1短距离无线通信技术解析

短距离无线通信技术第1章概述林虹1.短距离无线通信根本概念2.各种短距离无线通信技术的进展、应用及特点3.短距离无线通信技术的争论开发1.短距离无线通信根本概念有线通信数据传输的介质：双绞线，同轴电缆，光纤，或是别的有线介质。无线通信数据传输的介质：红外线，无线电微波，或是其它无线介质。信号在空气中传播，可以被任何人接收。

无线数据网的种类

无线广域网〔WWAN〕无线城域网〔WMAN〕无线局域网〔WLAN〕无线个人网〔WPAN〕无线体域网〔WBAN〕IEEE:美国电气电子工程师学会

WirelessLANWiredLAN1rdGen2rdGen3rdGen4rdGen10Mbps2Mbps11Mbps54Mbps250Mbps×10×5.5×5.5×5.5GAPBottleNeckintheLastMileOfAccess100Mbps1Gbps10Gbps×10×10Gapoftransmissionabilitybetweenfixedandwireless10k110k384k???什么是短距离无线通信？短距离无线通信的主要特点为通信距离短，掩盖距离一般在几十m或100m〔200 m〕之内。无线放射器的放射功率较低，放射功率一般小于100 mW。自由地连接各种个人便携式电子设备、计算机外部设备和各种家用电气设备，实现信息共享和多业务的无线传输。各种短距离无线通信技术Bluetooth〔蓝牙〕技术WLAN〔无线局域网〕技术IEEE802.11系列HiperLAN系列IrDA(红外数据协会)技术UWB〔超宽带〕技术Zigbee〔紫蜂〕技术Adhoc〔自组织网络〕技术RFID〔射频识别〕技术HomeRF技术NFC(短距通信)技术无线13942.各种短距离无线通信技术

的进展、应用及特点蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球标准，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的短距离无线接口。蓝牙技术的进展蓝牙技术诞生于1994年，Ericsson当时预备开发一种低功耗、低本钱的无线接口，以建立手机及其附件间的通信。1998年5月，爱立信联合诺基亚(Nokia)、英特尔(Intel)、IBM和东芝(Toshiba)成立了“蓝牙特殊利益集团“〔SIG〕。并提出了近距离无线数据通信技术标准。1999年7月蓝牙SIG正式公布蓝牙1.0版本标准，将蓝牙的进展推动到有用化阶段。2.1Bluetooth(蓝牙〕技术2023年3月，蓝牙1.1版本正式公布。蓝牙标准1.0版本主要针对点对点的无线连接，比方手机与计算机、计算机与外设、手机与耳机等的无线应用。蓝牙1.1版本将点对点扩展为点对多点，并修整了前一版本的错误与模糊概念。2023年11月，蓝牙SIG公布了蓝牙1.2版本标准。实现设备识别高速化的根底上，削减了与无线局域网(WLAN)的无线电波干扰。2023年11月，蓝牙2.0标准(2.0+EDR)正式推出。使蓝牙的应用扩展到多媒体设备中，新标准具有更高的数据传输速率和带宽〔2-10Mbps〕，且在大量数据传输时功耗降低为原标准的一半。各版本的蓝牙技术标准可从蓝牙国际组织的官方网站(://)免费下载。蓝牙的技术特点蓝牙工作在全球开放的2.4 GHzISM频段。频率范围为2.4～2.4835 GHz。使用跳频频谱扩展和时分多址技术，把频带分成假设干个跳频信道，在一次连接中，无线电收发器按确定的码序列不断地从一个信道“跳”到另一个信道。79个信道，1600跳/s。一台蓝牙设备可同时与其他7台蓝牙设备建立连接。数据传输速率可达1Mb/s。FECARQ低功耗、通信安全性好。四种工作模式：激活(Active)模式、呼吸(Sniff)模式、保持(Hold)模式和休眠(Park)模式。在链路层中，蓝牙系统使用认证、加密和密钥治理等功能进展安全把握。在应用层中，用户可以使用个人标识码〔PIN〕来进展单双向认证。在有效范围内可越过障碍物进展连接，没有特殊的通信视角和方向要求。组网简洁便利。承受“即插即用”的概念，嵌入蓝牙技术的设备一旦搜寻到另一蓝牙设备，立刻就可以建立连接，传输数据。蓝牙技术具有电路交换和分组交换两种数据传输类型，能够同时支持语音业务和数据业务的传输。蓝牙标准蓝牙标准目前已进展到4.0版本，各版本的标准都是分为核心系统(Core)和应用模型(Profile)两局部。其中核心局部包括射频(RF)、链路把握(LC)、链路治理(LMP)、规律链路把握与适应(L2CAP)四个最底层协议以及通用的业务搜寻协议(SDP)和通用接入模型(GAP)。而应用模型则是依据具体产品的不同需要而提出的各种协议组合，如串口(SerialPortProfile)、(FAX)、拨号网络(Dial-upNetworking)等。WLAN是一种借助无线技术取代以往有线信道方式构成计算机局域网的手段，以解决有线方式不易实现的计算机的可移动性，使其应用更加不受空间限制。技术标准包括IEEE802.11系列和欧洲的HiperLAN系列。IEEE802.11系列IEEE的802.11标准由很多子集构成，它具体定义了WLAN中从物理层到MAC层〔媒体访问把握〕的通信协议。HiperLAN系列欧洲电信标准化协会(ETSI)推出HiperLAN1和HiperLAN2的接入泛欧标准。在2023年，HIPERLAN2标准制定完成，标准承受预留TDMA多址方式，动态TDD双工方式，OFDM调制，最高数据速率能到达54Mbit/s，标准具体定义了WLAN的检测功能和转换信令，用以支持很多无线网络，支持动态频率选择、无线信元转换、链路自适应、多束天线和功率把握等，并且强调与3G整合。2.2WLAN〔无线局域网〕技术IEEE 802.11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IEEE 802.11b〔WiFi〕、IEEE 802.11a和IEEE 802.11g。Wi-Fi最具潜力的应用主要是在SOHO、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。凭借这些优点，Wi-Fi已成为目前最为流行的笔记本电脑无线上网技术。IEEE在2023年9月11日批准了802.11n高速无线局域网标准。IEEE802.11n使用2.4GHz频段和5GHz频段，传输速度300Mbps，最高可达600Mbps，可向下兼容802.11b、802.11g。

WLAN802.11系列标准标准IEEE802.11IEEE802.11bIEEE802.11aIEEE802.11g使用频帶2.4GHz2.4GHz5GHz2.4GHz传输速率2Mbps11Mbps54Mbps54Mbps扩频技术DSSS/FHSSDSSSFHSSFHSS调制技术BPSK/QPSKBPSK/QPSKOFDMOFDM传输距离100M100M50M100M标准制定時间1997199920012003在MAC(媒体接入把握)层，802.11、802.11b、802.11a、802.11g这四种标准均承受的是CSMA/CA〔载波侦听多点接入/冲突避开〕2.3IrDA(红外数据协会)技术红外线数据协会(InfraredDataAssociation，IrDA)成立于1993年，是致力于建立红外线无线连接的非营利组织。起初，承受IrDA标准的无线设备仅能在1 m范围内以115.2 kb/s的速率传输数据，很快进展到4 Mb/s的速率〔4PPM〕，后来，速率又到达16 Mb/s。IrDA技术是一种利用红外线进展点对点通信的技术。目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备(如PDA、手机)上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA及很多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA技术。IrDA的主要优点是无须申请频率的使用权，因而红外通信本钱低廉。它还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接便利、简洁易用的特点；由于数据传输率较高，因而适于传输大容量的文件和多媒体数据。此外，红外线放射角度较小，传输安全性高。IrDA的缺乏在于它是一种视距传输，2个相互通信的设备之间必需对准，中间不能被其他物体阻隔，因而该技术只能用于2台(非多台)设备之间的连接。IrDA目前的争论方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。2.4UWB〔超宽带〕技术超宽带(Ultra-Wideband)的定义:UWB信号的带宽应大于等于500MHz，或其相对带宽大于0.2。UWB无线通信的实际使用频谱范围为，其有效各向同性辐射功率(EIRP)不超过-41.3dBm/MHz。

超宽带的特点:共享宽带频谱资源.系统容量大，传输速率高.低功耗、低截获概率，低本钱.良好的多径区分率，定位精度高UWB的两个突破在频谱划分方面，开创“共存”局面在传输速度方面，真正走向了高速超宽带的应用:高速无线通信雷达探测成像定位跟踪

超宽带的技术进展动态:脉冲〔IR〕UWB--，…载波UWBDS-CDMA--，…MB-OFDM--，…高速UWB最终标准至今仍未确定，但形成了WiMedia联盟。低速UWB的标准最终承受了IRUWB技术，用于短距离无线工业自动把握网。的另外一个可选技术为工作在2.4GHz的CSS技术。IEEE802.15WorkingGroupforWPAN2.5Zigbee〔紫蜂〕技术ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和进展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag外形的舞蹈来共享新觉察的食物源的位置、距离和方向等信息。ZigBee技术是一种近距离、低简洁度、低功耗、低数据速率、低本钱的双向无线通信技术，主要适合于自动把握和远程把握领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。ZigBee联盟成立于2023年9月,拥有150个成员，包括飞思卡尔、菲利普、三菱、三星、IBM及华为等。宗旨是在一个开放式全球标准的根底上使稳定的、低本钱的、低功耗的、无线联网的监控和把握产品成为可能……Zigbee自身的技术优势：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6～24个月,甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较,蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。低本钱。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信把握器的要求,按猜测分析,以8051的8位微把握器测算,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。低速率。Zigbee工作在20～250kbps的较低速率,分别供给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10～100m之间,在增加RF放射功率后,亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。假设通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。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3～10s、WiFi需要3s。高容量。Zigbee可承受星状、片状和网状网络构造,由一个主节点治理假设干子节点,最多一个主节点可治理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点治理,最多可组成65000个节点的大网。高安全。Zigbee供给了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入把握清单(ACL)防止非法猎取数据以及承受高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵敏确定其安全属性。免执照频段。承受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)真正的ZigBee，由ZigBeeAlliance所主导的标准，定义了网络层〔NetworkLayer〕、安全层〔SecurityLayer〕、应用层〔ApplicationLayer〕、以及各种应用产品的资料〔Profile〕；而由IEEE所制订的标准，则是定义了物理层〔PHYLayer〕及媒体存取层〔MACLayer〕。物理层〔PHY〕承受直接序列展频〔DSSS，〕技术，在媒体存取把握〔MAC〕层方面，主要是沿用WLAN中802.11系列标准的CSMA/CA方式。低速无线设备·

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自动化·控制玩具和玩耍家庭自动化PC机的外围设备ZigBee适应的应用场合2.6Adhoc〔自组织网络〕技术蜂窝移动通信网络和无线局域、移动IP协议都属于现有网络根底设施范畴，它们需要类似基站、访问效劳点或外地代理这样的中心把握设备。但是，在很多特殊环境(如动态环境下)和应急状况下，没有可用的网络根底设施如何通信？这就要求能够动态的、可以快速部署的、不依靠或者很少依靠现有的有线网络，也就是无线自组织网络，也称Adhoc网络。无线自组织网络(AdhocNetwork)是由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成的一个多跳临时性无中心网络，可以在任何时刻、任何地点快速构建起一个移动通信网络，并且不需要现有信息根底网络设施的支持，网络中的每个终端可以自由移动，地位相等，而且具有分组转发力气。也称为多跳无线网(Multi-hopWirelessNetwork)。Adhoc网络的前身是分组无线网PRNET(PacketRadioNetwork)。早在1972年，美国国防部高级争论规划署(DARPA)就启动了分组无线网工程PRNET，争论在战场环境下利用分组无线网进展数据通信。在此之后，DARPA又在1983年和1994年进展了抗毁可适应网络SURAN(SurvivableAdaptiveNetwork)和全球移动信息系统GloMo(GlobalInformationSystem)工程的争论。争论如何将PRNET的争论成果加以扩展，以支持更大规模的网络。由于无线通信和终端技术的不断进展，AdHoc网络在民用环境下也得到了进展，如需要在没有有线根底设施的地区进展临时通信时，可以很便利地通过搭建AdHoc网络实现。紧急和突发场合、偏远野外地区、临时场合、个人通信AdHoc网络的特点网络的独立性AdHoc网络相对常规通信网络而言，最大的区分就是可以在任何时刻、任何地点不需要硬件根底网络设施的支持，快速构建起一个移动通信网络。它的建立不依靠于现有的网络通信设施，具有确定的独立性。AdHoc网络的这种特点很适合灾难救助、偏远地区通信等应用。动态变化的网络拓扑构造在AdHoc网络中，移动主机可以在网中任凭移动。主机的移动会导致主机之间的链路增加或消逝，主机之间的关系不断发生变化。在自组网中，主机可能同时还是路由器，因此，移动会使网络拓扑构造不断发生变化，而且变化的方式和速度都是不行猜测的。对于常规网络而言，网络拓扑构造则相对较为稳定。有限的无线通信带宽在AdHoc网络中没有有线根底设施的支持，因此，主机之间的通信均通过无线传输来完成。由于无线信道本身的物理特性，它供给的网络带宽相对有线信道要低得多。除此以外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰等多种因素，移动终端可得到的实际带宽远远小于理论中的最大带宽值。有限的主机能源在AdHoc网络中，主机均是一些移动设备，如PDA、便携计算机或掌上电脑。由于主机可能处在不停的移动状态下，主机的能源主要由电池供给，因此AdHoc网络有能源有限的特点。网络的分布式特性在AdHoc网络中没有中心把握节点，主机通过分布式协议互联。一旦网络的某个或某些节点发生故障，其余的节点照旧能够正常工作。生存周期短AdHoc网络主要用于临时的通信需求，相对与有线网络，它的生存时间一般比较短。有限的物理安全移动网络通常比固定网络更简洁受到物理安全攻击，易于患病窃听、哄骗和拒绝效劳等攻击。现有的链路安全技术有些已应用于无线网络中来减小安全攻击。不过AdHoc网络的分布式特性相对于集中式的网络具有确定的抗毁性。对于Adhoc网络来说，信道接入的把握必需是分布式的。每个移动节点必需知道自己的四周环境中发生了什么，而且需要和其他节点合作，实现网络业务传输。由于Adhoc网中的节点常常是移动的，所以MAC协议的简洁性较高。由于这种分布式的特性，移动Adhoc网的信道接入需要在竞争节点之间协调。因此，需要承受某些分布式协商机制来得到高效率的MAC协议。其中，协商中需要的时间和带宽等信道资源是影响网络性能的重要因素。无线传感器网络〔WSN〕随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络，借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大局部节点都是静止的。由于它们通常运行在人无法接近的恶劣的甚至危急的远程环境中，能源无法替代，设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。物联网2.7RFID〔射频识别〕技术RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并猎取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷便利。RFID射频标签是承印物与电子技术的一个典型组合应用。其在承印物上就包含了存有产品信息的IC芯片与天线组成的射频电路，通过天线接收来自专用阅读器所放射的射频信号，并应答出标签芯片中所包含的数据信息，它打破了传统条形码识别的局限性，由于RFID有移动数据库