无线网络技术摘要汇总1.docx

无线网络技术摘要汇总（之一）0.前言随着社会的发展与科技的进步，今年来无线网络风起云涌，层出不绝。本片文章将就各种无线网络进行简要介绍，以便让大家对其有个初步了解。0.1无线网络 WPAN：Wireless Personal Area Network，无线个人网络。 WLAN：Wireless Local Area Network，无线局域网。 WMAN：Wireless Metropolitan Area Network，无线都会网络。 WWAN：Wireless Wide Area Network，无线广域网络。1G 2G 2.5G3G4GWWAN Wireless Wide Area Networks802.20“Mobile-Fi”WMAN Wireless Metropolotan Area NetworksIEEE 802.16a WiMAX (fixed), 802.16e(mobile)WLAN Wireless Local Area NetworksIEEE 802.11 b, a, g “Wi-Fi”IEEE 802.11nWPAN Wireless Personal Area Networks802.15.4 “Zigbee”802.15.1“Bluetooth”IEEE 802. 15.3a UWB “WiMedia”表一：无线标准传输技术1.WPAN无线个人局域网（WPAN）是一种采用无线连接的个人局域网。它被用在诸如电话、计算机、附属设备以及小范围（个人局域网的工作范围一般是在10米以内）内的数字助理设备之间的通讯。支持无线个人局域网的技术包括：蓝牙、ZigBee、超频波段（UWB）、IrDA、HomeRF等，其中蓝牙技术在无线个人局域网中使用的最广泛。每一项技术只有被用于特定的用途、应用程序或领域才能发挥最佳的作用。此外，虽然在某些方面，有些技术被认为是在无线个人局域网空间中相互竞争的，但是他们常常相互之间又是互补的。WPAN被定位于短距离无线通信技术，但根据不同的应用场合又分为高速WPAN（HRWPAN）和低速WPAN（LRWPAN）两种。发展高速WPAN是为了连接下一代便携式消费者电器和通信设各，支持各种高速率的多媒体应用，包括高质量声像配送、多兆字节音乐和图像文档传送等。这些多媒体设各之间的对等连接要提供20Mbs以上的数据速率以及在确保的带宽内提供一定的服务质量（QoS）。高速率WPAN在宽带无线移动通信网络中占有一席之地。发展低速WPAN是因为在我们的日常生活中并不是都需要高速应用WPAN802.15.1802. 15.3A802.15.4公布时间June 2002Start 2005May 2003技术特色2.45GHz 频段、速率 720kbps 、跳频更高速率 ( 110M bps 、 200M bps)低速率 ( 250kbps) 、低功率、家庭通讯传输距离33 英呎110Mbps ： 30 英呎 200Mbps ： 12 英呎200 英呎代表性标准Bluetooth( 发展至 802. 15.1a)UWB(Ultra Wide Band)ZigBee表二：WPAN各种技术比较1.1蓝牙（Bluetooth）蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m之内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽为1Mb/s。蓝牙技术使用高速跳频（FH，Frequency Hopping）和时分多址（TDMA，Time DivesionMuliaccess）等先进技术，在近距离内最廉价地将几台数字化设备（各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统，如数字照相机、数字摄像机等，甚至各种家用电器、自动化设备）呈网状链接起来。蓝牙技术将是网络中各种外围设备接口的统一桥梁，它消除了设备之间的连线，取而代之以无线连接。蓝牙是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1兆字节。1.2红外（IrDA）IrDA是国际红外数据协会的英文缩写，IrDA技术是一种利用红外线进行点对点短距离通信的技术。IrDA技术的主要特点有：利用红外传输数据，无须专门申请特定频段的使用执照；具有对设备体积小、功率低的特点；由于采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较小，数据传输速率高，速率可达1GMbs。由于IrDA使用红外线作为传播介质。红外线是波长在0.751O00pm之间的无线电波，是人用肉眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内波长在0.7r25pm之间的近红外线。红外数据协会成立后，为保证不同厂商基于红外技术的产品能获得最佳的通信效果，规定所用红外波长在0.850.90pm之间，红外数据协会相继也制订了很多红外通信协议，有些注重传输速率，有些则注重功耗，也有二者兼顾的。IrDA 1.0标准简称串行红外协议（Sersal infrared，SIR），它是基于HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式，它以系统的异步通信收发器（un1versal asynchronous receivertransmitter，UART）为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编解码过程（316EnDec）实现红外数据传输。SIR的最高数据速率只有115ZKbs。在1996年，发布了IrDAI1协议，简称快速红外协议（fast infrared，FIR），采用脉冲相位调制（pulseposition modulation,PPM）编译码机制，最高数据传输速率可达到4Mbs，同时在低速时保留1.0标准的规定之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mbs的VFIR（very fast infrared）技术，并将其作为补充纳人IrDA1.1标准之中。IrDA标准都包括三个基本的规范和协议：红外物理层连接规范（infraredphysical layer link specification，irPHY）、红外连接访问协议（infrared link accessprotocol，IrLAP）和红外连接管理协议（infrared link management protocol，IrLMP）。IrPHY规范制订了红外通信硬件设计上的目标和要求；IrLAP和IrLMP为两个软仵层，负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P等。IrDA技术缺陷主要有：受视距影响其传输距离短；要求通信设各的位置固定；其点对点的传输连接，无法灵活地组成网络等。但是这些缺点并没有给IrDA的应用带来致命的障碍，红外技术已在手机和笔记本电脑等设备上得到了广泛的应用。1.3ZigBeeZigBee技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，以此作为新一代无线通讯技术的名称。ZigBee过去又称为“HomeRF Lite”、“RF-EasyLink”或“FireFly”无线电技术，目前统一称为ZigBee技术。ZigBee技术的特点功耗低：工作模式情况下，ZigBee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短，其次在非工作模式时，ZigBee节点处于休眠模式。设备搜索时延一般为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得ZigBee节点非常省电，ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右数据传输可靠：ZigBee的媒体接入控制层（MAC层）采用talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻传送，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。网络容量大：一个ZigBee的网络最多包括有255个ZigBee网路节点，其中一个是主控（Master）设备，其余则是从属（Slave）设备。若是通过网络协调器（Network Coordinator），整个网络最多可以支持超过64000个ZigBee网路节点，再加上各个Network Coordinator可互相连接，整个ZigBee网络节点的数目将十分可观。兼容性：ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器（Coordinator）自动建立网络，采用载波侦听/冲突检测（CSMA-CA）方式进行信道接入。安全性：Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级安全级别，器件可以使用接入控制清单（ACL）来防止非法器件获取数据，在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准（AES）的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法器件。ZigBee协议框架Zigbee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的组网、安全和应用软件方面的技术标准。与其他无线标准如802.11或802.16不同，Zigbee和802.15.4以250Kbps的最大传输速率承载有限的数据流量。ZigBee V1.0版本的网络标准连同灯光控制设备描述已于2004年底推出，其它应用领域及相关设备的描述也会在随后的时间里陆续发布。如图1所示。1.4HomeRFHomeRF 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。HomeRF 定义的工作频段为2. 4GHz ，这是不需许可证的公用无线频段。HomeRF 使用了跳频空中接口，每秒跳频50 次，即每秒钟信道改换50 次。收发信机最大功率为100mW ，有效范围约50m，其速率为 1Mbps至2Mbps蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m之内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽为1Mb/s。1.5UWB“UWB”（ultra wideband）是超宽带无线技术的缩写。UWB技术是一种使用1GHz以上带宽的最先进的无线通信技术。虽然是无线通信，但其通信速度可以达到几百Mbit/秒以上。UWB的特点在于不使用载波，这与此前的无线通信截然不同。由于原来的无线通信在通信时需要连续发出载波（电波），自然要消耗电能。而UWB是发出瞬间尖波形电波也就是所谓的脉冲电波直接按照0或1发送出去。由于只在需要时发送出脉冲电波，因而大大减少了耗电量。UWB之所以能实现高速数据传输，正是因为这种脉冲的宽度能控制在1纳秒以下，因此实现几百M1Gbit/秒以上的通信将也不再是梦想。但是，发送脉冲信号需要很宽的频带。UWB技术在2002年被IEEE组织确认为802.15.3a标准，UWB与传统通信系统相比，工作原理迥异，因此UWB具有如下传统通信系统无法比拟的技术特点： 系统结构的实现比较简单：当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，载波的频率和功率在一定范围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。而UWB则不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要传统收发器所需要的上变频，从而不需要功用放大器与混频器，因此，UWB允许采用非常低廉的宽带发射器。同时在接收端，UWB接收机也有别于传统的接收机，不需要中频处理，因此，UWB系统结构的实现比较简单。 高速的数据传输：民用商品中，一般要求UWB 信号的传输范围为10m以内，再根据经过修改的信道容量公式，其传输速率可达500Mbit/ s，是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术。UWB 以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。在军事应用中，可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输。 功耗低：UWB 系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0. 20ns1. 5ns 之间，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百W几十mW。民用的UWB 设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/ 100 左右，是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右。军用的UWB 电台耗电也很低。因此，UWB 设备在电池寿命和电磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性。 安全性高：作为通信系统的物理层技术具有天然的安全性能。由于UWB 信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对一般通信系统，UWB 信号相当于白噪声信号，并且大多数情况下，UWB 信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。采用编码对脉冲参数进行伪随机化后，脉冲的检测将更加困难。 多径分辨能力强：由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的。假如多径脉冲要在时间上发生交叠，其多径传输路径长度应小于脉冲宽度与传播速度的乘积。由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10 30 dB 的多径环境， 对超宽带无线电信号的衰落最多不到5 dB。 定位精确：冲激脉冲具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内； 与GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置，其定位精度可达厘米级， 此外，超宽带无线电定位器更为便宜。 工程简单造价便宜：在工程实现上，UWB比其它无线技术要简单得多，可全数字化实现。它只需要以一种数学方式产生脉冲，并对脉冲产生调制，而这些电路都可以被集成到一个芯片上，设备的成本将很低。2.WLAN无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频(RF)技术，取代旧式的双绞铜线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，也能够随需移动或变化。使得无线局域网络能利用简单的存取构架让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。WLAN是20世纪90年代计算机与无线通信技术相结合的产物，它使用无线信道来接入网络，为通信的移动化，个人化和多媒体应用提供了潜在的手段，并成为宽带接入的有效手段之一。2.1无线局域网标准1997年IEEE802.11标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。IEEE802.11标准定义了单一的MAC层和多样的物理层，其物理层标准主要有IEEE802.11b,a和g。IEEE802.11b1999年9月正式通过的IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展。它可以支持最高11Mbps的数据速率，运行在2.4GHz的ISM频段上，采用的调制技术是CCK。但是随着用户不断增长的对数据速率的要求，CCK调制方式就不再是一种合适的方法了。因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较高的数据速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速率就要更高，这对于现有的码片来说比较困难;对于接收端的RAKE接收机来说，在高速数据速率的情况下，为了达到良好的时间分集效果，要求RAKE接收机有更复杂的结构，在硬件上不易实现。IEEE802.11aIEEE802.11a工作5GHz频段上，使用OFDM调制技术可支持54Mbps的传输速率。802.11a与802.11b两个标准都存在着各自的优缺点，802.11b的优势在于价格低廉,但速率较低(最高11Mbps);而802.11a优势在于传输速率快(最高54Mbps)且受干扰少，但价格相对较高。另外，11a与11b工作在不同的频段上,不能工作在同一AP的网络里，因此11a与11b互不兼容。IEEE802.11g为了解决上述问题，为了进一步推动无线局域网的发展，2003年7月802.11工作组批准了802.11g标准，新的标准终于浮出水面成为人们对无线局域网关注的焦点。IEEE802.11工作组开始定义新的物理层标准IEEE802.11g。该草案与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点:其在2.4G频段使用OFDM调制技术，使数据传输速率提高到20Mbps以上;IEEE802.11g标准能够与802.11b的WIFI系统互相连通，共存在同一AP的网络里，保障了后向兼容性。这样