計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第2版）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

ComputerNetwork計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)2無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)8.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)概述8.2無(wú)線局域網(wǎng)8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)本章主要內(nèi)容藍(lán)牙技術(shù)ZigBee技術(shù)無(wú)線局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議體系無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)8.4移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)8.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的概述3無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)1865年，麥克斯韋建立了著名的電、磁、光現(xiàn)象相統(tǒng)一的麥克斯韋方程。1887年，赫茲首次證明了在數(shù)米遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間可發(fā)射和檢測(cè)電磁波。1895年5月7日，波波夫在俄國(guó)彼得堡的物理化學(xué)分會(huì)上，宣讀了關(guān)于“金屬屑與電振蕩的關(guān)系”的論文，并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無(wú)線電接收機(jī)。這些無(wú)線通信理論的產(chǎn)生和發(fā)展為無(wú)線廣播技術(shù)、無(wú)線電視技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，使無(wú)線通信技術(shù)得到了快速發(fā)展。無(wú)線通信理論的發(fā)展8.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的概述41895年，G.M.Marconi成功地進(jìn)行了約3000米的無(wú)線電通信。1901年，馬可尼在英格蘭和紐芬蘭之間進(jìn)行了莫爾斯電報(bào)碼發(fā)射和接收試驗(yàn)。1904年，J.Fleming發(fā)明了二極管，解決了無(wú)線電的接收問題。1906年，L.DeForest發(fā)明了三極管，解決了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)線電的發(fā)送問題。1907年，L.DeForest在紐約進(jìn)行了音樂和語(yǔ)言的無(wú)線電實(shí)驗(yàn)廣播。1918年發(fā)明了超外差電路，這一方式可防止兩個(gè)頻率相近的信號(hào)在接收機(jī)中發(fā)生干擾，從而能夠保證接收機(jī)接收各個(gè)不同頻率的廣播。戰(zhàn)后，無(wú)線電工業(yè)和技術(shù)轉(zhuǎn)向民間，大量無(wú)線廣播電臺(tái)建立起來(lái)。無(wú)線廣播技術(shù)的發(fā)展無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)8.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的概述5無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展第一代(1G)：采用模擬技術(shù)和頻分多址技術(shù)的模擬語(yǔ)音蜂窩電話的通信標(biāo)準(zhǔn)。第二代(2G)：以數(shù)字語(yǔ)音傳輸技術(shù)為核心。主要有時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。第三代(3G)：支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)技術(shù)?？商峁└咚贁?shù)據(jù)、慢速圖像與電視傳輸?shù)葘拵I(yè)務(wù)。第四代(4G)：集3G與WLAN于一體，可快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量音頻、視頻和圖像等。4G核心技術(shù)為接入方式和多址方案、調(diào)制與編碼、軟件無(wú)線電、OFDM、MIMO、智能天線、基于IP的核心網(wǎng)、多用戶檢測(cè)技術(shù)等。第五代(5G)：5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的目標(biāo)是虛擬化和模塊化功能。支持集成、共享、平穩(wěn)、協(xié)作、用戶為中心的云功能，可編程支持多種垂直的服務(wù)和智能云等。5G頻率范圍：FR1（450~6000Mhz）、FR2（24250~52600MHz）。5G技術(shù)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)：主要包括增強(qiáng)的LTE技術(shù)、20Gbp的下行鏈路峰值數(shù)據(jù)速率、10Gbps上行鏈路峰值數(shù)據(jù)速率、100Mbps的移動(dòng)數(shù)據(jù)速率等。第六代(6G)：6G的目標(biāo)是地面無(wú)線與衛(wèi)星通信全連接，實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫覆蓋。8.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的概述6無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（WirelessNetwork）：通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線終端實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線的數(shù)據(jù)通信和資源共享。無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展無(wú)線局域網(wǎng)雛形：1971年，夏威夷大學(xué)開發(fā)的ALOHNET網(wǎng)絡(luò)，這是無(wú)線局域網(wǎng)的雛形。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)：1990年，IEEE正式啟動(dòng)了802.11項(xiàng)目，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸走向成熟。

主要有802.11a、802.11b、802.11g、802.11e、802.11f、802.11h、802.11i、802.11n等。無(wú)線傳輸技術(shù)：主要包括無(wú)線傳輸媒體、

傳播方式、信息編碼技術(shù)、天線、直線傳

輸損傷、擴(kuò)頻技術(shù)等。8.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的概述7天線是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸最基本設(shè)備，用于輻射或收集電磁波。天線類型：主要有偶極天線和拋物反射天線。天線具有方向性：天線對(duì)空間不同方向具有不同的輻射或接收能力。根據(jù)輻射方向性不同，天線分為全向（無(wú)方向）和定向（有方向）。天線增益：增加在某一特定方向上的功率輸出。目的是增強(qiáng)天線的定向性。無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)天線ABAB天線位置天線輻射模式定向天線全向天線λ/2λ/4

偶極天線半波偶極天線1/4波垂直天線8.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的概述8衰減：指信號(hào)強(qiáng)度隨著所跨越的傳輸媒介的距離增加而降低。自由空間損耗：指信號(hào)隨著距離增加而大面積擴(kuò)散，產(chǎn)生信號(hào)衰減。噪聲：指信號(hào)傳輸過(guò)程中插入的不希望的額外信號(hào)。大氣吸收：水蒸氣和氧氣是產(chǎn)生大氣吸收衰減的主要因素。多徑：指信號(hào)傳輸過(guò)程中可能會(huì)被障礙物反射，導(dǎo)致信號(hào)沿多條路徑被反射發(fā)送，使接收端接收到具有不同延遲信號(hào)的多個(gè)副本。折射：當(dāng)信號(hào)通過(guò)大氣傳播時(shí)，無(wú)線電波可能會(huì)被折射（或彎曲）。折射將會(huì)導(dǎo)致只有小部分直線波或沒有直線波抵達(dá)接收天線。無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)直線傳輸損傷8.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的概述9擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式。擴(kuò)頻的工作原理：使用與被傳輸數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的碼進(jìn)行傳輸信號(hào)的頻譜擴(kuò)展，使得傳輸帶寬遠(yuǎn)大于被傳輸數(shù)據(jù)所需的最小帶寬。發(fā)送端對(duì)信號(hào)以擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，接收端再以相關(guān)解調(diào)技術(shù)接收信息。擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型如下圖所示。信道編碼器信道解碼器調(diào)制器信道解調(diào)器偽隨機(jī)序列生成器偽隨機(jī)序列生成器輸出數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)擴(kuò)頻技術(shù)8.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的概述10直接序列擴(kuò)頻（DSSS）：發(fā)送端用擴(kuò)頻碼序列（擴(kuò)頻函數(shù)）擴(kuò)展原始信號(hào)的頻譜；接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列解擴(kuò)。即將原始信號(hào)中的每一位在傳輸信號(hào)中用多個(gè)位表示。CDMA就是一種基于DSSS的具有擴(kuò)頻功能的多路技術(shù)。跳頻擴(kuò)頻（FHSS）：發(fā)送端將信號(hào)用偽隨機(jī)無(wú)線電頻率序列廣播，在固定間隔從一個(gè)頻率跳到另一個(gè)頻率；接收端接收消息時(shí)與發(fā)送端同步跳頻。跳時(shí)擴(kuò)頻（THSS）：發(fā)送信號(hào)在時(shí)間軸上跳變，將時(shí)間軸劃分成時(shí)間片，然后由擴(kuò)頻碼序列（擴(kuò)頻函數(shù)）進(jìn)行控制在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)間片發(fā)送信號(hào)。線性調(diào)頻（Chirp）：發(fā)射的射頻脈沖信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)，其載頻的頻率呈線性變化。其頻率在較寬的頻帶內(nèi)變化，因此信號(hào)的頻帶也被拓寬了。無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)擴(kuò)頻分類8.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的概述11擴(kuò)頻信號(hào)保密性好：擴(kuò)頻信號(hào)是不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)信號(hào)。擴(kuò)頻信號(hào)帶寬大：擴(kuò)頻信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于待傳輸數(shù)據(jù)（信息）帶寬?？垢蓴_能力強(qiáng)：擴(kuò)展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力越強(qiáng)。碼分多址能力強(qiáng)：擴(kuò)頻碼序列是充分利用各種不同碼型擴(kuò)頻序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)。高速可擴(kuò)展能力強(qiáng)：由于獨(dú)占信道且碼分多址，所以速率很高。又因?yàn)樵贗EEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中，11位隨機(jī)碼元中只有1位用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，因此，吞吐量的擴(kuò)展能力強(qiáng)。無(wú)線通信的發(fā)展無(wú)線傳輸技術(shù)基礎(chǔ)擴(kuò)頻的主要特點(diǎn)8.2無(wú)線局域網(wǎng)12無(wú)線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN）：在局部區(qū)域內(nèi)以無(wú)線媒體或介質(zhì)進(jìn)行通信的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：移動(dòng)性好、靈活性高、可伸縮性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等。無(wú)線局域網(wǎng)的缺點(diǎn)：可靠性弱、帶寬與系統(tǒng)容量小、兼容性與共存性差、覆蓋范圍有限、抗干擾能力弱、安全性不足等。無(wú)線局域網(wǎng)的分類按照頻段可分為：專用頻段（需執(zhí)照）和自由頻段（不需執(zhí)照）。根據(jù)業(yè)務(wù)類型可分為：面向連接的業(yè)務(wù)（實(shí)時(shí)語(yǔ)音傳輸）和面向非連接的業(yè)務(wù)（高速數(shù)據(jù)傳輸，采用基于分組和IP的技術(shù)，IEEE802.11x）。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛻?yīng)用要求可以分為：對(duì)等式、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)式和接入、中繼等。WLAN標(biāo)準(zhǔn)WLAN體系結(jié)構(gòu)WLAN協(xié)議體系WLAN概述無(wú)線局域網(wǎng)基本概念8.2無(wú)線局域網(wǎng)13WLAN標(biāo)準(zhǔn)WLAN體系結(jié)構(gòu)WLAN協(xié)議體系WLAN概述無(wú)線局域網(wǎng)分類需要執(zhí)照頻段不需要執(zhí)照頻段WLAN無(wú)線電（RF）無(wú)線電（RF）紅外線（IR）窄帶寬帶擴(kuò)頻非擴(kuò)頻直接擴(kuò)頻DSSS跳頻擴(kuò)頻FHSS定向波束IR擴(kuò)散IR基于分組基于ATMWLANIEEE802.11xHiperLAN1藍(lán)牙MMACHiperLAN2按頻段分類按業(yè)務(wù)類型分類8.2無(wú)線局域網(wǎng)14無(wú)線局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)一般由無(wú)線站點(diǎn)（STA）、無(wú)線介質(zhì)（WM）、基站（BS）或無(wú)線接入點(diǎn)（AP）、獨(dú)立基本服務(wù)集（IBSS）、基本服務(wù)集（BSS）、擴(kuò)展服務(wù)集（ESS）和分布式系統(tǒng)（DS）等部分組成。BSS是WLAN基本構(gòu)造模塊。WLAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從不同角度有不同的分類從物理結(jié)構(gòu)上可分為單區(qū)網(wǎng)（一個(gè)BSS）和多區(qū)網(wǎng)（多個(gè)BSS）。從邏輯結(jié)構(gòu)上可分為對(duì)等式（自組、無(wú)基站，獨(dú)立的WLAN）、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)式（集中控制、有基站、分布式的WLAN）和線型、星型、環(huán)型等。從控制方式上可分為無(wú)中心分布式和有中心集中控制式。從與外網(wǎng)的連接性上可分為獨(dú)立WLAN和非獨(dú)立WLAN。WLAN標(biāo)準(zhǔn)WLAN體系結(jié)構(gòu)WLAN協(xié)議體系WLAN概述無(wú)線局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)8.2無(wú)線局域網(wǎng)15一個(gè)基本服務(wù)集BSS包括一個(gè)基站和若干個(gè)移動(dòng)站，當(dāng)站點(diǎn)需要與本BSS的站點(diǎn)或其他BSS的站點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，必須通過(guò)本BSS的基站。擴(kuò)展的服務(wù)集ESSAB漫游互聯(lián)網(wǎng)分布式系統(tǒng)DSA'門戶至其他802.x局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP1接入點(diǎn)AP2地基本服務(wù)集BSS地基本服務(wù)集BSSWLAN標(biāo)準(zhǔn)WLAN體系結(jié)構(gòu)WLAN協(xié)議體系WLAN概述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?.2無(wú)線局域網(wǎng)16IEEE802.11協(xié)議體系包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層劃分為物理會(huì)聚過(guò)程（PLCP）子層、物理媒體依賴（PMD）子層和物理層管理子層。MAC層劃分為MAC子層和MAC管理子層。站管理IEEE802.11FHSSIEEE802.11DSSSIEEE802.11IRIEEE802.11aMAC管理PHY管理MAC（介質(zhì)訪問控制子層）LLC（邏輯鏈路控制子層）DLLPLCPPMDIEEE802.11bIEEE802.11gWLAN標(biāo)準(zhǔn)WLAN體系結(jié)構(gòu)WLAN協(xié)議體系WLAN概述IEEE802.11協(xié)議體系結(jié)構(gòu)8.2無(wú)線局域網(wǎng)17LLC層與其他IEEE802局域網(wǎng)相同且共用，MAC子層為多種物理層標(biāo)準(zhǔn)所共用。PLCP子層（物理會(huì)聚過(guò)程）將MAC幀映射到媒體上，主要進(jìn)行載波偵聽的分析和針對(duì)不同的物理層形成相應(yīng)格式的分組。PMD子層（物理媒體依賴）用于識(shí)別相關(guān)媒體傳輸?shù)男盘?hào)所使用的調(diào)制和編碼技術(shù)，完成這些幀的發(fā)送。物理層管理子層為物理層進(jìn)行信道選擇和協(xié)調(diào)。MAC子層負(fù)責(zé)訪問機(jī)制的實(shí)現(xiàn)和分組的拆分與重組。MAC管理子層負(fù)責(zé)ESS散步管理、電源（節(jié)能）管理，以及聯(lián)結(jié)過(guò)程中的聯(lián)結(jié)、解除聯(lián)結(jié)和重新聯(lián)結(jié)等過(guò)程的管理。站管理子層是協(xié)調(diào)物理層和MAC層之間的交互作用。WLAN標(biāo)準(zhǔn)WLAN體系結(jié)構(gòu)WLAN協(xié)議體系WLAN概述IEEE802.11協(xié)議體系結(jié)構(gòu)說(shuō)明8.2無(wú)線局域網(wǎng)18HiperLAN協(xié)議體系包括物理層（PHY）、數(shù)據(jù)鏈路控制層（DLC）和匯聚層（CL）。匯聚層（CL）將采用不同協(xié)議的高層分組映射到DLC層。數(shù)據(jù)鏈路控制層（DLC）提供AP和移動(dòng)終端（MT）之間的邏輯連接，提供媒體訪問的功能和用于連接處理的通信管理功能。WLAN標(biāo)準(zhǔn)WLAN體系結(jié)構(gòu)WLAN協(xié)議體系WLAN概述HiperLAN協(xié)議體系結(jié)構(gòu)高層匯聚層（CL）數(shù)據(jù)鏈路控制層（DLC）RRCACFDCCECRLC邏輯信道MAC傳輸信道物理層（PHY）8.2無(wú)線局域網(wǎng)19MAC協(xié)議用于發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)控制對(duì)物理媒體的訪問，采用動(dòng)態(tài)TDMA/TDDMAC協(xié)議。差錯(cuò)控制（ErrorControl，EC）協(xié)議采用可選擇重傳ARQ方法，提高無(wú)線鏈路的可靠性。無(wú)線鏈路控制（RadioLinkControl，RLC）協(xié)議。為信令實(shí)體提供傳輸服務(wù)，主要處理下面3種功能。聯(lián)結(jié)控制功能（AssociationControlFunction，ACF）。用于身份驗(yàn)證、密鑰管理、聯(lián)結(jié)、解除聯(lián)結(jié)和加密種子。無(wú)線資源控制（RadioResourceControl，RRC）。用于管理切換、動(dòng)態(tài)頻率選擇、移動(dòng)終端的激活與釋放、省電和功率控制。DLC連接控制（DLCConnectionControl，DCC）。用于建立和釋放用戶連接、多點(diǎn)傳送和廣播。WLAN標(biāo)準(zhǔn)WLAN體系結(jié)構(gòu)WLAN協(xié)議體系WLAN概述HiperLAN協(xié)議體系說(shuō)明8.2無(wú)線局域網(wǎng)20標(biāo)準(zhǔn)主要特性IEEE802.11a高速WLAN標(biāo)準(zhǔn)，支持速率54Mb/s，工作在5GHzISM頻段，使用OFDM調(diào)制IEEE802.11b最初的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，提供速率11Mb/s，工作在2.4GHzISM頻段，使用DSSS和CCKIEEE802.11g數(shù)據(jù)率提高到54Mb/s，工作在2.4GHz頻段，使用OFDM調(diào)制技術(shù)，可與相同網(wǎng)絡(luò)中的IEEE802.11設(shè)備共同工作IEEE802.11n采用MIMO無(wú)線通信技術(shù)、更寬的RF信道及改進(jìn)的協(xié)議棧，提供更高的數(shù)據(jù)率，從150Mb/s、350~600Mb/s，可兼容IEEE802.11a/b和IEEE802.11gWLAN標(biāo)準(zhǔn)WLAN體系結(jié)構(gòu)WLAN協(xié)議體系WLAN概述常用的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)21藍(lán)牙技術(shù)ZigBee技術(shù)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）：在便攜式通信設(shè)備之間進(jìn)行短距離自組連接的網(wǎng)絡(luò)。WPAN實(shí)現(xiàn)短距離內(nèi)無(wú)線通信（一般10m內(nèi)），可減少傳輸線纜的使用。WPAN技術(shù)：藍(lán)牙、UWB、ZigBee、RFID、Z-Wave、NFC、Wibree等。WPAN標(biāo)準(zhǔn)：1998年由IEEE802從事開發(fā)WPAN標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15。主要如下：IEEE802.15.1：Bluetooth1.1；IEEE802.15.1a：Bluetooth1.2。IEEE802.15.2：負(fù)責(zé)建模和解決WPAN與WLAN間的共存問題。IEEE802.15.3：WiMedia，高速率（55Mbps）傳輸，基于802.11；802.15.3a使用超寬帶（UWB），速率高達(dá)480Mbps。IEEE802.15.4：ZigBee技術(shù)，低功耗、低復(fù)雜度、低速率的WPAN標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)22藍(lán)牙（Bluetooth）：替代線纜的短距離無(wú)線通信技術(shù)。藍(lán)牙技術(shù)：采用跳頻擴(kuò)頻（FHSS）技術(shù)，基于IEEE802.15.1標(biāo)準(zhǔn)，工作在2.4GHzISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。由于ISM頻段是開放的，使用中可能遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源，如某些家電。藍(lán)牙技術(shù)的傳輸范圍：大約為10m，具有79個(gè)1MHz帶寬的信道。在發(fā)射帶寬為1MHz時(shí)，其有效數(shù)據(jù)速率為721kbps。藍(lán)牙技術(shù)系統(tǒng)更穩(wěn)定：跳頻更快、數(shù)據(jù)分組更短。特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)的跳頻方案以確保鏈路的穩(wěn)定。藍(lán)牙技術(shù)具有較高的安全機(jī)制數(shù)據(jù)鏈路層使用認(rèn)證、加密和密鑰管理等進(jìn)行安全控制。應(yīng)用層使用個(gè)人標(biāo)識(shí)碼（PIN）進(jìn)行單雙向認(rèn)證。藍(lán)牙技術(shù)ZigBee技術(shù)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述藍(lán)牙技術(shù)基本概念接納協(xié)議8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)23藍(lán)牙協(xié)議體系采用分層體系。藍(lán)牙協(xié)議棧如下圖所示。由核心協(xié)議、電纜替代協(xié)議、電話控制協(xié)議和接納協(xié)議4層組成。藍(lán)牙協(xié)議體系藍(lán)牙無(wú)線電（CoreProtocol）基帶（Baseband）協(xié)議鏈路管理協(xié)議（LMP）邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAP）控制服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)UDP/TCPIPPPPvCard/vCalOBEXWAEWAP

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AT命令集RFCOMM主機(jī)與控制器的接口電纜替代協(xié)議電話控制協(xié)議核心協(xié)議藍(lán)牙技術(shù)概述無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述藍(lán)牙協(xié)議體系藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)24核心協(xié)議：藍(lán)牙的核心協(xié)議包括基帶（Baseband）協(xié)議、鏈路管理協(xié)議（LMP）、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）?；鶐f(xié)議：確保微微網(wǎng)內(nèi)各藍(lán)牙設(shè)備的物理連接。鏈路管理協(xié)議：負(fù)責(zé)藍(lán)牙各設(shè)備間建立鏈路?？刂茻o(wú)線設(shè)備的電源模式和工作周期，以及微微網(wǎng)內(nèi)設(shè)備單元的連接狀態(tài)。邏輯鏈路控制和適配協(xié)議：負(fù)責(zé)向上層提供面向連接的和無(wú)連接的數(shù)據(jù)服務(wù)，采用了多路復(fù)用技術(shù)、分割和重組技術(shù)、群提取技術(shù)。服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議：負(fù)責(zé)查詢到設(shè)備信息和服務(wù)類型，使兩個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間可以建立相應(yīng)的連接。藍(lán)牙協(xié)議體系（續(xù)）藍(lán)牙技術(shù)概述無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述藍(lán)牙協(xié)議體系藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯蟛糠炙{(lán)牙設(shè)備都需要核心協(xié)議，其他協(xié)議根據(jù)應(yīng)用而定。8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)25藍(lán)牙采用無(wú)基站組網(wǎng)（AdHoc）方式，1個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可與7個(gè)藍(lán)牙設(shè)備連接。藍(lán)牙系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有微微網(wǎng)和散射網(wǎng)2種形式。微微網(wǎng)：由1個(gè)主設(shè)備（Master）和最多7個(gè)從設(shè)備（Slave）組成。一個(gè)微微網(wǎng)中，所有設(shè)備級(jí)別相同、權(quán)限相同，主、從設(shè)備可轉(zhuǎn)換。主設(shè)備負(fù)責(zé)提供時(shí)鐘信號(hào)和跳頻序列，從設(shè)備受主設(shè)備控制。散射網(wǎng)：將多個(gè)微微網(wǎng)互聯(lián)在一起構(gòu)成散射網(wǎng)?？扇菁{更多設(shè)備，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)通信范圍。散射網(wǎng)中，不同微微網(wǎng)間使用不同的跳頻序列。連接微微網(wǎng)之間的設(shè)備稱為網(wǎng)橋（Bridge），網(wǎng)橋通過(guò)不同時(shí)隙在不同微微網(wǎng)之間轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)跨微微網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙技術(shù)ZigBee技術(shù)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)26從設(shè)備Slave主設(shè)備Master從設(shè)備Slave從設(shè)備Slave從設(shè)備Slave從設(shè)備Slave從設(shè)備Slave微微網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)藍(lán)牙技術(shù)ZigBee技術(shù)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（續(xù)）在每個(gè)微微網(wǎng)中，用一組偽隨機(jī)跳頻序列來(lái)確定79個(gè)跳頻信道，這個(gè)跳頻序列對(duì)于每個(gè)微微網(wǎng)來(lái)說(shuō)是唯一的，由主設(shè)備的地址和時(shí)鐘決定。藍(lán)牙無(wú)線信道使用跳頻/時(shí)分復(fù)用（FH/TDD）方案，信道以625μs時(shí)間長(zhǎng)度劃分時(shí)隙，根據(jù)微微網(wǎng)主設(shè)備的時(shí)鐘對(duì)時(shí)隙進(jìn)行編號(hào)，號(hào)碼為0~266，以227為一個(gè)循環(huán)長(zhǎng)度，每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)一個(gè)跳頻頻率，通常跳頻速率為1600跳/秒。主設(shè)備只在偶數(shù)時(shí)隙開始傳送信息，從設(shè)備只在奇數(shù)時(shí)隙開始傳送，信息包的開始與時(shí)隙的開始相對(duì)應(yīng)。主設(shè)備通過(guò)輪詢從設(shè)備實(shí)現(xiàn)兩者之間的通信，從設(shè)備只有收到主設(shè)備的信息包方可發(fā)送數(shù)據(jù)。8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)27BridgeMasterSlave圖例：M/SS/SM/S/S散射網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)藍(lán)牙技術(shù)ZigBee技術(shù)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（續(xù)）網(wǎng)橋（Bridge）：連接微微網(wǎng)之間的設(shè)備。Slave/Slave(S/S)：S/S類型的網(wǎng)橋是所有微微網(wǎng)中的從設(shè)備。Master/Slave(M/S)：M/S類型的網(wǎng)橋是一個(gè)微微網(wǎng)的主設(shè)備，其他微微網(wǎng)中的從設(shè)備。在散射網(wǎng)中，不同微微網(wǎng)間使用不同的跳頻序列，因此，只要彼此沒有同時(shí)跳躍到同一頻道上，即便有多組數(shù)據(jù)流同時(shí)傳送也不會(huì)造成干擾。8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)28ZigBee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(wú)線通訊技術(shù)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有星形、樹簇形和網(wǎng)形。不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置不同，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)3種類型。星形網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器路由器終端節(jié)點(diǎn)圖例：樹簇形網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)形網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙技術(shù)ZigBee技術(shù)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)29ZigBee協(xié)議由IEEE802.15.4定義，包括物理層、介質(zhì)訪問控制層協(xié)議；ZigBee聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL），如圖所示。藍(lán)牙技術(shù)ZigBee技術(shù)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)應(yīng)用層（APL）物理層（PHY）2.4GHz868/915MHz媒體介質(zhì)訪問層（MAC）PD-SAPPLME-SAP網(wǎng)絡(luò)層（NWK）

ZDO管理平面ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO）NWK信息管理路由管理網(wǎng)絡(luò)管理MLDE-SAPMLME-SAP應(yīng)用程序框架（AF）應(yīng)用對(duì)象240應(yīng)用對(duì)象1……ZDO公共接口NLME-SAP應(yīng)用支持子層（APS）NWK安全管理APS信息管理反映管理APS安全管理端點(diǎn)240APSDE-SAP端點(diǎn)1APSDE-SAP端點(diǎn)0APSDE-SAPNLDE-SAPAPSME-SAP

安全服務(wù)提供ZigBee聯(lián)盟制定IEEE802.15.4制定8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)30物理層（PHY）：定義了無(wú)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)。介質(zhì)接入控制子層（MAC）：負(fù)責(zé)處理所有的物理無(wú)線信道訪問，并產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、同步信號(hào)；支持PAN連接和分離，提供兩個(gè)對(duì)等MAC實(shí)體之間可靠的鏈路。網(wǎng)絡(luò)層（NWK）：ZigBee協(xié)議棧的核心部分。主要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加入或離開網(wǎng)絡(luò)、接收或拋棄其他節(jié)點(diǎn)、路由查找及傳送數(shù)據(jù)等功能。應(yīng)用層（APL）：定義了應(yīng)用支持子層（ApplicationSupportsubLayer，APS）、ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZigBeeDeviceObject，ZDO）（端點(diǎn)號(hào)0）、應(yīng)用框架中用戶自定義應(yīng)用對(duì)象（端點(diǎn)號(hào)1~240，可以定義0~240個(gè)應(yīng)用）。藍(lán)牙技術(shù)ZigBee技術(shù)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)（續(xù)）8.3無(wú)線個(gè)域網(wǎng)31數(shù)據(jù)傳輸速率低：只有10~250kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，專注于低傳輸速率應(yīng)用。功耗低：工作模式下發(fā)射功率為1mW，非工作模式下節(jié)點(diǎn)休眠，耗電量1μW。數(shù)據(jù)傳輸可靠：MAC層采用CSMA/CA碰撞避免機(jī)制。距離近：傳輸范圍（相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離）一般在10~100m之間。容量高：一個(gè)主設(shè)備最多可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)，同時(shí)主設(shè)備還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可容納65000個(gè)節(jié)點(diǎn)。免執(zhí)照頻段：采用2.4GHz(全球)、915MHz(美國(guó))和868MHz(歐洲)的ISM頻段。提供安全機(jī)制：提供數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)，數(shù)據(jù)傳輸中提供三級(jí)安全性。第一級(jí)無(wú)安全方式；第二級(jí)訪問控制列表（ACL）；第三級(jí)采用AES-128加密算法。藍(lán)牙技術(shù)ZigBee技術(shù)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)概述ZigBee的技術(shù)特點(diǎn)8.4移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)32移動(dòng)IP是支持移動(dòng)性的因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議的統(tǒng)稱。移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)是為了滿足移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)中保持其連接性而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)以固定網(wǎng)絡(luò)IP地址，實(shí)現(xiàn)跨越不同網(wǎng)段的漫游，并保證基于網(wǎng)絡(luò)IP的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限在漫游過(guò)程中不發(fā)生任何改變。移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)涉及兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)：歸屬網(wǎng)和外部網(wǎng)。移動(dòng)IP節(jié)點(diǎn)注冊(cè)的的網(wǎng)絡(luò)稱為歸屬網(wǎng)，相對(duì)歸屬網(wǎng)之外的其他網(wǎng)絡(luò)稱為外部網(wǎng)?；贗Pv4的移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)定義的實(shí)體：移動(dòng)代理、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（具有移動(dòng)IP地址）。移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)概念移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)8.4移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)33移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語(yǔ)歸屬代理：是歸屬網(wǎng)上的移動(dòng)IP代理，它至少有一個(gè)接口在歸屬網(wǎng)上。功能如下：負(fù)責(zé)維護(hù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置信息。負(fù)責(zé)當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)離開歸屬網(wǎng)，連至某一外部網(wǎng)時(shí)，截獲發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，并使用隧道技術(shù)將這些數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交節(jié)點(diǎn)。外部代理：位于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前連接的外部網(wǎng)絡(luò)上。功能如下：負(fù)責(zé)向已登記的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)提供選路服務(wù)。當(dāng)使用外部代理轉(zhuǎn)交地址時(shí)，負(fù)責(zé)解除原始數(shù)據(jù)包的隧道封裝，并將原始數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包，外部代理可作為已登記的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的缺省路由器使用。移動(dòng)代理：是歸屬代理和外部代理的統(tǒng)稱。它是一個(gè)IP服務(wù)器或路由器，記錄移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際連接位置。移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)8.4移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)34移動(dòng)IP地址：分為歸屬地址和轉(zhuǎn)交地址兩個(gè)IP地址。歸屬地址：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與歸屬網(wǎng)連接時(shí)使用的地址，不管移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移至網(wǎng)絡(luò)何處，其歸屬地址保持不變。轉(zhuǎn)交地址：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到外部網(wǎng)時(shí)使用的地址，是隧道終點(diǎn)地址。它可能是外部代理轉(zhuǎn)交地址，也可能是駐留本地的轉(zhuǎn)交地址。通常是外部代理轉(zhuǎn)交地址。位置登記：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)必須將其位置信息向其歸屬代理登記，以便可以隨時(shí)被發(fā)現(xiàn)。位置登記有以下兩種不同的登記規(guī)程。通過(guò)外部代理登記：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)向外部代理發(fā)送登記請(qǐng)求報(bào)文，并告知?dú)w屬代理，歸屬代理處理后向外部代理發(fā)送登記答復(fù)報(bào)文（接受或拒絕登記請(qǐng)求），外部代理將結(jié)果告知移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。直接向歸屬代理登記：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)向其歸屬代理發(fā)送登記請(qǐng)求報(bào)文，歸屬代理處理后向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送登記答復(fù)報(bào)文。移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語(yǔ)（續(xù)）8.4移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)35代理發(fā)現(xiàn)：分為被動(dòng)發(fā)現(xiàn)和主動(dòng)發(fā)現(xiàn)兩種類型。被動(dòng)發(fā)現(xiàn)：是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)被動(dòng)等待本地移動(dòng)代理周期性的廣播代理通告報(bào)文。主動(dòng)發(fā)現(xiàn)：是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)廣播一條請(qǐng)求代理的報(bào)文。隧道技術(shù)：當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)處于外部網(wǎng)時(shí)，歸屬代理需要將原始數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)給已登記的外部代理。此時(shí)，歸屬代理使用IP隧道技術(shù)，將原始IP數(shù)據(jù)包封裝在轉(zhuǎn)發(fā)的IP數(shù)據(jù)包中，從而使原始IP數(shù)據(jù)包原封不動(dòng)的轉(zhuǎn)發(fā)到處于隧道終點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址處。在轉(zhuǎn)交地址處解除隧道，取出原始數(shù)據(jù)包，并將原始數(shù)據(jù)包發(fā)送給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語(yǔ)（續(xù)）8.4移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)36移動(dòng)代理（即外部代理和歸屬代理）通過(guò)代理通告報(bào)文廣播其存在。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)代理請(qǐng)求報(bào)文，可有選擇的向本地移動(dòng)代理請(qǐng)求代理通告報(bào)文。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)收到代理通告后，分辨其是在歸屬網(wǎng)上，還是在某一外部網(wǎng)上。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到自己位于歸屬網(wǎng)時(shí)，則不需要移動(dòng)服務(wù)即可工作。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到自己已漫游到外部網(wǎng)時(shí)，它將獲得該外部網(wǎng)的一個(gè)轉(zhuǎn)交地址。離開歸屬網(wǎng)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)交換其攜帶的登記請(qǐng)求和登記答復(fù)報(bào)文，向歸屬代理登記其新的轉(zhuǎn)交地址，也可借助外部代理向歸屬代理進(jìn)行登記。發(fā)往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)歸屬地址的數(shù)據(jù)包被其歸屬代理接收，歸屬代理利用隧道技術(shù)封裝該數(shù)據(jù)包，最終傳送到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)的基本原理8.4移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)37便攜筆記本位置移動(dòng)出發(fā)地目的地移動(dòng)節(jié)點(diǎn)路由器B路由器C歸屬代理（HA）外部代理（FA）移動(dòng)IP服務(wù)器移動(dòng)IP服務(wù)器路由器A交換機(jī)交換機(jī)Internet主機(jī)主機(jī)主機(jī)移