第6章通信標(biāo)準(zhǔn)

1、第六章 通信標(biāo)準(zhǔn) lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)lZigBee標(biāo)準(zhǔn)l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)l藍(lán)牙技術(shù)lUWB技術(shù)第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4 是一種能量消耗少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它主要致力于解決無(wú)線連接在能量值和網(wǎng)絡(luò)吞吐量低的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。與WLAN相比，基本上不需要基礎(chǔ)設(shè)施的支持。具體要求如下： 在不同的載波頻率下實(shí)現(xiàn)20 kbps、40 kbps、100 kbps以及250 kbps四種不同的傳輸速率； 支持星狀和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 在網(wǎng)絡(luò)中使用兩種地址格式，16位和64位地址，16位地址由協(xié)調(diào)器分配，64位地址被用于全球唯一

2、的擴(kuò)展地址； 采用可選的時(shí)槽 保障（GTS）機(jī)制； 采用沖突避免的載波多路偵聽(tīng)技術(shù)（CSMA/CA）； 支持ACK反饋機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)又稱為L(zhǎng)R WPAN網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)設(shè)備所具有的通信能力和硬件條件，可以將它分為全功能設(shè)備和精簡(jiǎn)功能設(shè)備。lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)LR WPAN： low-rate Wireless Personal Area Network 低速無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)IEEE 802.15.4的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)應(yīng)用的場(chǎng)景可以分為兩種，星狀網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。在星狀網(wǎng)絡(luò)星狀網(wǎng)絡(luò)中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸都要經(jīng)

3、過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器來(lái)進(jìn)行控制，其余各個(gè)終端設(shè)備只能與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，只要通信設(shè)備在對(duì)方的無(wú)線輻射范圍內(nèi)就可以與之通信。lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧定義了兩個(gè)層：物理層和鏈路層，物理層是由射頻收發(fā)器和底層控制模塊組成，鏈路層為高層訪問(wèn)提供了訪問(wèn)物理信道的服務(wù)接口。lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)1物理層規(guī)范物理層規(guī)范在OSI參考模型中，物理層是模型的最底層，是保障信號(hào)傳輸?shù)墓δ軐?，IEEE 802.15.4的物理層與OSI模型類似，主要負(fù)責(zé)信號(hào)的發(fā)送與接收，提供無(wú)線物理信道和MAC子層之間

4、的接口等，它為鏈路層提供的服務(wù)包括物理連接的建立、維持與釋放，物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元的傳輸，物理層管理和數(shù)據(jù)編解碼。第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)物理層1）信道分配及調(diào)制方式2）物理層幀結(jié)構(gòu)lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)物理層第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)物理層的數(shù)據(jù)幀也可以稱為物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元，每個(gè)PPDU幀由同步頭、物理幀頭和PHY負(fù)載組成，同步頭包括1個(gè)前導(dǎo)碼和1個(gè)幀起始分隔符（SFD），前導(dǎo)碼由4個(gè)全0的字節(jié)組成，收發(fā)器在接收前導(dǎo)碼期間會(huì)根據(jù)前導(dǎo)碼序列的特征完成片同步和符號(hào)同步；幀起始分隔符SFD字段長(zhǎng)度為1個(gè)字節(jié)，它的值固定為0 xA7，表明前導(dǎo)碼已經(jīng)完成了同步，開(kāi)始接收數(shù)據(jù)幀。物

5、理幀頭中低7位用來(lái)表示幀長(zhǎng)度，高位是保留位。物理幀的負(fù)載長(zhǎng)度可變，稱為物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PHY Service Data Unit，PSDU），一般用來(lái)承載MAC幀。lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)物理層第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)3）物理層功能的實(shí)現(xiàn)所有的物理層服務(wù)均是通過(guò)物理層服務(wù)訪問(wèn)接口實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)服務(wù)是通過(guò)物理層數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口（PD-SAP）實(shí)現(xiàn)的，管理服務(wù)則是通過(guò)物理層管理實(shí)體訪問(wèn)接口（PLME-SAP）實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)接口都提供了相關(guān)的訪問(wèn)原語(yǔ)。（1）信號(hào)的發(fā)送接收與編解碼（2）物理信道的能量監(jiān)測(cè)（Energy Detection，ED）（3）射頻收發(fā)器的激活和關(guān)閉（4）空閑信道評(píng)估（Clear C

6、hannel Assessment，CCA）（5）鏈路質(zhì)量指示（LQI）（6）物理層屬性參數(shù)的獲取與設(shè)置lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)物理層第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層分為兩個(gè)子層，即邏輯鏈路子層（LLC）和介質(zhì)控制訪問(wèn)子層（MAC），MAC子層主要負(fù)責(zé)解決共享信道問(wèn)題，IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定MAC層實(shí)現(xiàn)的功能有： 采用CSMA/CA機(jī)制來(lái)解決信道沖撞問(wèn)題； 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送信標(biāo)幀，用于協(xié)調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)； 支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)操作； 支持時(shí)槽保障（CTS）機(jī)制； 支持不同設(shè)備的MAC層間可靠傳輸。lIEEE 802.15.4

7、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路層第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)1）信道的時(shí)段分配）信道的時(shí)段分配首先來(lái)認(rèn)識(shí)一個(gè)概念超幀。超幀是一種用來(lái)組織網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)間分配的邏輯結(jié)構(gòu)，它將通信時(shí)間劃分為活躍和不活躍兩個(gè)時(shí)段：在不活躍期間，PAN網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不會(huì)相互通信，從而進(jìn)入休眠狀態(tài)來(lái)節(jié)省能量。網(wǎng)絡(luò)的通信在活躍期間進(jìn)行，活躍期間由可以分為三個(gè)階段，即：信標(biāo)幀發(fā)送時(shí)段、競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段（CAP）和非競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段（CFP）。lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路層MAC第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段（CAP）: 設(shè)備通過(guò)CSMA/CA機(jī)制與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信。非競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段非競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段（CFP）:又分為幾個(gè)GTS，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在這個(gè)時(shí)段內(nèi)只

8、能與指定的設(shè)備進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在每個(gè)超幀時(shí)段最多可以分配7個(gè)GTS，一個(gè)GTS可以占有多個(gè)時(shí)槽。lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路層MAC第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)2）CSMA/CA算法算法lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路層MAC第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)每個(gè)采用CSMA/CA算法的設(shè)備需要維護(hù)三個(gè)變量：NB、CW和BE。NB記錄在當(dāng)前幀傳輸時(shí)已經(jīng)回退的次數(shù)，CW記錄競(jìng)爭(zhēng)窗口的尺寸，即監(jiān)測(cè)到信道空閑后還需等待多長(zhǎng)時(shí)間才能真正開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，BE是一個(gè)回退指數(shù)，是指在沖突后再次開(kāi)始監(jiān)測(cè)信道需要等待的時(shí)間（2BE1）。在 初 始 化 后 ， 對(duì) 于 基 于 時(shí) 槽 的CSMA/CA算法，先定位到回退時(shí)

9、間的邊界，然后等待指定的時(shí)間，開(kāi)始信道探測(cè)，直到信道為空閑，然后在等CW個(gè)回退周期長(zhǎng)度，最后發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送程序必須確保當(dāng)前的數(shù)據(jù)可以在CAP期間完成，才會(huì)進(jìn)行發(fā)送，否則將保存到下一個(gè)超幀中發(fā)送。2）CSMA/CA算法算法lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路層MAC第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于非時(shí)槽的CSMA/CA機(jī)制，監(jiān)測(cè)到空閑信道后就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送過(guò)程中，如果多次探測(cè)信道的結(jié)果都一直為忙（NB大于某個(gè)設(shè)定的值），則需要向上層報(bào)告發(fā)送失敗，由上層處理。為減少?zèng)_突以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，有兩種特殊情況時(shí)不采用CSMA/CA來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送：一種是應(yīng)答幀，另外一種就是緊接在數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀之后的數(shù)

10、據(jù)幀，它們可以直接發(fā)送。3）數(shù)據(jù)傳輸模）數(shù)據(jù)傳輸模式式IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)中存在三種數(shù)據(jù)傳輸模式：設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)給設(shè)備對(duì)等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路層MAC第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)4）MAC子層的幀格式子層的幀格式MAC層幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是在保持低復(fù)雜度的前提下，實(shí)現(xiàn)多噪聲無(wú)線信道環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)MAC子層的幀包括三個(gè)部分：幀頭、負(fù)載和幀尾。幀頭由幀控制信息、幀序列號(hào)和地址信息組成。負(fù)載長(zhǎng)度大小可變，具體內(nèi)容由幀類型決定。幀尾是一個(gè)16位的CRC效驗(yàn)碼。 lIEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路層MAC第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)M

11、AC幀格式lZigee協(xié)議第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)ZigBee技術(shù)技術(shù)是一種面向自動(dòng)化和無(wú)線控制的價(jià)格低廉、能耗小的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，IEEE 802.15.4技術(shù)的出現(xiàn)推動(dòng)了它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療等專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。ZigBee技術(shù)建立在IEEE 802.15.4協(xié)議之上，根據(jù)ZigBee聯(lián)盟的規(guī)范，ZigBee在IEEE 802.15.4的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其協(xié)議棧如圖 ZigBee協(xié)議中定義了三種設(shè)備：ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器和ZigBee終端設(shè)備：ZigBee協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器，它負(fù)責(zé)建立并啟動(dòng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，包括選擇合適的射頻信道、唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符等一系列操作。ZigBee路由器路

12、由器作為遠(yuǎn)程設(shè)備之間的中繼器來(lái)進(jìn)行通信，能夠拓展網(wǎng)絡(luò)的范圍，負(fù)責(zé)搜尋網(wǎng)絡(luò)，并在任意兩個(gè)設(shè)備之間建立端到端的傳輸。ZigBee終端設(shè)備終端設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集。lZigee協(xié)議第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)從功能上講，網(wǎng)絡(luò)層必須為IEEE 802.15.4的MAC子層提供支持，并為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。為了實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用層的接口，網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層從邏輯上被分為兩個(gè)具有不同功能的服務(wù)實(shí)體：數(shù)據(jù)實(shí)體和管理實(shí)體。數(shù)據(jù)實(shí)體（數(shù)據(jù)實(shí)體（NIDE）接口）接口主要負(fù)責(zé)向上層提供所需的常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)管理實(shí)體接口主要負(fù)責(zé)向上層提供訪問(wèn)接口參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的機(jī)制，包括配置新的設(shè)備、建立新的網(wǎng)絡(luò)、加入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)、

13、地址分配、鄰居發(fā)現(xiàn)、路由發(fā)現(xiàn)、接收控制等功能。lZigee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)lZigee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)1網(wǎng)絡(luò)建立：網(wǎng)絡(luò)建立：ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立是由某個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始的，只有一個(gè)未加入網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過(guò)NLME-NETWORD-FORMATION.request原語(yǔ)來(lái)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器利用MAC子層提供的掃描功能，設(shè)定合適的信道和網(wǎng)絡(luò)地址后，發(fā)送信標(biāo)幀，以吸引其他節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中。2設(shè)備的加入：設(shè)備的加入：處于激活狀態(tài)的設(shè)備可以直接加入網(wǎng)絡(luò)，也可以通過(guò)關(guān)聯(lián)操作加入到網(wǎng)絡(luò)中。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層提供了NLME-JOIN.request原語(yǔ)來(lái)完成這個(gè)操作。網(wǎng)絡(luò)層參考LQI

14、值和網(wǎng)絡(luò)深度兩個(gè)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行設(shè)備父設(shè)備的選擇，LQI即鏈路質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)深度表示該設(shè)備最少經(jīng)過(guò)多少跳到達(dá)協(xié)調(diào)器，設(shè)備優(yōu)先選擇LQI值高、網(wǎng)絡(luò)深度小的設(shè)備作為其父設(shè)備。確定好父設(shè)備后，設(shè)備向其父設(shè)備發(fā)送加入請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)父節(jié)點(diǎn)的同意后加入該網(wǎng)絡(luò)，若父節(jié)點(diǎn)不接收該設(shè)備，則該設(shè)備重新選擇一個(gè)父設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，直到最終加入網(wǎng)絡(luò)。3. 設(shè)備段地址分配設(shè)備段地址分配：設(shè)備加入到網(wǎng)絡(luò)之后，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)為其分配網(wǎng)絡(luò)地址，網(wǎng)絡(luò)地址的分配主要依據(jù)三個(gè)參數(shù)：最多子設(shè)備數(shù)、最大網(wǎng)絡(luò)深度和最大路由數(shù)，其地址偏移量計(jì)算公式為：4. 設(shè)備的離開(kāi)設(shè)備的離開(kāi)：設(shè)備節(jié)點(diǎn)的離開(kāi)有兩種不同的情況：第一種是子設(shè)備向父設(shè)備請(qǐng)求離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，第二種是父設(shè)

15、備要求子設(shè)備離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個(gè)設(shè)備接收到高層的離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求時(shí)，它首先請(qǐng)求其所有的子設(shè)備離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，所有子設(shè)備移出完畢后，最后通過(guò)取消關(guān)聯(lián)操作向其父設(shè)備申請(qǐng)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。lZigee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)5鄰居列表的維護(hù)鄰居列表的維護(hù)鄰居列表中包含傳輸范圍內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的信息，鄰居列表的維護(hù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，從收到的信標(biāo)幀中獲取周圍節(jié)點(diǎn)的信息，并添加到鄰居列表中； Router和Coordinator將其子節(jié)點(diǎn)添加到鄰居列表中； 當(dāng)檢測(cè)到節(jié)點(diǎn)離開(kāi)其一跳范圍時(shí)，并不是將節(jié)點(diǎn)的信息從鄰居列表中移除，而是把Relationship項(xiàng)設(shè)置為0 x03，表示和該節(jié)點(diǎn)沒(méi)有關(guān)系。lZigee

16、協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)ZigBee的應(yīng)用層由三個(gè)部分組成：應(yīng)用支持子層、應(yīng)用層框架和ZigBee應(yīng)用對(duì)象（ZDO）。應(yīng)用支持子層應(yīng)用支持子層為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層通過(guò)ZigBee設(shè)備對(duì)象與制造商定義的應(yīng)用對(duì)象使用的一組服務(wù)提供了接口，該接口提供了ZigBee設(shè)備對(duì)象和制造商定義的應(yīng)用對(duì)象使用的一組服務(wù)，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)兩個(gè)實(shí)體提供這些服務(wù)。應(yīng)用框架應(yīng)用框架可為駐扎在ZigBee設(shè)備中的應(yīng)用對(duì)象提供活動(dòng)的環(huán)境。設(shè)備對(duì)象設(shè)備對(duì)象描述了一個(gè)基本的功能函數(shù)，這個(gè)功能在應(yīng)用對(duì)象、設(shè)備（Profile）和APS之間的提供了一個(gè)接口。 ZDO位于應(yīng)用框架和應(yīng)用支持子層之間，可滿足所有在ZigBee協(xié)議棧

17、中應(yīng)用操作的一般需要lZigee協(xié)議應(yīng)用層第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線局域網(wǎng)由無(wú)線網(wǎng)卡、無(wú)線接入點(diǎn)AP、無(wú)線網(wǎng)橋和無(wú)線網(wǎng)關(guān)等組成。1無(wú)線網(wǎng)卡（無(wú)線網(wǎng)卡（NIC）：無(wú)線網(wǎng)卡是高頻、寬帶無(wú)線組網(wǎng)設(shè)備，它通過(guò)采用載波監(jiān)聽(tīng)訪問(wèn)協(xié)議把無(wú)線終端連接起來(lái)。2訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)（訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)（Access Point）：無(wú)線訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)AP主要用于WLAN子網(wǎng)中，是無(wú)線子網(wǎng)的基站。提供子網(wǎng)內(nèi)無(wú)線設(shè)備的組網(wǎng)。同時(shí)它也實(shí)現(xiàn)WLAN和有線局域網(wǎng)之間的橋接。3無(wú)線網(wǎng)橋（無(wú)線網(wǎng)橋（Wireless Bridge）：無(wú)線網(wǎng)橋是為使用無(wú)線（微波）進(jìn)行遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計(jì)的，它是一種在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，可用于固定數(shù)字設(shè)備與

18、其他固定數(shù)字設(shè)備之間的遠(yuǎn)距離、高速無(wú)線組網(wǎng)，特別適用于城市中的遠(yuǎn)距離高速組網(wǎng)和野外作業(yè)的臨時(shí)組網(wǎng)。4無(wú)線網(wǎng)關(guān)（無(wú)線網(wǎng)關(guān)（Wireless Gateway）：無(wú)線網(wǎng)關(guān)也稱為無(wú)線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，它在傳輸層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，是最復(fù)雜的網(wǎng)間互聯(lián)設(shè)備，僅用于兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。無(wú)線網(wǎng)關(guān)通過(guò)不同設(shè)置可完成無(wú)線網(wǎng)橋和無(wú)線路由器的功能，也可以直接連接外部網(wǎng)絡(luò)，如WAN，同時(shí)實(shí)現(xiàn)AP功能l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11網(wǎng)絡(luò)帶有無(wú)線網(wǎng)卡的移動(dòng)終端（STA）和無(wú)線接入點(diǎn)（AP）相互作用形成一個(gè)WLAN，使得移動(dòng)終端的移動(dòng)性對(duì)高層協(xié)議透明。IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)支持兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：獨(dú)立基本服務(wù)

19、集（IBSS）網(wǎng)絡(luò)和擴(kuò)展服務(wù)集（ESS）網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)使用一個(gè)基本構(gòu)件塊：基本服務(wù)集（BSS），它提供一個(gè)覆蓋區(qū)域，使BSS中的站點(diǎn)保持充分的連接。一個(gè)站點(diǎn)可以在BSS內(nèi)自由移動(dòng)，但如果離開(kāi)了BSS區(qū)域就不能與其他站點(diǎn)建立直接連接l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第六章 通信標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)一個(gè)BSS內(nèi)的所有終端都是移動(dòng)終端并且和有線網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有連接時(shí)，該BSS稱為獨(dú)立基本服務(wù)集（IBSS） IBSS是最基本的IEEE 802.11無(wú)線局域網(wǎng)，至少包括兩個(gè)無(wú)線站點(diǎn)。IBSS沒(méi)有中繼功能，一個(gè)移動(dòng)終端要想和其他移動(dòng)終端通信，必須處在能夠直接通信的物理范圍之內(nèi)l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)一個(gè)BSS

20、中包含無(wú)線接入點(diǎn)（AP）時(shí)，由AP和分布式系統(tǒng)（DS）相互連接就可以組成擴(kuò)展服務(wù)集（ESS）l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù) IEEE 802.11協(xié)議棧第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11協(xié)議主要由物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層組成，其中物理層又可分為物理層匯聚（PLCP）子層和物理層媒質(zhì)依賴（PMD）子層。LLC層通過(guò)MAC服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)與對(duì)等的LLC實(shí)體進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。本地MAC層利用下層的服務(wù)將一個(gè)MSDU傳給一個(gè)對(duì)等的MAC實(shí)體，然后由該對(duì)等MAC實(shí)體將數(shù)據(jù)傳給對(duì)等的LLC實(shí)體。IEEE 802.11協(xié)議參考模型 IEEE 802.11規(guī)定在MAC層采用兩種介

21、質(zhì)訪問(wèn)方式分布式控制方式（DCF） ：工作在競(jìng)爭(zhēng)期（CP），是IEEE 802.11 MAC層主要采用的訪問(wèn)協(xié)議。采用具有沖突避免的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)（CSMA/CA）協(xié)議進(jìn)行無(wú)線介質(zhì)共享。中心控制方式（PCF）：工作在非競(jìng)爭(zhēng)期（CFP），中心控制方式（的 優(yōu)先級(jí)高于分布式控制方式（DCF）的訪問(wèn)方式，提供對(duì)無(wú)線媒質(zhì)的無(wú)競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)。在這種工作模式下，置于訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)（AP）中的中心控制器（PC）控制來(lái)自工作站的幀的傳送。l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù) IEEE 802.11協(xié)議棧第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)1分布式控制方式分布式控制方式分布式控制方式（DCF）是與物理層兼容的工作站和訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)（AP）之間自動(dòng)共享無(wú)線介質(zhì)的訪問(wèn)協(xié)

22、議，是IEEE 802.11 MAC層主要采用的訪問(wèn)協(xié)議。IEEE 802.11 DCF采用具有沖突避免的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)（CSMA/CA）協(xié)議進(jìn)行無(wú)線介質(zhì)共享.l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù) IEEE 802.11協(xié)議棧第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)1分布式控制方式分布式控制方式舉例：舉例： 在節(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)B、C、D都有幀要發(fā)送，需要等待信道連續(xù)空閑DIFS時(shí)間后，這時(shí)三個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入退避階段。節(jié)點(diǎn)B、C、D在CW內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)退避時(shí)間，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)C所產(chǎn)生的退避時(shí)間最短，其退避計(jì)時(shí)器最先減至0，從而開(kāi)始發(fā)送幀，同時(shí)節(jié)點(diǎn)B和D的退避計(jì)時(shí)器被凍結(jié)。在節(jié)點(diǎn)C的傳送過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)E也有幀要發(fā)送，進(jìn)入等待過(guò)程。信道空閑DIES

23、時(shí)間后，節(jié)點(diǎn)B和D的退避計(jì)時(shí)器解凍，節(jié)點(diǎn)E產(chǎn)生隨機(jī)退避時(shí)間。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)D的退避計(jì)時(shí)器最先減至0，所以節(jié)點(diǎn)D獲得發(fā)送機(jī)會(huì)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要維護(hù)一個(gè)CW參數(shù)，CW的初始值為CWmin。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送失敗時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的CW就會(huì)增加1倍。以后，該節(jié)點(diǎn)每次因發(fā)送失敗而重傳時(shí)，CW都會(huì)增加1倍，即CW=2m(CWmin+1)1，其中m為重傳次數(shù)。當(dāng)CW的值增加到CWmax時(shí)，再連續(xù)重傳時(shí)CW的值將保持為CWmax不變，當(dāng)該節(jié)點(diǎn)發(fā)送成功或者達(dá)到了最大重傳次數(shù)限制，CW將被重新置為Cwmin。l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù) IEEE 802.11協(xié)議棧第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)2中心控制方式中心控制方式中心控制方式（PCF）是優(yōu)先級(jí)高于分布

24、式控制方式（DCF）的訪問(wèn)方式，提供對(duì)無(wú)線媒質(zhì)的無(wú)競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)。在這種工作模式下，置于訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)（AP）中的中心控制器（PC）控制來(lái)自工作站的幀的傳送。工作站均在PC的控制下獲得對(duì)媒質(zhì)的優(yōu)先訪問(wèn)。中心控制器在其發(fā)出的查詢幀中使用PIFS，因?yàn)镻IFS小于DIFS，因而中心控制器總是能獲得對(duì)介質(zhì)的訪問(wèn)，并且在其發(fā)送查詢幀、接收響應(yīng)時(shí)，把異步通信全部都鎖住。PC在每一個(gè)無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期開(kāi)始，都對(duì)介質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果介質(zhì)在PIFS間隔之后仍然空閑，PC就發(fā)送一個(gè)包含無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期各項(xiàng)參數(shù)的信標(biāo)（Beacon）幀。l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù) IEEE 802.11協(xié)議棧第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)2中心控制方式中心控制方式在含有AP的BSS中，

25、信標(biāo)幀用于保證相同物理網(wǎng)絡(luò)中工作站的同步，它包含時(shí)間戳（Time Stamp），所有工作站都利用時(shí)戳來(lái)更新計(jì)時(shí)器，IEEE 803.11定義其為時(shí)間同步功能（Timing Synchronization Funtion，TSF）計(jì)時(shí)器。工作站接收到信標(biāo)幀后，利用CF參數(shù)設(shè)置中的CFPMaxDuration值更新NAV，該值向所有工作站通知無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期的長(zhǎng)度，直到無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期結(jié)束才允許工作站獲得對(duì)介質(zhì)的控制權(quán)。l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù) IEEE 802.11協(xié)議棧第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送信標(biāo)幀后，PC等待至少一個(gè)DIFS間隔，然后發(fā)送下列幀。（1）數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀：該幀直接從PC發(fā)往某個(gè)特定的工作站，如果PC沒(méi)有收到接

26、收端返回的確認(rèn)幀（ACK），它就會(huì)在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)期內(nèi)的DIFS問(wèn)隔后重發(fā)該幀。除了這種單點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，PC還可以向所有的終端（包括處于節(jié)能模式下的終端）發(fā)送廣播幀，因?yàn)樗刑幱诠?jié)能模式下的終端每隔TIM（Traffic Indication Map，業(yè)務(wù)指示表）時(shí)間都要轉(zhuǎn)入活動(dòng)狀態(tài)接收PC發(fā)出的信標(biāo)幀。（2）無(wú)競(jìng)爭(zhēng)輪詢幀無(wú)競(jìng)爭(zhēng)輪詢幀：PC向某個(gè)工作站發(fā)送無(wú)競(jìng)爭(zhēng)輪詢幀，授權(quán)該工作站可以向任何其他目的終端發(fā)送數(shù)據(jù)。如果被輪詢的工作站沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送，它就發(fā)送一個(gè)空的數(shù)據(jù)幀。如果該站沒(méi)有收到已發(fā)送數(shù)據(jù)的確認(rèn)幀，則必須在被PC再次輪詢時(shí)重發(fā)未被確認(rèn)的幀。（3）數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀+無(wú)競(jìng)爭(zhēng)輪詢幀無(wú)競(jìng)爭(zhēng)輪詢幀：PC向某

27、個(gè)工作站發(fā)送數(shù)據(jù)，并輪詢其是否有數(shù)據(jù)發(fā)送，這樣可以減少因分兩次發(fā)送和確認(rèn)帶來(lái)的系統(tǒng)開(kāi)銷。（4）無(wú)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)束幀無(wú)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)束幀：該幀用于確定競(jìng)爭(zhēng)期的結(jié)束。l無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù) IEEE 802.11協(xié)議棧第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信（一般在10 m內(nèi)）的無(wú)線電技術(shù)，能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等之間進(jìn)行無(wú)線信息交換。利用藍(lán)牙技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無(wú)線通信拓寬道路。藍(lán)牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2

28、.4 GHz ISM頻段，其數(shù)據(jù)速率為1 Mbps，采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。l藍(lán)牙技術(shù)第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)1基帶協(xié)議基帶協(xié)議層確保網(wǎng)內(nèi)各藍(lán)牙設(shè)備之間射頻構(gòu)成物理連接。基帶協(xié)議使用查詢和尋呼進(jìn)程來(lái)使不同設(shè)備間的發(fā)送頻率和時(shí)鐘保持同步?；鶐?shù)據(jù)分組提供面向連接（SCO）和無(wú)連接（ACL）兩種物理連接方式，而且在同一射頻上可實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)傳送。ACL適用于數(shù)據(jù)分組，SCO適用于語(yǔ)音及數(shù)據(jù)/語(yǔ)音的組合，各種用戶模型在藍(lán)牙設(shè)備之間可傳送語(yǔ)音，語(yǔ)音模式在藍(lán)牙系統(tǒng)內(nèi)相對(duì)簡(jiǎn)單，只需開(kāi)通語(yǔ)音連接，就可傳送語(yǔ)音。2鏈路管理協(xié)議鏈路管理協(xié)議（LMP）負(fù)責(zé)藍(lán)牙各設(shè)備間連接的建立和設(shè)置，它通過(guò)連接的發(fā)起、交換、核

29、實(shí)來(lái)進(jìn)行身份驗(yàn)證和加密，通過(guò)協(xié)商確定基帶數(shù)據(jù)分組大小，它還控制無(wú)線設(shè)備的節(jié)能模式和工作周期，以及匹克網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的連接狀態(tài)。l藍(lán)牙技術(shù)核心協(xié)議第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)3邏輯鏈路控制和適配協(xié)議邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAP）是基帶的上層協(xié)議，可以認(rèn)為它與LMP是并行工作的。它們的區(qū)別在于當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)LMP時(shí)，L2CAP為上層提供服務(wù)。L2CAP向上層提供面向連接的和無(wú)連接的數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí)，采用了多路復(fù)用技術(shù)、分段和重組技術(shù)及組概念。L2CAP允許高層協(xié)議以64 KB收發(fā)數(shù)據(jù)分組。雖然基帶協(xié)議提供了SCO和ACL兩種連接類型，但L2CAP只支持ACL。4服務(wù)搜索協(xié)議服務(wù)搜索協(xié)議（SDP）在藍(lán)牙技術(shù)框架中起

30、到至關(guān)重要的作用，它是所有用戶模式的基礎(chǔ)。使用SDP，可以查詢到設(shè)備和服務(wù)類型，從而在藍(lán)牙設(shè)備間建立相應(yīng)的連接。l藍(lán)牙技術(shù)核心協(xié)議第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)l藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議棧第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)1頻段免費(fèi)藍(lán)牙（Bluetooth）無(wú)線技術(shù)使用ISM頻段，可在全球免費(fèi)使用。2設(shè)備范圍廣Bluetooth技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，集成該技術(shù)的產(chǎn)品從手機(jī)、汽車到醫(yī)療設(shè)備，使用該技術(shù)的用戶包括普通消費(fèi)者、工業(yè)市場(chǎng)到企業(yè)等用戶3易于使用它不要求固定的基礎(chǔ)設(shè)施，且易于安裝和設(shè)置?？梢噪S身組成個(gè)人局域網(wǎng)（PAN），并與其他網(wǎng)絡(luò)連接。4抗干擾能力強(qiáng)采用GFSK調(diào)制，同時(shí)應(yīng)用快跳頻和短包技術(shù)，抗信號(hào)衰落性能較好。5可以同時(shí)傳輸語(yǔ)音和

31、數(shù)據(jù)藍(lán)牙采用分組交換和電路交換相結(jié)合的技術(shù)，可以支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語(yǔ)音信道，以及異步數(shù)據(jù)與同步語(yǔ)音數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)男诺?。l藍(lán)牙技術(shù)優(yōu)勢(shì)第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)超寬帶（ Ultra Wide Band，UWB）是一種具備低耗電與高速傳輸?shù)臒o(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，適合需要高質(zhì)量服務(wù)的無(wú)線通信應(yīng)用，可以用在無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)（WPAN）、家庭網(wǎng)絡(luò)連接和短距離雷達(dá)等領(lǐng)域。它不采用連續(xù)的正弦波（Sine Waves），而是利用脈沖信號(hào)來(lái)傳送信息的。UWB多跳網(wǎng)絡(luò)鏈路層協(xié)議模型包含兩大部分：MAC子層協(xié)議模型和LLC子層協(xié)議模型。MAC子層協(xié)議模型采用ECMA-368標(biāo)準(zhǔn)中的MAC子層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)分割/重組、合并/解合并、MAC的ARQ、鏈路選擇以及MAC媒體訪問(wèn)控制機(jī)制，在MAC子層的ARQ機(jī)制中采用No-ACK機(jī)制，相當(dāng)于屏蔽了ECMA-368標(biāo)準(zhǔn)中MAC子層的ARQ機(jī)制。LLC子層協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層和MAC子層之間，新增了IP頭壓縮、UWB的TCP代理確認(rèn)、QoS映射、UWB多跳ARQ以及資源調(diào)度等功能。lUWB技術(shù)第六章 通信標(biāo)準(zhǔn)lUWB