第一章 无线局域网(WLAN)概述.ppt

(WLAN)概述和标准,laoyifrc考核方式及所占比例：,一、大作业：（论文题目，评分成绩记录）占50%二、其他方式1平时作业：（布置5次，是否按时交，成绩等方面）占20%；2实验：（应做4次，实验报告评分）占30%；,我们所知道的通信,古代：烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呐喊、飞鸽传信这些通信方法和手段只能极其有限地解决一定距离的通信问题。我们的先人常以无法实时互通的浪漫诗句和思念之情来代替通信。现代：电话、电视、广播、邮政、因特网、其他方式有线通信、无线通信,通信的发展简史,第一阶段语言第二阶段文字、邮政第三阶段印刷术、出版物第四阶段电报、电话、广播第五阶段通信与计算机的结合、网络,最早的电通信设想,1753年2月17日，苏格兰人杂志上发表了一封署名C.M的书信。在这封信中，作者提出了用电流进行通信的大胆设想。他建议：把一组金属线从一个地点延伸到另一个地点，每根金属线与一个字母相对应。在一端发报时，便根据报文内容将一条条金属线与静电机相连接，使它们依次通过电流。电流通过金属线上的小球便将挂在它下面的写有不同字母或数字的小纸片吸了起来，从而起到远距离传递信息的作用。,最早的有线电报,1844年5月24日，莫尔斯从华盛顿到巴尔的摩拍发人类历史上的第一份电报。在座无虚席的国会大厦里,莫尔斯用激动得有些颤抖的双手,操纵着他倾十余年心血研制成功的电报机,发出了:“上帝创造了何等奇迹!”一语。,最早的无线通信,1895年5月7日，36岁的波波夫在彼德堡的俄国物理化学会的物理分会上，宣读了关于“金属屑与电振荡的关系”的论文，并当众展示了他发明的无线电接收机。当他的助手在大厅的另一端接通火花式电波发生器时，波波夫的无线电接收机便响起铃来；断开电波发生器，铃声立即中止。几十年后，为了纪念波波夫在这一天的划时代创举，当时的苏联政府便把5月7日定为“无线电发明日”。,人类首次远距离无线电通信,1897年5月18日,马可尼进行横跨布里斯托尔（Bristol）海峡的无线电通信取得成功，通信距离为14公里。,有线局域网组网结构,有线局域网：采用传统线缆（粗缆、细缆、五类线）、交换机或集线器及计算机等终端设备组成覆盖局部地域的网络，用户终端通过该网络完成信息交互功能。,无线通信频段,日常生活中，我们经常能够看到各式各样的天线。对于一个无线系统来说，能够正确的发送和接收信息是最基本的要求。天线作为无线通信中不可缺少的一部分，其基本功就能是接收和发送无线电波。发射时，把高频电流转换为电波；接收时，把电波转换为高频电流。那么这么多的电波在空气中是如何传播，我们有是如何区分哪些是我们需要的电波呢？,无线通信频谱,频谱是我们区别各种电波的一个重要依据，无线通信的频谱在RF(RadioFrequency)这一段包括了我们常见的调频收音机，各种手机，无线电话，无线卫星电视等等，由于从几十兆到几千兆的频谱上，集中了各种不同的无线应用，而且这些无线电传播都使用同一个通讯媒介空气，所以为了保证各种无线通讯之间不相互干扰，就需要对无线频道的使用进行必要的管理。,无线通信频谱,无线局域网（WLAN）,无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork)是以射频无线电波通信技术构建的局域网，虽不采用缆线，但也能提供传统有线局域网的所有功能。无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可以与有线网络环境互为备份。这种无线建网与高速网络接入技术近几年来受到广泛的关注并发展为网络技术市场上一个耀眼的亮点。,无线局域网是固定局域网的一种延伸。没有线缆限制的网络连接。对用户来说是完全透明的，与有线局域网一样达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界,什么是无线局域网？,无线局域网特点,无线接入和有线接入的优势比较,属固定投资，不可搬移。施工须考虑地形并取得政府许可施工周期长，不利于抢占市场成本回收周期长成本回收周期长性能非常可靠适合长期大规模客户,有线接入,什么是ISM？,ISM频段,除了ISM频带以外，在中国整个低于135kHz，在北美、南美和日本低于400kHz，也都是可以使用的免费频段。各国对无线频谱资源的管理，不仅规定了相关的ISM开放频道的频率，同时也严格规定了在这些频率上所使用的发射功率，在实际使用这些频率时，需要查阅各国无线频谱管理机构的不同的具体技术要求。,IEEE,（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers的英文缩写，全称是国际电气与电子工程师学会）。IEEE的标准制定内容有：电气与电子设备、试验方法、原器件、符号、定义以及测试方法等。IEEE于1963年1月1日由AIEE(美国电气工程师学会)和IRE(美国无线电工程师学会)合并而成，是美国规模最大的专业学会。IEEE是一个非营利性科技学会，拥有全球近175个国家三十六万多名会员。透过多元化的会员，该组织在太空、计算机、电信、生物医学、电力及消费性电子产品等领域中都是主要的权威。在电气及电子工程、计算机及控制技术领域中，IEEE发表的文献占了全球将近百分之三十。IEEE每年也会主办或协办三百多项技术会议。宗旨：自成立以来IEEE一直致力于推动电工技术在理论方面的发展和应用方面的进步。作为科技革新的催化剂，IEEE通过在广泛领域的活动规划和服务支持其成员的需要。促进从计算机工程、生物医学、通信到电力、航天、用户电子学等技术领域的科技和信息交流，开展教育培训，制定和推荐电气、电子技术标准，奖励有科技成就的会员等。,IEEE定义常见标准,IEEE802.1高级接口HighLevelInterface(Internetworking)IEEE802.1d生成树协议（SpanningTree）IEEE802.1pGeneralRegistrationProtocolIEEE802.1q虚拟局域网（VirtualLANs；VLAN）IEEE802.1x基于端口的访问控制（PortBasedNetworkAccessControl）IEEE802.2逻辑链路控制（LogicalLinkControl）IEEE802.3带冲突检测的载波侦听多路访问协议CSMA/CD（半双工以太网）IEEE802.3u快速以太网（FastEthernet）IEEE802.3z千兆以太网（GigabitEthernet）IEEE802.3ae万兆以太网（10GigabitEthernet）IEEE802.4令牌环总线（Token-PassingBus）IEEE802.5令牌环（Token-PassingRing）IEEE802.6城域网（MetropolitanAreaNetworks，MAN）IEEE802.7宽带局域网（BrandbandLAN）IEEE802.8光纤局域网IEEE802.9集成数据和语音网络（IntegratedVoiceandDataNetworks，VoIP)IEEE802.9aIsoENET（proposed）IEEE802.10网络安全（NetworkSecurity）IEEE802.11无线以太网IEEE802.12100VG-AnyLAN（VoiceGrade-Sprachegeeignet）IEEE802.14有线电视（CATV）IEEE802.15无线个人局域网路（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN）IEEE802.17弹性分组环（ResilientPacketRing）。,无线局域网标准,无线网络国际标准,为了实现无线数据网络通信，需要为无线网络规定一种通信协议，如国际标准ZigBee，Wi-Fi，蓝牙等。这些国际标准都是由IEEE规定发布的。但也有一些芯片公司或集成供应商为了推广本公司芯片、方案而发布一些非国际标准协议，如NordicnRF方案、TI的SimpliciTI网络协议等等。蓝牙和ZigBee等国际标准展示了如何让电子企业合作创建可确保全球市场兼容的工作标准。两者都是优秀的技术，在它们各自定义的领域可以发挥重要作用。尽管如此，基于国际标准的技术也有缺点。首先，为满足标准，在初始设计和兼容性测试中必须付出高昂费用。其次，就其字面意义而言，标准必须是“通用性极强”的解决方案，但由于竞争对手也掌握相同的技术，所以很难使产品在竞争激烈的全球市场中实现差异化。最后，标准解决方案很少有机会实现足够的灵活性，例如，为了确保兼容性就需要大量数据包开销，从而增加数据传输时间和功耗，无线产品的功耗降低空间就极其有限。,蓝牙(BlueTooth)技术,Bluetooth是无线数据和话音传输的开放式标准，以短距离的无线连接为主，一般为十厘米到十米范围，目前若是增加功率或是加上某些外设可达到一百米的距离，如专用的放大器（OptionalAmplifier）。Bluetooth采用2.402-2.480GHz高频无线频率,中心频率为2.45GHz，比现有的GSM1800还要高，在发射机频率为1MHz时，有效的Bluetooch数据速率是721Kbps。,蓝牙技术的特点,很好的抗干扰能力和安全性,可建立临时对等连接,全球范围适用,同时传输语音数据,近距离通信,功耗低体积小,蓝牙技术特点,蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4-2.4835GHz。,蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。,主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。,蓝牙采用了跳频（FrequencyHopping）方式来扩展频谱，抵抗来自这些设备的干扰。提供了认证和加密功能，以保证链路级的安全。,蓝牙设备在通信连（Connection）状态下，有四种工作模式：激活（Active）模式，呼吸（Sniff）模式保持（Hold）模式，休眠（Park）模式，Active模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。,蓝牙技术通信距离为10m,可根据需要扩展至100m，以满足不同设备的需要。,IrDA技术,IrDA(Infra-redDataAssociation)红外线数据标准协议/红外线点到点通信技术/红外线数据标准协会。红外线数据标准协会成立于1993年,是个致力于建立无线传播连接的国际标准非营利性组织。目前在全球拥有160个会员，参与的厂商包括计算机及通信硬件、软件及电信公司等。,IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它在技术上的主要优点有：1：无需专门申请特定频率的使用执照，这一点，在当前频率资源匮乏，频道使用费用增加的背景下是非常重要的。2：具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点。3：传输速率在适合于家庭和办公室使用的微微网（Piconet）中是最高的，由于采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较少，速率可达16Mbs。,IrDA技术,NFC技术,NFC是NearFieldCommunication缩写，即近距离无线通讯技术。由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。NFC将非接触读卡器、非接触卡和点对点（Peer-to-Peer）功能整合进一块单芯片，为消费者的生活方式开创了不计其数的全新机遇。这是一个开放接口平台，可以对无线网络进行快速、主动设置，也是虚拟连接器，服务于现有蜂窝状网络、蓝牙和无线802.11设备。,NFC技术,与RFID不同的是，NFC具有双向连接和识别的特点，工作于13.56MHz频率范围，作用距离10厘米左右。NFC技术在ISO18092、ECMA340和ETSITS102190框架下推动标准化，同时也兼容应用广泛的ISO14443Type-A、B以及Felica标准非接触式智能卡的基础架构。NFC芯片装在手机上，手机就可以实现小额电子支付和读取其他NFC设备或标签的信息。NFC的短距离交互大大简化整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚。通过NFC，电脑、数码相机、手机、PDA等多个设备之间可以很方便快捷地进行无线连接，进而实现数据交换和服务。,ZigBee技术,ZigBee是一种短距离、低功耗的无线网络技术，主要由ZigBee联盟制定，其底层是采用IEEE802.15.4标准规范的MAC与PHY层。低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作624个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、Wi-Fi可工作数小时。低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。,ZigBee技术,低速率。ZigBee工作在20250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。近距离。传输范围一般介于10100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到15km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。,ZigBee技术,短时延。ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要310s、Wi-Fi需要3s。高容量。ZigBee可采用星状、树状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点。同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。,ZigBee技术,高安全。ZigBee提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段，2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。,UWB技术,UWB(Ultra-Wideband)技术也被称之为“超宽带”，又称冲激无线电（ImpulseRadio）技术。UWB与现有的无线技术的显著不同是不需要使用载波，而是通过发送纳秒级脉冲来传输数据，而且信号传输时的功耗仅有几十W。凡是所用带宽与中心工作频率之比大于的25%或者是绝对带宽大于1.5G赫兹的信号，就被称之为“超宽带”。,UWB技术,目前产生脉冲信号源的方法有两类:（1）光电方法（2）电子方法UWB的调制技术:（1）脉冲幅度调制(PAM)（2）脉