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

目錄

無線網絡技術導論

第三講 無線個域網

?一、無線個域網概述

1、WPAN的主要優點

2、WPAN主要特點：

3、WPAN的分類

4、主要技術

?二、藍牙技術

1、藍牙是什么

2、藍牙技術的誕生與發展

3、藍牙優點

4、藍牙應用

5、藍牙應用模塊

6、藍牙發射機

7、藍牙傳輸特性

8、藍牙的聯網模式

9、藍牙與紅外的區別

10、藍牙系統

11、藍牙協議棧

（1）、Bluetooth的無線電層（RF）

（2）、Bluetooth的基帶層（Baseband）

（3）、Bluetooth的鏈路管理規范（Link Manager）

（4）、Bluetooth的L2CAP層（L2CAP）

（5）、服務發現協議（SDP）

（6）、Bluetooth的其他層次

12、藍牙應用概要

?三、IEEE802.15標準

?四、其他個域網技術

1、IR（Infrared Radiation紅外線）工作原理

2、IR聯網模式

3、紅外數據協會標準（IrDA）

4、IrDA物理層

5、IrDA的數據鏈路協議

6、UWB

7、超寬帶技術（UWB）特點

8、UWB優點

9、Zigbee

10、zigbee特點

11、HomeRF

12、HomeRF特點

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• 個域網(Personal Area Network，PAN)，是一種范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的通信范圍往往僅幾米，也可用于連接多個網絡
• PAN被看作是最后一米的解決方案
• 無線個域網(Wireless PAN，WPAN)是一種采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是為了實現活動半徑小(如幾米)、業務類型豐富、面向特定群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)并列但覆蓋范圍更小的無線網絡，對應關系如下圖

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：

• ??? 高數據速率并行鏈路：>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

按傳輸速率分為低速、高速和超高速三類

4、主要技術

• 藍牙：藍牙由愛立信公司于1994年提出，作為RS232數據線的無線連接。1998年藍牙SIG成立，負責制定技術標準。藍牙采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，采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，采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) 基于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范圍在10米范圍內，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，名稱源于蜜蜂間跳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

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1、藍牙是什么

• 藍牙是無線技術規范
• 用于建立個域網(PAN)
• 用于短距離(<10m)小資料的傳輸
• 其目標和宗旨是：保持聯系，不靠電纜，拒絕插頭，并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；后Lucent、3Com、Microsoft和Motorola加入SIG；現SIG成員超過2500個；
• 1999， Blutooth 1.0發布；
• 2002，IEEE采納了藍牙的物理層和數據鏈路層，發布了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：漫游)
• 僅在有限范圍內并且需要時訪問額外資源
• 不依賴于硬件品牌設備
• 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
• 傳輸距離為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為微微網的從設備
• 對于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

• 藍牙技術規范(核心)：藍牙技術操作和協議體系結構
• 藍牙應用規范(概要)：藍牙的應用范圍

11、藍牙協議棧

眾多的協議以松散方式組成
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，傳輸距離為10米
• 采用2.4GHz的ISM；
• 共有79個信道，每個1MHz
• 數據率1Mbps；
• 采用跳頻擴頻技術

（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
• 為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的鏈路管理規范（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

• 協議的多路復用/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：控制撥號和調制解調功能的動作和命令
• 二進制電話控制規范（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、日歷、消息和通告信息。
• 藍牙上的WAP

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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于短程無線通信的標準，通常我們稱之為無線個人局域網(WPANs)。1999，正式成為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。這是一個中等速率、近距離的WPAN網絡標準，通常用于手機、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、低成本作為重點目標，旨在為個人或者家庭范圍內不同設備之音的低速互連提供統一標準。

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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，并對其編碼
• IR接收機：光感應設備，可以感應光源并對其攜帶信息譯碼

2、IR聯網模式

• 直射式：發射機和接收機在直接的視距上，僅限于連接兩臺設備，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為三類：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）通常用于4Mbps的速率，有時也可用于高于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，基于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：為傳輸和應用層服務，鏈路管理-信息接入服務，為設備建立數據庫，鏈路管理多路復用，為上層服務，并允許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沖傳輸數據。有人稱它為無線電領域的一次革命性進展，認為它將成為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復用方式
• 低功耗，寬頻譜，不會干擾其他系統
• 相對于藍牙系統來講，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規范是一種經濟、高效、低數據速率（<250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線技術，用于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規范中支持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

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

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的无线网络技术导论笔记（第三讲）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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