无线网络技术基础第4章 无线个域网.ppt

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1、第4章 无线个域网内容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15标准4.3 蓝牙技术4.4 ZigBee技术4.1概述n手机、PC机、汽车、音响、电视、微波炉、电冰箱等消费类产品非常普及，人们希望有一种短距离、低成本、小功耗的无线通信方式，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，并通过一定的安全接口完成自组小网与广域大网的互通。n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 n蓝牙(Blue Tooth)nIrDA nHomeRF

2、 nUWB nZigbee 内容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15标准4.3 蓝牙技术4.4 ZigBee技术4.2IEEE802.15标准 IEEE 802.15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。4.2.1 标准构成n802.15.1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。n802.15.2工作组目的是要802.11和802.15开发共存的推荐规范。n802.15.3工作组的兴趣在开发对比于802.11设备是低成本和低功耗的设备的标准上。n802.15.3a的目标是要在使用同样的MAC层上提供比802.15

3、.3更高的数据率n802.15.4工作组则开发了一个非常低成本、非常低功耗的比802.15.1数据率要低的设备标准。IEEE802.15协议体系结构 WLAN与WPAN 内容提要4.1 概述4.2 IEEE802.15标准4.3 蓝牙技术4.4 ZigBee技术nIEEE802.15.1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。n1998年5月，4家公司联合成立蓝牙特殊利益集团(SIG)n1999年7月SIG公布蓝牙规范1.0版 n1999年12月公布蓝牙规范1.0b版n2001年4月公布1.1版n2003年11月公布1.2版本

4、n2004年8月公布2.0版本 4.3.1 蓝牙技术的诞生与发展蓝牙技术优点(1)可以随时随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。4.3.3 蓝牙标准文档构成n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。n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

5、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)。4.3.4 蓝牙协议体系结构核心协议(core protocol)形成五层栈(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。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

6、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。4.3.5 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。文件传输拨号联网LAN接入同步无绳电话或内部通信耳机4.3.7 微微网和散布式网络(网络模式)n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

7、的从设备组成。n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)。主/从关系 无线网络的配置 4.3.8 蓝牙规范的五层核心协议 1.蓝牙无线电规范2.蓝牙基带规范3.蓝牙链路管理器规范4.蓝牙逻辑链路控制和自适应协议5.蓝牙服务发现协议1.蓝牙无线电规范拓 扑一个逻辑的星形结构中，高达7条并行链路调制GFSK数据速率的峰值/Mb/s1RF带宽220kHz(-3dB)，1MHz(-20dB)RF波段2.4GHz,ISM波段RF载波23/79载波的间隔/MHzl传输功率/W0.1微微网的接入FH-T

8、DD-TDMA频跳率/跳/s1600分布式网络的接入FH-CDMA国际上蓝牙的频率分配 区 域调节范围/GHzRF信道美国、欧洲的大部分国家和其他国家中的大部分2.42.4835f2.402+nMHz,n0,78日本2.4712.497f=2.473+nMHz,n0,22西班牙2.4452.475f=2.449+nMHz,n0,22法国2.44652.4835f=2.454+nMHz,n0,22 蓝牙利用波段中的2.4GHz波段。在大多数国家，此带宽足以定义79个1MHz的物理信道 2.蓝牙基带规范n基带规范是最为复杂的蓝牙文档之一，在此只简要介绍一些关键成分。n蓝牙基带层在物理层之上，管理物

9、理信道和链路，包括蓝牙设备的发现、链路连接与管理及功率控制。3.蓝牙链路管理器规范nLMP管理主站与从站间的无线电链路的各个方面。n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。n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。4.蓝牙逻辑链路控制和自适应协议n与IEEE 802规范中的逻辑链路控制(LLC)相同，L2CAP(logical link control and adapt

10、ation 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。nL2CAP为流和差错控制提供大量服务，它依赖于更低层(基带层)。nL2CAP使用ACL链路，它不支持SCO链路。5.蓝牙服务发现协议n在蓝牙规范提出之前，服务发现协议已经存在。n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。n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。nSIG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。内容提要4.1 概述4.2 IEEE

11、802.15标准4.3 蓝牙技术4.4 ZigBee技术4.4 ZigBee技术n2000年12月，IEEE成立了802.15.4工作组,致力于定义一种供廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。nZigBee是这种技术的商业化命名，名称来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过ZigBee形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息n在标准化方面，IEEE802.15.4工作组主要负责指定物理层和MAC层的协议，ZigBee联盟负责高层应用、测试和市场推广等方面的工作。4.4 ZigBee技术4.4.1 ZigBee的特点4.4.2 Zig

12、Bee标准体系4.4.3 ZigBee网络的结构4.4.4 ZigBee协议架构4.4.5 ZigBee网络节点类型4.4.6 ZigBee技术应用4.4.1 ZigBee的特点（1）极低的系统功耗（2）较低的系统成本（3）安全的数据传输（4）灵活的工作频段（5）灵活的网络结构（6）超大的网络容量4.4.2 ZigBee标准体系4.4.3 ZigBee网络的结构ZigBee CoordinatorZigBee RouterZigBee End DeviceMesh网Cluster Tree串Star星ZigBee CoordinatorZigBee RouterZigBee End Devic

13、eMesh网Cluster Tree串Star星Star星4.4.4 ZigBee协议架构4.4.5 ZigBee网络节点类型nZigBee网络中的设备按照功能的不同分为两类：n具有完全功能的全功能设备（Full Function Device，FFD）n具有部分功能的设备（Reduced Function Device，RFD）。nFFD器件拥有802.15.4/ZigBee协议栈规定的全部功能，可以在网络中充当任何角色，而RFD器件只具有协议栈规定的部分功能，因此它在网络中担任的角色也受到一定限制。4.4.6 ZigBee技术应用（1）数字家庭领域（2）工业领域（3）智能交通（4）医疗领域（5）现代农业（6）环境监测（7）智能建筑（8）安全保障The end