第1章短距离无线通信技术概论20103.ppt

1、第 1 章短距离无线通信技术概况,1.1 短距离无线通信技术 1.2 各种短距离无线通信技术的发展状况 1.3 各种短距离无线通信技术的特点比较,无线技术就是在没有物理连接的情况下多个设备能够互相通信的技术。无线通信采用无线电传送数据，而有线通信采用的是线缆。其应用范围很广，从复杂的系统（无线局域网和蜂窝电话）到简单的设备（如无线耳机、麦克风）都是无线通信技术的应用。红外设备如远程控制用的无线键盘和鼠标、无线高保真耳机也属于无线通信设备，但这些设备要求发送端在直线可见的范围内。 无线通信的目标是给用户提供在移动中随处可以访问信息的功能。,首先回顾一下主要的无线技术：无线网络、无线设备、无线标准

2、和无线安全。 无线网络是无线设备之间以及无线设备与有线网络之间的一种网络结构。无线网络的发展可谓日新月异，新的标准和技术不断涌现。总的来说，由于覆盖范围、传输速度和用途的不同，可分为无线广域网WWAN、无线城域网WMAN 、无线局域网WLAN和无线个人网WPAN。 a.无线广域网WWAN Wireless Wide Area Network 主要通过移动通信卫星进行的数据通信网络，其覆盖范围最大。代表技术有3G，以及未来的4G等，数据传输速率在2Mbit/s以上。由于3GPP和3GPP2的标准化工作日趋成熟，一些国际标准化组织如（ITU）将目光瞄准了能提供更高无线传输速率和灵活统一的全IP网络

3、平台的下一代移动通信系统 ，一般称为后3G、增强型IMT-2000（Enhanced IMT-2000）、后IMT-2000（System Beyond IMT-2000 ）或4G。,b.无线城域网WMAN Wireless Metropolitan Area Network 主要是通过移动电话和车载装置进行的移动数据通信，可覆盖城市中的大部分地区。主要研究移动宽带无线接入（MBWA Mobile Broad Band Wireless Access ）的IEEE802.20，该标准更加强调移动性，它是由IEEE802.16的宽带无线接入发展而来的。（BBWA Broad Band Wirel

4、ess Access）,c.无线局域网WLAN Wireless Local Area Network 一般用于区域间的无线通信，其覆盖范围较小，代表技术是802.11系列。数据传输速率11-56Mbit/s之间，甚至更高。 d.无线个人网WPAN Wireless Personal Area Network 无线传输距离一般在10m左右，典型的技术是IEEE802.15数据传输速率在10Mbit/s以上。,无线设备和无线标准,无线设备是指应用于无线环境中的无线移动设备，主要是指笔记本电脑，手持电话PDA等。 目前，无线网络正处于快速发展的过程中，存在很多不同的技术标准。标准化的作用在于能够使

5、各种不同厂家生产的设备兼容，对于WWAN来说。有AMPS、FDMA、TDMACDMAGSM、GPRS和WAP等标准，所有标准都在不同层次上提供了一定的安全保护。在WLAN中，802.11是目前广泛应用的标准。,随着电子技术的发展和各种便携式个人通信设备及家用电器等消费类电子产品的增加，人们对于各种消费类电子产品之间及其对其他设备之间的信息交互有了强烈的需求，对于使用便携式设备并需要经常流动工作的人们whoever，希望通过一个小型的、短距离的无线网络为移动的商户提供各种服务，实现在任何时候whenever、任何地点wherever、与任何人whomever进行任何形式whatever的通信并获

6、取信息的个人通信要求，从而促使以蓝牙、802.11b也称（Wi-Fi）为代表的短距离无线通信技术应运而生。,这些短距离无线通信技术主要应用于办公室、校园图书馆、机场、商场、家庭等室内场所，在提高人们生活和工作质量的同时，也对现有的蜂窝移动通信技术和卫星移动通信技术等长距离无线通信技术提供了有益的补充。 因此，实现低价位、低功耗、可替代电缆的无线数据和语音链路的短距离无线通信技术正在成为被关注的焦点。,1.1短距离无线通信技术 作为有线通信的补充和发展，无线通信系统自20世纪，特别是21世纪初以来得到了迅猛的发展。其中蜂窝移动通信从模拟无线通信到数字无线通信，从早期的大区制蜂窝系统，支持很少的用

7、户，很低的数据速率，但是有较远的传输距离，到目前的宏蜂窝、微蜂窝，通信半径越来越小，支持用户越来越多，数据传输速率越来越高；从2G、2.5G到目前在国内应用的3G和未来的4G，毫无疑问，蜂窝移动通信技术的产生、发展及应用是通信领域最伟大的成就之一。,近年来，在计算机等相关技术的快速进步，高性能、高集成度的CMOS和GaAs（砷化镓）半导体技术和超大规模集成电路技术的发展及低功耗、低成本消费类电子产品对数据通信的强烈需求的推动下，使得短距离无线通信技术得到了快速提高，无线局域网(WLAN)、蓝牙技术、ZigBee技术及移动自组织网络技术、无线网格网络(WMN)技术取得了巨大进展，各种无线网络技术

8、的相互融合也进入了研究者的视野，未来包括蜂窝移动通信网络、卫星网络、公共交换网络(PSTN)、WLAN/WPAN（蓝牙技术及ZigBee技术），均将融合集成到因特网的骨干网中。,所谓无线网络，是指无需布线即可实现计算机或其他电子设备互联的网络，无线网络的适用范围很广，凡是通过传统布线无法解决的环境或是行业，都是无线通信大显身手的地方。,无线通信网络的发展： 六十年前的二战期间，美军陆军采用无线电信号做资料的传输，他们研发出了一套无线电传输科技，并且采用了相当高强度的加密技术。当初美军和盟军都采用了这项技术，而正是这项技术让许多学者获得了无线网络通信的灵感。 1971年，夏威夷大学的研究员创造了

9、第一个基于封包式技术的无线电通信网络，被称为ALOHNET，应当算是最早的无线局域网络。这个作为“NO.1”的WLAN容纳了7台计算机，采用双向星型拓扑结构，横跨4座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛上。从这时开始，无线网络可说是正式诞生了。,在无线网络的发展过程中，有几个事件是我们不能忘记的 ： 1985年，美国联邦通信委员会FCC（federal communications commission） 开放了三个频段： 902MHz928MHz， 2.40GHz2.4835GHz， 5.725GHz 5.875GHz，允许输出功率小于1W的扩频电台免许可使用，极大地促进了无线LAN的发展。

10、 1990年10月，IEEE委员会着手制定无线局域网标准，1997年6月，IEEE正式通过了IEEE802.11标准。 1999年9月，IEEE小组相继推出IEEE802.11b和IEEE802.11a两个新标准，最高传输速率为11Mb/s和54Mb/s，以朗讯公司为主，联合其他几家无线技术领导者，成立了Wi-Fi联盟。,2002年七月，联想、网通、英特尔就无线局域网应用达成三方合作，联想新推出的笔记本通过英特尔的无线网卡，就可以实现在北京、上海、广州、深圳四地的网通无线局域网覆盖的酒店和会展中心无线上网和自动漫游。就在这一年的消费电子展览会上，比尔盖茨毫不掩饰内心的激动和热望说：未来十年将是

11、无线的天下。 2003年6月，IEEE正式通过了与IEEE802.b兼容的IEEE802.11g标准。 2004年，全球无线局域网市场总销售额达到22亿美元，全球无线联网用户达到3000万。中国WLAN用户达到11.9万。同年6月，IEEE委员会批准了IEEE802.16标准，该标准可以应用于2GHz11GHz非视距传输（NLOS）和10GHz66GHz视距（LOS）传输。,2005年，IEEE802.16（无线城域网标准）得到了进一步的推广和发展，在IEEE802.16d固定无线接入标准研制的基础上，IEEE802.16e目前正在加入新的特性，如切换、安全等。 随着无线设备价格的不断下降，无

12、线传输速率的不断提高， 无线网络的魅力将会吸引越来越多用户的恶眼光，有理由相信，在可预知的几年内，无线网络将不仅仅被应用于小型网络的接入，它将越来越多地被应用于局域网的无线扩展和无线漫游，从而真正成为有线网络的有力补充，就像移动电话作为 固定电话的重要补充一样。 随着无线技术的不断发展和应用市场的不断扩大，不久的将来，我们的大部分电子产品都将是无线并可随时在线的，一个无线社会很快就将成为现实。21世纪，无线技术将继续展示其巨大的力量，并将深刻改变人们的生活方式。,典型的短距离无线通信系统由一个无线发射器（包括数据源，调制器，RF源，RF功率放大器、天线、电源组成）和一个无线接收器（包括数据接收

13、电路，RF解调器，译码器，RF低噪声放大器、天线，电源）组成。,什么是短距离无线通信网络？到目前为止学术界和工程界对此并没有一个严格的定义。一般来讲，短距离无线通信的主要特点为通信距离短，覆盖距离一般在几厘米几百米；另外，无线发射器的发射功率较低，发射功率一般小于100微瓦，工作频率多为免付费、免申请的全球通用的工业、科学、医学(Industrial，Scientific and Medical，ISM)频段。使用全向天线和电路板天线，很多由电池供电的无线发射器和无线接收器。高频操作，主要在房间内使用。,低成本、低功耗和对等通信，是短距离无线通信技术的三个重要特征和优势。 低功耗是相对其他无线

14、通信技术而言的一个特点，这与其通信距离短这个先天特点密切相关。由于传播距离近，遇到障碍物的几率也小，因而发射功率普遍都很低，通常在毫瓦量级。,对等通信是短距离无线通信的重要特征，有别于基于网络基础设施的无线通信技术。终端之间对等通信，无须网络设备进行中转，因此空中接口设计和高层协议都相对比较简单，无线资源的管理通常采用竞争的方式(如载波侦听CSMA)。,空中接口：一个通用术语，用来描述增加无线系统信号容量的技术，例如包括 、和,一般来讲，短距离无线通信技术从数据速率可分为高速短距离无线通信和低速短距离无线通信两类。 高速短距离无线通信的最高数据速率高于100Mb/s，通信距离小于10m，典型技

15、术有高速UWB（Ultra Wideband）高速短距离无线通信技术，目前主要应用于连接下一代便携式消费电器和通信设备。它支持各种高速率的多媒体应用、高质量声像配送、多兆字节音乐和图像文档传送等。,低速短距离无线通信的最低数据速率低于1Mb/s，通信距离小于100m，典型技术有无线局域网、ZIGBEE、低速UWB、蓝牙。 低速短距离无线通信技术，主要用于家庭、工厂与仓库的自动化控制、安全监视、医疗监视、环境监视、军事行动、消防队员操作指挥、货单自动更新、库存实时跟踪以及游戏和互动式玩具等方面的低速应用。,随着无线通信技术的发展，网络化，标准化要求逐渐出现在人们面前，因此各种无线网络技术标准纷纷

16、被制定出来，下面我们来看看目前几种比较热门的无线网络技术标准。 5种短程无线连接技术正在成为业界谈论的标准，它们 分别是蓝牙Bluetooth,无线局域网wifi,超宽带Ultra wide band近距离无线通信 NFC, Zigbee。,1.2 各种短距离无线通信技术的发展状况 1.2.1 蓝牙技术,蓝牙是一种开放的技术规范，它在世界上的任何地方实现短距离的无线语音和数据通信。1994年，爱立信公司开始研究其移动电话及其附件之间实现低功耗，低成本的无线接口。 研究的目的之一是要找到一种新的连接方式，能够去除连接移动电话、笔记本电脑及其它设备之间繁杂的线缆，但更主要的目的则是分析有多少种不同

17、的通信设备可以通过移动电话接入到蜂窝网中。 爱立信公司得出的结论是蜂窝网的最后一段应该是短距离的无线连接，爱立信将这项新的无线通信技术命名为蓝牙Bluetooh，随着项目的进展，蓝牙技术的应用前景也变得明朗起来。爱立信意识到要使得这项技术最终获得成功，必须得到业界其它公司的支持与应用。,1998年5月，Ericsson、Nokia、Intel、Toshiba和IBM共同组建特别兴趣小组SIG（也称蓝牙特殊利益集团）。负责蓝牙标准的制订、产品测试、并协调各国蓝牙蓝牙的具体使用。在此之后，3Com、Lucent、Microsoft和Motorola等公司也相继加盟蓝牙计划。目前，SIG仍然包括几千

18、家致力于促进蓝牙技术的合作公司。它们的共同目标是开发一种全球通用的小范围无线通信技术，将此技术命名为“蓝牙”，来表达要将这种全新的无线传输技术在全球推广，在全球建立一种开放性的统一标准，并实现全球通用的雄心。 Bluetooth SIG在全球设立的办事处的包括：美国西雅图（全球总部）；美国堪萨斯市（美国总部）；瑞典马尔默市（欧洲、中东和非洲地区（EMEA）总部）；中国香港特别行政区（亚太区总部）。,Bluetooth SIG的发起公司是爱立信、IBM、英特尔、微软、摩托罗拉、诺基亚和东芝。2006年10月13日，Bluetooth SIG（蓝牙技术联盟）宣布联想公司取代IBM在该组织中的创始成

19、员位置，并立即生效。通过成为创始成员，联想将与其他业界领导厂商杰尔系统公司、爱立信公司、英特尔公司、微软公司、摩托罗拉公司、诺基亚公司和东芝公司一样拥有蓝牙技术联盟董事会中的一席，并积极推动蓝牙标准的发展。除了创始成员以外，Bluetooth SIG还包括200多家联盟成员公司以及约6000家应用成员企业。,“蓝牙”这个名字的来历颇具传奇色彩。公元10世纪的北欧正值动荡年代，各国之间战争频繁，丹麦国王哈拉德二世（Harald Blaatand ）挺身而出，到处疾呼和平。经过他的不懈努力，战争终于停止，各方领袖坐到了谈判桌前，至此，四分五裂的挪威和丹麦得以统一。并且由于将基督教信仰带到由丹麦和挪

20、威组成的斯堪的纳维亚，他因此出名。用他的名字来命名一项新的技术标准，其目的是不言而喻的，那就是希望统一，就像Blaatand国王统一丹麦和挪威一样,统一移动世界。,蓝牙特别兴趣小组（SIG）的标志,标识可以使用蓝牙设备的蓝色标志来源于他最初的神秘。它组合了北欧日尔曼民族的象征H和B,Bluetooth SIG (Bluetooth Special Interest Group蓝牙技术联盟)是一家贸易协会，由电信、计算机、汽车制造、工业自动化和网络行业的领先厂商组成。该小组致力于推动蓝牙无线技术的发展，为短距离连接移动设备制定低成本的无线规范，并将其推向市场。,关于这位国王的名字有两种说法：一种

21、说法是他的全名是Harald Blaatand，Blaatand在英语中意思为“蓝牙”（Bluetooth），与维京人（8到10世纪的北欧海盗）不同， Harald 国王有深色头发（蓝牙这个名字意味着深色的肤色）； 还有一种说法是这位英雄的丹麦国王酷爱吃蓝梅，以致于牙齿都被染成了蓝色，因此“蓝牙”（Bluetooth）成了他的绰号。,蓝牙技术是针对早前近距离的便携式器件之间的红外线链路(Infrared Link，简称IrDA)而提出的，应用红外线收发器连接虽然能免去电线或电缆的连接，但是使用起来有许多不便，不仅距离只限于12，而且必须在视线上直接对准（LOS：line of sight），中

22、间不能有任何阻挡，同时只限于在两个设备之间进行连接，不能同时连接更多的设备。,蓝牙不是用于远距离通信的技术，它是低成本、短距离的无线个人网络传输(Wireless PersonalAreaNetwork，WPAN)应用，该技术推动和扩大了无线通信的应用范围，使网络中的各种数据和语音设备能互连互通，从而实现个人区域内的快速灵活的数据和语音通信。 其主要目标是提供一个全世界通行的无线传输环境，通过无线电波来实现所有移动设备之间的信息传输服务。 这些移动设备包括手机、笔记本电脑、PDA、数字相机、打印机，键盘，鼠标，耳机等等。如在台式机基本没有现成的蓝牙通信端口，如果要实现手机等具备蓝牙功能的设备与

23、台式机实现无线蓝牙通信，需在台式机上配备蓝牙适配器使其具有蓝牙通信功能，实现蓝牙通信。,蓝牙收/发信机采用跳频扩谱(FrequencyHoppingSpread Spectrum，FHSS)技术。根据蓝牙规范1.0b（蓝牙SIG与1999年12月1日发布）规定，在2.42.4835GHz之间ISM频带上以1600跳/s的速率进行跳频，可以得到79个1MHz带宽的信道。跳频技术的采用使得蓝牙的无线链路自身具备了更高的安全性和抗干扰能力。除采用跳频扩谱的低功率传输外，蓝牙还采用鉴权和加密等措施来提高通信的安全性。 802.11采用最少每秒2.5次频跳，蓝牙每秒改变频率1600次，即在每个频率停留的

24、时间只有625微秒，高的跳动次数使得系统抗干扰能力增强，但同时数据速率受到限制。,在发射带宽为1MHz时，蓝牙的有效数据速率为721kb/s，并采用低功率时分复用方式发射，适合10cm10m范围内的通信，若是增加功率或是加上某些外设(如专用的放大器)，目前可达到100m的距离。根据蓝牙协议数据包在某个载频上的某个时隙内传递，不同类型的数据(包括链路管理和控制消息)占用不同信道，并通过查询(Inquiry)和寻呼(Paging)过程来同步跳频频率和不同蓝牙设备的时钟。,蓝牙宽带协议结合电路开关和分组交换机，适用于语音和数据传输，每个声道支持64kb/s同步(语音)链接，而异步信道支持任一方向上高

25、到721kb/s和回程方向57.6kb/s的非对称链接。因此，它可以足够快地应付蜂窝系统上非常大的数据传输率。,蓝牙支持点到点和点到多点的连接，可采用无线方式将若干蓝牙设备连成一个微微网（Piconet），多个微微网又可互联成特殊分散网（Scatternet），形成灵活的多重微微网的拓扑结构，从而实现各类设备之间的快速通信。,蓝牙组网时最多可以有256个蓝牙单元设备连接形成微微网：一台蓝牙设备（主节点）可同时与其他7台蓝牙设备（从节点）处于工作状态，其它处于空闲模式。多个微微网可以组成发散网。 换句话说，一个蓝牙设备最多可以同时连接另外7个蓝牙设备，周围最多可有255个待机的蓝牙设备（处于st

26、andby状态）。,所有蓝牙设备都有可能担当主机或从机的角色。与WLAN中的接入点类似，微微网中的所有通信都要通过主机。主机同时还要负责为它的从机选择跳动序列。 由于可以选择不同的跳动序列，多个微微网可在同一区域工作（相互之间没有干扰），实际上，同一台蓝牙设备可以是一个匹克网的主机，同时又是另一个微微网的从机。这个特征增强了蓝牙网络的扩展性和可测量性。,蓝牙系统以Ad Hoc的方式工作，每个蓝牙设备都可以在网络中实现路由选择的功能，可以形成移动自组织网络，蓝牙特性在许多方面正好符合Ad Hoc和WPAN的概念，显示出了其真正的潜力所在。,蓝牙技术的应用主要有以下几类： (1) 语音/数据接入，

27、指将一台计算机通过安全的无线链路连接到通信设备上，完成与广域网的连接。如使便携式计算机通过移动电话接入Internet或PSTN或公众移动网络。 (2) 外围设备互联，指将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上。如各种数码产品的信息向计算机的传输。 (3) 个人局域网(PAN)，主要用于个人网络与信息的共享与交换。如交互式会议，在会议中，蓝牙技术可以迅速地使自己的信息通过便携式计算机、手机、PDA等供其它与会者共享。,（4）三合一电话：在办公室是内部电话不计费，在家里是无绳电话，计固定电话费；出门在外，是一部移动电话，按移动电话的话费计费。 （5）各种家用设备的遥控和组成家电网络。,蓝牙 Dongl

28、e,蓝牙技术出众的特点和优点如下： (1) 蓝牙工作在全球开放的2.4GHz ISM频段，工作频段无需申请许可。 (2) 使用跳频频谱扩展技术，把频带分成若干个跳频信道(Hop Channel)，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列（伪随机序列）不断地从一个信道“跳”到另一个信道。快速跳频1600跳/s抗干扰强。与工作在其它相同频段的其它系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，因此具有较高的安全性。 (3)采用灵活的无基站组网方式，支持点对点和一点对多点的连接。 一台蓝牙设备（主节点）可同时与其他7台蓝牙设备（从节点）处于工作状态，即建立连接。采用“即插即用”的概念，嵌入蓝牙技术的设备一旦搜索

29、到另一蓝牙设备，马上就可以建立连接，传输数据。,(4)能同时传送语音和数据。采用CVSD语音编码，可在高误码率环境下使用。 (5) 低成本，低功耗，和低辐射。严格的空中接口使功耗最低、通信安全性好。发射功率自适应，低干扰。 (6)安全性。 (7) 多用途。,由于数据速率低和覆盖范围小，蓝牙并不能替代WLAN。第二代蓝牙规范工作中采用更高的数据速率（可能是20Mbps）和更广的范围（可能是100米）。 我们需要知道蓝牙的两个显著特征： 第一，它为传输语音和数据设计，这使得它很容易和蜂窝电话集成。 第二，它促成了微微网的出现。 对802.11来说，蓝牙的出现不是为了竞争而是相互补充。蓝牙更具移动性

30、。,蓝牙3.0 2009年4月21日，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed(蓝牙核心规范3.0版 高速)，蓝牙3.0的核心是Generic Alternate MAC/PHY(AMP)，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。最初被期望用于新规范的技术包括802.11以及UMB，但是新规范中取消了UMB的应用。 作为新版规范，蓝牙3.0的传输速度自然会更高，而秘密就在802.11无线协议上。通过集成802.11 PAL(协议适应层

31、)，蓝牙3.0的数据传输率提高到了大约24Mbps(即可在需要的时候调用802.11 WI-FI用于实现高速数据传输)。，是蓝牙2.0的八倍，可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的资料传输。 功耗方面，通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消耗更多能量，但由于引入了增强电源控制(EPC)机制，再辅以802.11，实际空闲功耗会明显降低，蓝牙设备的待机耗电问题有望得到初步解决。事实上，蓝牙联盟也正在着手制定新规范的低功耗版本。 此外，新的规范还具备通用测试方法(GTM)和单向广播无连接数据(UCD)两项技术，并且包括了一组HCI指令以获取密钥长度。 据称，配备了蓝牙2.

32、1模块的PC理论上可以通过升级固件让蓝牙2.1设备也支持蓝牙3.0。联盟成员已经开始为设备制造商研发蓝牙3.0解决方案。 微软对下一代操作系统Windows 8的开发计划透漏，Windows 8将支持USB 3.0和蓝牙3.0。而对于我们日常应用蓝牙最多的手机领域，终于在2010年8月几乎不分先后的迎来了首对支持蓝牙3.0的手机：诺基亚N8和三星的i9000。,1.2.2 Wi-Fi技术（Wi-Fi标志是无线以太网兼容联盟的注册商标。） 是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准（IEEE802.11）。Wi-Fi（Wireless Fidelity，无线高保真）在一般性的术语当用，仅指符合I

33、EEE 802.11b标准的网络产品和无线局域网系统，现在这个术语扩展为包括所有802.11的产品和系统， Wi-Fi基于计算机网络和无线通信技术，是利用无线接入手段的新型局域网解决方案。,与蓝牙技术一样，Wi-Fi技术同属于短距离无线通信技术。虽然在数据安全性方面Wi-Fi技术比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100m左右，不用说家庭、办公室，就是小一点的整栋大楼也可使用。经过几十年的发展，IEEE802.11家族已经从最初的IEEE802.11发展到802.11a、802.11b、 IEEE802.11g 802.11i等。,对于计算机网络来说，标准是至关重要的，不

34、遵循一定的标准，不同的站点之间就不可能进行通信。在计算机网络结构中，逻辑链路控制（LLC）层及其之上的应用层对不同的物理层的要求可以是相同的，也可以是不同的，因此，WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层(MAC)，涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准，只有遵循共同的标准，各种不同厂商生产的产品之间才能互连互通，否则不能实现无线设备之间的通信。 IEEE802 委员会于1980年2月成立，其负责建立局域网的标准，在发布这些标准时，IEEE已经表明无线局域网和有线局域网的区别仅仅在于物理层和媒体接入层。 在无线局域网标准中，最著名的是IEEE802.11系列，由于

35、802.11对以太网标准802.3影响很大，从而得到广泛的支持。尤其在数据业务上。当人们提到802.11技术时，人们一般是指802.11整个标准族。不同的标准涉及到不同的方面，如带宽、调制技术、物理媒介和安全性。,1990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11WLAN标准工作组。IEEE802.11（别名：Wi-Fi(Wireless Fidelity)无线保真）是在1997年6月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准，该标准定义物理层和媒体访问控制(MAC)规范。该标准是无线网络技术发展的一个里程碑。 物理层定义了数据传输的信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线

36、传输方法，RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频，工作在2.40002.4835GHz频段。数据速率可达2Mbit/s。两个设备之间的通信可以自由直接（Ad Hoc）的方式进行，也可以在基站（Base Staion）或者访问点（AP：Access Point）的协调下进行此外，802.11还制定了一个有线等效保密机制WEP（Wired Equivalent Privacy），它工作在MAC层，提供访问控制和数据加密机制。,IEEE802.11,IEEE802.11b标准发布于1999年9月，也被称为Wi-Fi（Wireless Fidelity）主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要

37、技术标准，它的工作频率也是2.4GHz，与无绳电话、蓝牙等许多不需要频率使用许可证的无线设备共享同一频段，且采用DSSS&CCK（补充编码键控技术），使用动态速率漂移，当射频情况变差时，传输率可因环境变化在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s之间动态切换。室内传送距离为15.2445.72m室外可达304.8m。 IEEE802.11b标准是应用最为广泛的WLAN标准，且在速率为2Mb/s和1Mb/s时与802.11兼容。 802.11b产品普及率较高，在众多的标准中处于先导地位。其缺点是速度还是不够高，且所在的2.4GHz的ISM频段的带宽比较窄（仅有85MHz），同时还要受

38、到微波、蓝牙等多种干扰源的干扰。,IEEE802.11b,Wi-Fi联盟的出现,自从实行IEEE802.11b以来，无线网络取得了长足的进步，所以基于此技术的产品也逐渐多了起来，解决各厂商产品之间的兼容性就显得非常必要了。因为IEEE不负责测试IEEE802.11b无线产品的兼容性，所以这项工作就有厂商自发组成的非盈利组织Wi-Fi联盟来担。 1999年工业界成立了Wi-Fi联盟，主要工作就是测试那些基于IEEE 802.11（ IEEE 802.11b 、IEEE 802.11 a、IEEE 802.11 g）标准的无线设备，以确保Wi-Fi产品的互操作性。 Wi-Fi联盟主要致力于802.

39、11WLAN发展和实现的三个领域： 通过促进在无线联网产品中使用标准化的802.11技术，来鼓励在全球使用Wi-Fi系统； 促进和推广在家庭网络、小型办公网络和企业网络中应用Wi-Fi产品； 测试和保证Wi-Fi产品和系统的质量以保证协同工作性。,凡是通过Wi-Fi联盟兼容性测试的产品，都被准予打上Wi-Fi CERTIFIED标记。因此，我们在选IEEE802.11b无线产品时，最好选购有Wi-Fi标记的产品，以保证产品之间的兼容性。 Wi-Fi最初主要致力于802.11技术，但它也促进和测试802.11a和802.11包产品，因此，在一般性的术语当用 仅仅指符合IEEE 802.11b标准

40、的网络产品和 系统，现在这个术语扩展为包括所有802.11的产品和系统。 这个联盟包括了最主要的无线局域网设备生产商，如Intel、Broadcom，以及中国华硕、明基等。,IEEE802.11a标准使用5GHz-UNII频率，总带宽达到300MHz，远大于IEEE802.11b标准所在的ISM频段，且这个频段比较干净，干扰源较少。它使用OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分多路复用)调制技术，传输速率为654Mb/s，比IEEE802.11b标准采用的补码键控(Complementary Code Keying，CCK)调制

41、方案快。但是，因为IEEE802.11a标准采用的设备的制造成本比较高，且与目前市场早已广泛部署的IEEE802.11b标准设备不兼容，所以，虽然推出很久，但是却一直无法挑战IEEE802.11b标准的主流地位。OFDM技术的最大的优势是其无与伦比的多途径回声反射，因此特别适合于室内及移动环境。,UNII(unlicensed national information infrastructure ) 开放国家信息基础设施频段，开放频段,IEEE802.11a（1999）,速度更快的IEEE802.11g标准使用与IEEE802.11b标准相同的2.4GHz的ISM免特许频段，主要是为802.

42、11b提速的，它采用了两种调制方式：IEEE802.11a标准采用的OFDM和IEEE802.11b标准采用的CCK。通过采用这两种分别与IEEE802.11a标准和IEEE802.11b标准相同的调制方式，使IEEE802.11g标准不但达到了IEEE802.11a标准的54Mb/s的传输速率，同时也实现了与现在广泛采用的IEEE802.11b标准设备的兼容。使得802.11b产品可以平稳向高速率升级，满足日益增加的带宽的需求，IEEE标准委员会于2003年6月12日通过802.11g标准，IEEE802.11g标准将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。,IEEE802.11g

43、,802.11标准与OSI模型关系如图，802.11主要的标准范畴分为媒介层（MAC）和物理层（PHY），前者就是OSI的数据链路层中的媒体访问控制层，后者直接对应OSI的物理层。IEEE802.11a、 IEEE802.11b、 IEEE802.11g主要是PHY层不同，所以它们的区别直接表现在工作频段以及数据速率、最大传输距离这些指标上。 而工作在媒介层上的标准IEEE802.11e、 IEEE802.11f、 IEEE802.11i是被整个IEEE802.11族所共用的。,（5）IEEE802.11i（无线安全标准：安全和鉴权（authentification）方面的补充）,IEEE80

44、2.11i标准是结合IEEE802.1x中的用户端口身份验证和设备验证，对WLAN MAC层进行修改与整合,定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WLAN的安全性。IEEE802.11i新修订标准主要包括两项内容：Wi-Fi保护访问(Wi-Fi Protected Access：WPA)技术和强健安全网络(RSN)。Wi-Fi联盟计划采用802.11i标准作为WPA的第二个版本，并于2004年初开始实行。IEEE802.11i标准在WLAN网络建设中的是相当重要的，数据的安全 性是WLAN设备制造商和WLAN网络运营商应该首先考虑的头等工作。,（6）IEEE802.11e/f/h,IEEE80

45、2.11e基于WLAN的QOS （Quality of Service）协议，该协议支持Volp。也就是说，802.11e是通过无线数据网络实现语音通话功能的协议，该协议是无线数据网和传统移动通信网竞争的强有力武器， IEEE802.11f 接入点间的漫游协议，也就是基站的互联性（interoperability） 。 IEEE802.11h 802.11a的扩展。目的是兼容其它5GHz频段的标准，如欧盟使用的hyperlan/2.无线覆盖半径的调整。,自从1997年IEEE802.11标准实施以来，先后有802.11b、802.11a、802.11g、802.11e、802.11f、 802

46、.11h、802.11i、802.11j(日本使用，等同于802.11h)标准制定或者酝酿，但是WLAN依然面临带宽不足、漫游不方便、网管不强大、系统不安全和没有杀手级的应用等。 为了实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能水平，802.11n应运而生。,IEEE已经成立802.11n工作小组，以制定一项新的高速无线局域网标准802.11n。802.11n工作小组是由高吞吐量研究小组发展而来的，由802.11g工作小组主席Matthew B. Shoemaker担任主席一职。该工作小组计划在2003年9月召开首次会议。 802.11n计划将WLAN的传输速率从802.11

47、a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可达320Mbps，成为802.11b、802.11a、802.11g之后的另一场重头戏。 和以往地802.11标准不同，802.11n协议为双频工作模式(包含2.4GHz和5GHz两个工作频段)。这样802.11n保障了与以往的802.11a ，b， g标准兼容。,（7）802.11n,一些4G及3.5G的关键技术，如OFDM技术、MIMO技术、智能天线，和软件无线电等，开始应用到无线局域网中，提升WLAN的性能。如802.11a和802.11g采用OFDM调制技术，提高了传输速率，增加了网络吞吐量。802.11n计划采用MI

48、MO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。另外，天线技术及传输技术，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里(并且能够保障100Mbps的传输速率)。 IEEE802.11n标准全面改进了802.11标准，不仅涉及物理层标准，同时也采用新的高性能无线传输技术提升MAC层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量性能。,802.11X各版本的比较,IEEE802.11WLAN标准 标准频谱最大物理速率第三层数据速率 传输方式 与其它标准兼容 主要缺点 主要优点 802.11 2.4GHz 2Mbps 1.2Mbps FHSS/DSSS 无 速率 有限 信号 覆盖范围较广 802.11a 5

49、.0GHz54Mbps32Mbps OFDM 无 在所有802.11标准中信号覆盖范围最小 在低密集度的频谱内速率较高 802.11b2.4GHz11Mbps6-7Mbps DSSS 802.11 对许多新兴的应用来说速率太低 广泛使用，信号覆盖范围较广 802.11g2.4GHz54Mbps32Mbps OFDM 802.11/ 802.11b同一地区内WLANs的数量有限速率较高,除上面的IEEE标准，另外还有一个被称IEEE802.11b+技术，通过PBCC技术在IEEE802.11b基础上提供22Mb/s的数据传输速率。但这事实上并不是一个IEEE的公开标准，而是一项产权私有的技术（属

50、于美国德州仪器Texas Instruments）。 也有一些被称为802.11g+的技术，它在IEEE802.11g的基础上提供108Mb/s的传输速率，他同样也是非标准技术，由无线网络芯片生产商Atheros所提倡，也成为SuperG。,Wi-Fi技术的优势在于： 其一，无线电波的覆盖范围广，基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有15m，而Wi-Fi的半径则可达100m左右。最近，Vivato公司推出了一款新型交换机，据悉，该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络接近100m的通信距离扩大到约6500m。 其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，

51、传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到11Mb/s，符合个人和社会信息化的需求。,其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将Internet接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入Internet。也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。,Wi-Fi是由AP(Access Point)和无线网卡组成的无线网络。AP一般称为网络桥接器或接入点，它是当作传统的有线局域网

52、络与无线局域网络之间的桥梁，因此任何一台装有无线网卡的PC均可透过AP去分享有线局域网络甚至广域网络的资源，其工作原理相当于一个内置无线发射器的Hub或者是路由；而无线网卡则是负责接收由AP所发射信号的CLIENT端设备。Wi-Fi与有线相比有许多优点，具体如下：,(1) 无须布线。Wi-Fi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔的市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。,(2) 健康安全。IEEE802.11规定的发射功率不可超过100mW，实际发射功率约为

53、6070mW，这是一个什么样的概念呢？手机的发射功率约为200mW1W之间，手持式对讲机的发射功率高达5W，而且无线网络使用方式并非像手机一样直接接触人体，应该是绝对安全的。,(3) 简单的组建方法。一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程序远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网，也可不用AP，只需为每台电脑配备无线网卡。特别是对于宽带的使用，Wi-Fi更显优势，有线宽带网络(ADSL、小区局域网(LAN)等)到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至用

54、户的邻里得到授权后，无须增加端口，也能以共享的方式上网。,(4) 长距离工作。虽然无线Wi-Fi的工作距离不大，但是在网络建设完备的情况下，IEEE802.11b标准的真实工作距离可以达到100m以上，解决了高速移动时数据的纠错问题、误码问题，Wi-Fi设备与设备、设备与基站之间的切换和安全认证都得到了很好的实现。,欧洲电信标准化协会(ETSI：European Telecommunications Standands Institute)的宽带无线电接入网络(BRAN)小组着手制定Hiper (High Performance Radio)接入泛欧标准，已推出HiperLAN1和HiperL

55、AN2。HIPERLAN1推出时，数据速率较低，没有被人们重视，在2000年，HIPERLAN2标准制定完成，HIPERLAN2标准的最高数据速率能达到54Mbit/s，HIPERLAN2标准详细定义了WLAN的检测功能和转换信令，用以支持许多无线网络，支持动态频率选择、无线信元转换、链路自适应、多束天线和功率控制等。该标准在WLAN性能、安全性、服务质量QOS等方面也给出了一些定义。HiperLAN1对应IEEE802.11b，HiperLAN2与IEEE082.11a具有相同的物理层，他们可以采用相同的部件，并且，HiperLAN2强调与3G整合。HIPERLAN2标准也是目前较完善的WL

56、AN协议。,1.2.3HIPERLAN,802.11与HiperLAN比较,IrDA Infra-red Data Association - 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。 IrDA是Infrared Data Association的英文缩写，即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。 IR（infrared）红外线 ，一种电磁波，其频率范围高于微波低于可见光谱，即为31011Hz41014Hz。,1.2.4 IrDA技术,简

57、单地讲，IrDA是一种利用红外线进行点对点（直射式，还有漫射式）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： *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。 *具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点。HP公司目前已推出结合模块应用的约从2.58.02.9mm3到5.313.03.8mm3的专用器件，与同类技术相比，耗电量也是最低的。 *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，在采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较少，速率可达16Mbs。,除了在技术上有自己的技术特点外，Ir

58、DA的市场优势也是十分明显的。目前，全世界有5000万台设备采用IrDA技术，并且仍然每年以50的速度增长。有95的手提电脑安装了IrDA接口。在成本上，红外线LED及接收器等组件远较一般RF组件来得便宜，IrDA端口的成本在5美元以内，如果对速度要求不高甚至可以低到1.5美元以内，相当于日前蓝牙产品的十分之一。,IrDA的局限性。 首先，IrDA是一种视距LOS传输技术，也就是说两个具有IrDA端口的设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物，这在两个设备之间是容易实现的，但在多个电子设备间就必须彼此调整位置和角度等；其次，IrDA设备中的核心部件-红外线LED不是一种十分耐用的器件，对于不经

59、常使用的扫描仪、数码相机等设备虽然游刃有余，但如果经常用装配IrDA端口的手机上网，可能很快就不堪重负了。,IrDA的发展。 IrDA除了传输速率由原来的FIR（Fast Infrared）的4Mbs提高到最新VFIR的16Mbs标准；接收角度也由传统的30度扩展到120度。这样，在台式电脑上采用低功耗、小体积、移动余度较大的含有IrDA接口的键盘、鼠标就有了基本的技术保障。同时，由于Internet的迅猛发展和图形文件逐渐增多，IrDA的高速率传输优势在扫描仪和数码相机等图形处理设备中更可大显身手。,在家用网络市场中，一种家用射频(HomeRF)技术出现。HomeRF仅是一些设备制造商同意他们的家用无线网络设备遵循某些协议，从而保证互通性(总是一件好事吧)。 HomeRF是DECT和无线局域网技术相互融合发展的产物.即802.11和数字无绳电话标准的结合.主要为家庭网设计，也采用了扩频技术，工作在2.4GHz频带，能同步支持4条高质量的语音信道。其速率为 1Mbps至2Mbps。 FCC在HomeRF2.0建议其增加到10Mbps，HomeRF是针对现有无线通信标准的综合和改进：当进行数据通信时，采用IEEE802.11规范中的TCP/IP传输协议；进行语音通信时，则采用数字增强型无绳通信