无线网络技术导论笔记(第三讲)
无线网络技术导论
主讲教师:张亮老师
第三讲 无线个域网
https://blog.csdn.net/Wjwstruggle/article/details/90797453
目录
无线网络技术导论
第三讲 无线个域网
一、无线个域网概述
1、WPAN的主要优点
2、WPAN主要特点:
3、WPAN的分类
4、主要技术
二、蓝牙技术
1、蓝牙是什么
2、蓝牙技术的诞生与发展
3、蓝牙优点
4、蓝牙应用
5、蓝牙应用模块
6、蓝牙发射机
7、蓝牙传输特性
8、蓝牙的联网模式
9、蓝牙与红外的区别
10、蓝牙系统
11、蓝牙协议栈
(1)、Bluetooth的无线电层(RF)
(2)、Bluetooth的基带层(Baseband)
(3)、Bluetooth的链路管理规范(Link Manager)
(4)、Bluetooth的L2CAP层(L2CAP)
(5)、服务发现协议(SDP)
(6)、Bluetooth的其他层次
12、蓝牙应用概要
三、IEEE802.15标准
四、其他个域网技术
1、IR(Infrared Radiation红外线)工作原理
2、IR联网模式
3、红外数据协会标准(IrDA)
4、IrDA物理层
5、IrDA的数据链路协议
6、UWB
7、超宽带技术(UWB)特点
8、UWB优点
9、Zigbee
10、zigbee特点
11、HomeRF
12、HomeRF特点
- 个域网(Personal Area Network,PAN),是一种范围较小的计算机网络,计算机设备之间的通信,还包括电话和个人设备等
- PAN的通信范围往往仅几米,也可用于连接多个网络
- PAN被看作是最后一米的解决方案
- 无线个域网(Wireless PAN,WPAN)是一种采用无线连接的个域网
- WPAN通过无线介质代替传统有线电缆,实现个人信息终端的互联,组建个人信息网络
- WPAN是为了实现活动半径小(如几米)、业务类型丰富、面向特定群体的连接而提出的新型无线网络技术
- WPAN是一种与无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)并列但覆盖范围更小的无线网络,对应关系如下图
1、WPAN的主要优点
- 价格便宜、体积小、易操作和功耗低等优点
2、WPAN主要特点:
- 高数据速率并行链路:>100Mbps
- 邻近终端之间的短距离连接:典型1~10m
- 标准无线或电缆与外部因特网或广域网的连接
- 典型的对等式拓扑结构
- 中等用户密度
3、WPAN的分类
按传输速率分为低速、高速和超高速三类
4、主要技术
- 蓝牙:蓝牙由爱立信公司于1994年提出,作为RS232数据线的无线连接。1998年蓝牙SIG成立,负责制定技术标准。蓝牙采用分散式网络结构以及快速跳频和短包技术,支持点对点及点对多点的通信,采用时分双工传输方案。
- IrDA:利用红外线进行通信,最高通信速率115.2kbps,主要优点是无需申请频率使用权,通信成本低廉,具有体积小、功耗低、连接方便、简单易用等特点
- HomeRF
- UWB
- Zigbee
- HomeRF:数字无绳电话技术与WLAN技术融合发展的产物,采用共享无线连接协议(Share Wireless Access Protocol,SWAP),工作在2.4GHz ISM频段
- UWB:超宽带(Ultra Wide Band,UWB) 基于IEEE 802.15.3的超高速、短距离无线接入技术,较宽频谱上传输极低功率信号通信范围在10米范围内,能实现每秒数百兆位的数据传输率,具有抗干扰性强、传输速率高、带宽大、消耗电能低、保密性好等优点
- Zigbee:短距离、低功率、低速率无线接入技术,名称源于蜜蜂间跳Zigzag形状舞蹈交流,共享食物源方向、位置、距离等信息。2.4GHz ISM频段,速率20~250kbps,传输距离10~100m
1、蓝牙是什么
- 蓝牙是无线技术规范
- 用于建立个域网(PAN)
- 用于短距离(<10m)小资料的传输
- 其目标和宗旨是:保持联系,不靠电缆,拒绝插头,并以此重塑人们的生活方式。
2、蓝牙技术的诞生与发展
- 1994,Ericsson发起该技术的研究;
- 1998,Ericsson、IBM、Intel、Nokia、Toshiba组成SIG,目标是将计算、通信设备以及附加设备通过短程、低耗、低成本的无线电波连接起来;后Lucent、3Com、Microsoft和Motorola加入SIG;现SIG成员超过2500个;
- 1999, Blutooth 1.0发布;
- 2002,IEEE采纳了蓝牙的物理层和数据链路层,发布了IEEE802.15.1;
3、蓝牙优点
- 没有线缆连接
- 使得一组个人设备协同工作
- 位置感知服务(例如:漫游)
- 仅在有限范围内并且需要时访问额外资源
- 不依赖于硬件品牌设备
- 便宜
4、蓝牙应用
- 连接计算机以及其他外部设备
- 充当访问Internet的接入点
- 构建居家环境
5、蓝牙应用模块
完整的微处理器模块
- 建立,发送和接收所用电路
- 蓝牙协议栈中运行的程序已经特殊功能
6、蓝牙发射机
- 1类,100米,实际40-75米
- 2类,10米
- 3类,更短
7、蓝牙传输特性
- 2.4GHz频带
- 传输距离为10米
- 连接便携式和固定设备
- 点— 单点和点— 多点模式
- 数据速率
- 同步(电路交换技术)64kbps
- 异步(分组交换技术)433.9kbps(对称)和723.2kbps(非对称)
8、蓝牙的联网模式
- 点-点模式:两个蓝牙设备直接通信
- Piconet(微微网):共享相同信道,8个蓝牙设备可在小型网络内通信
- Scatternet(散网):多达256个piconet可连接成更大的网络
微微网(Piconet)
- 1个Master节点控制通信的同步
- 7个Slave节点
- AD-HOC网络
散网
- 时间和空间层叠的多个微微网组成一个散网
- 多个微微网的主设备可以成为微微网的从设备
- 对于每个微微网的从设备来说又是该微微网主设备的从属设备
9、蓝牙与红外的区别
- 距离 红外:对准、直接、1—2米,单对单。蓝牙:10米左右,可加强信号,可以绕弯,可以不对准,可以不在同一间房间,链接最大数目可达7个,同时区分硬件。
- 产业 红外:很普及 蓝牙:普及
- 速度 红外:慢 蓝牙:快
- 安全 红外:无区别 蓝牙:加密
- 成本 红外:几元---几十元 蓝牙:400—800元
10、蓝牙系统
- 蓝牙技术规范(核心):蓝牙技术操作和协议体系结构
- 蓝牙应用规范(概要):蓝牙的应用范围
11、蓝牙协议栈
众多的协议以松散方式组成
非OSI、TCP/IP、IEEE802
(1)、Bluetooth的无线电层(RF)
基本功能
- 在主站和从站之间发送比特
特点
- 低功率,传输距离为10米
- 采用2.4GHz的ISM;
- 共有79个信道,每个1MHz
- 数据率1Mbps;
- 采用跳频扩频技术
(2)、Bluetooth的基带层(Baseband)
基本功能
- 组合了电路交换和分组交换功能
- 为同步分组传输预留时间槽,每个分组以不同跳频发送
- 成帧
- 信道管理
(3)、Bluetooth的链路管理规范(Link Manager)
Piconet的管理(24 PDUs)
- 链路配置
- 低能模式
- QoS
- Packet类型选择
时序/同步
- Master-slave切换
信道控制
安全服务
- 认证
- 加密
- 密钥的分发
(4)、Bluetooth的L2CAP层(L2CAP)
逻辑链路控制和自适应协议
- 协议的多路复用/分用
- 接收上层的分组(64KB)分段传输;
- 在接收端重组
- 处理服务质量
(5)、服务发现协议(SDP)
- 查询服务:搜索特殊的服务种类,浏览当前的可用服务
- 检索连接到某个服务的详细属性
- 建立一个使用某个服务的独立(non-SDP)连接
(6)、Bluetooth的其他层次
- RFCOMM:电缆替代协议,建立虚拟串口
- 目标交换协议(OBEX):传输数据,图像和语言对象
- Vcard/Vcal:在移动存储设备上存储和传递名片
- 无线应用环境(WAE):在无线和手持设备上建立万维网
- AT命令集:控制拨号和调制解调功能的动作和命令
- 二进制电话控制规范(TCS BIN):设备间建立语音和数据链路的面向比特的协议
12、蓝牙应用概要
蓝牙的profile文档定义了一组使用模式;
每个profile说明了支持该特定使用模式的协议以及协议特性;
- 蓝牙上的文件传输:传送能力,目录,文件,文档,映像,流媒体
- 浏览能力:文件夹
- 同步应用:提供了设备与设备之间个人信息管理(PIM)息的同步,例如电话号码、日历、消息和通告信息。
- 蓝牙上的WAP
1998年,IEEE 802.15 工作组成立, 专门从事WPAN标准化工作。它的任务是开发一套适用于短程无线通信的标准,通常我们称之为无线个人局域网(WPANs)。1999,正式成为802.15工作组
- 任务组TG1:制定IEEE 802.15.1标准,又称蓝牙无线个人区域网络标准。这是一个中等速率、近距离的WPAN网络标准,通常用于手机、PDA等设备的短距离通信
- 任务组TG2:制定IEEE 802.15.2标准,研究IEEE 802.15.1与 IEEE 802.11(无线局域网标准,WLAN)的共存问题。
- 任务组TG3:制定IEEE 802.15.3标准,研究高传输速率无线个人区域网络标准。该标准主要考虑无线个人区域网络在多媒体方面的应用,追求更高的传输速率与服务品质。
- 任务组TG4:制定IEEE 802.15.4标准,针对低速无线个人区域网络(low-rate wireless personal area network, LR-WPAN)制定标准。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标,旨在为个人或者家庭范围内不同设备之音的低速互连提供统一标准。
1、IR(Infrared Radiation红外线)工作原理
- 二极管(LED):可以发射光源或者光束,并对其编码
- IR接收机:光感应设备,可以感应光源并对其携带信息译码
2、IR联网模式
- 直射式:发射机和接收机在直接的视距上,仅限于连接两台设备,可靠切安全
- 漫射式:信号扩展到更宽的角度(180),在封闭空间内各表面上反射信号
3、红外数据协会标准(IrDA)
4、IrDA物理层
IrPHY定义了4Mb/s以下速率的半双工连接标准。在IrDA物理层中,将数据通信按发送速率分为三类:SIR、MIR和FIR。
- 串行红外(SIR)的速率覆盖了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;
- 高速红外(FIR)通常用于4Mbps的速率,有时也可用于高于SIR的所有速率。
5、IrDA的数据链路协议
- IrLAP链路接入协议:与OSI模型的数据链路层对应,基于HDLC协议和SDLC协议,搜索设备,连接和传输数据标准
- IrLMP链路管理协议:为传输和应用层服务,链路管理-信息接入服务,为设备建立数据库,链路管理多路复用,为上层服务,并允许IrLAP连接多个设备
6、UWB
UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。有人称它为无线电领域的一次革命性进展,认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。
7、超宽带技术(UWB)特点
- 工作在3.1~10.6GHz
- 传输距离10m
- 数率100Mbps
- TDM复用方式
- 低功耗,宽频谱,不会干扰其他系统
- 相对于蓝牙系统来讲,无线UWB技术要简单的多,而且在传输速率、成本上有巨大优势。
8、UWB优点
- 抗干扰性能强
- 传输速率高
- 带宽极宽
- 消耗电能小
- 保密性好
- 发送功率非常小
9、Zigbee
Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术,用于个人区域网和对等网络。
10、zigbee特点
- 工作在2.4GHz
- 速率20Kbps,40Kbps,250Kbps
- 传输距离30m,扩展模式134m
- 由飞利浦公司创建,节能特性
11、HomeRF
HomeRF是专门针对家庭住宅环境而开发出来的无线网络技术,借用了802.11规范中支持TCP/IP传输的协议;而其语音传输性能则来自DECT(无绳电话)标准。
12、HomeRF特点
- 无线以太网传输规范子集
- 传输距离40m
- 带宽1.2Mbps
- 物理层和MAC区别
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