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第3章无线数据通信技术第1节无线数据通信概述第2节红外无线数据通信第3节蓝牙技术Bluetooth第4节基于802.11的无线局域网第5节紫蜂技术ZigBee课后作业第1节无线数据通信概述3.1.1概念3.1.2主要类别3.1.3特点和应用3.1.4网络3.1.5发展趋势无线数据通信（广义）指在无线终端与中心主机或无线终端之间采用无线连接，通过无线方式传输数据。无线数据通信的主要类别•移动数据通信•固定或半固定无线数据通信移动数据通信指通信客户端常处于移动状态，其位置具有不确定性的数据通信方式。特点：所处环境较差，技术实现难度较大，数据传输率较低。固定或半固定无线数据通信（狭义）指通信双方位置变化不大，无线传输距离较短的数据通信方式。特点：通信环境条件较好，技术上实现相对容易，有利于形成高速数据传输。无线数据通信的特点•方便地扩展了现有有线网络•受物理线路的限制较小，可扩展性好，具有较强的独立性•接入与传输方式灵活，性价对较高无线数据通信的应用•个人通信•电子商务应用•专用系统调度与定位•遥感遥测•家庭网络3.1.4无线数据通信网络•无线广域网（WWAN）•无线局域网（WLAN）•无线个人区域网络（WPAN）•无线区域网络（WRAN）无线广域网（WWAN）•WirelessWideAreaNetwork•一般指对公众运营的移动数据网络•主要应用•公共接入网络：蜂窝技术•专用无线数据通信网络：集群技术•主要问题：速度慢、安全性差、费用高•主要技术：GPRS、3G、WAP、WiMAX无线局域网（WLAN）•WirelessLocalAreaNetwork•有限范围内（传送距离一般为几十米），可移动、高速率的无线通信网。•主要应用：有线局域网的扩展和补充•主要技术：IEEE定义的802.11系列标准无线个人区域网络（WPAN）•WirelessPersonalAreaNetwork•10米范围内，带宽在1Mbps以下的个人网络。•目标：低功耗、小尺寸、低成本•主要技术：视距红外、蓝牙、ZigBeeIEEE与WPANIEEE802.15工作组主要致力于研究个人区域网络和短程无线网络标准化问题。它定义了3种不同类型的WPAN标准•HR-WPAN：高速无线个域网，传输速率高于20Mbps，标准IEEE802.15.3•MR-WPAN：中速无线个域网，传输速率1Mbps，标准IEEE802.15.1•HR-WPAN：低速无线个域网，传输速率比较低，标准IEEE802.15.4无线区域网络WRAN•WirelessRegionalAreaNetwork•传输范围可达100km，非视距(NLOS)•使用TV广播频带作为免许可执照(LE)频谱。•面向无线宽带（远程）接入、面向独立分散的、人口稀疏的区域。•解决特定授权频带频谱利用率低的问题，最大限度地提高频谱的利用率•技术：IEEE802.223.1.5无线数据通信的发展趋势•无线移动终端的智能化和普及•无线通信网络的宽带化•协议标准的统一化，实现不同网络互联第2节红外无线数据通信3.2.1概述3.2.2系统组成、原理及分类3.2.3特点3.2.4主要协议——IrDA协议集3.2.5红外数据网络红外无线数据通信概述•已主宰低速遥控市场•在无线多信道室内话音系统、无绳电话、计算机外设短距离无线连接等方面得到应用•高带宽、高速率的红外无线数据通信技术也得到迅速发展红外无线数据通信的系统组成、原理及分类•红外线•系统组成•调制技术•分类红外线•红外线波长范围：700nm~1300nm•红外线LED通常工作在近红外区，即700nm~950nm•理想波长：820nm，空气在这个数值点所产生的衰减最小。•红外发射器•传输信道•红外接收器系统组成红外发射器•功能：完成信号的电光转换，向空间发射红外脉冲。•关键部件：红外发光二极管和相应的驱动电路。传输信道•主要问题：光信号的反射、散射及背景光噪声与干扰•常用元件：光学滤光片、聚光镜等作用：整形、滤波、视场变换、频段划分红外接收器•主要问题：红外发射器的发射功率较小，且是无线传输，易受外界环境影响。•组成：•光接收机（光电转换）•采样、滤波、判决、量化、均衡和解码部分调制技术•基带调制•ASK（幅度键控，即调幅）•PSK（移相键控，即调相）•MSK（多路副载波调制）•PPM（脉位调制）：将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列其中，PPM在功能效率和频带利用率之间，折中较好。红外无线数据通信分类按发射器/接收器的布局不同，红外无线通信系统的工作方式可分为：•直视定向，信道特性好，但难于实现漫游•漫射非方向性，易于实现漫游，但信道质量不如直视方式红外无线数据通信分类按应用分为：•点对点无线数据传输•红外无线局域网按工作环境分为：•室外：即激光通信•室内：应用更广泛，更具有实用价值红外无线数据通信的优点•体积小、重量轻、成本低•频带宽、使用范围灵活、不受无线电管制•不能穿透墙壁，传输视距，难以被干扰和窃听，安全保密性强，容易管理红外无线数据通信的局限性•几乎没有绕射能力，反射能力也较弱，不能穿透墙壁，仅用于视距数据传输•易受阳光和荧光灯（噪声）、水蒸气和二氧化碳（吸收作用）、雾雪云烟（散射作用）影响。•接收红外线的点和波长都是由器件所固定，实现全双工链路困难。红外无线数据通信的主要协议——IrDA协议集IrDA协议是一种点对点的半双工技术，采用分层结构，IrDA协议栈结构如下：各种高层协议链路管理协议(IrLMP)链路接入协议(IrLAP)物理层规范(IrPHY)IrDA•InfraredDataAssociation，红外数据协会，1993年成立的标准化团体。•工作目标：制定低功率、定向型、短距离、点对点或点对多点的红外线数据通信标准。•主要成员：AT&T、Apple、DEC、HP、IBM、Intel、Microsoft、NTT等•发布的IrDA协议集已成为事实工业标准IrDA的主要技术参数•通常采用850nm的红外光•无障碍直线信道•通信距离一般不超过10m•通信角度不能超过30°IrDA的主要技术参数版本号最高速率调制方式IrDA1.0115.2kbpsNRZIrDA1.11.52Mbps4MbpsRZI4-PPMVFIR16Mbps物理层规范(IrPHY)*制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，包括：•红外的光特性•数据编码•各种波特率下的帧等。为达到兼容，硬件平台以及硬件接口设计必须符合红外协议制定的规范。链路接入协议(IrLAP)*•制定了底层连接建立的过程规范，描述了在红外信道上建立一个基本可靠连接的过程和要求。•要实现寻址、冲突处理、恢复、站点的发现/识别、连接建立、主站竞争、媒体接入控制等功能。•可选数据块大小：64~2048字节•可选比特率：9.6k~4Mbps链路管理协议(IrLMP)*•制定了在单个IrLAP连接的基础上复用多个服务和应用的规范。•一旦通过IrLAP建立了链路连接，链路的使用和应用参数的设定将由IrLMP软件来管理。高层协议•IrLAN：（红外局域网）支持IrDA与其它已有局域网互连。•TingTP：（流传输协议）在传输数据时进行流控制。制定把数据进行拆分、重组、重传等的机制。•IrMC：（红外移动通信）定义了无线通信设备利用IR进行传输的方法，及利用光接口进行语音通信和呼叫控制的规程。•IrCOMM（模拟串口层协议）允许已存在的使用串口通信的应用，象使用串口那样使用红外进行通信。红外数据网络主要实现方法•给计算机接口配置红外收发器•专用红外网卡•给现有网卡增加红外收发端口•红外漫反射器•红外HUB第3节个人区域无线数据通信——蓝牙技术3.3.1概述3.3.2技术简介3.3.1蓝牙技术概述•什么是蓝牙技术•名字的由来•特点•发展历程•BluetoothSIG•产品什么是蓝牙技术•蓝牙技术目标：建立通用的无线电空中接口及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内可相互作用的操作•即蓝牙技术是一种短距离无线电技术蓝牙名字的由来•蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王HaraldBlatand。Blatand国王口齿伶俐，善于交际，将现在的挪威，瑞典和丹麦统一起来•意在•统一无线局域网通讯标准•允许不同工业领域之间的协调工作蓝牙的特点•采用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多种场合•不限制直线范围，可链接多个设备•蓝牙技术的无线电收发器芯片很小•功耗低、对人体危害小•应用简单、容易实现，所以易于推广•蓝牙手机存在着一定的安全问题蓝牙的发展历程•1998年5月，五大公司——Ericsson、Nokia、Toshiba、IBM和Intel联合宣布了一项叫做“Bluetooth(蓝牙)”的计划。•1999年7月26日推出了蓝牙技术规范1.0版•1999年底，蓝牙产品开始进入市场•2005年，有1800多家公司加盟该组织•现在已拥有了近3000个企业成员BluetoothSIG•BluetoothSpecialInterestGroup蓝牙特殊兴趣小组•是蓝牙技术联盟，是一家贸易协会，由电信、计算机、汽车制造、工业自动化和网络行业的领先厂商组成。•该小组致力于推动蓝牙无线技术的发展，为短距离连接移动设备制定低成本的无线规范，并将其推向市场。蓝牙产品•蓝牙传输使用的电力很低，有效范围约为十米，因此，支持蓝牙传输技术的产品，大多属于便携式的电子装置，或是放在电脑附近的设备。例如笔记本电脑、PDA、手机、耳机、键盘、鼠标、数码相机、DV摄像机等等蓝牙接口•用蓝牙接口(BlueTooth)可以与其它同样具有蓝牙接口的设备实现无线连接•没有蓝牙接口的电脑可通过加装蓝牙适配器来实现蓝牙接口功能，这些蓝牙适配器一般都是USB接口的，可以插在电脑的USB接口上使用，而且只有闪盘大小，携带远比数据线要方便。蓝牙耳机蓝牙耳机是一种基于蓝牙技术的一种小型设备，只需要把这种轻巧的设备藏在耳机边而不需要直接使用通讯设备（手机、电脑等）就可以实现自由通话。3.3.2蓝牙技术简介•主要技术指标•系统组成•协议栈蓝牙的主要技术指标•传输距离：10cm～10m，如果增加功率或是加上某些外设可达到100m•工作频段：2.4GHzISM(工业、科学、医学)频段•调制和编码技术：•GFSK调频、跳频技术•前向纠错编码、ARQ•TDD，TDMA每时隙为0.625μs•基带协议，基带符合速率为1Mb/s。蓝牙的主要技术指标•蓝牙支持64kb/s实时语音传输和数据传输，语音编码为CVSD•发射功率分别为1mW、2.5mW和100mW•使用全球统一的48比特的设备识别码蓝牙系统组成蓝牙系统连接分为•点对点连接•点对多点连接*蓝牙系统包括•无线单元•链路控制单元•支持单元（链路管理、主机终端接口）蓝牙技术点对多点连接•多个蓝牙设备共享信道，形成一个微微网•多个微微网交迭覆盖形成一个散射网•一个微微网中包括•一个主设备单元•最多七个从设备单元•设备状态：激活、泊停、保持、监听蓝牙协议栈结构*应用层JINIWAPSDPTCP/IPRFCOMM适配层协议L2CAP链路管理异步无连接ACL同步面向连接SCO基带蓝牙Radio蓝牙协议栈*整个协议体系结构分三大部分：•底层硬件模块•中间协议层•高层应用底层硬件模块*•无线跳频(RadioFrequency，RF)：RF层通过2.4GHz无需授权的ISM频段的微波，实现数据位流的过滤和传输，本层协议主要定义了蓝牙收发器在此频带正常工作所需满足的要求•基带(Baseband，BB):BB负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输。•链路管理(LinkManager，LM)：LM负责连接的建立和拆除以及链路安全和控制。蓝牙协议无线射频结构*•智能天线•射频前端•电源控制器•GPSK调制解调器•收发开关蓝牙系统的基带部分*•采用时分双工TDD方式•主设备总是从奇数时隙开始传输，从设备总是从偶数时隙开始传输•两种类型的链路•异步无连接ACL•同步面向连接SC