无线网络技术导论-4.ppt

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1、1/1/2023第第4章章无线个域网无线个域网1/1/2023内容提要内容提要内容提要内容提要4.1WPN概述概述4.2IEEE802.15标准标准4.3蓝牙技术简介蓝牙技术简介4.4IrDA技术简介技术简介4.5HomeRF技术简介技术简介4.6WUSB4.7UWB技术简介技术简介4.8ZigBee1/1/20234.14.1概述概述无线个人区域网无线个人区域网(WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN，简称无线个域网，简称无线个域网)技术技术就是一种就是一种小范围内无线连接、微小网、自小范围内无线连接、微小网、自主组网主组网的通信技术。的通信技术。WPAN可实现不同

2、功能单一设备的互可实现不同功能单一设备的互联，提供小范围内设备的自组网机制，并联，提供小范围内设备的自组网机制，并通过一定的安全接口完成自组小网与广域通过一定的安全接口完成自组小网与广域大网的互通。大网的互通。1/1/20231/1/2023无线个域网技术无线个域网技术无线个域网技术无线个域网技术 v蓝牙蓝牙(BlueTooth)vIrDAvHomeRFvWUSBvUWBvZigbee1/1/2023PANPAN的实现技术的实现技术v蓝牙（蓝牙（BluetoothBluetooth）技术）技术是一种支持点到点、点到多点的话音、数据业务的短距离无线通信技术。它由爱立信、诺基亚、英特尔、IBM和东

3、芝等公司提出与推广。从1998年以来，推出了1.0A、1.0B标准并将推出2.0标准。它极大地推动了PAN技术的发展，IEEE专门成立了IEEE 802.15小组负责研究基于蓝牙的PAN技术。vIrDAIrDA技术技术是目前四种技术中市场份额最大的，已经安装了至少5000万个单元。它采用红外线作为通信媒介，支持各种速率的点到点的话音和数据业务，主要应用在嵌入式的系统和设备中。vHome RFHome RF是由微软、英特尔、惠普、摩托罗拉和康柏等公司开发的。它的工作频段为2.4GHz，话音通信采用DECT标准，数据通信采用TCPIP。vUWBUWB是一种新技术。其概念类似于雷达，在很宽的频段内传

4、送短脉冲，将信息调制到脉冲的时间和频率上。UWB的高性能和低功耗的优点使得它将成为未来市场上强有力的竞争者之一。1/1/20234.2WPAN4.2WPAN的标准的标准-IEEE802.15-IEEE802.15IEEE802.15工作组是工作组是IEEE针对无线个针对无线个人区域网人区域网(WPAN)而成立的，开发有关短距而成立的，开发有关短距离范围的离范围的WPAN标准。标准。1/1/20234.2.14.2.1标准构成标准构成v802.15.1是以既有蓝牙标准为基础，制定蓝牙无线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。通信规范的一个正式标准。v802.15.2工作组目

5、的是要工作组目的是要802.11和和802.15开发共存开发共存的推荐规范。的推荐规范。v802.15.3工作组的兴趣在开发对比于工作组的兴趣在开发对比于802.11设备是设备是低成本和低功耗的设备的标准上。低成本和低功耗的设备的标准上。v802.15.3a的目标是要在使用同样的的目标是要在使用同样的MAC层上提供层上提供比比802.15.3更高的数据率更高的数据率v802.15.4工作组则开发了一个非常低成本、非常低工作组则开发了一个非常低成本、非常低功耗的比功耗的比802.15.1数据率要低的设备标准。数据率要低的设备标准。1/1/2023 IEEE802.15IEEE802.15协议体系

6、结构协议体系结构协议体系结构协议体系结构 1/1/2023WLANWLAN与与与与WPANWPAN1/1/2023无线个域网技术无线个域网技术无线个域网技术无线个域网技术 v蓝牙蓝牙(BlueTooth)vIrDAvHomeRFvUWBvWUSBvZigbee1/1/20234.34.3蓝牙技术简介蓝牙技术简介蓝牙技术简介蓝牙技术简介 4.3.1蓝牙技术的诞生与发展蓝牙技术的诞生与发展1/1/2023为什么叫蓝牙为什么叫蓝牙为什么叫蓝牙为什么叫蓝牙1/1/2023蓝牙标准蓝牙标准蓝牙标准蓝牙标准v是是IEEE802.15.1的基础，源于的基础，源于1994年爱立信公司年爱立信公司的一项研究，旨

7、在在移动电话及其附件之间探求的一项研究，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。一种新的低功耗、低成本的空中接口。v1998年年5月，月，4家公司联合成立蓝牙特殊利益集团家公司联合成立蓝牙特殊利益集团(SIG)v1999年年7月月SIG公布了蓝牙规范公布了蓝牙规范1.0版版v1999年年12月公布了蓝牙规范月公布了蓝牙规范1.0b版版v2001年年4月公布了月公布了1.1版版v2003年年11月公布了月公布了1.2版本版本v2004年年8月公布了月公布了2.0版本版本1/1/2023基本概念基本概念基本概念基本概念1/1/2023蓝牙的应用蓝牙的应用蓝牙的应用蓝牙的应用

8、1/1/2023连接计算机和其它设备连接计算机和其它设备连接计算机和其它设备连接计算机和其它设备1/1/2023支持自组织支持自组织支持自组织支持自组织1/1/2023充当充当充当充当InternetInternet的访问点的访问点的访问点的访问点1/1/2023构建家居网络环境构建家居网络环境构建家居网络环境构建家居网络环境1/1/2023运动中的连接运动中的连接运动中的连接运动中的连接1/1/2023计算机产品中的蓝牙计算机产品中的蓝牙计算机产品中的蓝牙计算机产品中的蓝牙1/1/2023电话和消费类中的蓝牙电话和消费类中的蓝牙电话和消费类中的蓝牙电话和消费类中的蓝牙1/1/2023蓝牙技术

9、优点蓝牙技术优点蓝牙技术优点蓝牙技术优点 v(1)可以随时随地地用无线接口代替有线电缆连接；可以随时随地地用无线接口代替有线电缆连接；v(2)具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，如如WAP、GSM(全球移动通信系统全球移动通信系统)、DECT(欧规欧规数字无绳通信数字无绳通信)等，引入身份识别后可以灵活地实等，引入身份识别后可以灵活地实现漫游；现漫游；v(3)低功耗，对人体伤害小；低功耗，对人体伤害小；1/1/2023优点（续）优点（续）优点（续）优点（续）v(4)蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易蓝牙集成电路简单，成本低廉，实现容易，易于推广

10、。于推广。v(5)支持语音和数据传输；采用无线电技术，传输支持语音和数据传输；采用无线电技术，传输范围大，可穿透不同物质以及在物质间扩散；范围大，可穿透不同物质以及在物质间扩散；v(6)采用跳频展频技术，抗干扰性强，不易窃听；采用跳频展频技术，抗干扰性强，不易窃听；使用在各国都不受限制的频谱，理论上说，不存使用在各国都不受限制的频谱，理论上说，不存在干扰问题。在干扰问题。1/1/2023蓝牙技术缺点蓝牙技术缺点蓝牙技术缺点蓝牙技术缺点v蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m之之内）的无线电技术。能在包括移动电话、内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA

11、、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15.1，工作在，工作在2.4GHz频带，带宽为频带，带宽为1Mb/s。v蓝牙技术的劣势：传输速度慢。蓝牙技术的劣势：传输速度慢。1/1/2023蓝牙系统蓝牙系统蓝牙系统蓝牙系统1/1/2023蓝牙传输特性蓝牙传输特性蓝牙传输特性蓝牙传输特性1/1/2023蓝牙拓扑结构蓝牙拓扑结构蓝牙拓扑结构蓝牙拓扑结构1/1/2023一个主单元和一个或多个从单元组成自组网一个主单元和一个或多个从单元组成自组网微微网（微微网（piconet）。多

12、个微微网结合形成）。多个微微网结合形成了散射网（了散射网（scatternet）。）。蓝牙网络结构蓝牙网络结构蓝牙网络结构蓝牙网络结构1/1/2023拓扑结构（续）拓扑结构（续）拓扑结构（续）拓扑结构（续）1/1/2023蓝牙的蓝牙的蓝牙的蓝牙的PiconetPiconet1/1/2023微微网构成微微网构成微微网构成微微网构成v蓝牙支持点对点、点对多点通信。基本网络结构是匹克网（微微网），是一种个人网络以个人区域（办公室)为应用环境。v匹克网由主设备和从设备构成。主设备负责提供时钟同步信号和跳频系列，而从设备一般是受控同步的设备，并接收主设备的控制。一个微微网只有一个主设备，而最多只可以有7

13、个从单元。1/1/2023BluetoothBluetooth的的的的scatternetscatternet1/1/2023蓝牙工作原理蓝牙工作原理蓝牙工作原理蓝牙工作原理蓝牙使用国际上无需授权的蓝牙使用国际上无需授权的2.4Ghz的的ISM频段。频段。蓝牙设备之间可互相探查，进行连接形成蓝牙设备之间可互相探查，进行连接形成Ad-hoc自组网，而不需人为设置。自组网，而不需人为设置。每个设备都是对等的，具有相同的硬件和软每个设备都是对等的，具有相同的硬件和软件配置，并以件配置，并以48位的设备地址位的设备地址BD_ADDR来来区别。区别。主单元发起并控制连接，从单元被暂时分配主单元发起并控制

14、连接，从单元被暂时分配一个一个3位的活跃成员地址位的活跃成员地址AM_ADDR以减少以减少通信过程中的信息流量。通信过程中的信息流量。1/1/2023v为了避免为了避免ISM频带的干扰，蓝牙采用了多频带的干扰，蓝牙采用了多种技术种技术自动重传应答（自动重传应答（ARQ）循环冗余校验循环冗余校验”（CRC）前向纠错（前向纠错（FEC）时分双工和分组交换技术。时分双工和分组交换技术。跳频技术跳频技术蓝牙工作原理蓝牙工作原理蓝牙工作原理蓝牙工作原理相关技术相关技术相关技术相关技术1/1/2023蓝牙网络通信过程蓝牙网络通信过程蓝牙网络通信过程蓝牙网络通信过程v蓝牙设备没有建立连接的时，处于睡眠状态蓝

15、牙设备没有建立连接的时，处于睡眠状态待机待机模式（模式（StandbyStandby）。这种模式下，它将每）。这种模式下，它将每1.28s1.28s或或2.56s2.56s醒醒过来一次，选择一个信道侦听发送给它的信息。过来一次，选择一个信道侦听发送给它的信息。v由一个设备发起连接，这个设备以后就成为微微网的由一个设备发起连接，这个设备以后就成为微微网的主单元。发起连接时，主单元可能并不知道其余设备主单元。发起连接时，主单元可能并不知道其余设备的存在以及它们的地址。这时主单元需要先执行查询的存在以及它们的地址。这时主单元需要先执行查询（InquiryInquiry）操作。）操作。v有了其它各设备

16、的地址，就可进行寻呼（有了其它各设备的地址，就可进行寻呼（PagePage），真），真正建立起连接。正建立起连接。1/1/2023蓝牙网络通信过程蓝牙网络通信过程蓝牙网络通信过程蓝牙网络通信过程连接完成后，就可通信进行数据传输。连接完成后，就可通信进行数据传输。通信时，主单元和从单元交替进行收和发。主通信时，主单元和从单元交替进行收和发。主单元根据从单元的数据流量来决定从单元何时单元根据从单元的数据流量来决定从单元何时收发。收发。如果从单元暂时不需收发数据，它就切换入保如果从单元暂时不需收发数据，它就切换入保持模式（持模式（HoldHold）直到主单元下次发信息给它，在）直到主单元下次发信息给

17、它，在这期间主单元定期给它发送信息以使得从单元这期间主单元定期给它发送信息以使得从单元对跳频信道同步，其余时间它不需要侦听信道。对跳频信道同步，其余时间它不需要侦听信道。数据传输完成后，可使用断连（数据传输完成后，可使用断连（DetachDetach）命令来结）命令来结束连接，这样，单元又回到待机模式。束连接，这样，单元又回到待机模式。1/1/2023蓝牙连接状态转移图蓝牙连接状态转移图蓝牙连接状态转移图蓝牙连接状态转移图没有连接的待机状态连接进行中状态活跃状态低能耗状态释放成员地址保持成员地址查询(不知道地址时)寻呼(知道地址时)建立连接停靠保持嗅探待机传输数据断开连接1/1/2023蓝牙设

18、备连接状态下的三种低能耗模式蓝牙设备连接状态下的三种低能耗模式蓝牙设备连接状态下的三种低能耗模式蓝牙设备连接状态下的三种低能耗模式v嗅探（嗅探（Sniff）模式）模式该模式下从单元收发信息的周期变长，主单元只在指定的时隙才能发送信息。保持（保持（HoldHold）模式）模式该模式下从单元只有内部时钟在运行，但一旦切换出该模式，从单元能立即开始收发信息。处于该模式时，从单元可以参加别的微微网，所以可用来连接几个微微网。停靠（停靠（ParkPark）模式）模式当从单元不参与通信，但仍想保持和跳频信道的同步时，就进入该模式。1/1/2023常见的蓝牙设备常见的蓝牙设备常见的蓝牙设备常见的蓝牙设备1/

19、1/20234.3.34.3.3蓝牙标准文档构成蓝牙标准文档构成v核心规范核心规范(corespecifications):描述了从无线描述了从无线电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体电接口到链路控制的不同层次蓝牙协议体系结构的细节。系结构的细节。v概要规范概要规范(profilespecifications):考虑使用蓝考虑使用蓝牙技术支持不同的应用。每个概要规范讨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，以实现特定论在核心规范中定义的技术，以实现特定的应用模型的应用模型(UsageModel)。1/1/20234.3.44.3.4蓝牙协议体系结构蓝牙协议体系结构1/1/

20、2023蓝牙的无线电层蓝牙的无线电层蓝牙的无线电层蓝牙的无线电层1/1/2023蓝牙采用跳频技术蓝牙采用跳频技术蓝牙采用跳频技术蓝牙采用跳频技术1/1/2023蓝牙的基带蓝牙的基带蓝牙的基带蓝牙的基带1/1/2023MM设备和设备和设备和设备和S S设备间的链路设备间的链路设备间的链路设备间的链路1/1/2023链路（续）链路（续）链路（续）链路（续）1/1/2023全双工和半双工通信全双工和半双工通信全双工和半双工通信全双工和半双工通信1/1/2023链路管理规范链路管理规范链路管理规范链路管理规范1/1/2023蓝牙的信道控制蓝牙的信道控制蓝牙的信道控制蓝牙的信道控制1/1/2023微网的

21、建立微网的建立微网的建立微网的建立-inquiry-inquiry模式模式模式模式1/1/2023微网的建立微网的建立微网的建立微网的建立-page-page模式模式模式模式1/1/2023蓝牙的节能模式蓝牙的节能模式蓝牙的节能模式蓝牙的节能模式1/1/2023蓝牙设备的基带状态蓝牙设备的基带状态蓝牙设备的基带状态蓝牙设备的基带状态1/1/2023状态转换图状态转换图状态转换图状态转换图 1/1/2023蓝牙的蓝牙的蓝牙的蓝牙的L2CAPL2CAP层层层层1/1/2023L2CAPL2CAP信道信道v三种类型的逻辑信道：三种类型的逻辑信道：v(1)无连接无连接(connectionless)：

22、支持无连接服务。每个信：支持无连接服务。每个信道是单向的，该信道类型一般用道是单向的，该信道类型一般用于主站向多个于主站向多个从站广播。从站广播。v(2)面向连接面向连接(connection-oriented)：支持面向连接的：支持面向连接的服务。每个信道是双向的服务。每个信道是双向的(全双工全双工)。每个方向中每个方向中定义一个服务质量定义一个服务质量(qualityofservice，QoS)的流规的流规范。范。v(3)信令信令(signaling)：提供：提供L2CAP实体问信令报文的实体问信令报文的交换。交换。1/1/2023实例实例实例实例 1/1/2023 L2CAPL2CAP分

23、组分组分组分组 1/1/2023信令命令信令命令码描述参数0 x01命令拒绝命令拒绝理由理由0 x02连接请求连接请求PSM、源、源CID0 x03连接响应连接响应目的目的CID、源、源CID、结果、结果、状态状态0 x04配置请求配置请求目的目的CID、标志、选项、标志、选项0 x05配置响应配置响应源源CID、标志、结果、选项、标志、结果、选项0 x06取消连接的取消连接的请求请求目的目的CID、源、源CID0 x07取消连接的取消连接的响应响应目的目的CID、源、源CID0 x08回送请求回送请求数据数据(可选可选)0 x09回送响应回送响应数据数据(可选可选)0 x0A信息请求信息请求

24、信息类型信息类型0 x0B信息响应信息响应信息类型、结果、数据信息类型、结果、数据(可选可选)1/1/2023服务质量服务质量vL2CAP中的中的QoS参数定义一个基于参数定义一个基于RFC1363的通的通信流规范。一个流规范是一套参数，指出发送站信流规范。一个流规范是一套参数，指出发送站点试图达到的性能级别。点试图达到的性能级别。v当被包含在配置请求中时，此选项描述了从发送当被包含在配置请求中时，此选项描述了从发送请求设备发往接收请求设备的通信流。请求设备发往接收请求设备的通信流。v当被包含在正配置响应中时，此选项从发送响应当被包含在正配置响应中时，此选项从发送响应的设备的观点描述了进入的通

25、信流契约。的设备的观点描述了进入的通信流契约。v当被包含在负配置响应中时，此选项从发送响应当被包含在负配置响应中时，此选项从发送响应的设备的观点描述了优先进入的通信流。的设备的观点描述了优先进入的通信流。1/1/2023蓝牙的蓝牙的蓝牙的蓝牙的SDPSDP1/1/2023蓝牙的串口仿真蓝牙的串口仿真蓝牙的串口仿真蓝牙的串口仿真1/1/2023RFCOMMRFCOMM1/1/2023BluetoothBluetooth与与与与IPIP1/1/2023BluetoothBluetooth与与与与IPIP1/1/2023BluetoothBluetooth的协议栈的协议栈的协议栈的协议栈1/1/20

26、234.3.54.3.5应用模型应用模型大量应用模型定义在蓝牙的概要规范文大量应用模型定义在蓝牙的概要规范文档中。本质上，档中。本质上，一个应用模型是一套实施一个应用模型是一套实施特定的基于蓝牙的应用的协议特定的基于蓝牙的应用的协议。每个概要。每个概要文件定义了支持一特定应用模型的协议和文件定义了支持一特定应用模型的协议和协议特性。协议特性。1/1/2023BluetoothBluetooth的的的的ProfileProfile1/1/2023BluetoothBluetooth的语音应用的语音应用的语音应用的语音应用1/1/2023蓝牙的个人信息同步管理蓝牙的个人信息同步管理蓝牙的个人信息同

27、步管理蓝牙的个人信息同步管理1/1/2023文件传输文件传输文件传输文件传输1/1/2023无线个域网技术无线个域网技术无线个域网技术无线个域网技术 v蓝牙蓝牙(BlueTooth)vIrDAvHomeRFvUWBvWUSBvZigbee1/1/20234.4IrDA4.4IrDAvIrDA是国际红外数据协会国际红外数据协会的英文缩写，IrDA相继制定了很多红外通信协议，有侧重于传输速率方面的，有侧重于低功耗方面的，也有二者兼顾的。vIrDA是一种低成本、低功耗的串行数据连接标准，一种低成本、低功耗的串行数据连接标准，支持半双工、点到点连接，覆盖范围至少支持半双工、点到点连接，覆盖范围至少1m

28、，数，数据率最大达据率最大达115kbps的通信标准的通信标准。在2.4G频段，工作波长只有1um，而蓝牙的工作波长为12.5cm。1/1/2023概述概述概述概述vIrDA是红外数据组织（Infrared Data Association）的简称，目前广泛采用的IrDA红外连接技术就是由该组织提出的.到目前为止，全球采用IrDA技术的设备超过了5000万部。IrDA已经制订出物理介质和链路层规格，以及2个支持IrDA标准的设备可以相互监测对方并交换数据。v初始的IrDA1.0标准制订了一个串行，半双工的同步系统，传输速率为2400bps到115200bps，传输范围1 m，传输半角度为15度

29、到30度。最近IrDA扩展了其物理层规格使数据传输率提升到4Mbps。1/1/2023红外线通信波长红外线通信波长红外线通信波长红外线通信波长v红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。v红外通讯一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通讯效果，红外通讯协议将红外数据通讯所采用的光波波长的范围限定在850nm850nm至至900nm900nm之内。v目前无线电波和微波已被广泛地应用在长距离的无线通讯之中，但由于红外线的波长较短，对障碍物的

30、衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输。1/1/2023红外通信技术应用产生的背景红外通信技术应用产生的背景红外通信技术应用产生的背景红外通信技术应用产生的背景v红外通讯有着成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。v这些设备包括笔记本电脑、掌上电脑、机顶盒、游戏机、移动电话、计算器、寻呼机、仪器仪表、MP3播放机、数码相机以及打印机之类的计算机外围设备等等。v试想一下，如果没有红外通讯，连接这其中的两个设备就必须要有一条特制的连线，如果要使它们能够任意地两两互联传输数据，该需要多少种连线呢？而有了红外口，这些

31、问题就都迎刃而解了。1/1/2023IrDAIrDA的优势的优势的优势的优势vIrDA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。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。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16M

32、b/s。1/1/2023市场优势市场优势市场优势市场优势v除了在技术上有自己的技术特点外，IrDA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。1/1/2023IrDAIrDA的局限性的局限性的局限性的局限性v（1）IrDA是一种视距传输技术，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

33、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。v（2）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。1/1/2023红外通信标准产生的背景红外通信标准产生的背景红外通信标准产生的背景红外通信标准产生的背景v要使各种设备能够通过红外口随意连接，一个统一的软硬件规范是必不可少的。但在红外通讯发展早期，恰恰就存在着这样的规范不统一问题：许多公司都有着自己的一套红外通讯标准，同一个公司生产的设备自然可以彼此进行红外通讯，但却不能与其它公司有红外功能的设备进行红

34、外通讯。当时比较流行的红外通讯系统有惠普的HPSIR，夏普的ASKIR和General Magic的MagicBeam等，虽然它们的通讯原理比较相似，但却不能互相感知。混乱的标准给用户带来了很大的不便，并给人们造成了一种红外通讯不太实用的错觉。v 为了建立一个统一的红外数据通讯的标准，1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司发起成立了红外数据协会(Infrared Data Association,简称IRDA)，1993年6月28日，来自50多家企业的120多位代表出席了红外数据协会的首次会议，并就建立统一的红外通讯标准问题达成了一致。一年以后，第一个IRDA的红外数据通讯

35、标准发布，即IRDA1.0。1/1/2023IrDAIrDA标准标准标准标准vIrDA标准：标准：IrDA1.0:简称为SIR(SerialInfraRed)，异步的、半双工的红外通讯方式。SIR以系统的异步通讯收发器(UART)为依托，由于受到UART通讯速率的限制，SIR的最高通讯速率只有115.2Kbps。IrDA1.1:即FastInfraRed，简称为FIR。与SIR相比，由于FIR不再依托UART，通讯速率大幅度，可达到4Mbps的水平。继FIR之后，IrDA又发布了通讯速率高达16Mbps的VFIR(VeryFastInfraRed)技术，并将它作为补充纳入IrDA1.1标准之中

36、。1/1/2023IrDAIrDA协议协议协议协议vIrDA数据协议由物理层，链路接入层和链数据协议由物理层，链路接入层和链路管理层三个基本层协议组成路管理层三个基本层协议组成链路管理协议（链路管理协议（IrLMP）链路接入协议（链路接入协议（IrLAP）物理层（物理层（IrPHY）1/1/2023IrDAIrDA红外串行物理层协议红外串行物理层协议红外串行物理层协议红外串行物理层协议 IrPHY定义了4Mb/s以下速率的半双工连接标准。在IrDA物理层中，将数据通信按发送速率分为三类：SIR、MIR和和FIR。v串行红外（SIR）的速率覆盖了RS-232端口通常支持的速率（9600bps11

37、52Kbps）；vMIR可支持0.576Mbps和1.152Mbps的速率；v高速红外（FIR）通常用于4Mbps的速率，有时也可用于高于SIR的所有速率；4Mb/s连接使用4PPM编码，1.152Mb/s连接使用归零OOK编码，编码脉冲的占空比为0.25。115.2kb/s以及以下速率的连接使用占空比为0.1875的归零OOK编码。1/1/2023IrLAPIrLAP红外链路接入协议红外链路接入协议红外链路接入协议红外链路接入协议vIrLAP定义了链路初始化、设备地址发现、建立连接（其中包括比特率的统一）数据交换、切断连接、链路关闭以及地址冲突解决等操作过程。它是从异步数据通信标准高级数据链

38、路控制（HDLC）协议演化而来的。vIrLAP使用了HDLC中定义的标准祯类型，可用于点对点和点对多的应用。vIrLAP的最大特点是，由一种协商机制来确定一个设备为主设备，其他设备为从设备。主设备探测它的可是范围，寻找从设备，然后从那些相应它的设备中选择一个并试图建立连接。在建立连接的过程中，两个设备彼此协调，按照它们共同的最高通信能力确定最后的通信速率。以上所说的寻找和协调过程都是在9.6kbps的波特率下进行的。1/1/2023IrLMPIrLMP红外链路管理协议红外链路管理协议红外链路管理协议红外链路管理协议vIrLMP是IrLAP之上的一层链路管理协议，主要用于管理IrLAP所提供的链

39、路连接中的链路功能和应用程序以及评估设备上的服务，并管理如数据速率、BOF的数量（帧的开始）及连接转换向时间等参数的协调、数据的纠错传输等。1/1/2023IrDAIrDA的未来与发展的未来与发展的未来与发展的未来与发展v面对其他技术的挑战，IrDA并没有停滞不前。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

40、和数码相机等图形处理设备中更可大显身手。v对于要求传输速率高、使用次数少、移动范围小、价格比传输速率高、使用次数少、移动范围小、价格比较低的设备较低的设备，如打印机、扫描仪、数码像机等，IrDAIrDA技术技术是首选。是首选。1/1/20234.5HomeRF4.5HomeRF（家庭射频技术）（家庭射频技术）（家庭射频技术）（家庭射频技术）vHomeRF是专门针对家庭住宅环境而开发出来的是专门针对家庭住宅环境而开发出来的无线网络技术，借用了无线网络技术，借用了802.11规范中支持规范中支持TCP/IP传输的协议；而其语音传输性能则来自传输的协议；而其语音传输性能则来自DECT(无绳电话无绳电

41、话)标准。标准。vHomeRF定义的工作频段为定义的工作频段为2.4GHz，这是不需，这是不需许可证的公用无线频段。许可证的公用无线频段。vHomeRF使用了跳频空中接口，每秒跳频使用了跳频空中接口，每秒跳频50次，次，即每秒钟信道改换即每秒钟信道改换50次。收发信机最大功率为次。收发信机最大功率为100mW，有效范围约，有效范围约50m，其速率为，其速率为1Mbps至至2Mbps。1/1/2023HomeRFHomeRFHomeRFHomeRF的共享无线应用协议（的共享无线应用协议（的共享无线应用协议（的共享无线应用协议（SWAP)SWAP)SWAP)SWAP)v家庭射频（家庭射频（Home

42、RF）技术是无绳电话技术）技术是无绳电话技术（DECT：DigitalEnhancedCordlessTelephone）和无线局域网（）和无线局域网（WLAN）技术相互）技术相互融合发展的产物。融合发展的产物。v无线局域网无线局域网IEEE802.11采用采用CSMA/CA（载波监（载波监听多点接入听多点接入/冲突避免）方式，特别适合于数据业冲突避免）方式，特别适合于数据业务；而务；而DECT使用使用TDMA（时分多路复用）方式，（时分多路复用）方式，特别适合于话音通信特别适合于话音通信.v将二者进行融合构成家庭射频使用的共享无线应将二者进行融合构成家庭射频使用的共享无线应用协议（用协议（S

43、WAP：SharedWirelessAccessProtocol）。）。1/1/2023SWAPSWAPvSWAP使用使用TDMACSMA/CA方式，适合话音和方式，适合话音和数据业务，数据业务，TDMA用于传送交互式话音和其它时用于传送交互式话音和其它时间敏感性业务，而间敏感性业务，而CSMA/CA用于传送高速分组用于传送高速分组数据数据,并且特地为家庭小型网络进行了优化。家庭并且特地为家庭小型网络进行了优化。家庭射频系统的设计目的就是为了在家用电器设备之射频系统的设计目的就是为了在家用电器设备之间传送话音和数据，并且能够与公众交换电话网间传送话音和数据，并且能够与公众交换电话网（PSTN）

44、和互联网进行交互式操作。）和互联网进行交互式操作。1/1/2023HomeRFHomeRF的未来的未来的未来的未来vSWAP规范问世以后，除了扩展高性能、多波段规范问世以后，除了扩展高性能、多波段无绳电话技术以外，还极大地促进了低成本无线无绳电话技术以外，还极大地促进了低成本无线数据网络技术的发展。但是，数据网络技术的发展。但是，HomeRF占据了与占据了与802.11b和和Bluetooth相同的相同的2.4G频率段，并且在频率段，并且在功能上过于局限家庭应用，再考虑到功能上过于局限家庭应用，再考虑到802.11b在办在办公领域已取得的地位，恐怕在今后难以有较大的公领域已取得的地位，恐怕在今

45、后难以有较大的作为。作为。1/1/20234.64.6无线无线无线无线USBUSBv为了适应各领域对数据传输和接口技术的需要，为了适应各领域对数据传输和接口技术的需要，USB技术的标准从技术的标准从1.0发展到了发展到了2.O，数据传输的，数据传输的速率也从最初的速率也从最初的1.5Mbit/s提高到了提高到了480Mbit/s。v在传输速度大幅度提高的同时，在传输速度大幅度提高的同时，USB更是紧跟通更是紧跟通信技术的无线化趋势，将传统基于线缆的信技术的无线化趋势，将传统基于线缆的USB扩扩展为基于无线传输平台的无线展为基于无线传输平台的无线USB。v这种新的高速无线个人互连技术，在继承传统

46、有这种新的高速无线个人互连技术，在继承传统有线线USB2.0标准所具有的较高传输速率优势的同时，标准所具有的较高传输速率优势的同时，充分利用无线传输技术的灵活性与极高的自由度，充分利用无线传输技术的灵活性与极高的自由度，免除了有线免除了有线USB需要线缆连接所带来的各种麻烦。需要线缆连接所带来的各种麻烦。1/1/2023WUSBWUSB准化组织与标准化进程准化组织与标准化进程准化组织与标准化进程准化组织与标准化进程v无线USB促进组织(Wireless USB Promoter Group)是无线USB标准的制定机构。该组织成立于2004年初，由英特尔(Intel)发起，成员包括了杰尔系统(A

47、gere Systems)、惠普(Hewlett Packard)、微软(Mircosoft)、NEC、飞利浦半导体(Philips Semiconductor)和三星(Samsung)这几家业界领先的公司。v v由于无线USB促进组织所制定的无线USB标准只涉及到较高层次协议规范的制定，物理层和MAC(media access control，媒体访问控制)层则采用了由MBOA(MultiBand OFDMOFDM Alliance，正交频分多路复用联盟)和WiMedia联盟(Wireless Multimedia Alliance，无线多媒体联盟)共同制定的UWBUWB(ultra wid

48、eband，超宽带)无线标准1/1/2023无线无线无线无线USBUSB的体系结构的体系结构的体系结构的体系结构 v2005年年5月发布了月发布了WUSB1.0。v无线无线USB系统由一个无线系统由一个无线USB主机和多个主机和多个无线无线USB设备，以及主机和设备之间的互设备，以及主机和设备之间的互连机制这三部分共同构成。连机制这三部分共同构成。v其中，其中，USB互连机制是互连机制是USB主机与主机与USB设设备之间进行连接和通信所使用的一系列策备之间进行连接和通信所使用的一系列策略的总称，涉及到三个方面的内容：拓扑略的总称，涉及到三个方面的内容：拓扑结构、数据流模型、总线调度。结构、数据

49、流模型、总线调度。1/1/2023拓扑结构拓扑结构拓扑结构拓扑结构v无线USB系统中主机和设备的连接采用了如图1所示的“hub and spoke(连接段）”模型。无线USB主机以hub的角色处在模型的正中央，理论上一个USB主机能够支持最多127个USB设备，各无线USB设备处于每段spoke的末端，每段spoke代表着一个无线USB主机到一个无线USB设备之间点到点的连接。如图1所示。1/1/2023WUSB的基本连接原理是网络集线器和拓扑，如图所示。在所有的通过主机传输的数据，都会连接上WUSBHost(WUSB主机)，然后分配给每个设备不同的地址和带宽，这些设备和主机之间的关系被称为群

50、。它们是通过点对点来传输的，WUSB主机和WUSB设备之间定向的传输。1/1/2023数据流模型数据流模型数据流模型数据流模型v其中，功能层与有线USB 2.0标准几乎保持一致，只在同步传输模式增强上作了极小的改动；设备层增加了一些安全性扩展和无线媒介设备管理的控制命令，改动较小；总线接口层是改动较大的一层，主要针对无线传输增加了一个高效安全的通信服务机制，规定了无线USB主机和设备通信之前，必须先建立一个安全关联圈，之后加密的数据才能通过无线通道传输，很大程度上保证了无线传输的可靠性。如图2所示。1/1/2023WUSBWUSB的总线调度的总线调度的总线调度的总线调度v类似于有线USB 2.