率覆蓋了RS-232端口，通常支持的速率（9600bps～1152Kbps）。
MIR可支持0.576Mbps和1.152Mbps的速率；
高速紅外（FIR）通常用於4Mbps的速率，有時也可用於高於SIR的所有速率。

5、IrDA的數據鏈路協議

IrLAP鏈路接入協議：與OSI模型的數據鏈路層對應，基於HDLC協議和SDLC協議，搜索設備，連接和傳輸數據標準
IrLMP鏈路管理協議：爲傳輸和應用層服務，鏈路管理-信息接入服務，爲設備建立數據庫，鏈路管理多路複用，爲上層服務，並允許IrLAP連接多個設備

6、UWB

UWB(Ultra Wideband)是一種無載波通信技術，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈衝傳輸數據。有人稱它爲無線電領域的一次革命性進展，認爲它將成爲未來短距離無線通信的主流技術。

7、超寬帶技術（UWB）特點

工作在3.1～10.6GHz
傳輸距離10m
數率100Mbps
TDM複用方式
低功耗，寬頻譜，不會干擾其他系統
相對於藍牙系統來講，無線UWB技術要簡單的多，而且在傳輸速率、成本上有巨大優勢。

8、UWB優點

抗干擾性能強
傳輸速率高
帶寬極寬
消耗電能小
保密性好
發送功率非常小

9、Zigbee

Zigbee是IEEE 802.15.4協議的代名詞。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。IEEE802.15.4規範是一種經濟、高效、低數據速率（<250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線技術，用於個人區域網和對等網絡。

10、zigbee特點

工作在2.4GHz
速率20Kbps，40Kbps，250Kbps
傳輸距離30m，擴展模式134m
由飛利浦公司創建，節能特性

11、HomeRF

HomeRF是專門針對家庭住宅環境而開發出來的無線網絡技術，借用了802.11規範中支持TCP/IP傳輸的協議；而其語音傳輸性能則來自DECT(無繩電話)標準。

12、HomeRF特點

無線以太網傳輸規範子集
傳輸距離40m
帶寬1.2Mbps
物理層和MAC區別

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