无线数据通信及无线LAN.ppt

第1节无线数据通信 3 1 1无线数据通信概念3 1 2无线数据通信的主要类别3 1 3无线数据通信的特点 功能和应用3 1 4无线数据通信网络3 1 5无线数据通信的发展趋势 无线数据通信 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 移动数据通信分类 按技术实现方式分类 蜂窝移动数据通信无绳移动数据通信集群移动数据通信寻呼数据通信 这部分内容在下一章中详述 固定或半固定无线数据通信 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 固定或半固定无线数据通信 包括 遥控遥测红外数据点对点传输无线局域网计算机高速数据传输 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 无线数据通信的功能 可实现文本 传真 信息等数据的无线通信传输可实现移动分组交换功能可支持不同协议 不同用户设备间的访问和互联可实现开放和闭合用户群 以用于公用 专用私用通信网络可以广域覆盖 有大范围的漫游功能 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 无线广域网 WWAN 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 无线局域网 WLAN 有限范围内 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 802 11 无线个人区域网络 WPAN 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Zigbee 3 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红外无线数据通信的系统组成及原理3 2 3红外无线数据通信的特点3 2 4红外无线数据通信的主要协议 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 红外动态消息 2007年9月19日 日本岩手县立大学研究小组开发出 红外线瞬时通信系统 传输速度为16Mbps 最大传输距离20米 带有相关功能的MP3播放器也开发完成 与以往红外线通信系统相比 该系统通过简化通信协议等方式提高了实际传输速度 传输距离也大幅增加 该系统发送及接收模块成本约2美元 尺寸2mm 10mm 数据传输时仅需较少功率即可完成 因此耗电小 计划进一步提高数据传输速度 有望在10月实现32Mbps 并计划未来达到1Gps的速率来传送电影数据 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系统组成及原理 红外线红外发射器传输信道红外接收器调制技术系统的工作方式 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 主要是820nm 因为空气在这个数值点所产生的衰减最小 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 其中 PPM在功能效率和频带利用率之间 折中较好 红外无线通信系统的工作方式 按发射器 接收器的布局不同 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协议栈结构 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 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 IrDA的技术参数 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串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节基于802 11的无线局域网 3 3 1无线局域网概述3 3 2无线局域网网络硬件3 3 3网络拓扑结构3 3 4网络协议3 3 5无线局域网的频段分配3 3 6无线局域网的发展趋势 无线局域网概述 用无线电波 激光 红外线等来代替部分或全部电缆 成为网络设备之间主要的通信传输介质 就构成了无线局域网特点 保密性强 高移动性 抗干扰性好 架设与维护容易 与有线局域网的区别 主要体现在底层的连接方式连接设备不同 网卡 网桥 集线器 是否需要天线物理层和数据链路层的协议不同 无线局域网网络硬件 由多个节点依据某种拓扑结构组成一个基本的节点包括 计算机或数据终端终端节点控制器调制解调器 Modem 无线收发设备 是最关键的设备 把终端与Modem和无线电台连接起来 无线局域网的节点组成图 3 3 3网络拓扑结构 点对点型视距下传输可达8km 功率损失小可用于连接两个有线网HUB型典型的集中控制式 可有效利用信号发射功率 用户设备简单 网络管理单一 易于与现有有线局域网相连 一般用于将无线终端 笔记本电脑 PDA等 接入网中全分布型 AdHoc 分布式结构连通性好 移动能力强 适合在军事领域应用 但用户节点结构复杂 成本高 网络协议IEEE802 11 IEEE802 11的体系结构及与IEEE802其它标准的关系 网络协议IEEE802 11 网络协议IEEE802 11协议模型 IEEE802 11的物理层 定义了数据传输的信号特征和调制方法 三种物理层规范 红外线LANDSSS直接序列扩频LANFSSS跳频扩频LAN IEEE802 11的MAC层 两种访问控制方式DCF分布式使用CSMA CA实现分布接入控制PCF集中式由中心控制节点进行轮询 某一时刻仅允许一个站点发送 实现PCF控制 CSMA CA算法 CSMA CA 载波监听多路访问 冲突避免欲传输帧的无线工作站若监听到信道有某一帧间隔IFS长的空闲后 立即发送帧 若监听到信道忙 则继续监听到信道空闲后一个IFS 若信道仍闲 再按二进制指数退避算法继续监听 信道仍闲 发送帧 IEEE802 11的MAC层 三种IFS 帧间隔 实现三种访问优先权SIFS DIFS PIFS等待时间更短 即可有更高的优先权 若目地站接收到一个帧 在等待SIFS后发出一个ACK帧 源站接收到ACK后 也只等一个SIFS发出下一帧 于是一个站一旦争到通道 将继续控制通道直到发送完全部LLCPDU帧 3 3 5无线局域网的频段分配 选用FCC开放的三个频段902 928MHz2 4 2 4835GHz5 725 5 850GHz使用时无需申请 我国一般使用2 4 2 4835GHz频段 无线局域网的发展趋势 速度再快些价格再低些 第4节个人区域无线数据通信 蓝牙技术 3 4 1蓝牙技术概述3 4 2蓝牙技术简介 蓝牙名字的由来 蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王HaraldBlatand 英译为HaroldBluetooth Blatand国王将现在的挪威 瑞典和丹麦统一起来现取其 统一 的含义 用来命名意在统一无线局域网通讯标准的蓝牙技术 蓝牙技术实质内容 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 蓝牙技术概述 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 ARQTDD TDMA每时隙为0 625 s基带协议 基带符合速率为1Mb s 蓝牙技术概述 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 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 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 蓝牙技术简介 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 蓝牙协议栈介绍 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