无线传输理论基础与设计规范(上)PPT课件.ppt

2020 3 19 1 无线传输协议理论与设计规范 北京航空航天大学工程系统工程系 概览 首先了解什么是无线传输协议 为了学习和使用无线传输协议来设计无线通信设备 我们要进一步了解哪些基本知识对无线通信的概览 了解常用的无线技术回到更具体的传输协议上 对无线技术中常用的传输协议进行学习 了解无线数据传输中基本要面对的问题和解决思路Q A 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 2 第一部分 无线传输协议 通信协议本身是指通信设备在运行时可以遵循的用于控制 组网 寻址 信道分配 连接建立 传输控制 应用管理等目的的基本工作规范传输协议本身因此是一个个较为泛泛的说法 有太多的协议 可以用于不同的功能和目的传输控制协议 TCP 则是用于控制数据在传输时的速率 数据包排序 重传等功能的专用协议 可以说是基于IP的包交换网络的广泛使用协议 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 3 广泛使用的通信相关协议 ApplicationlayerBGPDHCPDNSFTPHTTPIMAPSIPSSH InternetlayerIP IPv4 IPv6 ICMPICMPv6IGMPIpsecTransportlayerTCPUDPDCCPSCTPRSVPECNLinklayerARP InARPNDPOSPFTunnels L2TP PPPMediaaccesscontrol Ethernet DSL ISDN FDDI 2020 3 19 4 北京航空航天大学工程系统工程系 协议选用和设计原则 要根据具体应用来选用协议在不同的层面上 Transport LinkLayer Networking 要选用不同的协议来完成通信任务Internetlayer举例来说 小范围的无线通信 如果只是简单传输设备开关控制信号 则不一定需要使用TCP 而只需要使用UDP或者厂商自己定义的协议如果对于设备的功耗也有要求的话 那么组网协议应该使用简单的协议 OSPF则不一定适用 2020 3 19 5 北京航空航天大学工程系统工程系 无线通信传输用得到的协议非常多 但通常各种通信设备已经支持和装载了这些协议 支持各种功能 作为工程师不一定要自己开发 不过需要理解并能运用 下面我们来了解以下常用的无线通信技术 明白他们的原理 再来看看传输协议在其中起什么作用 是怎样设计的 第一部分结语 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 6 第二部分 无线技术概览 协议与所要解决的问题 无线频率基本知识移动通信蜂窝系统与包交换数据Nextel个人数据网络双向寻呼蓝牙与Zigbee3G 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 7 为何选用无线通信方式 支持移动中通信双向且互动便于广播便利 随时随地使用带宽有限制漫游 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 8 市场要求 可靠低价使用建议安全信号广泛可用可以在不同设备间通信 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 9 无线通信的安全要求 信任机制访问控制要使用网络前可能需要验证用户链路中数据的隐私性需要使用加密链路的完整性传输时的消息本身的可信度 是否来自第三方未信任者防备DOS攻击避免频谱被人阻塞 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 10 无线通信频率 历史上来说 通常各国的频谱划分都会参考美国的联邦电信委员会的划分FM广播 88to108MHz蜂窝通信 600and2700MHz工业 科学与医疗用 ISM 频段 6MHz 244GHz 常用的有 900MHz 2 402to2 480GHz 5GHz BlackHatBriefingsJuly31 2002 WirelessOverviewProtocolsandThreatModels Page11 无线电波 频率波长调制方式幅度频率相位组合式 BlackHatBriefingsJuly31 2002 WirelessOverviewProtocolsandThreatModels Page12 常见的无线通信基本结构 无线的 通常是可移动的终端通过无线电磁波来互相通信可以有基站等通信控制节点互联模型 即每个无线网络中的设备可互相通信网络控制一个无线网络通常会介入更大的网络接入电话网络PSTN接入互联网Internet BlackHatBriefingsJuly31 2002 WirelessOverviewProtocolsandThreatModels Page13 蜂窝网络 模拟 早已淘汰 数字 时分多址TDMA数字 码分多址CDMA数字 频分多址FDMA数字 空分多址SDMA通常多址方式会被复合使用 BlackHatBriefingsJuly31 2002 WirelessOverviewProtocolsandThreatModels Page14 各种移动通信系统 2G GSM CDMAIS 95 GPRS EDGE3G WCDMA CDMA2000 EVDO HSPA3 75G LTE WIMAX4G LTE Advanced5G 未有标准 可能使用MC CDMA等多址技术 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 15 WI FI网络 Wi Fi是由IEEE802 11系列标准与规范所支持的无线局域网技术的商业推广用名词 WI FI支持无线通信设备间的灵活组网与数据传输Wi Fi允许设备间通过微波传输 2 4GHz与5GHzISM频段 组网 省去了布设线路的麻烦 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 16 802 11b标准 IEEE802 11 b 2 4GHz 11Mbps 工作在2 4G频段的无线局域网技术 WLAN 的国际标准 2 4GHzto2 4835GHz 能够在100米的传输距离内提供最高达11Mbps的吞吐量 2 4G是一个被非常频繁地使用的ISM频段 在觉大多数国家不需要电磁频谱的管理机构颁发执照或许可就可以使用 事实上 除了无绳电话和无线局域网这一频段甚至被用到了微波炉上 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 17 IEEE802 11 a 5GHz 54Mbps 工作在5GHz频段的无线局域网技术的国际标准 5 725GHzto5 850GHz 支持最高达54Mbps的传输速率 802 11a所使用的5GHzISM频段通常也不需要许可就可使用 但是工作在5GHz的电子设备较少 再加上5GHz的可用频谱宽度较2 4GHz为大 所以设备工作时受到其它同频率信号干扰的情况较少 不过5GHz设备的价格相对较高一些 主要是由于射频和信号处理的解决方案的数量相对2 4GHz为少 802 11a标准 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 18 由802 11a与802 11b衍生而来IEEE802 11g 2 4Ghz Hybrid11 54Mbps在2 4GHz频段上 通过使用在802 11a上使用的OFDM技术来提高吞吐率IEEE802 11n 2 4Ghz Hybrid11 54 600Mbps在2 4GHz频段上 通过使用多天线收发技术 MIMO 与更高效率的调制技术 16QAM 64QAM 来达到超高的传输速率 更多802 11系列标准 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 19 WI FI技术的局限性 传输距离最大为100米 有些应用下要考虑能不能适用室内使用时 建筑物结构带来各种复杂的传播环境与衰减 影响信号质量而布网时要进行专门分析使用免费频段因此很可能受到其它设备的影响 微波炉与遥控器 等等 或者互相影响 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 20 常见链路问题 链路质量改变频繁多径传输 multipath 阴影衰落 shadowing 干扰 Interference 其它无线设备 网络电磁脉冲干扰信号衰减 Attenuation 距离天线极化 方向图 朝向 2020 3 19 北京航空航天大学工程系统工程系 21 多径传播 Multipath 有多路信号沿不同路径到达接收机各路信号有不同的延迟 经过不同程度的衰减 最后甚至会互相干扰 BlackHatBriefingsJuly31