無線數(shù)據(jù)通信及無線LAN.ppt

第1節(jié)無線數(shù)據(jù)通信 3 1 1無線數(shù)據(jù)通信概念3 1 2無線數(shù)據(jù)通信的主要類別3 1 3無線數(shù)據(jù)通信的特點 功能和應用3 1 4無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)3 1 5無線數(shù)據(jù)通信的發(fā)展趨勢 無線數(shù)據(jù)通信 指在無線終端與中心主機或無線終端之間采用無線連接 通過無線方式傳輸數(shù)據(jù) 無線數(shù)據(jù)通信的主要類別 移動數(shù)據(jù)通信固定或半固定無線數(shù)據(jù)通信 移動數(shù)據(jù)通信 指通信客戶端常處于移動狀態(tài) 其位置具有不確定性的數(shù)據(jù)通信方式 特點 所處環(huán)境較差 技術(shù)實現(xiàn)難度較大 數(shù)據(jù)傳輸率較低 移動數(shù)據(jù)通信分類 按技術(shù)實現(xiàn)方式分類 蜂窩移動數(shù)據(jù)通信無繩移動數(shù)據(jù)通信集群移動數(shù)據(jù)通信尋呼數(shù)據(jù)通信 這部分內(nèi)容在下一章中詳述 固定或半固定無線數(shù)據(jù)通信 指通信雙方位置變化不大 無線傳輸距離較短的數(shù)據(jù)通信方式 特點 通信環(huán)境條件較好 技術(shù)上實現(xiàn)相對容易 有利于形成高速數(shù)據(jù)傳輸 固定或半固定無線數(shù)據(jù)通信 包括 遙控遙測紅外數(shù)據(jù)點對點傳輸無線局域網(wǎng)計算機高速數(shù)據(jù)傳輸 無線數(shù)據(jù)通信的特點 方便地擴展了現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)受物理線路的限制較小 可擴展性好 具有較強的獨立性接入與傳輸方式靈活 性價對較高 無線數(shù)據(jù)通信的功能 可實現(xiàn)文本 傳真 信息等數(shù)據(jù)的無線通信傳輸可實現(xiàn)移動分組交換功能可支持不同協(xié)議 不同用戶設(shè)備間的訪問和互聯(lián)可實現(xiàn)開放和閉合用戶群 以用于公用 專用私用通信網(wǎng)絡(luò)可以廣域覆蓋 有大范圍的漫游功能 無線數(shù)據(jù)通信的應用 個人通信電子商務應用專用系統(tǒng)調(diào)度與定位遙感遙測家庭網(wǎng)絡(luò) 3 1 4無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò) 無線廣域網(wǎng) WWAN 無線局域網(wǎng) WLAN 無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò) WPAN 無線廣域網(wǎng) WWAN 一般指對公眾運營的移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)主要應用公共接入網(wǎng)絡(luò) 蜂窩技術(shù)專用無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò) 集群技術(shù)主要問題 速度慢 安全性差 費用高主要技術(shù) GPRS 3G WAP 無線局域網(wǎng) WLAN 有限范圍內(nèi) 可移動 高速率的無線通信網(wǎng) 主要應用 有線局域網(wǎng)的擴展和補充主要技術(shù) 802 11 無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò) WPAN 10米范圍內(nèi) 帶寬在1Mbps以下的個人網(wǎng)絡(luò) 目標 低功耗 小尺寸 低成本主要技術(shù) 視距紅外藍牙Zigbee 3 1 5無線數(shù)據(jù)通信的發(fā)展趨勢 無線移動終端的智能化和普及無線通信網(wǎng)絡(luò)的寬帶化協(xié)議標準的統(tǒng)一化 實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 第2節(jié)紅外無線數(shù)據(jù)通信 3 2 1概述3 2 2紅外無線數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)組成及原理3 2 3紅外無線數(shù)據(jù)通信的特點3 2 4紅外無線數(shù)據(jù)通信的主要協(xié)議 IrDA協(xié)議集3 2 5紅外數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 紅外無線數(shù)據(jù)通信概述 已主宰低速遙控市場在無線多信道室內(nèi)話音系統(tǒng) 無繩電話 計算機外設(shè)短距離無線連接等方面得到應用高帶寬 高速率的紅外無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)也得到迅速發(fā)展 紅外動態(tài)消息 2007年9月19日 日本巖手縣立大學研究小組開發(fā)出 紅外線瞬時通信系統(tǒng) 傳輸速度為16Mbps 最大傳輸距離20米 帶有相關(guān)功能的MP3播放器也開發(fā)完成 與以往紅外線通信系統(tǒng)相比 該系統(tǒng)通過簡化通信協(xié)議等方式提高了實際傳輸速度 傳輸距離也大幅增加 該系統(tǒng)發(fā)送及接收模塊成本約2美元 尺寸2mm 10mm 數(shù)據(jù)傳輸時僅需較少功率即可完成 因此耗電小 計劃進一步提高數(shù)據(jù)傳輸速度 有望在10月實現(xiàn)32Mbps 并計劃未來達到1Gps的速率來傳送電影數(shù)據(jù) 紅外無線數(shù)據(jù)通信分類 按應用分為 點對點無線數(shù)據(jù)傳輸紅外無線局域網(wǎng)按工作環(huán)境分為 室外 即激光通信室內(nèi) 應用更廣泛 更具有實用價值 紅外無線數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)組成及原理 紅外線紅外發(fā)射器傳輸信道紅外接收器調(diào)制技術(shù)系統(tǒng)的工作方式 紅外線 紅外線波長范圍 700nm 1300nm紅外線LED通常工作在近紅外區(qū) 即700nm 950nm 主要是820nm 因為空氣在這個數(shù)值點所產(chǎn)生的衰減最小 紅外發(fā)射器 功能 完成信號的電光轉(zhuǎn)換 向空間發(fā)射紅外脈沖 關(guān)鍵部件 紅外發(fā)光二極管和相應的驅(qū)動電路 傳輸信道 主要問題 光信號的反射 散射及背景光噪聲與干擾常用元件 光學濾光片 聚光鏡等作用 整形 濾波 視場變換 頻段劃分 紅外接收器 主要問題 紅外發(fā)射器的發(fā)射功率較小 且是無線傳輸 易受外界環(huán)境影響 組成 光接收機 光電轉(zhuǎn)換 采樣 濾波 判決 量化 均衡和解碼部分 調(diào)制技術(shù) 基帶調(diào)制ASK 幅度鍵控 即調(diào)幅 PSK 移相鍵控 即調(diào)相 MSK 多路副載波調(diào)制 PPM 脈位調(diào)制 其中 PPM在功能效率和頻帶利用率之間 折中較好 紅外無線通信系統(tǒng)的工作方式 按發(fā)射器 接收器的布局不同 工作方式可分為直視定向 信道特性好 但難于實現(xiàn)漫游漫射非方向性 易于實現(xiàn)漫游 但信道質(zhì)量不如直視方式 紅外無線數(shù)據(jù)通信的優(yōu)點 體積小 重量輕 成本低頻帶寬 使用范圍靈活 不受無線電管制不能穿透墻壁 傳輸視距 難以被干擾和竊聽 安全保密性強 容易管理 紅外無線數(shù)據(jù)通信的局限性 幾乎沒有繞射能力 反射能力也較弱 不能穿透墻壁 僅用于視距數(shù)據(jù)傳輸易受陽光和熒光燈 噪聲 水蒸氣和二氧化碳 吸收作用 霧雪云煙 散射作用 影響 接收紅外線的點和波長都是由器件所固定 實現(xiàn)全雙工鏈路困難 紅外無線數(shù)據(jù)通信的主要協(xié)議 IrDA協(xié)議集 IrDA協(xié)議棧結(jié)構(gòu) IrDA InfraredDataAssociation 紅外數(shù)據(jù)協(xié)會 1993年成立的標準化團體 工作目標 制定低功率 定向型 短距離 點對點或點對多點的紅外線數(shù)據(jù)通信標準 主要成員 AT T Apple DEC HP IBM Intel Microsoft NTT等發(fā)布的IrDA協(xié)議集已成為事實工業(yè)標準 物理層規(guī)范 IrPHY 制定了紅外通信硬件設(shè)計上的目標和要求 包括 紅外的光特性數(shù)據(jù)編碼各種波特率下的幀等 為達到兼容 硬件平臺以及硬件接口設(shè)計必須符合紅外協(xié)議制定的規(guī)范 IrDA的技術(shù)參數(shù) 鏈路接入?yún)f(xié)議 IrLAP 制定了底層連接建立的過程規(guī)范 描述了在紅外信道上建立一個基本可靠連接的過程和要求 要實現(xiàn)尋址 沖突處理 恢復 站點的發(fā)現(xiàn) 識別 連接建立 主站競爭 媒體接入控制等功能 可選數(shù)據(jù)塊大小 64 2048字節(jié)可選比特率 9 6k 4Mbps 鏈路管理協(xié)議 IrLMP 制定了在單個IrLAP連接的基礎(chǔ)上復用多個服務和應用的規(guī)范 一旦通過IrLAP建立了鏈路連接 鏈路的使用和應用參數(shù)的設(shè)定將由IrLMP軟件來管理 高層協(xié)議 IrLAN 紅外局域網(wǎng) 支持IrDA與其它已有局域網(wǎng)互連 TingTP 流傳輸協(xié)議 在傳輸數(shù)據(jù)時進行流控制 制定把數(shù)據(jù)進行拆分 重組 重傳等的機制 IrMC 紅外移動通信 定義了無線通信設(shè)備利用IR進行傳輸?shù)姆椒?及利用光接口進行語音通信和呼叫控制的規(guī)程 IrCOMM 模擬串口層協(xié)議 允許已存在的使用串口通信的應用 象使用串口那樣使用紅外進行通信 紅外數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 主要實現(xiàn)方法給計算機串口配置紅外收發(fā)器專用紅外網(wǎng)卡給現(xiàn)有網(wǎng)卡增加紅外收發(fā)端口紅外漫反射器紅外HUB 第3節(jié)基于802 11的無線局域網(wǎng) 3 3 1無線局域網(wǎng)概述3 3 2無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)硬件3 3 3網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)3 3 4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議3 3 5無線局域網(wǎng)的頻段分配3 3 6無線局域網(wǎng)的發(fā)展趨勢 無線局域網(wǎng)概述 用無線電波 激光 紅外線等來代替部分或全部電纜 成為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間主要的通信傳輸介質(zhì) 就構(gòu)成了無線局域網(wǎng)特點 保密性強 高移動性 抗干擾性好 架設(shè)與維護容易 與有線局域網(wǎng)的區(qū)別 主要體現(xiàn)在底層的連接方式連接設(shè)備不同 網(wǎng)卡 網(wǎng)橋 集線器 是否需要天線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議不同 無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)硬件 由多個節(jié)點依據(jù)某種拓撲結(jié)構(gòu)組成一個基本的節(jié)點包括 計算機或數(shù)據(jù)終端終端節(jié)點控制器調(diào)制解調(diào)器 Modem 無線收發(fā)設(shè)備 是最關(guān)鍵的設(shè)備 把終端與Modem和無線電臺連接起來 無線局域網(wǎng)的節(jié)點組成圖 3 3 3網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 點對點型視距下傳輸可達8km 功率損失小可用于連接兩個有線網(wǎng)HUB型典型的集中控制式 可有效利用信號發(fā)射功率 用戶設(shè)備簡單 網(wǎng)絡(luò)管理單一 易于與現(xiàn)有有線局域網(wǎng)相連 一般用于將無線終端 筆記本電腦 PDA等 接入網(wǎng)中全分布型 AdHoc 分布式結(jié)構(gòu)連通性好 移動能力強 適合在軍事領(lǐng)域應用 但用戶節(jié)點結(jié)構(gòu)復雜 成本高 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802 11 IEEE802 11的體系結(jié)構(gòu)及與IEEE802其它標準的關(guān)系 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802 11 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802 11協(xié)議模型 IEEE802 11的物理層 定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘柼卣骱驼{(diào)制方法 三種物理層規(guī)范 紅外線LANDSSS直接序列擴頻LANFSSS跳頻擴頻LAN IEEE802 11的MAC層 兩種訪問控制方式DCF分布式使用CSMA CA實現(xiàn)分布接入控制PCF集中式由中心控制節(jié)點進行輪詢 某一時刻僅允許一個站點發(fā)送 實現(xiàn)PCF控制 CSMA CA算法 CSMA CA 載波監(jiān)聽多路訪問 沖突避免欲傳輸幀的無線工作站若監(jiān)聽到信道有某一幀間隔IFS長的空閑后 立即發(fā)送幀 若監(jiān)聽到信道忙 則繼續(xù)監(jiān)聽到信道空閑后一個IFS 若信道仍閑 再按二進制指數(shù)退避算法繼續(xù)監(jiān)聽 信道仍閑 發(fā)送幀 IEEE802 11的MAC層 三種IFS 幀間隔 實現(xiàn)三種訪問優(yōu)先權(quán)SIFS DIFS PIFS等待時間更短 即可有更高的優(yōu)先權(quán) 若目地站接收到一個幀 在等待SIFS后發(fā)出一個ACK幀 源站接收到ACK后 也只等一個SIFS發(fā)出下一幀 于是一個站一旦爭到通道 將繼續(xù)控制通道直到發(fā)送完全部LLCPDU幀 3 3 5無線局域網(wǎng)的頻段分配 選用FCC開放的三個頻段902 928MHz2 4 2 4835GHz5 725 5 850GHz使用時無需申請 我國一般使用2 4 2 4835GHz頻段 無線局域網(wǎng)的發(fā)展趨勢 速度再快些價格再低些 第4節(jié)個人區(qū)域無線數(shù)據(jù)通信 藍牙技術(shù) 3 4 1藍牙技術(shù)概述3 4 2藍牙技術(shù)簡介 藍牙名字的由來 藍牙的名字來源于10世紀丹麥國王HaraldBlatand 英譯為HaroldBluetooth Blatand國王將現(xiàn)在的挪威 瑞典和丹麥統(tǒng)一起來現(xiàn)取其 統(tǒng)一 的含義 用來命名意在統(tǒng)一無線局域網(wǎng)通訊標準的藍牙技術(shù) 藍牙技術(shù)實質(zhì)內(nèi)容 建立通用的無線電空中接口及其控制軟件的公開標準 使通信和計算機進一步結(jié)合 使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下 能在近距離范圍內(nèi)可相互作用的操作 藍牙技術(shù)概述 傳輸距離 10cm 10m 如果增加功率或是加上某些外設(shè)可達到100m工作頻段 2 4GHzISM 工業(yè) 科學 醫(yī)學 頻段調(diào)制和編碼技術(shù) GFSK調(diào)頻 跳頻技術(shù)前向糾錯編碼 ARQTDD TDMA每時隙為0 625 s基帶協(xié)議 基帶符合速率為1Mb s 藍牙技術(shù)概述 藍牙支持64kb s實時語音傳輸和數(shù)據(jù)傳輸 語音編碼為CVSD發(fā)射功率分別為1mW 2 5mW和100mW使用全球統(tǒng)一的48比特的設(shè)備識別碼 藍牙的特點 采用無線接口來代替有線電纜連接 具有很強的移植性 并且適用于多種場合不限制直線范圍 可鏈接多個設(shè)備藍牙技術(shù)的無線電收發(fā)器芯片很小功耗低 對人體危害小應用簡單 容易實現(xiàn) 所以易于推廣藍牙手機存在著一定的安全問題 藍牙的發(fā)展 1998年5月 五大公司 Ericsson Nokia Toshiba IBM和Intel聯(lián)合宣布了一項叫做 Bluetooth 藍牙 的計劃 1999年7月26日推出了藍牙技術(shù)規(guī)范1 0版1999年底 藍牙產(chǎn)品開始進入市場2005年 有1800多家公司加盟該組織現(xiàn)在已擁有了近3000個企業(yè)成員 藍牙產(chǎn)品 藍牙傳輸使用的電力很低 有效范圍約為十米 因此 支持藍牙傳輸技術(shù)的產(chǎn)品 大多屬于便攜式的電子裝置 或是放在電腦附近的設(shè)備 例如筆記本電腦 PDA 手機 耳機 鍵盤 鼠標 數(shù)碼相機 DV攝像機等等 藍牙接口 用藍牙接口 BlueTooth 可以與其它同樣具有藍牙接口的設(shè)備實現(xiàn)無線連接沒有藍牙接口的電腦可通過加裝藍牙適配器來實現(xiàn)藍牙接口功能 這些藍牙適配器一般都是USB接口的 可以插在電腦的USB接口上使用 而且只有閃盤大小 攜帶遠比數(shù)據(jù)線要方便 藍牙耳機 藍牙耳機是一種基于藍牙技術(shù)的一種小型設(shè)備 只需要把這種輕巧的設(shè)備藏在耳機邊而不需要直接使用通訊設(shè)備 手機 電腦等 就可以實現(xiàn)自由通話 藍牙技術(shù)簡介 藍牙系統(tǒng)連接分為點對點連接點對多點連接藍牙系統(tǒng)包括無線單元鏈路控制單元支持單元 鏈路管理 主機終端接口 藍牙技術(shù)點對多點連接 多個藍牙設(shè)備共享信道 形成一個微微網(wǎng)多個微微網(wǎng)交迭覆蓋形成一個散射網(wǎng)一個微微網(wǎng)中包括一個主設(shè)備單元最多七個從設(shè)備單元設(shè)備狀態(tài) 激活 泊停 保持 監(jiān)聽 藍牙協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 藍牙協(xié)議棧介紹 整個協(xié)議體系結(jié)構(gòu)分三大部分 底層硬件模塊中間協(xié)議層高層應用 底層硬件模塊 無線跳頻 RadioFrequency RF RF層通過2 4GHz無需授權(quán)的ISM頻段的微波 實現(xiàn)數(shù)據(jù)位流的過濾和傳輸 本層協(xié)議主要定義了藍牙收發(fā)器在此頻帶正常工作所需滿足的要求基帶 Baseband BB BB負責跳頻和藍牙數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸 鏈路管理 LinkManager LM LM負責連接的建立和拆除以及鏈路安全和控制 藍牙協(xié)議無線射頻結(jié)構(gòu) 智能天線射頻前端電源控制器GPSK調(diào)制解調(diào)器收發(fā)開關(guān) 藍牙系統(tǒng)的基帶部分 采用時分雙工TDD方式