《无线网络与移动通信技术基础.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无线网络与移动通信技术基础.pdf（119页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、一、概述二、无线个域网技术三、无线局域网技术四、无线城域网技术五、移动IP技术六、移动Internet七、无线通信技术发展无线网络与移动通信技术基础无线网络与移动通信技术基础移动通信与移动计算的区别移动通信与移动计算的区别Mobile communication involve only physicaland MAC layersMobile computing include mobile networking(data link,network,transport layers)as well as software applications such as wireless acces
2、s to information resources,client/server interaction,etc.一、概述无线通信的历史无线通信的历史 中国古代中国古代 烽火台烽火台 1865年年，麦克斯韦麦克斯韦（J.C.Maxwell）建立了著建立了著名的电名的电、磁磁、光现象相统一的麦克斯韦方程光现象相统一的麦克斯韦方程 1887年年，赫兹赫兹（H.R.Hertz）首次证明了在数首次证明了在数米远两点之间可以发射和检测电磁波米远两点之间可以发射和检测电磁波；1895年年5月月7日日，波波夫在俄国彼得堡的物理化波波夫在俄国彼得堡的物理化学分会上学分会上，宣读了关于宣读了关于“金属屑与电振荡
3、的关金属屑与电振荡的关系系”的论文的论文，并当众展示了他发明的无线电接并当众展示了他发明的无线电接收机收机。无线通信的历史无线通信的历史 1895年年，马可尼马可尼(G.M.Marconi)成功地进行了约成功地进行了约3公里公里的无线电通信的无线电通信；1897年年，马可尼赴英国发展马可尼赴英国发展，获得科学获得科学界和实业界的重视和支持界和实业界的重视和支持，取得了专利取得了专利。1897年年，马可马可尼建议了世界上第一家无线电器材公司尼建议了世界上第一家无线电器材公司-马可尼公司马可尼公司。1901年年，他在英格兰和纽芬兰之间进行了横跨大西洋的他在英格兰和纽芬兰之间进行了横跨大西洋的莫尔斯
4、电报码发射和接收试验莫尔斯电报码发射和接收试验，通信距离超过通信距离超过3000公里公里；马可尼的贡献贯穿在无线电马可尼的贡献贯穿在无线电、电视电视、移动电话移动电话、卫星通卫星通信等广泛领域信等广泛领域。1909年获得诺贝尔物理学奖年获得诺贝尔物理学奖。移动移动与无线通信基本知识与无线通信基本知识 Frequency(f)is the number of oscillations(cycles)per second.Unit is Hertz or Hz Wavelength ()is the distance covered by one oscillation(cycle)as the
5、wave travels through space多径效应多径效应：由于多径传播由于多径传播，造成多径信号的幅度造成多径信号的幅度、相位和到达相位和到达时间不同时间不同，它们相互叠加会产生电平衰退它们相互叠加会产生电平衰退(fading)和时延扩展和时延扩展，产生附加的调频噪声产生附加的调频噪声，出现接收信号出现接收信号失真失真。移动台直射波直射波反射波反射波反射体反射体散射波散射波散射体散射体基站移动台阴影衰退阴影衰退：由地形由地形、地物地物、气象等原因对电磁波的遮蔽引起气象等原因对电磁波的遮蔽引起，由此引由此引起的衰退为慢衰退起的衰退为慢衰退。例如例如，当移动用户穿过不同高度建筑当移动用
6、户穿过不同高度建筑物物、十字路口十字路口，接收到的信号平均功率发生变化接收到的信号平均功率发生变化，且是缓且是缓慢的变化慢的变化。快衰退和慢衰退随着移动台的移动而产生变化快衰退和慢衰退随着移动台的移动而产生变化，这二者构这二者构成移动通信接收信号不稳定的因素成移动通信接收信号不稳定的因素。基站障碍物障碍物多普勒多普勒（Doppler）效应效应：由于移动台与基站的相对运动引起接收信号的附由于移动台与基站的相对运动引起接收信号的附加频率变化加频率变化，距离越近距离越近，附加频率越高附加频率越高。cosvfd 移动台移动台基站基站Wireless systems transmit and recei
7、ve waveforms that are outside of the spectrum of visible light-from about 800 30,000 MHz全范围无线电频谱图极低频（ELF)军事潜艇通信甚低频（VLF)导航、声纳、航空低频（LF)航海与航空导航信标、航空导航中频（MF)中波广播、航海与航空导航信标高频（HF)短波广播、业余无线电甚高频（VHF)电视与调频广播、无线寻呼、地面移动通信超高频（UHF)电视与调频广播、无绳电话、个人无线电特高频（SHF)微波链路、卫星通信极高频（EHF)雷达、射电天文学微米波远程探测、激光通信、光空间通信红外光300kHz30MH
8、z3000MHz300GHz3kHz频率天线All wireless devices have at least one antenna;most use the same antenna to transmit and receiveThe antenna must be at least one quarter wavelength in size to work well.So,no matter how small you make a cellular phone,the antenna is going to have to be about this size!波束转换智能天线波
9、束转换智能天线(b)自适应阵列智能天线自适应阵列智能天线(a)智能天线智能天线视距通信视距通信(LOS)：Line of Sight发射天线与接收端间无障碍物发射天线与接收端间无障碍物。两次世界大战强烈地刺激了无线通信技术的发展两次世界大战强烈地刺激了无线通信技术的发展1946年年，首次开通公众移动服务系统首次开通公众移动服务系统,主要用于大众安全主要用于大众安全部门部门，如警察和消防部队如警察和消防部队，并逐渐向民间过渡并逐渐向民间过渡。正因为一个频谱只能为一对讲话者使用正因为一个频谱只能为一对讲话者使用，频谱成为稀有资频谱成为稀有资源源，日趋紧张日趋紧张。世界无线电管理委员会世界无线电管理
10、委员会(WRC)提出频谱分提出频谱分配法配法；军事战争军事战争：无线电台无线电台短波通信短波通信长波通信长波通信1870年年，丹麦大北电报局途径俄国丹麦大北电报局途径俄国、日本在中国建立第日本在中国建立第一条电报线一条电报线，1882年中国第一个电报局建立年中国第一个电报局建立（李鸿章的李鸿章的业务运动业务运动）。）。100年以后的年以后的1982年年，我国电话才我国电话才234万部万部，电话线电话线2.3条条/1000人人。到到2006年年，我国固定和移动电话我国固定和移动电话均超过均超过4亿台亿台，普及率超过普及率超过30。无线/移动通信的发展无线/移动通信的发展蜂窝（Celluar）概念
11、：将通信的区域按蜂窝形状分的区域按蜂窝形状分成若干小区，两个小区间只要相隔一段距离,无线载频就可重复使用。频率复用(频分多址),无线频谱尽可能在不同的地理位置上重复使用，每个小区由所对应的基站来服务。1946年，美国AT&T贝尔实验室首先提出这一设想，模拟蜂窝系统于1970年开发成功，1979年第一个蜂窝系统称之为先进移动电话业务的AMPS在芝加哥建成，表示真正民用付诸实现，20世纪80年代模拟蜂窝系统在很多国家建立起来（如日：HCMTS、北欧：NMT、法：TACS、德C450）大大推动了移动通信的发展。蜂窝系统的三个基本参量：高容量、小区和频率复用；越区切换，位置管理为蜂窝系统所独有，较其他
12、移动通信系统复杂不少;采用更具有更高级的数字技术与网络管理技术，信令网络与业务网络相分离的GSM被广泛采用。美国 1990年IS-54，1992年IS 95-98(CDMA)均为双模体制，我国采用900MHz频段的GSM(Global Service for Mobile)体制(FDMA/TDMA)。分区1分区2无线/移动通信的发展 1996年年：新增的面向个人的移动用户超过固定用户增长速度 2000年年：全球移动用户：2 亿亿全球固定用户：8 亿亿 2004年年：移动用户达到17 亿，中国3.4亿 2010年年：移动用户达到30 亿，与固定用户数量持平以移动蜂窝网用户为例无线/移动通信的发展
13、终极目标终极目标：个人通信PCN(Personal Communication Networks)是人类通信的最高目标，它指使用各种可能的网络技术，实现任何人(Whoever)在任何时间(Whenever)、任何地点(Whereever)与任何人(Whomever)进行任何种类(Whatever)的信息交换。Anywhere,anyone,anyway,anytime无线网络与有线网络有何不同？无线网络通过一系列站(hops,跳)和交换机为移动用户提供其连接有线网络的入口。一个典型移动计算的点到点连接包括无线交换部分和有线广域网部分。点到点物理连接中，交换机软件十分复杂，常规的网络设计和开销计
14、算已经不再适用。无线网络的容错性比有线网差，传输错误或者暂时的连接中断带来的后果都会比有线网中要大。这主要是因为用户不断漫游，天气原因等。容错性差将会给传输层软件和协议提出新的要求。Infrastructure-based vs.ad hocFixed,wired backbone;Mobiles directly communicate With Access Points.No wired backbone;Peer-to-peer;Multi-hop routes无线网络分类WPAN 10 mBluetoot、UWB、ZigbeeWLAN 150 m11 54 Mbps802.11a/b
15、/e/gHiperLAN/2WMAN 5 km802.16a/d/e 70 MbpsLMDS 38 MbpsWWAN1Mb/s1Mb/s（0.960.964Mbps4Mbps）；）；IrDAIrDA主要应用主要应用：设备互联设备互联、信息网关信息网关设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换信息网关负责连接信设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换信息网关负责连接信息终端和互联网息终端和互联网2.1 红外线通信特点红外线通信特点如何组成红外无线网络如何组成红外无线网络？红外无线数据通信红外无线数据通信/控制协议控制协议IrDAIrDA协议集协议集（19931993）红外数据网络红外数据网络网
16、络为红外漫反射器网络为红外漫反射器 调制技术调制技术2.2 红外线无线网络结构红外线无线网络结构IrDA协议栈分成两部分协议栈分成两部分：核心协议和可选协议核心协议和可选协议。IrDA的核心协议包括的核心协议包括：物理层协议物理层协议、链路接入协议链路接入协议、链路管理协议和服务发现协议链路管理协议和服务发现协议。核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制，发现设发现设备备，可靠的数据链路的建立与维持可靠的数据链路的建立与维持，高层数据包的适高层数据包的适配配，不同协议数据的复用与流量控制不同协议数据的复用与流量控制。IASIASOBEXOBEX话音与呼话音与
17、呼叫控制叫控制IrCommIrCommTiny TPTiny TPIrLMPIrLMPIrLAPIrLAP红外线物理层红外线物理层IrDA协议栈协议栈2.2 红外线无线网络结构红外线无线网络结构UWB技术又被称为脉冲无线电发射技术技术又被称为脉冲无线电发射技术。根据美国联根据美国联邦通信委员会邦通信委员会（FCC）的定义的定义，是指在是指在3.1G-10.6G频频段内占用段内占用10dB/带宽大于带宽大于500MHz的无线发射方案的无线发射方案。3、超宽带超宽带（UWB）技术技术1.6 1.92.4Bluetooth,802.11b WLANCordless PhonesMicrowave O
18、vensPCS5802.11a WLANCordless Phones-41 dBm/Mhz“FCC Part 15 Limit”Frequency(Ghz)EmittedSignalPower10.63.1Note:not to scaleUWB SpectrumU-NII bandISM bandGPSUWB技术曾被广泛应用于雷达和遥感领域技术曾被广泛应用于雷达和遥感领域，作为商用作为商用无线通信技术目前正受到越来越多的关注无线通信技术目前正受到越来越多的关注。UWB技术即不同于传统的窄带无线传输技术技术即不同于传统的窄带无线传输技术，也不同也不同于于3G扩频宽带技术扩频宽带技术。传统的窄
19、带或扩频宽带系统都需传统的窄带或扩频宽带系统都需要使用载波将基带信号调制到射频上要使用载波将基带信号调制到射频上，而而UWB技术不技术不需载波需载波，能直接调制脉冲信号能直接调制脉冲信号，产生带宽高达几产生带宽高达几GHz的窄脉冲波形的窄脉冲波形，其带宽远远大于目前任何商业无线通其带宽远远大于目前任何商业无线通信技术所占用的带宽信技术所占用的带宽。3.1 UWB概述概述UWB 吞吐量High speed at short range 480 Mb/s at 3m Does not penetrate walls3.1 UWB概述概述UWB信号的宽频带信号的宽频带、低功率谱密度的特性低功率谱密度
20、的特性，决定了决定了UWB无线传输技术的以下优势无线传输技术的以下优势：易于与现有的窄带系统易于与现有的窄带系统，如如GPS、蜂窝通信系统蜂窝通信系统、地面地面电视等共用频段电视等共用频段，大大提高了频谱利用率大大提高了频谱利用率；易于实现多用户的短距离高速数据通信易于实现多用户的短距离高速数据通信；对多径衰落具有鲁棒性对多径衰落具有鲁棒性。3.1 UWB概述概述适合适合UWB技术的实际应用包括技术的实际应用包括：高速无线个域网高速无线个域网；无线以太接口链路无线以太接口链路；智能无线局域网智能无线局域网；户外对等网络户外对等网络；传感传感、定位和识别网络定位和识别网络目前目前，UWB在多媒体
21、设备在多媒体设备，家庭和个人网络方面的应用家庭和个人网络方面的应用前景已得到了专业界的普遍认可前景已得到了专业界的普遍认可，UWB将促进智能网络将促进智能网络和设备的发展和设备的发展，形成真正以用户为中心的无线世界形成真正以用户为中心的无线世界。3.1 UWB概述概述 UWB无线技术基于共用频段思想无线技术基于共用频段思想，打破短距离无线通信打破短距离无线通信频率资源供不应求及不兼容的现状频率资源供不应求及不兼容的现状，为频谱管理和无线系为频谱管理和无线系统工程中存在的诸多问题提供有效的解决方案统工程中存在的诸多问题提供有效的解决方案；UWB技术能为无线个域网接入技术提供低功耗技术能为无线个域
22、网接入技术提供低功耗、高带宽高带宽且易于实现的底层技术支撑且易于实现的底层技术支撑，实现便携设备和固定设备实现便携设备和固定设备、个人电脑和娱乐设备的空中接口个人电脑和娱乐设备的空中接口，建立可兼容的全建立可兼容的全IP网络网络；UWB系统能在短距离内支持高达系统能在短距离内支持高达400Mb/s的信息传输率的信息传输率，并可通过减小传输速率来增加传输距离并可通过减小传输速率来增加传输距离，实现精确的定位实现精确的定位跟踪跟踪；同时同时，UWB设备具有能支持有效多次反射路由机制的精设备具有能支持有效多次反射路由机制的精确位置跟踪功能确位置跟踪功能，更有利于在动态节点的自组织网更有利于在动态节点
23、的自组织网（ad hoc）中实现定位中实现定位。3.1 UWB概述概述UWB 接口设备接口设备Measured UWB Pulse train output3.1 UWB概述概述4、蓝牙蓝牙（Bluetooth）技术技术蓝牙以公元蓝牙以公元10世纪一位斯堪的纳维亚国王的名字命名世纪一位斯堪的纳维亚国王的名字命名。发明蓝牙技术的是瑞典爱立信公司发明蓝牙技术的是瑞典爱立信公司。1998年年5月月，爱立信爱立信、诺基亚诺基亚、东芝东芝、IBM和英特尔五家公司经过磋商和英特尔五家公司经过磋商，联合成联合成立了蓝牙共同利益集团立了蓝牙共同利益集团（Bluetooth SIG）。）。99年年7月发布月发布
24、Bluetooth 1.0标准标准。至今加盟蓝牙至今加盟蓝牙SIG的公司已达到的公司已达到2000多多个个，蓝牙具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场蓝牙具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。所谓蓝牙所谓蓝牙(Bluetooth)技术技术，实际上是一种短距离无线电实际上是一种短距离无线电技术技术，使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网并且能够实现无线上因特网，其其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品消费电子产品和汽车等信息家电和汽车等
25、信息家电，组成一个巨大的无线通信网络组成一个巨大的无线通信网络。蓝牙技术主要面向蓝牙技术主要面向10m范围内的个人网络范围内的个人网络。各类数据及语音各类数据及语音设备设备（信息家电信息家电）,通过无线方式将它们连成一个微微网通过无线方式将它们连成一个微微网(Piconet),多个微微网之间也可以互连形成分布式网络从而方多个微微网之间也可以互连形成分布式网络从而方便便、快速地实现各类设备之间的通信快速地实现各类设备之间的通信（数据数据、音频音频、图象等图象等）。）。蓝牙技术是公开的无线数据和话音通信标准蓝牙技术是公开的无线数据和话音通信标准(IR传输和短距传输和短距无线电链路无线电链路），），
26、无线收发器集成于无线收发器集成于99mm2的微芯片内的微芯片内，可方可方便地嵌入到便携式设备中便地嵌入到便携式设备中,从而增加设备的通信选择性从而增加设备的通信选择性。蓝牙同步语音信道支持蓝牙同步语音信道支持 64Kbps 数据传输率数据传输率；非同步信道可支持非同步信道可支持：721Kbps，非对称非对称，单向最大速率单向最大速率432.6Kbps，上下链路对称最大速率上下链路对称最大速率4、蓝牙蓝牙（Bluetooth）技术技术Basic facts Operates in the unlicensed Industrial-Science-Medical(ISM)band at 2.45
27、 GHz.Adopts frequency-hop transceivers to combat interference and fading.The nominal radio range:10 meters with a transmit power of 0 dBm.The extended radio range:100 meters with amplified transmit power of 20 dBm.Major technology for short-range wireless networks and wireless personal area network.
28、An enabling technology for multi-hop ad hoc networks.Low cost of Bluetooth chips(about$5/chip).4、蓝牙蓝牙（Bluetooth）技术技术蓝牙应用蓝牙应用：话音话音/数据的接入数据的接入。它是将一台计算设备通过安全的无它是将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备线链路连接到一个通信设备，完成与广域通信网络互联完成与广域通信网络互联。外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。个人网络和信息的共享和交换个人网络和信息的共享和交换。蓝牙系统基
29、本特征蓝牙系统基本特征：(1)网络拓扑网络拓扑(2)交换模式交换模式(3)节能模式节能模式(4)抗干扰性能抗干扰性能(5)鉴权鉴权、加密加密(6)话音编码话音编码(7)软件结构软件结构4、蓝牙蓝牙（Bluetooth）技术技术蓝牙包括核心协议蓝牙包括核心协议(Core)和简档和简档（Profile）两个部分两个部分。协议主协议主要定义蓝牙的技术细节要定义蓝牙的技术细节（如串口仿真协议如串口仿真协议、逻辑链路控制和适逻辑链路控制和适配协议等配协议等），），而简档定义相应的实现协议栈而简档定义相应的实现协议栈，这样即可为全球这样即可为全球兼容性奠定基础兼容性奠定基础。蓝牙标准主要定义底层协议蓝牙标
30、准主要定义底层协议，也定义一些高层协议和相关接也定义一些高层协议和相关接口口。整个协议体系结构分为整个协议体系结构分为4层层：(1)核心协议层核心协议层（链路管理协议链路管理协议LMP、蓝牙逻辑链路控制与适配协议蓝牙逻辑链路控制与适配协议L2CAP、服务检测协议服务检测协议SDP）(2)线缆替代协议层线缆替代协议层（RFCOMM）(3)电话控制协议层电话控制协议层（TCB,BIN/AT）(4)其它协议层其它协议层（与与Internet应用相关的高层协议应用相关的高层协议，如如PPP、UDP/TCP/IP、OBEX/vCard/vCal、IrMC、E-mail、WAP等等)4、蓝牙蓝牙（Blue
31、tooth）技术技术蓝牙协议栈图蓝牙协议栈图Open problem:a method for forming an efficient scatternet under a practical networking scenario.Two methods:Bluetree and Bluenet4、蓝牙蓝牙（Bluetooth）技术技术微微网（Piconet）A simple on-hop star-like network A master unit Up to 7 active slave units Unlimited number of passive slave units.散布
32、网（Scatternet）A group of connected piconets A unit serves as a bridge between the overlapping piconets in proximity.4、蓝牙蓝牙（Bluetooth）技术技术蓝牙无线电规范蓝牙无线电规范调制调制:GFSK数据速率数据速率（峰值峰值）:4MbpsRF频段频段:2.4GHz,ISMRF载波载波:23/79载波间隔载波间隔:1传输功率传输功率:0.1w微微网接入微微网接入:FH-TDD-TDMA频跳率频跳率:1600分布式网络的接入分布式网络的接入:FH-CDMA4、蓝牙蓝牙（Bluet
33、ooth）技术技术跳频的时分双工跳频的时分双工（FH-TDD-TDMA）4、蓝牙蓝牙（Bluetooth）技术技术 从应用的角度从应用的角度，它与日前广泛应用于微波通信中一点多它与日前广泛应用于微波通信中一点多址技术十分相似址技术十分相似，很容易穿透障碍物很容易穿透障碍物，实现全方位的语音实现全方位的语音与数据传输与数据传输，非视距通信非视距通信。蓝牙也使用蓝牙也使用2.4GHz频段频段，采用采用跳频扩频技术跳频扩频技术。对应于单时隙分组对应于单时隙分组，蓝牙的跳频速率为蓝牙的跳频速率为1600跳跳/秒秒；对应于时隙包对应于时隙包，跳频速率有所降低跳频速率有所降低；由于使用由于使用较高的跳频速
34、率较高的跳频速率，使其抗干扰能力较高使其抗干扰能力较高。在发射带宽为在发射带宽为1MHz时时，其有效数据速率为其有效数据速率为721kbps。链路层和应用层进行安全管理链路层和应用层进行安全管理。在链路层中在链路层中，它提供了它提供了认证认证、加密和密钥管理等功能加密和密钥管理等功能，每个用户都有一个个人标每个用户都有一个个人标识码识码（PIN），），被译成被译成128bit链路密钥来进行单双向认证链路密钥来进行单双向认证。蓝牙设备还有蓝牙设备还有ID标识标识。4、蓝牙蓝牙（Bluetooth）技术技术蓝牙安全性蓝牙安全性：物理层物理层：蓝牙跳频速度达蓝牙跳频速度达1600 1600 跳跳/s
35、/s，属快速跳频属快速跳频，加上加上通信的短距离的特性通信的短距离的特性，提供一定程度的物理层的安全特性提供一定程度的物理层的安全特性。链路层链路层：蓝牙链路级的安全特性在蓝牙链路级的安全特性在L2CAPL2CAP协议中完成协议中完成。基基于链路密钥的概念于链路密钥的概念，密钥为密钥为128128比特长的随和序列比特长的随和序列。蓝牙设蓝牙设备在每次建链时都要核对密钥备在每次建链时都要核对密钥，通信时该密钥将用于鉴权和通信时该密钥将用于鉴权和加密加密。业务级业务级：采用了安全管理器的概念采用了安全管理器的概念，安全管理器可以对安全管理器可以对每一个设备和服务指定信任等级和访问极限每一个设备和服
36、务指定信任等级和访问极限，满足蓝牙设备满足蓝牙设备和服务的安全接入和服务的安全接入。4、蓝牙蓝牙（Bluetooth）技术技术IEEE 802.15Proposed by IEEE 802.15 WPAN Working Group(1999)Develop consensus standards for PANs or short distance wireless networks.Similar goals to Bluetooth:wireless networking of computing devices such as PCs,PDAs,peripherals,cell pho
37、nes,pagers,and consumer electronics aimed at standardizing MAC and Physical layers of BluetoothAlso dealing with other issues e.g.,coexistence and interoperability within the networksIEEE 802.15Four task groups(work in progress)802.15 WPAN Task Group1:(802.15.1)Based on Bluetooth and defining MAC an
38、d PHY layers specifications 802.15 WPAN Task Group2:(802.15.2)Coexistence of WPAN and WLAN operating in same 2.4 GHz band 802.15 WPAN Task Group3:(802.15.3)Publish new standard for high rate(20Mbps)WPANs,and Provide a means for low-power and low-cost solutions for portable consumer electronics,multi
39、media applications,etc 802.15 WPAN Task Group4:(802.15.4)Low data rate(200kbps maximum)solutions with long battery life(months to years)and low complexity;Targeted at sensors,interactive toys,smart badges,etc.ZigBee是一种新兴的低复杂度是一种新兴的低复杂度、低功耗低功耗、低数据速率低数据速率、低低成本的无线网络通信技术成本的无线网络通信技术（IEEE 802.15.4标准标准），），
40、主要用于主要用于近距离无线连接近距离无线连接，类似蓝牙类似蓝牙。ZigBee适合于承载数据流量较小的业务适合于承载数据流量较小的业务，如遥控如遥控、传感器传感器等等，满足工业控制满足工业控制、消费性电子设备消费性电子设备、汽车自动化汽车自动化、农业和农业和医用设备控制等领域的特定需求医用设备控制等领域的特定需求。例如例如，在无线传感器环境在无线传感器环境中众多传感器之间相互协调实现通信中众多传感器之间相互协调实现通信，只需要很少的能量只需要很少的能量，以接力的方式将数据从一个传感器传到另一个传感器以接力的方式将数据从一个传感器传到另一个传感器。ZigBee标准规定了两个物理层标准规定了两个物理
41、层：一个与蓝牙一样一个与蓝牙一样，也采用也采用2.4 GHz波段及跳频技术波段及跳频技术；另一个另一个868/915MHz直接序列扩频直接序列扩频（相应的数据传送率为相应的数据传送率为2040Kbps）。5、ZigBee技术技术 功耗低功耗低在待机模式下在待机模式下，两节两节5号电池可用半年号电池可用半年2年年；速率低速率低基本速率是基本速率是250 kb/s；当降低到当降低到28kb/s时时，传输范传输范围可扩大到围可扩大到134 米米，并获得更高的可靠性并获得更高的可靠性；成本低成本低Zigbee数据传输速率低数据传输速率低，协议简单协议简单，又无专利费又无专利费，所以成本大为降低所以成本
42、大为降低；网络容量大网络容量大每个每个Zigbee网络最多可支持网络最多可支持255个设备个设备；时延短时延短通常时延为通常时延为1530毫秒毫秒；安全性安全性Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密加密算法采用算法采用AES-128；有效覆盖范围有效覆盖范围1075米之间米之间，具体依据实际发射功率大小具体依据实际发射功率大小和各种不同应用模式而定和各种不同应用模式而定，能够覆盖普通家庭或办公室环境能够覆盖普通家庭或办公室环境。5、ZigBee技术技术根据根据ZigBee联盟的观点联盟的观点，ZigBee家庭应用如下家庭应用如下：（1）空调系统的温度控制
43、器空调系统的温度控制器,灯光灯光、窗帘的自动控制窗帘的自动控制；（2）老年人与行动不便者的紧急呼叫器老年人与行动不便者的紧急呼叫器；（3）电视与音响的万用遥控器电视与音响的万用遥控器,无线键盘无线键盘、鼠标鼠标、玩具等玩具等；（4）烟雾侦测器烟雾侦测器；（5）智慧型标签智慧型标签。5、ZigBee技术技术四、无线局域网Peer-to-peer(ad hoc)Ad hoc network mode-there is no central controller,wireless access cards use MAC protocols(e.g.,IEEE 802.11 uses CSMA/CA
44、)to resolve shared access of the channel.无线局域网结构无线局域网结构Configuration with Access Points(APs)Client server model-many PCs or laptops physically close to each other(20 500m)are linked to a central hub(AP).AP controls the shared access of the channels,e.g.,by selectingone of the hopping sequences,and t
45、he wireless cards tune in to the corresponding sequence.The AP acts asa bridge between the wireless and wired network80年代，伴随着以太局域网迅猛发展，无线网络以不用架线、灵活性强等之长补“有线”所短，赢得了特定市场的认可，但当时无线网遵循IEEE 802.3标准,存在着易受其他微波噪声干扰,性能不稳定,传输速率低且不易升级等弱点,不同厂商产品也不兼容,限制了无线网进一步应用。这样，制定一个有利于无线网自身发展的标准就提上了议事日程。目前，WLAN主要是IEEE 802.11x
46、系列与HiperLANx系列两种标准。1997年6月，IEEE 802.11标准通过。在MAC层以下，IEEE 802.11规定了三种发送及接收技术：扩频技术红外技术窄带技术在一个典型WLAN环境中，接入点(AP)进行数据发送和接受，一个AP能够在几十上百米的范围内连接多个无线用户。在同时具有有线和无线网络的情况下，AP可以通过标准的Ethernet电缆与有线网络相连，作为无线网络和有线网络的连接点。WLAN终端用户可通过无线网卡等访问网络。在距离较远的无线网络环境中，通过室外无线网桥来实现几公里、几十公里的远端局域网连接中心局域网。大多数的WLAN产品都使用了扩频技术。由于慢跳跳频系统实现简
47、单，因此低速WLAN常常采用这种技术。无线LAN特性：无线LAN使用无线电或红外线信号来处理数据传输,以替代电缆。从TCP/IP协议和网络软件的观点来看,无线和有线LAN是一样的。无线网络由电脑、周边设备和存取点(相当于有线网络的集线器)组成。同有线网卡一样,无线网卡也有PCMCIA、PCI和ISA等几种接口方式。使用频段：2.4GHz 5GHz有效数据传输率受限于周围的电磁场如要距离微波炉在3米。另外,为提高传输的可靠性,一般会加入进行错误校验的起始封包,这会导致10%15%的传输率损失。IEEE 802.11a 与与 IEEE802.11b（Wi-Fi）IEEE 802.11a工作在5GH
48、z U-NII频带，峰值传输率为54Mbps，从而避开了拥挤的2.4GHz频段。物理层速率可达54Mbps，传输层可达25Mbps，传输距离可远至20km以上。采用正交频分复用的独特扩频技术；可提供25Mbps的无线ATM接口、10Mbps以太网无线帧结构接口和TDD/TDMA的空中接口，支持语音、数据、图像业务，一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。IEEE 802.11b(Wi-Fi)标准，峰值传输率为11Mbps IEEE802.11b（Wi-Fi）工作在2.4GHz，峰值传输速率为11Mbps，实际传输速率在5Mbps左右；直接序列扩频，无需直线传播。IEEE WLAN标准
49、 IEEE 802.11标准主要是对物理层(PH)和媒质访问控制层(MAC)进行了规定，其中对MAC层的规定是重点。各厂商产品在同一物理层上可以互操作，逻辑链路控制层(LLC)是一致的，即MAC层以下对网络应用是透明的。IEEE 802.11a 谱系谱系802.11g，工作于2.4GHz，与802.11b兼容，最高速率54Mbps。802.11c为MAC/LLC增强；801.11d对应802.11b版本，适应不能使用2.4GHz国家和地区；802.11e则是一个瞄准扩展QoS标准，其分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量，而集中控制模式可灵活支持多种服务质量策略；802.11f用于改善802.
50、11协议的切换机制，使用户能在不同无线信道或接入设备点间可漫游；802.11h可用于达到比802.11a更好地控制发信功率和选择无线信道，而与802.11e一道可适应欧洲的更严格的标准；802.11i及802.1x主要着重于安全性，802.11i能支持鉴权和加密算法的多种框架协议，802.1x的核心为具有可扩展认证协议EAP，可对以太网端口鉴权；802.11j的作用是解决802.11a与欧洲HiperLAN/2网络的互连互通；802.11/WNG解决IEEE802.11与欧洲ETSI的BRAN-HiperLAN及日本ARAB-HiSWAN统一建成全球一致的WLAN公共接口；802.11n已将速