无线网络技术导论
主讲教师：张亮老师
第三讲 无线个域网
https://blog.csdn.net/Wjwstruggle/article/details/90797453
目录
（3）、Bluetooth的链路管理规范（Link Manager）
1、IR（Infrared Radiation红外线）工作原理
- 个域网(Personal Area Network，PAN)，是一种范围较小的计算机网络，计算机设备之间的通信，还包括电话和个人设备等
- PAN的通信范围往往仅几米，也可用于连接多个网络
- PAN被看作是最后一米的解决方案
- 无线个域网(Wireless PAN，WPAN)是一种采用无线连接的个域网
- WPAN通过无线介质代替传统有线电缆，实现个人信息终端的互联，组建个人信息网络
- WPAN是为了实现活动半径小(如几米)、业务类型丰富、面向特定群体的连接而提出的新型无线网络技术
- WPAN是一种与无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)并列但覆盖范围更小的无线网络，对应关系如下图
1、WPAN的主要优点
- 价格便宜、体积小、易操作和功耗低等优点
2、WPAN主要特点：
- 高数据速率并行链路：>100Mbps
- 邻近终端之间的短距离连接：典型1~10m
- 标准无线或电缆与外部因特网或广域网的连接
- 典型的对等式拓扑结构
- 中等用户密度
3、WPAN的分类
按传输速率分为低速、高速和超高速三类
4、主要技术
- 蓝牙：蓝牙由爱立信公司于1994年提出，作为RS232数据线的无线连接。1998年蓝牙SIG成立，负责制定技术标准。蓝牙采用分散式网络结构以及快速跳频和短包技术，支持点对点及点对多点的通信，采用时分双工传输方案。
- IrDA：利用红外线进行通信，最高通信速率115.2kbps，主要优点是无需申请频率使用权，通信成本低廉，具有体积小、功耗低、连接方便、简单易用等特点
- HomeRF
- UWB
- Zigbee
- HomeRF：数字无绳电话技术与WLAN技术融合发展的产物，采用共享无线连接协议(Share Wireless Access Protocol，SWAP)，工作在2.4GHz ISM频段
- UWB：超宽带(Ultra Wide Band，UWB) 基于IEEE 802.15.3的超高速、短距离无线接入技术，较宽频谱上传输极低功率信号通信范围在10米范围内，能实现每秒数百兆位的数据传输率，具有抗干扰性强、传输速率高、带宽大、消耗电能低、保密性好等优点
- Zigbee：短距离、低功率、低速率无线接入技术，名称源于蜜蜂间跳Zigzag形状舞蹈交流，共享食物源方向、位置、距离等信息。2.4GHz ISM频段，速率20~250kbps，传输距离10~100m
1、蓝牙是什么
- 蓝牙是无线技术规范
- 用于建立个域网(PAN)
- 用于短距离(<10m)小资料的传输
- 其目标和宗旨是：保持联系，不靠电缆，拒绝插头，并以此重塑人们的生活方式。
2、蓝牙技术的诞生与发展
- 1994，Ericsson发起该技术的研究；
- 1998，Ericsson、IBM、Intel、Nokia、Toshiba组成SIG，目标是将计算、通信设备以及附加设备通过短程、低耗、低成本的无线电波连接起来；后Lucent、3Com、Microsoft和Motorola加入SIG；现SIG成员超过2500个；
- 1999， Blutooth 1.0发布；
- 2002，IEEE采纳了蓝牙的物理层和数据链路层，发布了IEEE802.15.1；
3、蓝牙优点
- 没有线缆连接
- 使得一组个人设备协同工作
- 位置感知服务(例如：漫游)
- 仅在有限范围内并且需要时访问额外资源
- 不依赖于硬件品牌设备
- 便宜
4、蓝牙应用
- 连接计算机以及其他外部设备
- 充当访问Internet的接入点
- 构建居家环境
5、蓝牙应用模块
完整的微处理器模块
- 建立，发送和接收所用电路
- 蓝牙协议栈中运行的程序已经特殊功能
6、蓝牙发射机
- 1类，100米，实际40-75米
- 2类，10米
- 3类，更短
7、蓝牙传输特性
- 2.4GHz频带
- 传输距离为10米
- 连接便携式和固定设备
- 点— 单点和点— 多点模式
- 数据速率
- 同步（电路交换技术）64kbps
- 异步（分组交换技术）433.9kbps(对称)和723.2kbps(非对称)
8、蓝牙的联网模式
- 点-点模式：两个蓝牙设备直接通信
- Piconet（微微网）：共享相同信道，8个蓝牙设备可在小型网络内通信
- Scatternet（散网）：多达256个piconet可连接成更大的网络
微微网（Piconet）
- 1个Master节点控制通信的同步
- 7个Slave节点
- AD-HOC网络
散网
- 时间和空间层叠的多个微微网组成一个散网
- 多个微微网的主设备可以成为微微网的从设备
- 对于每个微微网的从设备来说又是该微微网主设备的从属设备
9、蓝牙与红外的区别
- 距离 红外：对准、直接、1—2米，单对单。蓝牙：10米左右，可加强信号，可以绕弯，可以不对准，可以不在同一间房间，链接最大数目可达7个，同时区分硬件。
- 产业 红外：很普及 蓝牙：普及
- 速度 红外：慢 蓝牙：快
- 安全 红外：无区别 蓝牙：加密
- 成本 红外：几元---几十元 蓝牙：400—800元
10、蓝牙系统
- 蓝牙技术规范(核心)：蓝牙技术操作和协议体系结构
- 蓝牙应用规范(概要)：蓝牙的应用范围
11、蓝牙协议栈
众多的协议以松散方式组成
非OSI、TCP/IP、IEEE802
（1）、Bluetooth的无线电层（RF）
基本功能
- 在主站和从站之间发送比特
特点
- 低功率，传输距离为10米
- 采用2.4GHz的ISM；
- 共有79个信道，每个1MHz
- 数据率1Mbps；
- 采用跳频扩频技术
（2）、Bluetooth的基带层（Baseband）
基本功能
- 组合了电路交换和分组交换功能
- 为同步分组传输预留时间槽，每个分组以不同跳频发送
- 成帧
- 信道管理
（3）、Bluetooth的链路管理规范（Link Manager）
Piconet的管理(24 PDUs)
- 链路配置
- 低能模式
- QoS
- Packet类型选择
时序/同步
- Master-slave切换
信道控制
安全服务
- 认证
- 加密
- 密钥的分发
（4）、Bluetooth的L2CAP层（L2CAP）
逻辑链路控制和自适应协议
- 协议的多路复用/分用
- 接收上层的分组（64KB）分段传输；
- 在接收端重组
- 处理服务质量
（5）、服务发现协议（SDP）
- 查询服务：搜索特殊的服务种类，浏览当前的可用服务
- 检索连接到某个服务的详细属性
- 建立一个使用某个服务的独立(non-SDP)连接
（6）、Bluetooth的其他层次
- RFCOMM：电缆替代协议，建立虚拟串口
- 目标交换协议（OBEX）：传输数据，图像和语言对象
- Vcard/Vcal：在移动存储设备上存储和传递名片
- 无线应用环境（WAE）：在无线和手持设备上建立万维网
- AT命令集：控制拨号和调制解调功能的动作和命令
- 二进制电话控制规范（TCS BIN）：设备间建立语音和数据链路的面向比特的协议
12、蓝牙应用概要
蓝牙的profile文档定义了一组使用模式；
每个profile说明了支持该特定使用模式的协议以及协议特性；
- 蓝牙上的文件传输：传送能力，目录，文件，文档，映像，流媒体
- 浏览能力：文件夹
- 同步应用：提供了设备与设备之间个人信息管理(PIM)息的同步，例如电话号码、日历、消息和通告信息。
- 蓝牙上的WAP
1998年，IEEE 802.15 工作组成立, 专门从事WPAN标准化工作。它的任务是开发一套适用于短程无线通信的标准，通常我们称之为无线个人局域网(WPANs)。1999，正式成为802.15工作组
- 任务组TG1：制定IEEE 802.15.1标准，又称蓝牙无线个人区域网络标准。这是一个中等速率、近距离的WPAN网络标准，通常用于手机、PDA等设备的短距离通信
- 任务组TG2：制定IEEE 802.15.2标准，研究IEEE 802.15.1与 IEEE 802.11（无线局域网标准，WLAN）的共存问题。
- 任务组TG3：制定IEEE 802.15.3标准，研究高传输速率无线个人区域网络标准。该标准主要考虑无线个人区域网络在多媒体方面的应用，追求更高的传输速率与服务品质。
- 任务组TG4：制定IEEE 802.15.4标准，针对低速无线个人区域网络（low-rate wireless personal area network, LR-WPAN）制定标准。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之音的低速互连提供统一标准。
1、IR（Infrared Radiation红外线）工作原理
- 二极管（LED）：可以发射光源或者光束，并对其编码
- IR接收机：光感应设备，可以感应光源并对其携带信息译码
2、IR联网模式
- 直射式：发射机和接收机在直接的视距上，仅限于连接两台设备，可靠切安全
- 漫射式：信号扩展到更宽的角度（180），在封闭空间内各表面上反射信号
3、红外数据协会标准（IrDA）
4、IrDA物理层
IrPHY定义了4Mb/s以下速率的半双工连接标准。在IrDA物理层中，将数据通信按发送速率分为三类：SIR、MIR和FIR。
- 串行红外（SIR）的速率覆盖了RS-232端口 ，通常支持的速率（9600bps～1152Kbps）。
- MIR可支持0.576Mbps和1.152Mbps的速率；
- 高速红外（FIR）通常用于4Mbps的速率，有时也可用于高于SIR的所有速率。
5、IrDA的数据链路协议
- IrLAP链路接入协议：与OSI模型的数据链路层对应，基于HDLC协议和SDLC协议，搜索设备，连接和传输数据标准
- IrLMP链路管理协议：为传输和应用层服务，链路管理-信息接入服务，为设备建立数据库，链路管理多路复用，为上层服务，并允许IrLAP连接多个设备
6、UWB
UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。有人称它为无线电领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。
7、超宽带技术（UWB）特点
- 工作在3.1～10.6GHz
- 传输距离10m
- 数率100Mbps
- TDM复用方式
- 低功耗，宽频谱，不会干扰其他系统
- 相对于蓝牙系统来讲，无线UWB技术要简单的多，而且在传输速率、成本上有巨大优势。
8、UWB优点
- 抗干扰性能强
- 传输速率高
- 带宽极宽
- 消耗电能小
- 保密性好
- 发送功率非常小
9、Zigbee
Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率（<250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络。
10、zigbee特点
- 工作在2.4GHz
- 速率20Kbps，40Kbps，250Kbps
- 传输距离30m，扩展模式134m
- 由飞利浦公司创建，节能特性
11、HomeRF
HomeRF是专门针对家庭住宅环境而开发出来的无线网络技术，借用了802.11规范中支持TCP/IP传输的协议；而其语音传输性能则来自DECT(无绳电话)标准。
12、HomeRF特点
- 无线以太网传输规范子集
- 传输距离40m
- 带宽1.2Mbps
- 物理层和MAC区别