物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論與實(shí)踐-第5章-網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)課件

2022/12/19物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)踐

2022/12/18物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)踐2022/12/19第5章網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)

5.1網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)概述

網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的核心技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的基石，它是在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立起來的。

物聯(lián)網(wǎng)中連接終端感知網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器的橋梁便是各類承載網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的承載網(wǎng)絡(luò)包括互聯(lián)網(wǎng)、無線廣域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線個(gè)域網(wǎng)等。

2022/12/18第5章網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)5.1網(wǎng)絡(luò)2022/12/19互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)無線個(gè)域網(wǎng)藍(lán)牙、ZigBee無線城域網(wǎng)WiMax無線局域網(wǎng)WiFi無線廣域網(wǎng)3G/4G網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建圖2022/12/18互聯(lián)網(wǎng)無線個(gè)域網(wǎng)無線城域網(wǎng)WiMax無線2022/12/19物聯(lián)網(wǎng)在傳輸網(wǎng)絡(luò)層存在各種網(wǎng)絡(luò)形式，通常使用的網(wǎng)絡(luò)形式有如下幾種，它們主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?）互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)/電信網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)和技術(shù)支持。互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)很龐大的系統(tǒng)，它包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。其核心技術(shù)就是數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)接入方式分為有線接入和無線接入，數(shù)據(jù)交換分為電路交換、報(bào)文交換和分組交換。

2022/12/18物聯(lián)網(wǎng)在傳輸網(wǎng)絡(luò)層存在各種網(wǎng)絡(luò)形2022/12/19

互聯(lián)網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層中的核心內(nèi)容。為了讓Internet適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)量和多終端的要求，業(yè)界正在發(fā)展一系列新技術(shù)。

互聯(lián)網(wǎng)中用IP地址對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，而目前的IPv4受制于資源空間耗竭，已經(jīng)無法提供更多的IP地址，所以IPv6以其近乎無限的地址空間將在物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮重大作用。IPv6的使用掃清了可接入網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備在數(shù)量上的限制。2022/12/18互聯(lián)網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層2022/12/192）無線寬帶網(wǎng)WiFi/WiMax等無線寬帶技術(shù)的覆蓋范圍較廣，傳輸速度較快，為物聯(lián)網(wǎng)提供高速可靠廉價(jià)且不受接入設(shè)備位置限制的互聯(lián)手段。3）無線低速網(wǎng)ZigBee、藍(lán)牙和紅外等低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能夠適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)中處理能力較低的節(jié)點(diǎn)的低速率、低通信半徑、低計(jì)算能力和低能量來源等特征的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2022/12/182）無線寬帶網(wǎng)2022/12/194）移動(dòng)通信網(wǎng)移動(dòng)通信就是移動(dòng)體之間的通信，或移動(dòng)物體與固定物體之間的通信。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)最大的特征就是可移動(dòng)。它采用蜂窩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對通信區(qū)域的全覆蓋，而且可以實(shí)現(xiàn)基站無縫切換。2022/12/184）移動(dòng)通信網(wǎng)2022/12/19移動(dòng)通信網(wǎng)由無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和骨干網(wǎng)三部分組成。無線接入網(wǎng)主要為移動(dòng)終端提供接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，核心網(wǎng)和骨干網(wǎng)主要為各種業(yè)務(wù)提供交換和傳輸服務(wù)。從通信技術(shù)層面看，移動(dòng)通信網(wǎng)的基本技術(shù)可分為傳輸技術(shù)和交換技術(shù)兩大類。

移動(dòng)通信經(jīng)歷了3代的發(fā)展，它們是模擬語音、數(shù)字語音以及數(shù)字語音和數(shù)據(jù)時(shí)代。在移動(dòng)通信網(wǎng)中，當(dāng)前比較熱門的接入技術(shù)有3G和4G。2022/12/18移動(dòng)通信網(wǎng)由無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)2022/12/195.2無線個(gè)人局域網(wǎng)（WPAN）無線個(gè)人局域網(wǎng)簡稱WPAN（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN），WPAN是一種采用無線連接的個(gè)人局域網(wǎng)。美國電子與電器工程師協(xié)會(huì)（IEEE）802.15工作組是對無線個(gè)人局域網(wǎng)做出定義說明的機(jī)構(gòu)。

2022/12/185.2無線個(gè)人局域網(wǎng)（WPAN）2022/12/19

除了基于藍(lán)牙技術(shù)的802.15之外，IEEE還推薦了其它兩個(gè)類型，它們是低頻率的802.15.4（TG4，也被稱為ZigBee）和高頻率的802.15.3（TG3，也被稱為超波段或UWB），WPAN是為了實(shí)現(xiàn)活動(dòng)半徑小、業(yè)務(wù)類型豐富、面向特定群體、無線無縫連接而提出的新興無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。如，TG4（ZigBee）針對低電壓和低成本家庭控制方案提供20Kbps或250Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，而TG3（UWB）則支持用于多媒體的介于20Mbps和1Gbps之間的數(shù)據(jù)傳輸速率。2022/12/18除了基于藍(lán)牙技術(shù)的802.12022/12/19支持無線個(gè)人域網(wǎng)的技術(shù)包括藍(lán)牙、ZigBee、UWB、IrDA、HomeRF等，其中藍(lán)牙技術(shù)在無線個(gè)人局域網(wǎng)中使用得最廣泛。WPAN能夠有效地解決“最后的幾米電纜”的問題，進(jìn)而將無線聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行到底。2022/12/18支持無線個(gè)人域網(wǎng)的技術(shù)包括藍(lán)牙2022/12/19WPAN是一種與無線廣域網(wǎng)(WWAN)、無線城域網(wǎng)(WMAN)、無線局域網(wǎng)(WLAN)并列但覆蓋范圍相對較小的無線網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成上，WPAN位于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈的末端，用于實(shí)現(xiàn)同一地點(diǎn)終端與終端間的連接，如，連接手機(jī)和藍(lán)牙耳機(jī)等。WPAN所覆蓋的范圍一般在10m半徑以內(nèi)，必須運(yùn)行于許可的無線頻段。WPAN設(shè)備具有價(jià)格便宜、體積小、易操作和功耗低等優(yōu)點(diǎn)。2022/12/182022/12/195.2.1藍(lán)牙技術(shù)1、概述“藍(lán)牙”（Bluetooth）是一種開放的技術(shù)規(guī)范，它是一種多裝置之間通信的標(biāo)準(zhǔn)，它可在世界上的任何地方實(shí)現(xiàn)短距離的無線語音和數(shù)據(jù)通信。1994年，愛立信移動(dòng)通信公司開始研究在移動(dòng)電話及其附件之間實(shí)現(xiàn)低功耗、低成本無線接口的可行性。2022/12/185.2.1藍(lán)牙技術(shù)2022/12/19

隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，愛立信公司意識(shí)到短距無線通信（Short-DistanceWirelessCommunication）的應(yīng)用前景無限廣闊。

愛立信將這項(xiàng)新的無線通信技術(shù)命名為“藍(lán)牙”（Bluetooth）。它的名字取自10世紀(jì)丹麥國王HaraldBluetooth的名字。2022/12/18隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，愛立信公司意識(shí)2022/12/19藍(lán)牙是一種短距無線通信的技術(shù)規(guī)范，它最初的目標(biāo)是取代現(xiàn)有的掌上電腦、移動(dòng)電話等各種數(shù)字設(shè)備上的有線電纜連接。在制定藍(lán)牙規(guī)范之初，就建立了統(tǒng)一全球的目標(biāo)，向全球公開發(fā)布，工作頻段為全球統(tǒng)一開放的2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)頻段。Bluetooth提供了一種在2.4G的ISM（IndustrialScientificMedical，ISM）頻段，用于一個(gè)或多個(gè)裝置之間在10米范圍內(nèi)的無線通信方式。2022/12/18藍(lán)牙是一種短距無線通信的技術(shù)規(guī)范2022/12/19

ISM頻段(2.4~2.4835GHz)主要是開放給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)三個(gè)主要機(jī)構(gòu)使用，該頻段是依據(jù)美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FederalCommunicationsCommittee，F(xiàn)CC)所定義出來，屬于FreeLicense，并沒有所謂使用授權(quán)的限制。無需許可證，只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于1W)，并且不要對其它頻段造成干擾即可。

2022/12/18ISM頻段(2.4~2.48352022/12/19

最初是由美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)分配的無需許可證的無線電頻段（功率不能超過1W）。在美國分為為工業(yè)（902~928MHz）、科學(xué)研究（2.42~2.4835GHz）和醫(yī)療（5.725~5.850GHz）三個(gè)頻段。而在歐洲900MHz的頻段則有部份用于GSM通信，用于ISM的低頻段為868MHZ和433MHz。2.4GHz為各國共同的ISM頻段。因此，無線局域網(wǎng)，藍(lán)牙，ZigBee等無線網(wǎng)絡(luò)，均可選擇在2.4GHz頻段上。2022/12/18最初是由美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FC2022/12/192、藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用從目前的應(yīng)用來看，由于藍(lán)牙體積小、功率低，其應(yīng)用已不局限于計(jì)算機(jī)外設(shè)，幾乎可以被集成到任何數(shù)字設(shè)備之中，特別是那些對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的移動(dòng)設(shè)備和便攜設(shè)備。藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于日常生活的各個(gè)方面，例如，引入藍(lán)牙技術(shù)，就可以去掉移動(dòng)電話與筆記本電腦之間的連接電纜而通過無線使其建立通信。2022/12/182、藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用從目前的應(yīng)用來2022/12/193.藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)1）全球范圍適用，藍(lán)牙工作在2.4GHz的ISM頻段，使用該頻段無需向各國的無線電資源管理部門申請?jiān)S可證。2）同時(shí)可傳輸語音和數(shù)據(jù)，藍(lán)牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語音信道以及異步數(shù)據(jù)與同步語音同時(shí)傳輸?shù)男诺馈?022/12/183.藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)2022/12/193）可以建立臨時(shí)性的對等連接，根據(jù)藍(lán)牙設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色，可分為主設(shè)備（Master）與從設(shè)備（Slave）。主設(shè)備是組網(wǎng)連接主動(dòng)發(fā)起連接請求的藍(lán)牙設(shè)備，幾個(gè)藍(lán)牙設(shè)備連接成一個(gè)微微網(wǎng)（Piconet）時(shí)，其中只有一個(gè)主設(shè)備，其余的均為從設(shè)備。

多個(gè)微微網(wǎng)之間還可以互聯(lián)形成散射網(wǎng)(Scatternet)，從而方便快捷地實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備之間隨時(shí)隨地的通信。最簡單的微微網(wǎng)是一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)備組成的點(diǎn)對點(diǎn)的通信連接。2022/12/183）可以建立臨時(shí)性的對等連接，根據(jù)藍(lán)牙設(shè)2022/12/195）藍(lán)牙模塊體積很小、便于集成。

由于個(gè)人移動(dòng)設(shè)備的體積較小，所以，嵌入其內(nèi)部的藍(lán)牙模塊體積就應(yīng)該更小，如愛立信公司的藍(lán)牙模塊ROK101008的外形尺寸僅為32.8mm×16.8mm×2.95mm。其程序?qū)懺谝粋€(gè)9x9mm的微芯片中。2022/12/185）藍(lán)牙模塊體積很小、便于集成。2022/12/196）低功耗，藍(lán)牙設(shè)備在通信連接狀態(tài)下，有四種工作模式，激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。Active模式是正常的工作狀態(tài)，另外三種模式是為了節(jié)能所規(guī)定的低功耗模式。依據(jù)發(fā)射輸出電平功率不同，藍(lán)牙傳輸有3種距離等級，它們是Class1為100m左右；Class2約為10m；Class3約為2~3m。一般情況下，其正常的工作范圍是10m半徑之內(nèi)。在此范圍內(nèi)，可進(jìn)行多臺(tái)設(shè)備間的互聯(lián)。2022/12/186）低功耗，藍(lán)牙設(shè)備在通信連接狀態(tài)下，有2022/12/197）開放的接口標(biāo)準(zhǔn)，SIG為了推廣藍(lán)牙技術(shù)的使用，將藍(lán)牙的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全部公開，全世界范圍內(nèi)的任何單位和個(gè)人都可以進(jìn)行藍(lán)牙產(chǎn)品的開發(fā)，只要最終能通過SIG的藍(lán)牙產(chǎn)品兼容性測試，就可以推向市場。8）成本低，隨著市場需求的擴(kuò)大，各個(gè)供應(yīng)商紛紛推出自己的藍(lán)牙芯片和模塊，導(dǎo)致藍(lán)牙產(chǎn)品價(jià)格飛速下降。2022/12/187）開放的接口標(biāo)準(zhǔn)，SIG為了推廣藍(lán)牙技2022/12/194.藍(lán)牙匹配規(guī)則兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備在進(jìn)行通信前，必須將其匹配在一起，以保證其中一個(gè)設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)信息只會(huì)被經(jīng)過允許的另一個(gè)設(shè)備所接受。1）藍(lán)牙主設(shè)備，主設(shè)備一般具有輸入端。在進(jìn)行藍(lán)牙匹配操作時(shí)，用戶通過輸入端可輸入隨機(jī)的匹配密碼來將兩個(gè)設(shè)備匹配。2022/12/184.藍(lán)牙匹配規(guī)則2022/12/19藍(lán)牙手機(jī)、安裝有藍(lán)牙模塊的PC等都是主設(shè)備。

例如，藍(lán)牙手機(jī)和藍(lán)牙PC進(jìn)行匹配時(shí)，用戶可在藍(lán)牙手機(jī)上任意輸入一組數(shù)字，然后在藍(lán)牙PC上輸入相同的一組數(shù)字，來完成這兩個(gè)設(shè)備之間的匹配。2022/12/18藍(lán)牙手機(jī)、安裝有藍(lán)牙模塊的PC等都2022/12/192）藍(lán)牙從設(shè)備，從設(shè)備一般不具備輸入端。

因此，從設(shè)備在出廠時(shí)，在其藍(lán)牙芯片中，固化有一個(gè)4位或6位數(shù)字的匹配密碼。藍(lán)牙耳機(jī)、優(yōu)士通UD數(shù)碼筆等都是從設(shè)備。

例如，藍(lán)牙PC與UD數(shù)碼筆匹配時(shí)，用戶將UD筆上的藍(lán)牙匹配密碼正確的輸入到藍(lán)牙PC上，完成UD筆與藍(lán)牙PC之間的匹配。2022/12/182）藍(lán)牙從設(shè)備，從設(shè)備一般不具備輸入端。2022/12/193）主設(shè)備與主設(shè)備之間、主設(shè)備與從設(shè)備之間，是可以互相匹配在一起的；而從設(shè)備與從設(shè)備是無法匹配的。例如，藍(lán)牙PC與藍(lán)牙手機(jī)可以匹配在一起；藍(lán)牙PC也可以與UD筆匹配在一起；而UD筆與UD筆之間是不能匹配的。一個(gè)主設(shè)備，可匹配一個(gè)或多個(gè)其他設(shè)備。例如，一部藍(lán)牙手機(jī)，一般只能匹配7個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。而一臺(tái)藍(lán)牙PC，可匹配十多個(gè)或數(shù)十個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。在同一時(shí)間，藍(lán)牙設(shè)備之間僅支持點(diǎn)對點(diǎn)通信。2022/12/183）主設(shè)備與主設(shè)備之間、主設(shè)備與從設(shè)備之2022/12/195.2.2ZigBee技術(shù)1、概述在藍(lán)牙技術(shù)的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多缺陷。對工業(yè)，家庭自動(dòng)化控制和遙測遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動(dòng)化對無線通信的需求越來越強(qiáng)烈。正因如此，國外對ZigBee技術(shù)的研究起步較早，研究也較成熟。2022/12/185.2.2ZigBee技術(shù)2022/12/19

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位和遠(yuǎn)近信息的，也就是蜜蜂依靠著這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信“網(wǎng)絡(luò)”，因此，ZigBee的發(fā)明者們形象地利用蜜蜂的這種行為來形象地描述這種無線信息傳輸技術(shù)。2022/12/18ZigBee技術(shù)是一種近距離、低2022/12/19為了推進(jìn)該技術(shù)的快速發(fā)展，由英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司等4家公司于2002年8月成立了ZigBee聯(lián)盟，如今該聯(lián)盟已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設(shè)備公司和開發(fā)商的加入，它是一個(gè)高速成長的非盈利業(yè)界組織。2022/12/18為了推進(jìn)該技術(shù)的快速發(fā)展，由英國2022/12/19

該聯(lián)盟制定了基于IEEE802.15.4，具有高可靠、高性價(jià)比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議并于2004正式問世。ZigBee的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是IEEE802.15.4協(xié)議，它主要適合于應(yīng)用在自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入在各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。2022/12/18該聯(lián)盟制定了基于IEEE802.2022/12/19ZigBee采用DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS即直接序列展頻技術(shù))技術(shù)調(diào)制發(fā)射，用于多個(gè)無線傳感器組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，是一種短距離、低速率低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，采用DSSS技術(shù)調(diào)制發(fā)射，用于多個(gè)無線傳感器組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，新一代的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將采用802.15.4(ZigBee)協(xié)議。ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。2022/12/18ZigBee采用DSSS(Direct2022/12/19ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。

2022/12/18ZigBee是一個(gè)由可多到6502022/12/19ZigBee與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單、使用方便、工作可靠、價(jià)格低的特點(diǎn)。

移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在百萬元人民幣以上，而每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)“基站”卻不到1000元人民幣。2022/12/18ZigBee與移動(dòng)通信的CDM2022/12/192、ZigBee應(yīng)用領(lǐng)域ZigBee技術(shù)的目標(biāo)就是針對

工業(yè)

家庭自動(dòng)化

遙測遙控

汽車自動(dòng)化

農(nóng)業(yè)自動(dòng)化

醫(yī)療護(hù)理

等方面的應(yīng)用。2022/12/182、ZigBee應(yīng)用領(lǐng)域2022/12/19ZigBee技術(shù)應(yīng)用如此廣泛，因此，在通常情況下，如果符合如下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用ZigBee技術(shù)做無線傳輸。1）需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多；2）要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，而要求設(shè)備成本低；3）要求數(shù)據(jù)傳輸可性高，安全性高；4）設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；2022/12/18ZigBee技術(shù)應(yīng)用如此廣泛，因2022/12/195）電池供電；6）地形復(fù)雜，監(jiān)測點(diǎn)多，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；7）現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)；8）使用現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪b測遙控系統(tǒng)。9）使用GPS效果差，或成本太高的局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位應(yīng)用。2022/12/185）電池供電；2022/12/193、ZigBee技術(shù)特點(diǎn)ZigBee作為一種無線通信技術(shù)，具有如下特點(diǎn)。1）低成本、低功耗，ZigBee技術(shù)可以應(yīng)用于8位MCU。2）高可靠性3）時(shí)延4）網(wǎng)絡(luò)容量大，ZigBee網(wǎng)絡(luò)可支持達(dá)65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。5）高安全性，ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用通用的AES-128。6）高保密性，64位出廠編號(hào)和支持AES-128加密。2022/12/183、ZigBee技術(shù)特點(diǎn)2022/12/194、ZigBee協(xié)議棧在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的軟件構(gòu)架時(shí)，一般采用分層的思想，不同的層負(fù)責(zé)不同的功能，數(shù)據(jù)只能在相鄰的層之間流動(dòng)。ZigBee規(guī)范是由ZigBeeAlliance所主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)是基于標(biāo)準(zhǔn)OSI（OpenSystemInterconnection，OSI）七層模型的，在模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，采用分層的思想實(shí)現(xiàn)。2022/12/184、ZigBee協(xié)議棧2022/12/19ZigBee協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用程序支持子層(APS)以及應(yīng)用層的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范、安全層（SecurityLayer）、以及各種應(yīng)用產(chǎn)品的資料（Profile）。而由國際電子電機(jī)工程協(xié)會(huì)（IEEE）所制訂的802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，則是定義了物理層（PHY）及介質(zhì)訪問控制層（MAC）。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)各層示意圖如圖5.2所示。2022/12/18ZigBee協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)層（2022/12/192022/12/182022/12/19在ZigBee協(xié)議棧中，PHY（Physicallayer物理層）、MAC層（MediaAccessControl媒體介入控制層）位于最低層，且與硬件相關(guān)；NWK、APS、APL層以及安全層建立在PHY和MAC層之上，并且完全與硬件無關(guān)。分層的結(jié)構(gòu)脈絡(luò)清晰、一目了然，給設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來了極大的方便。

2022/12/18在ZigBee協(xié)議棧中，PHY2022/12/19ZigBee物理層PHY定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)是從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)。物理層管理服務(wù)是維護(hù)一個(gè)由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫。2022/12/18ZigBee物理層PHY定義了物理無線信2022/12/19物理層的主要功能如下。 1）ZigBee的激活； 2）當(dāng)前信道的能量檢測； 3）接收鏈路服務(wù)質(zhì)量信息； 4）ZigBee信道接入方式； 5）信道頻率選擇； 6）數(shù)據(jù)傳輸和接收。2022/12/18物理層的主要功能如下。2022/12/19MAC層的主要功能如下。 1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生信標(biāo)； 2）與信標(biāo)同步； 3）支持PAN鏈路的建立和斷開； 4）為設(shè)備的安全性提供支持； 5）信道接入方式采用免沖突載波檢測多址接入（CSMA-CA）機(jī)制； 6）處理和維護(hù)保護(hù)時(shí)隙（GTS）機(jī)制； 7）在兩個(gè)對等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。2022/12/18MAC層的主要功能如下。2022/12/19網(wǎng)絡(luò)層的主要功能如下:

1）網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)；2）網(wǎng)絡(luò)形成；3）允許設(shè)備連接；4）路由器初始化；5）設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接；6）直接將設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)連接；7）斷開網(wǎng)絡(luò)連接；8）重新復(fù)位設(shè)備；9）接收機(jī)同步；10）信息庫維護(hù)。2022/12/18網(wǎng)絡(luò)層的主要功能如下:2022/12/19ZigBee應(yīng)用層框架包括應(yīng)用支持層（ASP）、ZigBee設(shè)備對象（ADO）和制造商所定義的應(yīng)用對象。

應(yīng)用支持層的功能包括維持綁定表、在綁定的設(shè)備之間傳送消息。

所謂綁定就是基于兩臺(tái)設(shè)備的服務(wù)和需求在邏輯上將他們匹配地連接起來。2022/12/18ZigBee應(yīng)用層框架包括應(yīng)用支2022/12/19

ZigBee設(shè)備對象層的功能包括定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色（如ZigBee協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備），發(fā)起和響應(yīng)綁定請求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全機(jī)制。ZigBee設(shè)備對象還負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，并且決定向他們提供何種應(yīng)用服務(wù)。

ZigBee應(yīng)用層除了提供一些必要函數(shù)以及為網(wǎng)絡(luò)層提供合適的服務(wù)接口外，一個(gè)重要的功能是應(yīng)用者可在這層定義自己的應(yīng)用對象。2022/12/18ZigBee設(shè)備對象層的功能包括2022/12/19IEEE802.15.4定義的物理層有兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩者均基于直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)。868MHz只有一個(gè)信道，傳輸速率為20kb/s；902MHz～928MHZ頻段有10個(gè)信道，信道間隔為2MHz，傳輸速率為40kb/s。以上這兩個(gè)頻段都采用BPSK調(diào)制。2022/12/18IEEE802.15.4定義的2022/12/19

2.4GHz～2.4835GHz頻段有16個(gè)信道，信道間隔為5MHz，能夠提供250kb/s的傳輸速率，采用O-QPSK調(diào)制。

為了提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，IEEE802.15.4定義的媒體接入控制（MAC）層采用了CSMA-CA和時(shí)隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手協(xié)議。2022/12/182022/12/195、ZStack協(xié)議棧工程簡要說明

ZigBee整個(gè)Z-Stack采用分層的軟件結(jié)構(gòu)

硬件抽象層（HAL）提供各種硬件模塊的驅(qū)動(dòng)，包括定時(shí)器Timer，通用I/O口GPIO，通用異步收發(fā)傳輸器UART，模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的應(yīng)用程序接口API，提供各種服務(wù)的擴(kuò)展集。

2022/12/185、ZStack協(xié)議棧工程簡要說明2022/12/19

操作系統(tǒng)抽象層OSAL實(shí)現(xiàn)了一個(gè)易用的操作系統(tǒng)平臺(tái)，通過時(shí)間片輪轉(zhuǎn)函數(shù)實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，提供多任務(wù)處理機(jī)制。用戶可以調(diào)用OSAL提供的相關(guān)API進(jìn)行多任務(wù)編程，將自己的應(yīng)用程序作為一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)來實(shí)現(xiàn)。2022/12/18操作系統(tǒng)抽象層OSAL實(shí)現(xiàn)了一個(gè)2022/12/19ZStack協(xié)議棧就是將各個(gè)層定義的協(xié)議都集合在一起，以函數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)，并給用戶提供一些應(yīng)用層API,供用戶調(diào)用整個(gè)協(xié)議棧的構(gòu)架，如圖5.3所示。2022/12/18ZStack協(xié)議棧就是將各個(gè)層2022/12/191）APP是應(yīng)用層目錄

這是用戶創(chuàng)建各種不同工程的區(qū)域，在這個(gè)目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個(gè)項(xiàng)目的主要內(nèi)容，在協(xié)議棧里面一般是以操作系統(tǒng)的任務(wù)實(shí)現(xiàn)的。

2022/12/181）APP是應(yīng)用層目錄2022/12/19

2）HAL是硬件層目錄

包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動(dòng)及操作函數(shù)。

硬件層目錄

Common目錄下的文件是公用文件，基本上與硬件無關(guān)，其中hal_assert.c是斷言文件，用于調(diào)用，hal_drivers.c是驅(qū)動(dòng)文件，抽象出與硬件無關(guān)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動(dòng)及操作函數(shù)。

2022/12/182）HAL是硬件層目錄2022/12/19

Include目錄下主要包含各個(gè)硬件模塊的頭文件，

Target目錄下的文件是跟硬件平臺(tái)相關(guān)的，可能看到有兩個(gè)平臺(tái)，分別是CC2530DB平臺(tái)和一個(gè)CC2530EB平臺(tái)。

后面的DB和EB表示的是TI公司開發(fā)板的型號(hào)，其實(shí)還有一種類型是BB的，BB:BatteryBoardDB:DevelopmentBoardEB:EvaluationBoard2022/12/182022/12/193）MAC是MAC層目錄HighLevel和LowLevel兩個(gè)目錄表示MAC層分為了高層和底層兩層.Include目錄下則包含了MAC層的參數(shù)配置文件及基MAC的LIB庫函數(shù)接口文件，這里的MAC層的協(xié)議是不開源的，以庫的形式給出。

2022/12/183）MAC是MAC層目錄2022/12/19

4）MT是監(jiān)控調(diào)試層，主要用于調(diào)試目的，即實(shí)現(xiàn)通過串口調(diào)試各層，與各層進(jìn)行直接交互。5）NWK是網(wǎng)絡(luò)層目錄，含網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)文件及網(wǎng)絡(luò)層庫的函數(shù)接口文件，APS層庫的函數(shù)接口。6）OSAL是協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。7）Profile是AF層目錄，包含AF層處理函數(shù)文件。2022/12/182022/12/198）Security是安全層目錄

安全層處理函數(shù)接口文件，比如加密函數(shù)等。9）Services是地址處理函數(shù)目錄

包括著地址模式的定義及地址處理函數(shù)。10）Tools是工程配置目錄

包括空間劃分及ZStack相關(guān)配置信息。11）ZDO是ZigBeeObject設(shè)備對象目錄。2022/12/188）Security是安全層目錄2022/12/1912）ZMAC是介質(zhì)訪問層

在802.15.4MAC與網(wǎng)絡(luò)層之間提供接口，包括MAC層參數(shù)配置及MAC層LIB庫函數(shù)回調(diào)處理函數(shù)。其中Zmac.c是Z-Stack的MAC導(dǎo)出層接口文件，zmac_cb.c是ZMAC需要調(diào)用的網(wǎng)絡(luò)層函數(shù)。13）ZMain是主函數(shù)目錄Zmain.c主要包含了整個(gè)項(xiàng)目的入口函數(shù)main()，在OnBoard.c包含硬件開始平臺(tái)類外設(shè)進(jìn)行控制的接口函數(shù)。14）Output是輸出文件目錄

這個(gè)EW8051IDE自動(dòng)生成的。2022/12/1812）ZMAC是介質(zhì)訪問層2022/12/196、ZigBee節(jié)點(diǎn)類型與網(wǎng)絡(luò)配置ZigBee網(wǎng)絡(luò)定義了三種節(jié)點(diǎn)類型。1）ZigBee協(xié)調(diào)器（ZigBeeCoordinator，ZC）

協(xié)調(diào)器的作用是上電啟動(dòng)和配置網(wǎng)絡(luò)（例如設(shè)定網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符，選擇信道），一旦完成后相當(dāng)于路由器功能。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)必須有一個(gè)協(xié)調(diào)器。

2022/12/186、ZigBee節(jié)點(diǎn)類型與網(wǎng)絡(luò)配置2022/12/19

2）ZigBee路由器(ZigBeerouter，ZR)

路由器允許其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入，多跳路由，協(xié)助子節(jié)點(diǎn)通信或自己作為終端節(jié)點(diǎn)應(yīng)用3）ZigBee終端節(jié)點(diǎn)（ZigBeeenddevice，ZED）

終端節(jié)點(diǎn)向路由節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)，沒有路由功能，低功耗，可以選擇休眠與喚醒。（路由因不斷轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)需要長期保持電源供電，終端節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電）。2022/12/182022/12/19在低數(shù)據(jù)速率的WPAN中包括兩種無線設(shè)備，即是全功能設(shè)備（(Fullfunctiondevice，F(xiàn)FD）和精簡功能設(shè)備（Reducefunctiondevice，RFD）。

其中，F(xiàn)FD可以和FFD、RFD通信，

RFD只能和FFD通信RFD之間無法通信2022/12/18在低數(shù)據(jù)速率的WPAN中包括兩種2022/12/19

RFD的應(yīng)用相對簡單，例如，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，它們只負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給它的協(xié)調(diào)點(diǎn)，并不具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等功能。

RFD占用資源少，需要的存儲(chǔ)容量也小，在不發(fā)射和接收數(shù)據(jù)時(shí)處于休眠狀態(tài)，因此成本比較低，功耗低。

FFD除具有RFD功能外，還需要具有路由功能，可以實(shí)現(xiàn)路由發(fā)現(xiàn)、路由選擇，并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。2022/12/18RFD的應(yīng)用相對簡單，例如，在傳2022/12/19一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)只允許有一個(gè)協(xié)調(diào)器，在一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，至少存在一個(gè)FFD充當(dāng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，即PAN協(xié)調(diào)器。

通常，PAN協(xié)調(diào)器是一個(gè)特殊的FFD，它具有較強(qiáng)大的功能，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要控制者，它負(fù)責(zé)建立新的網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、管理網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)以及存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)信息等。2022/12/18一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)只允許有一個(gè)2022/12/19一旦網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)，新的路由器和終端設(shè)備可以通過路由發(fā)現(xiàn)、設(shè)備發(fā)現(xiàn)等功能加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)路由器或終端設(shè)備加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，設(shè)備間的父子關(guān)系（或說從屬關(guān)系）即形成，新加入的設(shè)備為子，允許加入的設(shè)備為父。2022/12/18一旦網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)，新的路由器和終端設(shè)2022/12/19FFD和RFD都可以作為終端節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)。此外，普通FFD也可以在它的個(gè)人操作空間（POS）中充當(dāng)協(xié)調(diào)器，但它仍然受PAN協(xié)調(diào)器的控制。ZigBee中每個(gè)協(xié)調(diào)器最多可連接255個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納65535個(gè)節(jié)點(diǎn)。2022/12/18FFD和RFD都可以作為終端節(jié)2022/12/19全功能器件（FFD）可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其他的全功能器件（FFD）或者是精簡功能裝置（RFD）連接，全功能器件（FFD）具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。2022/12/18全功能器件（FFD）可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。在網(wǎng)絡(luò)中通常用作終端設(shè)備。圖5.4所示為節(jié)點(diǎn)類型與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置關(guān)系圖。由圖5.5可以看到，協(xié)調(diào)器和路由器必須是全功能器件(FFD)，精簡功能設(shè)備(RFD)只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。終端設(shè)備可以是全功能器件，也可以是精簡功能設(shè)備(RFD)。

2022/12/19RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。在網(wǎng)絡(luò)中通常用7、ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種，星型網(wǎng)、網(wǎng)狀（mesh）網(wǎng)和簇樹形網(wǎng)。圖5.5所示。2022/12/197、ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2022/12/182022/12/19星型網(wǎng)是由一個(gè)PAN協(xié)調(diào)器和一個(gè)或多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成的。PAN協(xié)調(diào)器必須是FFD，它負(fù)責(zé)發(fā)起建立和管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其它的節(jié)點(diǎn)（終端節(jié)點(diǎn)）一般為RFD，分布在PAN協(xié)調(diào)器的覆蓋范圍內(nèi)，直接與PAN協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信。

星形網(wǎng)的控制和同步都比較簡單，星型網(wǎng)通常用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少的場合。2022/12/18星型網(wǎng)是由一個(gè)PAN協(xié)調(diào)器和一個(gè)或多個(gè)終2022/12/19網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)一般是由若干個(gè)FFD連接在一起形成，它們之間是完全的對等通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與它的無線通信范圍內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn)通信。Mesh網(wǎng)中，一般將發(fā)起建立網(wǎng)絡(luò)的FFD節(jié)點(diǎn)作為PAN協(xié)調(diào)器。Mesh網(wǎng)是一種高可靠性網(wǎng)絡(luò)，具有“自恢復(fù)”能力，它可為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包提供多條路徑，一旦一條路徑出現(xiàn)故障，則存在另一條或多條路徑可供選擇。2022/12/18網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)一般是由若干個(gè)F2022/12/19Mesh網(wǎng)可以通過FFD擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，組成Mesh網(wǎng)與星型網(wǎng)構(gòu)成的混合網(wǎng)。

混合網(wǎng)中，終端節(jié)點(diǎn)采集的信息首先傳到同一子網(wǎng)內(nèi)的根節(jié)點(diǎn)，再通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上傳到上一層網(wǎng)絡(luò)的PAN協(xié)調(diào)器。混合網(wǎng)都適用于覆蓋范圍較大的網(wǎng)絡(luò)。2022/12/18Mesh網(wǎng)可以通過FFD擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)2022/12/198、網(wǎng)絡(luò)路由ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的路由功能主要為網(wǎng)絡(luò)連接提供路由發(fā)現(xiàn)、路由選擇、路由維護(hù)功能，路由算法是它的核心。目前ZigBee網(wǎng)絡(luò)層主要支持兩種路由算法，即是樹路由和網(wǎng)狀網(wǎng)路由。2022/12/188、網(wǎng)絡(luò)路由2022/12/19樹路由采用一種特殊的算法，具體可以參考ZigBee的協(xié)議棧規(guī)范。

它把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看作是以協(xié)調(diào)器為根的一棵樹，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器建立，而協(xié)調(diào)器的子節(jié)點(diǎn)可以是路由器或者是末端節(jié)點(diǎn)，路由器的子節(jié)點(diǎn)也可以是路由器或者末端節(jié)點(diǎn)，末端節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于樹的葉子沒有子節(jié)點(diǎn)。2022/12/18樹路由采用一種特殊的算法，具體可2022/12/19樹路由利用了一種特殊的地址分配算法，使用四個(gè)參數(shù)—深度、最大深度、最大子節(jié)點(diǎn)數(shù)和最大子路由器數(shù)來計(jì)算新節(jié)點(diǎn)的地址，尋址的時(shí)候根據(jù)地址計(jì)算路徑。ZigBee路由只有兩個(gè)方向，即是向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送或者向父節(jié)點(diǎn)發(fā)送。2022/12/18樹路由利用了一種特殊的地址分配算2022/12/19

樹狀路由不需要路由表，節(jié)省存儲(chǔ)資源，缺點(diǎn)是不靈活，浪費(fèi)了大量的地址空間，并且路由效率低。ZigBee還有一種路由方法是網(wǎng)狀網(wǎng)路由Z-AODV（Ad-hocOn-demandDistanceVector，AODV），這種方法實(shí)際上是AdHoc按需路由算法的一個(gè)簡化版本，是一種基于距離矢量的按需路由算法，非常適合于低成本的無線自組織網(wǎng)絡(luò)的路由。

2022/12/18樹狀路由不需要路由表，節(jié)省存儲(chǔ)資2022/12/19

網(wǎng)狀網(wǎng)路由Z-AODV可以用于較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，需要節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)路由表，耗費(fèi)一定的存儲(chǔ)資源，但往往能達(dá)到最優(yōu)的路由效率，而且使用靈活。Z-AODV是應(yīng)用于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行路由選擇的路由協(xié)議，它能夠?qū)崿F(xiàn)單播和多播路由。該協(xié)議是AdHoc網(wǎng)絡(luò)中按需生成路由方式的典型協(xié)議。2022/12/18網(wǎng)狀網(wǎng)路由Z-AODV可以用于2022/12/199、ZigBee組網(wǎng)技術(shù)當(dāng)ZigBeePAN協(xié)調(diào)器希望建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先掃描信道，尋找網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)空閑信道來建立新的網(wǎng)絡(luò)。如果找到了合適的信道，ZigBee協(xié)調(diào)器會(huì)為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符（PAN標(biāo)識(shí)符必須在信道中是唯一的）。一旦選定了PAN標(biāo)識(shí)符，就說明已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)。2022/12/189、ZigBee組網(wǎng)技術(shù)2022/12/19另外，這個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器還會(huì)為自己設(shè)置一個(gè)默認(rèn)的16bit網(wǎng)絡(luò)地址。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)64bitIEEE擴(kuò)展地址和一個(gè)16bit網(wǎng)絡(luò)地址，其中，16bit的網(wǎng)絡(luò)地址在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，也就是802.15.4中的MAC短地址。ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)定了自身的網(wǎng)絡(luò)地址后，就開始接受新的節(jié)點(diǎn)加入其網(wǎng)絡(luò)。2022/12/18另外，這個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)2022/12/19當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它首先會(huì)通過信道掃描來搜索它周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，如果找到了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它就會(huì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)過程請求加入網(wǎng)絡(luò)，只有具備路由功能的節(jié)點(diǎn)可以允許別的節(jié)點(diǎn)通過它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。2022/12/18當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)2022/12/19

ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)定了網(wǎng)絡(luò)地址后，就開始接受新的節(jié)點(diǎn)加入其網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它首先會(huì)通過信道掃描來搜索它周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，如果找到了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它就會(huì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)過程請求加入網(wǎng)絡(luò)，只有具備路由功能的節(jié)點(diǎn)可以允許別的節(jié)點(diǎn)通過它關(guān)聯(lián)加入網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系后想要重新加入網(wǎng)絡(luò)，它可以進(jìn)行孤立通知過程重新加入網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)具備路由器功能的節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一個(gè)路由表和一個(gè)路由發(fā)現(xiàn)表，它可以參與數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。2022/12/182022/12/19ZigBee網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可分為如下三類。

1）周期性數(shù)據(jù)，例如，傳感器網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率根據(jù)不同的應(yīng)用而確定；

2）間歇性數(shù)據(jù)，例如，電燈開關(guān)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率根據(jù)應(yīng)用或者外部激勵(lì)而確定；3）反復(fù)性的、反應(yīng)時(shí)間低的數(shù)據(jù)，例如，無線鼠標(biāo)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率是根據(jù)時(shí)隙分配而確定的。2022/12/18ZigBee網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可分為如下三2022/12/195.2.3超寬帶技術(shù)UWB1、UWB的概念超寬帶技術(shù)UWB（UltraWideband，UWB）是一種無線載波通信技術(shù)，它不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此，其所占的頻譜范圍很寬。UWB技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代末，此前主要作為軍事技術(shù)在雷達(dá)等通信設(shè)備中使用。隨著無線通信的飛速發(fā)展。人們對高速無線通信提出了更高的要求，超寬帶技術(shù)又被重新提出，并倍受關(guān)注。2022/12/185.2.3超寬帶技術(shù)UWB2022/12/19UWB是指信號(hào)帶寬大于500MHz或者是信號(hào)帶寬與中心頻率之比大于25％的無線通信方案。與常見的使用連續(xù)載波通信方式不同，UWB采用極短的脈沖信號(hào)來傳送信息．通常每個(gè)脈沖持續(xù)的時(shí)間只有幾十皮秒到幾納秒的時(shí)間，這些脈沖所占用的帶寬甚至高達(dá)幾GHz，因此，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百M(fèi)bps。2022/12/18UWB是指信號(hào)帶寬大于52022/12/19在高速通信的同時(shí)，UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一。對于普通的非UWB接收機(jī)來說近似于噪聲，所以，從理論上講，UWB可以與現(xiàn)有無線電設(shè)備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式，它有望在無線通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。2022/12/18在高速通信的同時(shí)，UWB2022/12/192、UWB的特點(diǎn) 1）抗干擾性能強(qiáng) 2）傳輸速率高 3）帶寬極寬。 4）消耗電能少，通常情況下，無線通信系統(tǒng)在通信時(shí)需要連續(xù)發(fā)射載波。 5）保密性好 6）發(fā)送功率非常小 7）成本低，適合于便攜型使用。2022/12/182、UWB的特點(diǎn)2022/12/193、UWB的應(yīng)用前景UWB是利用納秒級窄脈沖發(fā)射無線信號(hào)的技術(shù)，適用于高速、近距離的無線個(gè)人通信。UWB最具特色的應(yīng)用將是視頻消費(fèi)娛樂方面的無線個(gè)人局域網(wǎng)（WPAN）。2022/12/183、UWB的應(yīng)用前景2022/12/19超寬帶系統(tǒng)同時(shí)具有無線通信和定位的功能，可方便地應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)中，為車輛防撞、電子牌照、電子駕照、智能收費(fèi)、車內(nèi)智能網(wǎng)絡(luò)、測速、監(jiān)視、分布式信息站等提供高性能、低成本的解決方案。2022/12/18超寬帶系統(tǒng)同時(shí)具有無線通信和定位2022/12/19

UWB也可應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中，諸如軍事、公安、消防、醫(yī)療、救援、測量、勘探和科研等領(lǐng)域，用做隱秘安全通信、救援應(yīng)急通信、精確測距和定位、透地探測雷達(dá)、墻內(nèi)和穿墻成像、監(jiān)視和入侵檢測、醫(yī)用成像、貯藏罐內(nèi)容探測等。2022/12/182022/12/195.2.4紅外通信技術(shù)1、紅外通信技術(shù)簡介IrDA是InfraredDataAssociation(紅外線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))的英文縮寫。IrDA是一種紅外線無線傳輸協(xié)議以及基于該協(xié)議的無線傳輸接口。IrDA技術(shù)使用一種點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它替代了設(shè)備之間連接的線纜。它的通信距離一般在0到1米之間，傳輸速率最快可達(dá)16Mbps，通信介質(zhì)是波長為900納米左右的近紅外線.2022/12/185.2.4紅外通信技術(shù)2022/12/19

IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無需申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。并且還具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點(diǎn)。此外紅外線發(fā)射角度較小（30度錐角以內(nèi)），短距離，點(diǎn)對點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)，傳輸上安全性高。2022/12/182022/12/192、IrDA通信標(biāo)準(zhǔn)在紅外通信技術(shù)發(fā)展早期，存在好幾個(gè)紅外通信標(biāo)準(zhǔn)，不同標(biāo)準(zhǔn)之間的紅外設(shè)備不能進(jìn)行紅外通信。為了使各種紅外設(shè)備能夠互聯(lián)互通，1993年，由二十多個(gè)大廠商發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(IrDA)，統(tǒng)一了紅外通信的標(biāo)準(zhǔn)，這就是目前被廣泛使用的IrDA紅外數(shù)據(jù)通信協(xié)議及規(guī)范。

2022/12/182、IrDA通信標(biāo)準(zhǔn)2022/12/19IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無需申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。并且還具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點(diǎn)。此外，紅外線發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高。

2022/12/18IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無需申請頻率2022/12/19應(yīng)用紅外線收發(fā)器鏈接雖然能免去電線或電纜的連接，但使用起來仍有許多不便，不僅距離只限于1～2m，而且必須在視線上直接對準(zhǔn)，收發(fā)裝置的光路夾角一般在30度內(nèi)，中間不能有任何阻擋。同時(shí)只限于在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行，不能同時(shí)鏈接更多的設(shè)備。而藍(lán)牙就沒有此限制，且不受墻壁的阻隔。2022/12/18應(yīng)用紅外線收發(fā)器鏈接雖然能免去電2022/12/193、應(yīng)用目前，支持它的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動(dòng)設(shè)備上已被廣泛使用，如PDA、手機(jī)、筆記本電腦、遙制器等。當(dāng)今每一個(gè)出廠的PDA及許多手機(jī)、筆記本電腦、打印機(jī)等產(chǎn)品都支持IrDA。紅外線鏈路的數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠猛局饕獞?yīng)用在近距離的兩臺(tái)硬件之間的通信。例如，家電控制，計(jì)算機(jī)與外設(shè)、通信設(shè)備間等等。紅外線信號(hào)傳送在某些領(lǐng)域仍然具有獨(dú)特的優(yōu)勢，這種優(yōu)勢也許恰恰彌補(bǔ)了無線傳輸?shù)牟蛔阒帯?022/12/183、應(yīng)用2022/12/195.2.5近場通信技術(shù)1、概述

近場無線通信NFC（NearFieldCommunication，NFC）是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸（在10厘米內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。

2022/12/185.2.5近場通信技術(shù)2022/12/19

NFC技術(shù)由非接觸式射頻識(shí)別（RFID）演變而來，并向下兼容RFID，最早由飛利浦（Philips）公司、若基亞（Nokia）公司和索尼（song）公司共同開發(fā)的。NFC是一種非接觸式識(shí)別和互聯(lián)技術(shù)，可以在移動(dòng)設(shè)備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、PC和智能控件工具間進(jìn)行近距離無線通信。2022/12/18NFC技術(shù)由非接觸式射頻識(shí)2022/12/19NFC提供了一種簡單、非觸控式的解決方案，可以讓消費(fèi)者簡單直觀地交換信息、訪問內(nèi)容與服務(wù)。由于近場通信具有天然的安全性，因此，NFC技術(shù)被認(rèn)為在手機(jī)支付等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。

2022/12/18NFC提供了一種簡單、非觸控式2022/12/19

NFC將非接觸讀卡器、非接觸卡和點(diǎn)對點(diǎn)（Peer-to-Peer）功能整合在一塊單芯片中。它是一個(gè)開放接口平臺(tái)，可以對無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速、主動(dòng)設(shè)置，也是虛擬連接器，服務(wù)于現(xiàn)有蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙和無線802.11設(shè)備。NFC和RFID不同，NFC采用了雙向的識(shí)別和連接。在20cm距離內(nèi)工作于13.56MHz頻率范圍。2022/12/182022/12/19NFC最初僅僅是遙控識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合并，但現(xiàn)在已發(fā)展成無線連接技術(shù)。它能快速自動(dòng)地建立無線網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、Wi-Fi設(shè)備提供一個(gè)“虛擬連接”，使電子設(shè)備可以在短距離范圍進(jìn)行通信。

2022/12/18NFC最初僅僅是遙控識(shí)別和網(wǎng)2022/12/19

通過NFC，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備（如，數(shù)碼相機(jī)、PDA、機(jī)頂盒、電腦、手機(jī)等）之間的無線互連，彼此交換數(shù)據(jù)式服務(wù)。與藍(lán)牙等短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)不同的是，NFC的作用距離進(jìn)一步縮短且不像藍(lán)牙那樣需要有對應(yīng)的加密設(shè)備。2022/12/18通過NFC，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備2022/12/192、技術(shù)特點(diǎn)NFC與其它近距離通信技術(shù)相比，NFC具有鮮明的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1）距離近、能耗低，由于NFC采取了獨(dú)特的信號(hào)衰減技術(shù)，通信距離不超過20cm，所以能耗相對較低。2）NFC更具安全性，NFC是一種能夠提供安全、快捷通信的無線連接技術(shù)。NFC是一種私密通信方式，加上其距離近、射頻范圍小的特點(diǎn)，其通信更加安全。

2022/12/182、技術(shù)特點(diǎn)2022/12/19

3）NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，NFC標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)成為得到越來越多主要廠商支持的正式標(biāo)準(zhǔn)，很多非接觸智能卡都能夠與NFC技術(shù)相兼容。4）傳輸速率較低，NFC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸速率具備了三種傳輸速率，最高的僅為424kb/s，傳輸速率相對較低，不適合諸如音視頻流等需要較高帶寬的應(yīng)用。

2022/12/182022/12/193、NFC技術(shù)原理NFC的設(shè)備可以在主動(dòng)或被動(dòng)模式下交換數(shù)據(jù)。在被動(dòng)模式下，啟動(dòng)NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備(主設(shè)備)，在整個(gè)通信過程中提供射頻場。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺(tái)設(shè)備。2022/12/183、NFC技術(shù)原理2022/12/19

另一臺(tái)設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備(從設(shè)備)，不必產(chǎn)生射頻場，而使用負(fù)載調(diào)制（loadmodulation）技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。移動(dòng)設(shè)備主要以被動(dòng)模式操作，可以大幅降低功耗，并延長電池壽命。電池電量較低的設(shè)備可以要求以被動(dòng)模式充當(dāng)目標(biāo)設(shè)備，而不是發(fā)起設(shè)備。2022/12/182022/12/194、技術(shù)優(yōu)勢NFC是一種近距離連接協(xié)議，它是一種近距離的私密通信方式，具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)，它與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容。NFC還優(yōu)于紅外和藍(lán)牙傳輸方式。NFC技術(shù)支持多種應(yīng)用，包括移動(dòng)支付與交易、對等式通信及移動(dòng)中信息訪問等，它在門禁、公交、手機(jī)支付等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用，2022/12/184、技術(shù)優(yōu)勢2022/12/195、NFC的商用應(yīng)用NFC有以下三種應(yīng)用類型。1）設(shè)備連接，除了無線局域網(wǎng)，NFC也可以簡化藍(lán)牙連接。比如，手提電腦用戶如果想在機(jī)場上網(wǎng)，他只需要走近一個(gè)Wi-Fi熱點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)。2022/12/185、NFC的商用應(yīng)用2022/12/192）實(shí)時(shí)預(yù)定，飛利浦和諾基亞對于NFC的這種應(yīng)用抱有非常樂觀的態(tài)度。比如，海報(bào)或展覽信息背后貼有特定芯片，利用含NFC協(xié)議的手機(jī)或PDA，便能取得詳細(xì)信息，或是立即聯(lián)機(jī)使用信用卡進(jìn)行票卷購買。而且，這些芯片無需獨(dú)立的能源。

2022/12/182）實(shí)時(shí)預(yù)定，飛利浦和諾基亞對于NFC的2022/12/193）移動(dòng)商務(wù)，前面所描述的非接觸智能卡在交易中的應(yīng)用就是一個(gè)很好的例子，而且諾基亞已經(jīng)在香港和奧蘭多成功進(jìn)行過類似的商業(yè)實(shí)驗(yàn)。典型應(yīng)用有門禁控制或車票、電影院門票售賣等，使用者只需攜帶儲(chǔ)存有票證或門控代碼的設(shè)備靠近讀取設(shè)備即可。它還能夠作為簡單的數(shù)據(jù)獲取應(yīng)用，公交車站站點(diǎn)信息、公園地圖信息等。目前，Nokia3220手機(jī)已集成了NFC技術(shù)，可以用作電子車票，還可在當(dāng)?shù)亓闶鄣旰吐糜尉包c(diǎn)作為折扣忠誠卡使用。2022/12/183）移動(dòng)商務(wù)，前面所描述的非接觸智能卡2022/12/195.2.6家庭射頻(HomeRF)1、家庭射頻概念家庭射頻是由HomeRF工作組開發(fā)的，它是在家庭區(qū)域范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)和電子設(shè)各之間實(shí)現(xiàn)無線數(shù)字通信的開放性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它為家庭用戶建立具有互操作性的音頻和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)帶來了便利。2022/12/185.2.6家庭射頻(HomeRF)1、家2022/12/192、家庭射頻頻段HomeRF是IEEE802.11與數(shù)字增強(qiáng)無繩電話（DigitalEnhancedCordlessTelephone，DECT）的結(jié)合。HorneRF工作在開放的2.46Hz頻段，采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，跳頻速率為50跳/秒，共有75個(gè)帶寬為1MHz的跳頻信道，室內(nèi)覆蓋范圍約45m，調(diào)制方式為恒定包絡(luò)的FSK調(diào)制，且分為2FSK與4FSK兩種，采用FSK調(diào)制可以有效抑制無線通信環(huán)境下的干擾和衰落。

2022/12/182、家庭射頻頻段2022/12/19

在2FSK方式下，最大的數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps；在4FSK方式下，速率可達(dá)2Mbps。在新的HomeRF2.X標(biāo)準(zhǔn)中，采用了寬帶跳頻（WideBandFrequencyHopping，WBFH）技術(shù)來增加跳頻帶寬，由原來的1MHz跳頻信道增加到3MHz和5MHz，跳頻的速率也提高到75跳/秒，數(shù)據(jù)傳輸速率峰值達(dá)10Mbps。2022/12/18在2FSK方式下，最大的數(shù)據(jù)傳輸2022/12/193、家庭射頻通信協(xié)議HomeRF是對現(xiàn)有無線通信標(biāo)準(zhǔn)的綜合和改進(jìn)。HomeRF把共享無線接入?yún)f(xié)議（SWAP）作為網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)指標(biāo)，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，采用簡化的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，沿用類似于以太網(wǎng)技術(shù)中的載波監(jiān)聽多路訪問／沖突避免（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAviodance，CSMA／CA）方式；

2022/12/183、家庭射頻通信協(xié)議2022/12/19

當(dāng)進(jìn)行語音通信時(shí)，則采用DECT無線通信標(biāo)準(zhǔn)，使用TDMA技術(shù)。HomeRF對流媒體提供了真正意義上的支持，其規(guī)定了高級別的優(yōu)先權(quán)并采用了帶有優(yōu)先權(quán)的重發(fā)機(jī)制，這樣就滿足了播放流媒體所需的高帶寬、低干擾、低誤碼要求。2022/12/18當(dāng)進(jìn)行語音通信時(shí)，則采用DEC2022/12/194、家庭射頻應(yīng)用前景目前HomeRF技術(shù)僅獲得了少數(shù)公司的支持，并且由于在抗干擾能力等方面與其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相比仍存在不少缺陷，這些使HomeRF技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景受到限制，再加上這一標(biāo)準(zhǔn)推出后，市場策略定位不準(zhǔn)、后續(xù)研發(fā)與技術(shù)升級進(jìn)展遲緩。

2022/12/184、家庭射頻應(yīng)用前景2022/12/19

從2000年之后，HomeRF技術(shù)開始走下坡路，2001年HomeRF的普及率降至30％，逐漸喪失市場份額。尤其是芯片制造巨頭英特爾公司決定在其面向家庭無線網(wǎng)絡(luò)市場的AnyPoint產(chǎn)品系列中增加對IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)的支持后，HomeRF的發(fā)展前景比較不樂觀，HomeRF很難沖出家庭應(yīng)用的限制。2022/12/18從2000年之后，HomeRF技2022/12/195.3無線局域網(wǎng)（WLAN）5.3.1無線局域網(wǎng)概述1、無線局域網(wǎng)定義無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是利用無線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無線多址信道作為傳輸媒介，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)LAN的功能，能夠使用戶真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。2022/12/185.3無線局域網(wǎng)（WLAN）2022/12/19WPAN（無線個(gè)人局域網(wǎng)）是以個(gè)人為中心來使用的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)，它實(shí)際上就是一個(gè)低功率、小范圍、低速率和低價(jià)格的電纜替代技術(shù)。但WLAN卻是同時(shí)為許多用戶服務(wù)的無線局域網(wǎng)，它是一個(gè)大功率、中等范圍、高速率的局域網(wǎng)。無線局域網(wǎng)使用無線連接把分布在數(shù)公里范圍內(nèi)的不同物理位置的計(jì)算機(jī)設(shè)備連在一起，在網(wǎng)絡(luò)軟件的支持下可以相互通信和資源共享。2022/12/18WPAN（無線個(gè)人局域網(wǎng)）是2022/12/192、無線局域網(wǎng)優(yōu)勢無線局域網(wǎng)的主要優(yōu)勢有如下幾點(diǎn)。 1）安裝便捷 2）使用靈活 3）經(jīng)濟(jì)節(jié)約 4）易于擴(kuò)展2022/12/182、無線局域網(wǎng)優(yōu)勢2022/12/193、無線局域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域 1）接入網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng) 2）難以布線的環(huán)境 3）頻繁變化的環(huán)境 4）使用便攜式計(jì)算機(jī)等可移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行快速網(wǎng)絡(luò)連接；2022/12/183、無線局域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域2022/12/195）用于遠(yuǎn)距離信息的傳輸6）專門工程或高峰時(shí)間所需的暫時(shí)局域網(wǎng)7）流動(dòng)工作者可得到信息的區(qū)域8）辦公室和家庭辦公室用戶，以及需要方便快捷地安裝小型網(wǎng)絡(luò)的用戶。2022/12/185）用于遠(yuǎn)距離信息的傳輸2022/12/195.3.2無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)以IEEE802.11協(xié)議為基礎(chǔ)的無線局域網(wǎng)在標(biāo)準(zhǔn)之爭中脫穎而出，成為目前事實(shí)上占主導(dǎo)地位的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。1990年IEEE802標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)成立IEEE802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組，主要研究工作在2.4GHz開放頻段的無線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的全球標(biāo)準(zhǔn)。1997年6月，提出IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，別名為Wi-Fi，WirelessFidelity，無線保真。我們常說的“WLAN”指的就是符合802.11系列協(xié)議的無線局域網(wǎng)技術(shù)。2022/12/185.3.2無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)以IE2022/12/192022/12/182022/12/19802.11協(xié)議族中包括如下協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。802.11采用直接序列展頻（擴(kuò)頻）技術(shù)（DSSS）或跳頻展頻技術(shù)（FHSS），制定了在RF射頻頻段2.4GHz上的運(yùn)用，并且提供了1Mb/s、2Mb/s和基礎(chǔ)信號(hào)傳輸方式與服務(wù)的傳輸速率規(guī)格。802.11a是802.11的衍生版，在5.8GHz頻段提供了最高54Mb/s的速率規(guī)格。2022/12/18802.11協(xié)議族中包括如下協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。2022/12/19802.11b，即Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.11b高速無線網(wǎng)路標(biāo)準(zhǔn)是在2.4GHz頻段上運(yùn)用DSSS技術(shù)，將原來無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度提升至11Mb/s。802.11g在2.4GHz頻段上提供高于20Mb/s的速率規(guī)格。802.11n可工作在2.4GHz，也可工作在5GHz，與以前的IEEE802.11b/g/a設(shè)備兼容通信。2022/12/18802.11b，即Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，IEE2022/12/195.3.3無線局域網(wǎng)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1、WLAN的網(wǎng)絡(luò)組成如圖5.6所示，WLAN的網(wǎng)絡(luò)主要由WLAN終端設(shè)備和WLAN接入系統(tǒng)兩部分組成。2022/12/185.3.3無線局域網(wǎng)的組成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1、2022/12/191）WLAN終端設(shè)備用戶可通過內(nèi)置WLAN無線模塊的終端設(shè)備（Station，STA）（如PC、PDA、手機(jī)等）或終端+WLAN網(wǎng)卡的方式獲得互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)和數(shù)據(jù)通信服務(wù)。目前WLAN網(wǎng)卡主要支持IEEE802.11a/b/g協(xié)議，后續(xù)應(yīng)能支持IEEE802.11n協(xié)議，同時(shí)應(yīng)能支持IEEE802.11i協(xié)議進(jìn)行認(rèn)證加密。2022/12/181）WLAN終端設(shè)備2022/12/192）WLAN接入系統(tǒng)WLAN接入系統(tǒng)由接入點(diǎn)設(shè)備AP和業(yè)務(wù)接入控制設(shè)備（AC）組成，完成WLAN用戶的接入控制，WLAN接入認(rèn)證點(diǎn)則由AP設(shè)備實(shí)現(xiàn)。連接在WLAN中的終端設(shè)備稱為端站（STA），端站（STA）是無線網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，STA通過無線鏈路接入AP。2022/12/182）WLAN接入系統(tǒng)2022/12/19

AP通過無線鏈路和STA進(jìn)行通信。AP上行方向與AC通過有線鏈路連接。AP是特殊的工作站，類似蜂窩中的基站，位于基本服務(wù)區(qū)(BSA)（BasicServiceArea，BSA）的中心，固定不動(dòng)。接入控制器（AccessController，AC）是在無線局域網(wǎng)和外部網(wǎng)之間充當(dāng)網(wǎng)關(guān)功能。AC將來自不同AP的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，與Internet相連。AC支持用戶安全控制、業(yè)務(wù)控制、計(jì)費(fèi)信息采集及對網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控。2022/12/18AP通過無線鏈路和STA進(jìn)行通信2022/12/192、WLAN的網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)WLAN按照物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為單區(qū)網(wǎng)（SCN）和多區(qū)網(wǎng)（MCN）兩類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從邏輯上可以分為對等式（AdHoc）和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)式(Infrastructure)兩類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。802.11無線局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5.7所示。2022/12/182、WLAN的網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2022/12/19從控制方式上可以分為無中心分布式和有中心集中控制式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。有中心控制式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5.8所示。從與外網(wǎng)連接上可以分為獨(dú)立和非獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。中心控制式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2022/12/18從控制方式上可以分為無中心分布式2022/12/193、802.11的網(wǎng)絡(luò)模型基本服務(wù)集（BSS）（BasicServiceSet，BSS）是802.11LAN的基本組成模塊。工作站之間的通信在基本服務(wù)區(qū)中進(jìn)行，只要位于基本服務(wù)區(qū)，工作站就可以跟同一個(gè)BSS的其他成員通信。2022/12/183、802.11的網(wǎng)絡(luò)模型2022/12/191）獨(dú)立型網(wǎng)絡(luò)模式（IndependentBSS）如圖5.9所示。獨(dú)立型網(wǎng)絡(luò)模式由一組相互通信的工作站所構(gòu)成，能互相進(jìn)行無線通信的STA可以組成一個(gè)BSS，無需AP支持，站點(diǎn)間可相互通信。如果一個(gè)站移出BSS的覆蓋范圍，它將不能再與BSS的其它成員通信。2022/12/181）獨(dú)立型網(wǎng)絡(luò)模式（Independen2022/12/19獨(dú)立型網(wǎng)絡(luò)模式是最基本的IEEE802.11無線局域網(wǎng)形式.它的特點(diǎn)是:1)分布式對等（peertopeer）拓?fù)洌?)至少包括兩個(gè)工作站STA，沒有AP轉(zhuǎn)接，工作站之間直接通信；3)各站點(diǎn)競爭公用信道；隨時(shí)需要隨時(shí)構(gòu)建，稱作自組織網(wǎng)絡(luò)（AdHoc）。圖5.9所示。獨(dú)立型網(wǎng)絡(luò)模式2022/12/18獨(dú)立型網(wǎng)絡(luò)模式是最基本的IEEE2022/12/19獨(dú)立型網(wǎng)絡(luò)模式，該模式結(jié)構(gòu)簡單，組網(wǎng)迅速，使用方便，抗毀性強(qiáng)；它用于軍事、臨時(shí)組網(wǎng)；適于小規(guī)模、小范圍系統(tǒng)。2022/12/18獨(dú)立型網(wǎng)絡(luò)模式，該模式結(jié)構(gòu)簡單，2022/12/192）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型BSS(infrastructureBSS)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型如圖5.10所示。它由多個(gè)工作站（STA）組成的集合，是只包括一個(gè)AP的單區(qū)結(jié)構(gòu)；集中式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型拓?fù)洌籅SS內(nèi)的工作站間不能直接通信，必須依賴AP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。BSS覆蓋范圍由AP決定；同一個(gè)BSS的各個(gè)工作站具有相同的BSS標(biāo)識(shí)符(BSSID：BSSIdentifier)，在IEEE802.11中，BSSID是AP的MAC地址。AP方便管理各站同步、移動(dòng)性、節(jié)能等；AP為接入骨干網(wǎng)提供一個(gè)邏輯接入點(diǎn)。2022/12/182）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型BSS(infrastr2022/12/19圖5.10基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)模式2022/12/18圖5.10基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)模式2022/12/19站點(diǎn)AP負(fù)責(zé)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)所有的通信，包括同一服務(wù)區(qū)中所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的通信。位于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型服務(wù)集中的移動(dòng)工作站如有必要跟其他移動(dòng)式工作站通信，必須經(jīng)過兩個(gè)步驟。

2022/12/18站點(diǎn)AP負(fù)責(zé)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)所2022/12/19

首先，由初始對話的工作站將幀傳遞給AP。

其次，由AP將此幀轉(zhuǎn)送至目的地。既然所有通信都必須通過接入點(diǎn)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的基本服務(wù)區(qū)域就相當(dāng)于AP的傳送范圍。AP提供到有線網(wǎng)絡(luò)的連接，并為站點(diǎn)提供數(shù)據(jù)中繼功能。2022/12/18首先，由初始對話的工作站將幀2022/12/193