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-无线网络技术复习-第 13 页无线网络技术课程期末复习指导无线网络技术课程介绍了无线网络的概念、基本原理及其典型的技术方法和系统。要求学生掌握的主要内容有：无线传输技术基础、无线局域网、无线个域网、无线城域网、无线广域网、移动Ad hoc网络等。通过学习这些内容，为今后开展无线网络技术领域的研究和开发工作打下良好的基础。为了同学更好地复习和掌握这门课程的知识，下面按照教学大纲要求，对各章的复习要点进行归纳总结，供大家复习时参考。一、 期末复习的主要内容第1章 无线网络技术概论 1.计算机网络的发展历程计算机网络的发展经过四个阶段，即：诞生阶段、形成阶段、互联互通阶段和高速网络技术阶段。1）诞生阶段：20世纪50年代中后期，许多系统都将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，这样就出现了第一代计算机网络。一直到20世纪60年代中期，第一代计算机网络都是以单个计算机为中心的远程联机系统。2）形成阶段：20世纪60年代中期至70年代第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来，典型代表是美国的ARPANET。（现在意义的计算机网络形成）此阶段提出资源子网和通信子网的概念。3）互联互通阶段：20世纪70年代末至90年代的第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络，实现互联互通。典型代表：ISO-OSI/RM和TCP/IP参考模型。4）高速网络技术阶段：20世纪90年代末至今的第四代计算机网络，伴随局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术、多媒体网络、智能网络等，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。 2. 无线网络的兴起无线网络最大的优点是可以让人们摆脱有线的束缚，更便捷、更自由的沟通。 无线网络的历史起源可以追朔到五十年前的第二次世界大战期间。1971年时，夏威夷大学的研究员创造了第一个基于封包式技术的无线电通讯网络ALOHANET，可以算是相当早期的无线局域网络(WLAN)。 1） 无线网络分类从无线网络覆盖范围看，可以分为：系统内部互连/无线个域网、无线局域网和无线城域网/广域网。从无线网络的应用角度看，还可以划分出无线传感器网络、无线Mesh网络、无线穿戴网络、无线体域网等。（1）系统内部互连/无线个域网：系统内部互连是指通过短距离的无线电，将一台计算机的各个部件连接起来。蓝牙(Blue Tooth)是一种典型的短距离无线网络，将这些部件以无线的方式连接起来。除蓝牙外，传统的红外无线传输技术、家庭射频和目前最新的Zigbee、超宽带无线技术UWB都可以用于无线系统内部互连，构建无线个域网、无线体域网等。（2）无线局域网：第一类是有固定基础设施的；第二类是无固定基础设施的:自组织网络/移动Ad hoc网络。（3）无线城域/广域网络：蜂窝电话所使用的无线电网络就是一个低带宽无线系统的例子 。高带宽广域无线网络正在迅速发展,。相应的标准有的已经开发出来，如，有的正在制订完善中，如。（4）无线传感器网络：无线传感网络(WSN，wireless sensor networks)是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。 （5）无线Mesh网络：无线Mesh网络(无线网状网络) 是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络，是由移动Ad Hoc网络顺应人们无处不在的Internet接入需求演变而来，被形象称为无线版本的Internet 。在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。（6）无线穿戴网络：无线穿戴网络是基于短距离无线通信技术(蓝牙和ZigBee技术等)与可穿戴式计算机(wearcomp)技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网(PAN)。3。网络体系结构计算机网络就是计算机的集合，不管是有线网络还是无线网络，和计算机系统一样，计算机网络也是由硬件和软件两部分构成，没有网络软件支持的网络硬件无法真正成为能够向人们提供服务的系统。网络体系结构研究的对象就是网络软件。1）协议分层 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。 为了降低网络设计的复杂性，绝大多数网络采用了分层的思想，网络软件被组织成一堆相互叠加的层(layer或者level)，每一层都建立在其下一层的基础之上。 每一层对等实体采用协议进行通信。下层通过层间接口为上层提供服务。分层和协议的集合就是网络的体系结构。2）服务的类型包括：面向连接的服务和无连接服务。（1）面向连接的服务：连接就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。 面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段，是一种可靠的服务。 （2）无连接服务：两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接。它是一种不可靠的服务，常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。 3）协议参考模型 包括：OSI模型和TCP/IP模型。其中OSI模型是法定标准，无人遵守；TCP/IP模型是事实标准，全球遵守。4）无线网络的协议模型不同类型的无线网络所重点关注的协议层次是不一样的。无线局域网、无线个域网和无线城域网一般不存在路由的问题，所以它们没有制定网络层的协议，主要采用传统的网络层的IP协议。无线网络存在共享访问介质的问题，所以和传统有线局域网一样，MAC协议是所有无线网络协议的重点 无线频谱管理的复杂性，也导致无线网络物理层协议也是一个重点。对于传输层协议来说，虽然大多数TCP都已经小心地作了优化，而优化的基础是一些假设条件对于有线网络是成立的，但对于无线网络却并不成立。应用层的协议并不是无线网络的重点，只要支持传统的应用层协议就可以了，当然对于一些特殊的网络和特殊应用。 4。与网络相关的标准化组织1）电信领域中最有影响的组织：ITU 2）国际标准领域中最有影响的组织，包括：ISO 和 IEEE3） Internet标准领域中最有影响的组织，包括：IAB、IETF、IRTF 第2章 无线传输技术基础1。 无线传输媒体传输媒体是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理路径。传输媒体可分为导向的(guided)和非导向的(unguided)两类。1）导向媒体 指电磁波被引导沿某一固定媒体前进，例如双绞线、同轴电缆和光纤。2）非导向媒体 指大气和外层空间等，它们提供了传输电磁波信号的手段，但不引导它们的传播方向，这种传输形式通常称为无线传播(wireless transmission) 。 3）感兴趣的3个频段 在电信用的电磁波频谱中，感兴趣的3个频段是：微波、无线电广播频段和红外线频谱段。 （1）微波：1GHz100GHz，可实现高方向性的波束，而且非常适用于点对点的传输，也可用于卫星通信。（2）无线电广播频段：30MHz1GHz，适用于全向应用。（3）红外线频谱段：3×1011Hz2×1014Hz，适于本地应用，在有限的区域(如一个房间)内对于局部的点对点及多点应用非常有用。 4）地面微波 地面微波系统主要用于长途电信服务，可代替同轴电缆和光纤，通过地面接力站中继。 常见的用于传输的频率范围为2GHz40GHz。频率越高，可能的带宽就越宽，因此可能的数据传输速率也就越高。 微波传输的主要损耗来源于衰减。微波(以及无线电广播频段)的损耗公式微波的损耗随距离的平方而变化 。损伤的另一个原因是干扰，随着微波应用的不断增多，传输区域重叠，干扰始终是一个威胁。频率越高衰减越大，较高的微波频率对长途传输没有什么用处，但却非常适用于近距离传输。频率越高，使用的天线就越小、越便宜。 5）卫星微波 通信卫星实际上一个微波接力站，用于将两个或多个称为地球站或地面站的地面微波发送器/接收器连接起来。卫星使用上下行两个频段：接收一个频段(上行)上的传输信号，放大或再生信号后，再在另一个频段(下行)上将其发送出去。 卫星主要应用：电视广播、长途电话传输和个人用商业网络。 卫星传输的最佳频率范围为1GHz10GHz。其特点为：卫星通信距离远，一个地面站发送到另一个地面站接收，约有1/4s传播延迟。在差控和流控方面，也带来一系列问题。卫星微波是广播设施，许多站点可以向卫星发送信息，同时从卫星上传送下来的信息也会被众多站点接收。 6）广播无线电波 广播无线电波是全向性的，不要求使用碟形天线，天线也无须严格地安装到一个精确地校准位置上。无线电波(Radio) 的频率范围为3KHz300GHz。非正式术语广播无线电波(broadcast radio) 包括VHF频段和部分的UHF频段：30MHz1GHz。广播无线电波损伤的一个主要来源是多路径干扰。 7）红外线 红外线传输不能超过视线范围，距离短。红外线传输无法穿透墙体。微波系统中遇到的安全性和干扰问题在红外线传输中都不存在。红外线不需要频率分配许可。8）光波 频率更高的光波，主要指非导向光波，而非用于光纤的导向光波。它提供非常高的带宽，成本也很低，相对容易安装，而且与微波不同，不要求FCC许可。激光的强度(非常窄的一束光)是它的弱点，不易瞄准。激光束不能穿透雨或者浓雾，白天太阳的热量是气流上升也会激光束产生偏差。 2。 天线天线是实现无线传输最基本的设备。天线可看作一条电子导线或导线系统，该导线系统或用于将电磁能辐射到太空或用于将太空中的电磁能收集起来。1）辐射模式 一个天线辐射出去的功率是全方位的，然而并非在所有方向上辐射出的功率都是相等的。 描述天线性能特性的常用方法是辐射模式，它是作为空间协同函数的天线的辐射属性的图形化表示。 2） 天线类型 包括：偶级天线和抛物反射天线。3）天线增益 天线增益(antenna gain)是天线定向性的度量。与由理论的全向天线(各向同性天线)在各个方向所产生的输出相比，天线增益定义为在一特定方向上的功率输出。 天线增益与有效面积的关系：式中G为天线增益，A为有效面积，f为载波频率，c为光速和为载波波长。3。 传播方式由天线辐射出去的信号以三种方式传播：地波、天波和直线方式。1）地波(ground wave)：地波传播或多或少要沿着地球的轮廓前行，且可传播相当远的距离，较好地跨越可视 的地平线。 2）天波(sky wave)：天波信号可以通过多个跳跃，在电离层和地球表面之间前后反弹地穿行 3）直线LOS(line of sight) ：当要传播的信号频率在30MHz以上时，天波与地波的传播方式均无法工作，通信必须用直线方式。 无线传播类型示意图4。 直线传输系统中的损伤主要的损伤包括：衰减和衰减失真(attenuation and attenuation distortion)、自由空间损耗(free space loss)、噪声(noise)、大气吸收(atmospheric absorption)、多径(multi path)和折射(refraction) 等。5。 移动环境中的衰退通信系统所面临的最具挑战性的技术问题是移动环境中的衰退现象。在移动环境中，两个天线中的一个相对于另一个在移动，各种障碍物的相对位置会随时间而改变，由此会产生比较复杂的传输结果。1）多径传播 通常障碍物及周边环境所产生的多径传播有3种传播机制，即：反射（R）、散射（S）和衍射（D）。3种重要传播机制的示意图2）衰退类型 移动环境中的衰退效果可以分为快速或慢速 ；衰退效果也可以分为平面的或选择性的。（1）平面衰退(flat fading)或称非选择性的衰退，接收到的信号的所有频率成分同时按相同的比例波动。（2）选择性衰退(selective fading)无线电信号的不同光谱成分的影响是不相等的。 6。 多普勒效应多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的。多普勒效应指出，波在波源移向观察者时频率变高，而在波源远离观察者时频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。假设原有波源的波长为，波速为c，观察者移动速度为v，当观察者走近波源时观察到的波源频率为(v+c)/，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为(v-c)/。多普勒效应不仅仅适用于声波，它也适用于所有类型的波，包括光波、电磁波。 在无线移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低，所以在移动通信中要充分考虑多普勒效应。尤其是高速移动宽带接入网络(如IEEE802.20)必须考虑多普勒效应。 7。 信号编码技术1） 数据、信号和传输的模拟与数字之分 模拟(analog)和数字(digital)大致分别与连续(continuous)和离散(discrete)相对应 。数据、信号和传输经常使用这两个术语。数据(data)定义为传达某种意义或信息的实体；信号(signal)是数据的电气或电磁表示；传输(transmission)是通过信号的传播和处理进行数据通信的过程。2）模拟数据和数字数据 模拟数据在一段时间内具有连续的值，例如，声音和视频是连续变化的强度样本。数字数据的值是离散的，例如文本和整数。 3）模拟信号和数字信号 模拟信号(analog signal)就是一个连续变化的电磁波，根据它的频率可以在多种类型的媒体上传播。如铜线媒体、光纤、无线空间。数字信号(digital signal)是一个电压脉冲序列，这些电压脉冲可以在铜线媒体上传输，不适宜直接在无线媒介中传播。 4）数字信号的优缺点 优点：通常比使用模拟信号便宜，且较少受噪声的干扰。缺点：比模拟信号的衰减要严重 。5）数据的信号表示 （1）数字数据，数字信号：比起将数字数据编码为模拟信号的设备来，将数字数据编码为数字信号的设备不那么复杂且不昂贵。（2）模拟数据，数字信号：将模拟数据转换为数字形式允许对模拟数据使用现代数字传输和交换设备。（3）数字数据，模拟信号：有些传输媒体，例如光纤和卫星只传输模拟信号。（4）模拟数据，模拟信号：模拟数据很容易被转换为模拟信号。 6）模拟传输和数字传输 模拟信号和数字信号都可以在适宜的传输媒体上传输，处理这些信号的方法是传输系统的功能。模拟传输(analog transmission)是传输模拟信号的方法，它不考虑信号的内容。数字传输(digital transmission)与信号的内容有关 7） 信号编码准则 对任一给定的通信任务来说，选择一种特定的组合的理由是不同的，而后3种技术与无线通信密切相关，因为无线传输系统主要是采用模拟载波信号进行传输。（1）数字到模拟：数字数据和数字信号必须转换成模拟信号进行无线传输。（2）模拟到模拟：基带模拟信号，诸如话音或视频，通常都必须调制到高频的载波上进行传输。 （3）模拟到数字：先于传输之前，通常将话音数字化后再在导向的或非导向的媒体上传输，这样可以改进传输质量并可利用TDM方式。对于无线传输来说，结果得到的数字信号必须调制到一个模拟载波上。 决定接收器能够成功解释所收到信号的因素主要有：信噪比、数据率和带宽。编码机制也可以用来改进传输性能。编码机制是一种简单的从数据位到信号元素的映射关系。8）数字数据与模拟信号 最常用的应用是通过公用电话网传输数字数据。电话网并不适用于处理来自用户端的数字信号。数字设备通过调制解调器与网络相连，调制解调器将数字数据转换成模拟信号，或将模拟信号转换成数字数据。调制技术涉及对载波信号的3个特性(振幅、频率和相位)中的一个或多个特性的操作:幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK) 9）模拟数据与模拟信号 当数据已经是模拟形式时，调制的主要原因有两个：(1)为了实现有效的传输，可能需要较高的频率。对于无导向传输，实际上是不可能直接传输基带信号的,需要使用的天线直径为几千米。(2)调制允许使用频分复用技术，可以提高信道的利用率。模拟数据的调制技术：调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。 10）模拟数据与数字信号 准确的说法是把模拟数据转变为数字数据的过程，称之为数字化(digitalization)。一旦模拟数据转变成数字数据后，就可以进行很多的工作:(1)数字数据可以使用NRZ-L(不归零电平)。(2)可以通过NRZ-L以外的其他编码技术将数字数据变成数字信号。(3)通过调制技术，数字数据也可以转换成模拟信号。.8。 扩频技术基本思想是：将携带信息的信号扩展到较宽的带宽中，以加大干扰和窃听的难度。 第一种扩频技术称为跳频(frequency hopping)，更新的一种技术是直接序列(direct sequence)。 1）跳频扩频 在跳频扩频(frequency hopping spread spectrum，FHSS)中，信号用看似随机的无线电频率序列进行广播，并在固定间隔里从一个频率跳到另一个频率。而接收器在接收消息时，也和发送器同步地从一个频率跳到另一个频率。 2）直接序列扩频 直接序列扩频(direct sequence spread spectrum，DSSS)，原始信号中的每一个位在传输信号中以多个位表示，此技术使用了扩展编码(spreading code)。这种扩展编码将信号扩展到更宽的频带范围上，而这个频带范围与使用的位数成正比。因此，一个10位的扩展编码能够在一个频带上将信号扩展至比1位扩展编码大10倍的带宽。码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)是一种基于DSSS的具有扩频功能的多路技术。 9。差错控制技术 无论传输系统如何设计，差错总会存在，它可能会导致传输的帧中有一个或多个位被改变，对于无线传输系统更是如此，为了保障可靠的数据传输，必须进行差错控制。通常的差错控制技术包括：差错检测码(error detection code)、差错纠错码(error correction code)，也称为前向纠错FEC(forward error correction)码和自动重发请求ARQ(automatic repeat request)协议三种。 第3章 无线局域网1。无线局域网概述1）无线局域网的覆盖范围 无线局域网是在局部区域内以无线媒体或介质进行通信的无线网络。局部区域就是距离受限的区域，是相对广域而言。两者的区别主要在于数据传输的范围不同(但覆盖范围界限的区别并不十分明显)，而引起网络设计和实现方面的一些区别。介于广域网WAN和局域网LAN之间还有一种局部网络，称为城域网。比局域网覆盖范围更小的局部网络称为个(人区)域网。广义的无线局域网还包含无线城域网(WMAN)和无线个域网(WPAN)。无线网络也可以粗略分为无线广域网和无线局域网两种。 2）无线局域网的特点 包括：移动性(Mobility)、灵活性(Flexibility) 、可伸缩性(Scalability)和经济性(Saving)等。 3）无线局域网的局限性 需要使用者在应用时考虑和注意的几个方面，包括：可靠性(Reliability)、带宽与系统容量、兼容性(Compatibility)与共存性(Coexistence)、覆盖范围、干扰、安全性、节能管理、多业务与多媒体和移动性等等。 4）无线局域网的发展历程与相关标准化活动 无线局域网的发展经历了四代:(1)第一代无线局域网:1985年，FCC颁布的电波法规为无线局域网的发展扫清了道路。 (2)第二代无线局域网：基于标准的无线局域网 (3)第三、四代无线局域网：符合标准的产品已经较为普及，归为第三代无线局域网产品；而将符合、HiperLAN2和IEEE，标准的产品称为第四代无线局域网产品。 5）无线局域网的分类与应用 无线局域网可根据不同的层次、不同的业务、不同的技术和不同的标准以及不同的应用等进行分类。下面两个图说明了两种分类的方法。无线局域网的分类方法1无线局域网的分类方法22。无线局域网的体系结构与服务1）无线局域网的组成结构 包括：站、无线介质、基站或接入点和分布式系统等组成，如下图所示。2）无线局域网的拓扑结构 不同的角度有不同的分类：（1）从物理拓扑分类看:单区网SCN和多区网MCN（2）从逻辑上看:对等式、基础结构式和线型、星型、环型 （3）从控制方式方面来看:无中心分布式、有中心集中控制式（4）从与外网的连接性来看：独立WLAN和非独立WLAN 3）无线局域网的服务 与WLAN体系结构和工作原理密切相关的服务主要有两种类型:STA服务和分布式系统服务(DSS)，这两种服务均由MAC层使用。标准中定义了九种服务，三种用来移动数据，其余六种是管理操作。 （1）STA服务(SS) 由STA提供的服务被称为STA服务，它存在于每个STA和AP中。SS包括：)认证(Authentication)、解除认证(Deauthentication)和保密(Privacy)。 （2）.分布式系统服务(DSS) 由DS提供的服务被称为分布式系统服务。在WLAN中，DSS通常由AP提供。包括：联结(Association)、重新联结(Reassociation) 、解除联结(Disassociation)、分布(Distribution)和集成(Integration)。 （3）服务之间的关系 对于通过WM进行直接通信的STA均有认证状态(值为未被认证和已认证)和联结状态(值为未联结和已联结)两个状态变量。这两个变量为每个远端STA建立了三种本地状态：状态1：初始启动状态，未认证，未联结；状态2：已认证，未联结；状态3：已认证，已联结。3. 无线局域网的协议体系 无线局域网协议体系 1）物理层(1)工作在的ISM波段上的直接序列扩频,数据速率为1Mb/s和2Mb/s。(2)工作在的ISM波段上的跳频扩频，数据速率为1Mb/s和2Mb/s。(3)工作在波长介于850nrn950nm的红外波段上，其数据速率为1Mb/s和2Mb/s。 2） （1）信道结构 使用通用网络信息基础结构UNII的频带。UNII-1频段(5.155.25GHz)用于室内；UNII-2频段(5.255.35GHz)用于室内或者室外；UNII-3频段(5.7255.825GHz)用于室外。（2）编码和调制 使用正交频分多路复用OFDM。OFDM也称为多载波调制，在不同频率上使用多个载波信号，在每个信道上发送若干位，类似于FDM。然而，在OFDM中，所有的子信道被指定给单个的数据源。3） 是IEEE 802.11 DSSS模式的一个扩充，提供了在ISM频段上5.5 Mb/s和11 Mb/s的数据速率。该标准为在相同的分片速度、相同带宽下获得更高的数据速率，使用了一种名为补码键控(complementary code keying，CCK)的调制模式。 4） 将的数据率扩展到20Mb/s以上，达到54Mb/s。与相同，操作在范围内，因而二者是兼容的。该标准的设计使得的设备在连接到一个的AP上时仍能工作，的设备连接到一个的AP上时也仍能工作。4。 IEEE 802.11 媒体访问控制层IEEE802。11MAC层覆盖了三个功能区，包括：可靠的数据传送、接入控制以及安全。 1）可靠的数据传送 使用帧交换协议。当一个站点收到从另一个站点发来的数据帧时，它向源站点返回一个确认(ACK)帧。此交换被作为一个原子单元处理，它不会被其他站点发出的传送打断。如果因为数据帧被损坏或因为返回的ACK被损坏，源站点在一个短的时间周期中没有收到ACK，它会重发该帧。为了更进一步地增强可量性，可以使用四帧交换。（RTS/CTS） 2）接入控制 考虑了两类方案：分布接入协议和集中接入协议 。（1）分布协调功能： DCF子层利用一个简单的载波监听多点接入CSMA算法：如果一个站点有一个MAC帧要发送，它监听媒体。如果媒体空闲，站点可以发送，否则，该站点必须等到当前发送已完成才能发送。为确保此算法起到平滑和公平的作用，DCF包括一套相当于优先级模式的时延，用帧间间隔IFS实现。（2）点协调功能 PCF是一个在DFC之上实现的替代接入方式。该操作由中央轮询主机(点协调者)的轮询组成。点协调者在发布轮询时使用PIFS。由于PIFS小于DIFS，点协调者能获得媒体，并在发布轮询及接收响应期间，锁住所有的非同步通信。 5。其他标准关注的是桥操作。是作为管理范畴(regulatory domain)更新被提及。对MAC层作了一些修正以改进服务质量并解决了一些安全问题。致力于解决在来自多个厂商的接入点(AP)之间的互操作能力问题。 处理频谱和功率管理问题。 定义了MAC层的安全和认证机制。定义了无线资源测量(Radio Resource Measurement)，增强了其功能，为较高层提供了无线和网络测量的机制。 是一个纠正标准中编辑的和技术问题的工作组正在进行着的活动。 正研究对物理层和MAC层的增强范围，以改进信息流通量。 6。 Wi-Fi保护接入着重三个主要的安全性领域：认证、密钥管理和数据传递的保密性。要求使用认证服务器AS并定义了一个更为健壮的认证协议。 第4章 无线个域网1无线个域网概述无线个人区域网(Wireless Personal Area Network，WPAN，简称无线个域网)技术就是一种满足上述应用需求的小范围无线连接、微小网自主组网的通信技术。无线个域网技术包括：蓝牙(Blue Tooth) 、IrDA 、HomeRF 、UWB 和Zigbee 。2。标准工作组是IEEE针对无线个人区域网(WPAN)而成立的，开发有关短距离范围的WPAN标准。1）标准构成 是以既有蓝牙标准为基础，制定蓝牙无线通信规范的一个正式标准。工作组目的是要和开发共存的推荐规范。工作组的兴趣在开发对比于设备是低成本和低功耗的设备的标准上。的目标是要在使用同样的MAC层上提供比更高的数据率。工作组则开发了一个非常低成本、非常低功耗的比数据率要低的设备标准。 2）协议体系结构3. 蓝牙技术简介 1）蓝牙技术的诞生与发展 它是的基础，源于1994年爱立信公司的一项研究，旨在在移动电话及其附件之间探求一种新的低功耗、低成本的空中接口。1998年5月，4家公司联合成立蓝牙特殊利益集团(SIG) ；1999年7月SIG公布了蓝牙规范版；1999年12月公布了蓝牙规范版；2001年4月公布了版；2003年11月公布了版本；2004年8月公布了版本 。 2）蓝牙技术优点 包括：(1)可以随时随地地用无线接口代替有线电缆连接；(2)具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，如WAP、GSM(全球移动通信系统)、DECT(欧规数字无绳通信)等，引入身份识别后可以灵活地实现漫游；(3)低功耗，对人体伤害小；(4)蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易于推广。 3）蓝牙标准文档构成 由核心规范和概要规范两组。（1）核心规范(core specifications):描述了从无线电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构的细节。（2）概要规范(profile specifications):考虑使用蓝牙技术支持不同的应用。每个概要规范讨论在核心规范中定义的技术，以实现特定的应用模型(Usage Model)。 4）核心协议(core protocol)形成五层栈 ，即：(1)无线电(radio)：确定包括频率、跳频的使用、调制模式和传输功率在内的空中接口细节。(2)基带(baseband)：考虑一个微微网中的连接建立、寻址、分组格式、计时和功率控制。(3)链路管理器协议(link manager protocol，LMP)：负责在蓝牙设备和正在运行的链路管理之间建立链路。这包括诸如认证、加密及基带分组大小的控制和协商等安全因素。(4)逻辑链路控制和自适应协议(logical link control and adaptation protocol，L2CAP)：使高层协议适应基带层。L2CAP提供无连接和面向连接服务。(5)服务发现协议(service discovery protocol，SDP)：询问设备信息、服务与服务特征，使得在两个或多个蓝牙设备间建立连接成为可能。 5）应用模型 大量应用模型定义在蓝牙的概要规范文档中。本质上，一个应用模型是一套实施特定的基于蓝牙的应用的协议。每个概要文件定义了支持一特定应用模型的协议和协议特性。 6）微微网和散布式网络 蓝牙中的基本联网单元是一个微微网，它由一台主设备和17台活跃的从设备组成。 一个微微网中的设备也可作为另一个微微网的一部分存在，并在每个微微网中，起从设备或主设备功能,这种形式的重叠被称为散布式网络(scatternet)。 4。蓝牙基带规范 蓝牙基带规范其关键成分包括： 跳频、物理链路、分组、 纠错、逻辑信道、信道控制和蓝牙音频等。 1）跳频 在蓝牙中，跳频用于两个目的： (1)它阻碍干扰和多路效应。 (2)它为放置在不同微微网中的设备提供多种接入的形式。跳频模式的工作方式是：总带宽被分为79(几乎所有国家)个物理信道，每个信道的带宽为1MHz。在一个伪随机序列中，通过从一个物理信道跳到另一个物理信道，出现了跳频。 2）物理链路 主从设备之间建立两类链路，即：面向同步连接(synchronous connection oriented，SCO)和异步无连接(asynchronous connectionless，ACL)。（1）面向同步连接(synchronous connection oriented，SCO)：在涉及主设备和一个单独从设备的点对点连接间分配固定的带宽。在规则的间隔中，主设备通过使用预留的时隙维持SCO链路。预留的基本单位是两个连续的时隙(每个在各自的传输方向上)。主设备能支持的并行SCO链路高达3个，而从设备能支持2或3个SCO链路。SCO分组不重传。（2）异步无连接(asynchronous connectionless，ACL)：主设备与微微网中所有从设备间的一条点对多点的链路。在未预留给SCO链路的时隙中，主设备能与任一以单时隙为基础的从设备交换分组，包括已在SCO链路上的从设备。只有单独的ACL链路可以存在。大多数ACL分组使用分组重传。 3）纠错 蓝牙使用三种纠错模式：(1)l/3比例的FEC(forward error correction，前向纠错)。(2)2/3比例的FEC。(3)ARQ(automatic repeat request，自动重发请求)。 4）逻辑信道 蓝牙定义了5种类型的逻辑信道，即：(1)链路控制(link control，LC) ；(2)链路管理(link manager，LM)；(3)用户异步(user asynchronous，UA) ；(4)用户等时(user isochronous，UI) ；(5)用户同步(user synchronous，US)。 5）信道控制 存在两个主要的状态：(1)维持(standy)：默认状态。这是一个低功率状态，只有一个本地时钟在工作。(2)连接(connection)：设备作为主站或从站连到微微网。 5。蓝牙链路管理器规范LMP管理主站与从站间的无线电链路的各个方面。协议涉及主站和从站的LMP实体间表现为LMP PDU(protocol data unit，协议数据单元)形式的报文的交换。报文总是作为单个分组发送，该分组带有一位标识报文类型的负载首部，和一个包含与此报文相关的附加信息的负荷实体。 为LMP定义的过程被分为24个功能区，其中每个都涉及一个或多个报文的交换。 6。蓝牙逻辑链路控制和自适应协议与IEEE 802规范中的逻辑链路控制(LLC)相同，L2CAP(logical link control and adaptation protocol，逻辑链路控制和自适应协议)在共享媒介网络的实体间提供一个链路层协议。L2CAP为流和差错控制提供大量服务，它依赖于更低层(基带层)。 L2CAP使用ACL链路，它不支持SCO链路。 7。蓝牙服务发现协议在蓝牙规范提出之前，服务发现协议已经存在。在蓝牙设备的无线网络中，本地设备发现、利用远端设备所提供的服务和功能，并向其它蓝牙设备提供自身的服务，这是网络资源共享的途径，也是服务发现协议要解决的问题。服务发现协议提供了服务注册的方法和访问服务发现数据库的途径。SIG针对蓝牙网络灵活、动态的特点，开发了蓝牙专用的服务发现协议。第5章 无线城域网1无线城域网概况1）无线城域网技术的形成 无线城域网技术是因宽带无线接入(BWA)的需求而来。1999年，IEEE 802局域网(LAN)/城域网(MAN)成立了工作组来专门研究宽带无线接入标准。负责制定频率范围在1066GHz的无线接口标准 。负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准。负责制定频率范围在211GHz之间无线接口标准 。WiMAX论坛成立，在全球范围内推广协议。 2）WiMAX论坛 在借鉴和学习WLAN的Wi-Fi联盟成功经验的基础上，2001年4月由业界领先的通信设备公司及器件公司共同成立世界微波接入互操作性论坛WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)。标准和ETSI HiperMAN标准的宽带无线接入产品进行一致性和互操作性认证。WiMAX使用与Wi-Fi联盟推动无线局域网行业发展的相同方法进行定义和互操作性测试，加快符合技术标准的宽带无线接入设备的上市速度。2。协议体系最终制定的系列标准协议栈按照两层体系结构组织，主要对网络的低层，即MAC层和物理层进行了规范。系列协议中各协议的MAC层功能基本相同，差别主要体现在物理层上。物理层协议主要解决与工作频率、带宽、数据传输率、调制方式、纠错技术以及收发信