《無線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)》課件

1、無線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)ppt課件無線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)ppt課件第6章 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1 無線網(wǎng)絡(luò)概述2 無線LAN:802.113 寬帶無線網(wǎng)4 藍(lán)牙技術(shù)5 3G技術(shù)6 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)7 無線組網(wǎng)實(shí)例第6章 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1 無線網(wǎng)絡(luò)概述本章學(xué)習(xí)要求：熟悉：無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及分類。重點(diǎn)掌握：無線LAN:802.11系列標(biāo)準(zhǔn)。掌握：寬帶無線網(wǎng)、IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)。了解：藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)與工作原理。了解：3G技術(shù)（第三代移動(dòng)通信技術(shù)）。掌握：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及工作原理。了解：無線組網(wǎng)實(shí)例。本章學(xué)習(xí)要求：熟悉：無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及分類。1.無線網(wǎng)絡(luò)定義及發(fā)展。無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。無線網(wǎng)絡(luò)的分類。無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。1.

2、無線網(wǎng)絡(luò)概述1.無線網(wǎng)絡(luò)定義及發(fā)展。1.無線網(wǎng)絡(luò)概述無線網(wǎng)絡(luò)定義及發(fā)展1).無線網(wǎng)絡(luò)定義: 是利用無線電波來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)設(shè)備與位置無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送的系統(tǒng)，是一種靈巧的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，從有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自然延伸出來，用無線射頻(RF)技術(shù)通過電波收發(fā)數(shù)據(jù)，從而減少電纜連接。2).發(fā)展: 50年前的第二次世界大戰(zhàn)期間,美國陸軍采用無線電信號(hào)做資料的傳輸。研發(fā)出了一套無線電傳輸科技，并且采用相當(dāng)高強(qiáng)度的加密技術(shù)。 在1971年，夏威夷大學(xué)的研究員創(chuàng)造了第一個(gè)基于封包式技術(shù)的無線電通信網(wǎng)絡(luò) ，即ALOHNET網(wǎng)絡(luò)，也即早期的無線局域網(wǎng)絡(luò)。 無線網(wǎng)絡(luò)定義及發(fā)展1).無線網(wǎng)絡(luò)定義:無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)安裝便捷 使用靈

3、活 經(jīng)濟(jì)節(jié)約 易于擴(kuò)展 無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)安裝便捷 網(wǎng)絡(luò)的分類無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network,WLAN） 無線城域網(wǎng)（Wireless Metropolitan Area Network,WMAN） 無線個(gè)人網(wǎng)（Wireless Personal Area Network,WPAN） 無線廣域網(wǎng)（Wireless Wide Area Network,WWAN） 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network,WSN） 網(wǎng)絡(luò)的分類無線局域網(wǎng)（Wireless Local Are無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)目前常見的IEEE802.11b、IEEE802.11a、

4、IEEE802.11g等。除此之外，無線個(gè)人網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)還有藍(lán)牙和Home RF等個(gè)人之間的通信以及802.16系列標(biāo)準(zhǔn)。（下表為幾種無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的性能比較 ）無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)目前常見的IEEE802.11b、IEEE82.無線LAN:802.11802.11協(xié)議棧802.11物理層802.11MAC子層協(xié)議802.11幀結(jié)構(gòu)2.無線LAN:802.11802.11協(xié)議棧802.11協(xié)議棧從網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)上來看，IEEE802.11只定義了物理層及MAC子層，如下圖(IEEE802.11協(xié)議棧 )所示 :IEEE802.11協(xié)議棧802.11協(xié)議棧從網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)上來看，IEEE802.1802.11物理

5、層 在802.11最初定義的物理層包括了兩個(gè)擴(kuò)散頻譜技術(shù)（FHSS和DSSS）和一個(gè)紅外接口規(guī)范（IR），如下圖(物理層結(jié)構(gòu))所示。物理層分為三個(gè)部分：物理層管理層、物理層會(huì)聚協(xié)議（PLCP）和物理介質(zhì)依賴子層（PMD） 802.11物理層802.11物理層 在802.11最初定義的物理層包括了802.11MAC子層協(xié)議 IEEE802.11采用CSMA/CA工作方式且同時(shí)推薦了兩種CSMA/C方式。一種是基于來自物理層的CA信號(hào)所采用的CSMA/CA，另一種是帶有ACK應(yīng)答幀和差錯(cuò)恢復(fù)的CSMA/CA。CSMA/CA的工作原理如圖所示。 IEEE802.11中CSMA/CA的工作原理802.

6、11MAC子層協(xié)議 IEEE802.11采用CS IEEE802.11中RTS/CTS工作機(jī)制 802.11在MAC層上引入了一個(gè)新的Send/Clear to Send(RTS/CTS)選項(xiàng) ,解決“隱藏節(jié)點(diǎn)”問題 . 下圖為MAC層采用RTS/CTS的工作機(jī)制 IEEE802.11中RTS/CTS工作機(jī)制 IEEE802.11中RTS/CTS工作機(jī)制 802.11802.11幀結(jié)構(gòu)IEEE802.11幀的格式802.11幀結(jié)構(gòu)IEEE802.11幀的格式IEEE802.11幀格式的控制字段的組成(圖)各字段說明：協(xié)議版本 當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)是00，其他選項(xiàng)留待將來使用。到DS/來自DS 1代表兩個(gè)

7、AP之間的通信。更多分段 有其他的分段存放在后續(xù)的幀中，則置1。重發(fā) 若重發(fā)幀，則該字段置1。功率管理 如果站處于睡眠狀態(tài)，則該字段置1。數(shù)據(jù) 在節(jié)能模式下，如果還有幀發(fā)往終端，該字段置1。WEP 該字段置1表示數(shù)據(jù)比特將加密。IEEE802.11幀格式的控制字段的組成(圖)各字段說明：3.寬帶無線網(wǎng)802.16協(xié)議棧802.16物理層802.16 MAC子層協(xié)議802.16幀結(jié)構(gòu)802.11與802.16的比較3.寬帶無線網(wǎng)802.16協(xié)議棧802.16協(xié)議棧IEEE802.16協(xié)議棧模型802.16協(xié)議棧分為兩部分：MAC層和物理層。1）MAC層由特定業(yè)務(wù)匯聚子層（CS）、MAC公共部分子

8、層（CPS）和加密協(xié)議子層3部分組成。2）物理層由傳輸匯聚子層和物理媒質(zhì)依賴子層組成。 802.16協(xié)議棧IEEE802.16協(xié)議棧模型802.1802.16物理層 為了更好的使用帶寬，IEEE802.16支持時(shí)分雙工（TDD）和頻分雙工（FDD）模式。兩種模式下都采用突發(fā)（Burst）格式發(fā)送。在每一幀中，BS和各個(gè)SS可以根據(jù)需要靈活的改變突發(fā)的類型，從而選取適當(dāng)?shù)陌l(fā)射參數(shù)，如調(diào)制方式、編碼類型等。在FDD模式下，系統(tǒng)支持全雙工SS，也支持半雙工SS。802.16同時(shí)支持多種可選的調(diào)制技術(shù)和前向糾錯(cuò)技術(shù)?？蛇x的調(diào)制技術(shù)包括：四相相移鍵調(diào)制、16正交調(diào)幅、64正交調(diào)幅等。支持多種調(diào)制技術(shù)使得

9、網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商可以在效率和強(qiáng)壯性之間取得折衷。此外，支持不同的糾錯(cuò)技術(shù)確保在不同的環(huán)境下兼顧性能的同時(shí)保證了傳輸?shù)目煽啃浴?02.16物理層 為了更好的使用帶寬，IEEE802.802.16 MAC子層協(xié)議IEEE802.16的MAC層支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的寬帶無線接入應(yīng)用，主要是在上行和下行鏈路上進(jìn)行高速傳輸。為了讓多個(gè)用戶共享一個(gè)物理信道，MAC層必須要有有效的接入和帶寬分配算法以支持各種業(yè)務(wù)的QoS保證。 802.16 MAC子層協(xié)議IEEE802.16的MAC層802.16幀結(jié)構(gòu)IEEE 802.16同時(shí)支持時(shí)分復(fù)用(TDD)和頻分復(fù)用(FDD)兩種模式.其中TDD模式如下所示: TDD模式下的8

10、02.16幀結(jié)構(gòu)802.16幀結(jié)構(gòu)IEEE 802.16同時(shí)支持時(shí)分復(fù)用(802.11與802.16的比較具體可從以下幾方面進(jìn)行分析 1. 覆蓋 802.16標(biāo)準(zhǔn)是為在各種傳播環(huán)境（包括視距、近視距和非視距）中獲得最優(yōu)性能而設(shè)計(jì)的。 WLAN中的OFDM是按照系統(tǒng)覆蓋數(shù)十米或幾百米設(shè)計(jì)的，而802.16被設(shè)計(jì)成高功率，OFDM可覆蓋數(shù)十公里。 2. 可擴(kuò)展性 在物理層，802.16支持靈活的射頻信道帶寬和信道復(fù)用（頻率復(fù)用），當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展時(shí)，可以作為增加小區(qū)容量的一種手段。 3. 服務(wù)質(zhì)量(QoS) 802.16的MAC層是靠同意/請求來接入媒體的，它支持不同的服務(wù)水平（如專用于企業(yè)的T1/E1

11、和用于住宅的盡力而為服務(wù)）。 802.11由于在其核心采用CaMa/Ca，故其目前已實(shí)施的系統(tǒng)無法提供802.16系統(tǒng)的QoS。 802.11與802.16的比較具體可從以下幾方面進(jìn)行分析IEEE802.11與802.16的參數(shù)對(duì)比表 IEEE802.11與802.16參數(shù)對(duì)比IEEE802.11與802.16的參數(shù)對(duì)比表 IEEE804.藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙的體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙協(xié)議棧藍(lán)牙基帶層藍(lán)牙L2CAP層藍(lán)牙幀結(jié)構(gòu)4.藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙的體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙的體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：硬件部分、協(xié)議或軟件部分以及高層應(yīng)用部分。(如下圖示) 藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙的體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：硬件部分、協(xié)議或

12、軟藍(lán)牙協(xié)議棧藍(lán)牙協(xié)議棧藍(lán)牙協(xié)議體系可分為4層：核心協(xié)議、電纜替代協(xié)議、電話傳送控制協(xié)議和可選協(xié)議。除了這些協(xié)議外，還定義了主機(jī)控制器接口（HCI)。藍(lán)牙協(xié)議棧藍(lán)牙協(xié)議棧藍(lán)牙協(xié)議體系可分為4層：核心協(xié)議、電纜藍(lán)牙基帶層 物理信道與物理鏈路 分組組成 分組類型 負(fù)載格式藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在其底層，基帶層則是底層的關(guān)鍵技術(shù)之一?；鶐芋w現(xiàn)了藍(lán)牙所需要的強(qiáng)壯性、低復(fù)雜度、低功率和低成本等特點(diǎn)。主要從以下方面來分析基帶層:藍(lán)牙基帶層 物理信道與物理鏈路藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在其底層，基藍(lán)牙L2CAP層L2CAP是藍(lán)牙系統(tǒng)的核心?？捎扇缦路矫鎭矸治?連接標(biāo)識(shí)符（CID）協(xié)議復(fù)用分段和重組 L2CAP 的事件和行為

13、 藍(lán)牙L2CAP層L2CAP是藍(lán)牙系統(tǒng)的核心?？捎扇缦路矫鎭鞮2CAP信令代碼的意義 L2CAP信令代碼的意義 L2CAP信令代碼的意義 L2CAP信令代碼的意義 藍(lán)牙幀結(jié)構(gòu)藍(lán)牙幀結(jié)構(gòu)其中,接入碼有4類 藍(lán)牙幀結(jié)構(gòu)藍(lán)牙幀結(jié)構(gòu)其中,接入碼有4類 5.3G技術(shù)3G的標(biāo)準(zhǔn) TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn) CDMA2000標(biāo)準(zhǔn) W-CDMA標(biāo)準(zhǔn)6.5.2 TD-SCDMA的關(guān)鍵技術(shù) 時(shí)分雙工 智能天線 聯(lián)合檢測 上行同步 信道動(dòng)態(tài)分配 5.3G技術(shù)3G的標(biāo)準(zhǔn)6.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器結(jié)點(diǎn)通過無線通信技術(shù)自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。 2. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遵循的標(biāo)準(zhǔn) 2003年

14、10月，IEEE推出了802.15.4的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)ZigBee聯(lián)盟也開始醞釀與之相配套的網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層的協(xié)議，目的是為了給傳感器網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)推出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的結(jié)果是由IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的PHY和MAC層再加上ZigBee的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用支持層所組成的IEEE 802.15.4/ZigBee協(xié)議。 6.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)需解決的技術(shù)問題能量效率 路由和網(wǎng)絡(luò)控制 時(shí)鐘同步 定位機(jī)制 4.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端在工業(yè)生產(chǎn)與制造中有著多種不同的應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以用于醫(yī)療研究。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于危險(xiǎn)工作

15、環(huán)境。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于農(nóng)業(yè)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于空間探索。 6.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)需解決的技術(shù)問題6.無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 7.無線組網(wǎng)實(shí)例 無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)狀 在工業(yè)領(lǐng)域中，無線技術(shù)早就被用來解決在實(shí)際過程中遇到的問題，典型的應(yīng)用集中在供水網(wǎng)、供熱網(wǎng)、采油井等遠(yuǎn)距離組網(wǎng)的工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)。它們通常是通過無線電臺(tái)在兩地之間起中繼數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?。這種做法功能上比較單一，封閉且沒有安全性，價(jià)格也比較昂貴。隨著各行業(yè)中對(duì)無線組網(wǎng)需求的不斷增長，迫切需要一種開放、安全、對(duì)應(yīng)用透明、能夠?qū)崿F(xiàn)不同組網(wǎng)要求的無線解決方案。 7.無線組網(wǎng)實(shí)例 無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)狀 7.無線組網(wǎng)實(shí)例

16、 2. 無線監(jiān)控平臺(tái)的組網(wǎng)實(shí)例 例如，某單位為實(shí)現(xiàn)信息化，欲在全廠范圍內(nèi)組網(wǎng)，要將行政辦公樓機(jī)房、化驗(yàn)室、檔案室、脫離子水、各車間等連網(wǎng)。根據(jù)分析，該單位網(wǎng)絡(luò)具有接入分散，各個(gè)車間之間相距甚遠(yuǎn)，其中個(gè)別車間部門甚至在幾公里外，流量也不均勻，大部分流量集中在行政辦公樓與檔案室之間，其他車間部門往往只有少數(shù)幾個(gè)工作站需要接入網(wǎng)絡(luò)。 該單位原方案采取100M光纖以太網(wǎng)作為主機(jī)房和各車間部門網(wǎng)絡(luò)連接，車間部門內(nèi)部采用基于雙絞線的100M交換以太網(wǎng)技術(shù)。在總預(yù)算40萬元的經(jīng)濟(jì)型組網(wǎng)方案中，光纜以及相關(guān)接頭的費(fèi)用、光纜的鋪設(shè)費(fèi)用占了一半，其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也幾乎占了1/3。除此之外，與光纜有關(guān)的挖地、埋設(shè)以及測試等至少費(fèi)時(shí)一個(gè)月以上，施工過程又對(duì)環(huán)境造成一定的破壞。由于有線網(wǎng)絡(luò)的局限性，這個(gè)方案只能覆蓋極為有限的區(qū)域，給使用和擴(kuò)展帶來很大的不便。針對(duì)該單位的特點(diǎn)，提出以下無線組網(wǎng)方案： 1)在行政辦公樓包括機(jī)房和檔案室鋪設(shè)10