1、一、概述 二、無線個域網(wǎng)技術(shù) 三、無線局域網(wǎng)技術(shù) 四、無線城域網(wǎng)技術(shù) 五、移動IP技術(shù) 六、移動Internet 七、無線通信技術(shù)發(fā)展,無線網(wǎng)絡(luò)與移動通信技術(shù)基礎(chǔ),移動通信與移動計算的區(qū)別,Mobile communication involve only physical and MAC layers Mobile computing include mobile networking(data link, network, transport layers) as well as software applications such as wireless access to inform

2、ation resources, client /server interaction, etc.,一、 概述,無線通信的歷史 中國古代 烽火臺 1865年，麥克斯韋（J. C. Maxwell）建立了著名的電、磁、光現(xiàn)象相統(tǒng)一的麥克斯韋方程 1887年，赫茲（H. R. Hertz）首次證明了在數(shù)米遠(yuǎn)兩點之間可以發(fā)射和檢測電磁波 ； 1895年5月7日，波波夫在俄國彼得堡的物理化學(xué)分會上，宣讀了關(guān)于“金屬屑與電振蕩的關(guān)系”的論文，并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無線電接收機。,無線通信的歷史 1895年，馬可尼(G. M. Marconi) 成功地進(jìn)行了約3公里的無線電通信；1897年，馬可尼赴英國發(fā)展

3、，獲得科學(xué)界和實業(yè)界的重視和支持，取得了專利。1897年，馬可尼建議了世界上第一家無線電器材公司-馬可尼公司。1901年，他在英格蘭和紐芬蘭之間進(jìn)行了橫跨大西洋的莫爾斯電報碼發(fā)射和接收試驗，通信距離超過3000公里；馬可尼的貢獻(xiàn)貫穿在無線電、電視、移動電話、衛(wèi)星通信等廣泛領(lǐng)域。1909年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。,移動與無線通信基本知識,Frequency (f) is the number of oscillations (cycles) per second. Unit is Hertz or Hz Wavelength (l) is the distance covered by one os

4、cillation (cycle) as the wave travels through space,多徑效應(yīng)： 由于多徑傳播，造成多徑信號的幅度、相位和到達(dá)時間不同，它們相互疊加會產(chǎn)生電平衰退(fading)和時延擴(kuò)展，產(chǎn)生附加的調(diào)頻噪聲，出現(xiàn)接收信號失真。,移動臺,陰影衰退： 由地形、地物、氣象等原因?qū)﹄姶挪ǖ恼诒我?，由此引起的衰退為慢衰退?例如，當(dāng)移動用戶穿過不同高度建筑物、十字路口，接收到的信號平均功率發(fā)生變化，且是緩慢的變化。 快衰退和慢衰退隨著移動臺的移動而產(chǎn)生變化，這二者構(gòu)成移動通信接收信號不穩(wěn)定的因素。,多普勒（Doppler）效應(yīng)： 由于移動臺與基站的相對運動引起接收信

5、號的附加頻率變化，距離越近，附加頻率越高。,移動臺,Wireless systems transmit and receive waveforms that are outside of the spectrum of visible light - from about 800 30,000 MHz,全范圍無線電頻譜圖,極低頻（ELF) 軍事潛艇通信,甚低頻（VLF) 導(dǎo)航、聲納、航空,低頻（LF) 航海與航空導(dǎo)航信標(biāo)、航空導(dǎo)航,中頻（MF) 中波廣播、航海與航空導(dǎo)航信標(biāo),高頻（HF) 短波廣播、業(yè)余無線電,甚高頻（VHF) 電視與調(diào)頻廣播、無線尋呼、地面移動通信,超高頻（UHF) 電視與調(diào)

6、頻廣播、無繩電話、個人無線電,特高頻（SHF) 微波鏈路、衛(wèi)星通信,極高頻（EHF) 雷達(dá)、射電天文學(xué),微米波 遠(yuǎn)程探測、激光通信、光空間通信,紅外光,300kHz,30MHz,3000MHz,300GHz,3kHz,頻率,天線,All wireless devices have at least one antenna; most use the same antenna to transmit and receive The antenna must be at least one quarter wavelength in size to work well. So, no matter

7、 how small you make a cellular phone, the antenna is going to have to be about this size!,波束轉(zhuǎn)換智能天線 (b),自適應(yīng)陣列智能天線(a),智能天線,視距通信(LOS)：Line of Sight 發(fā)射天線與接收端間無障礙物。,兩次世界大戰(zhàn)強烈地刺激了無線通信技術(shù)的發(fā)展 1946年，首次開通公眾移動服務(wù)系統(tǒng), 主要用于大眾安全部門，如警察和消防部隊，并逐漸向民間過渡。 正因為一個頻譜只能為一對講話者使用，頻譜成為稀有資源，日趨緊張。世界無線電管理委員會(WRC)提出頻譜分配法； 軍事戰(zhàn)爭：無線電臺 短波

8、通信 長波通信 1870年，丹麥大北電報局途徑俄國、日本在中國建立第一條電報線，1882年中國第一個電報局建立（李鴻章的業(yè)務(wù)運動）。100年以后的1982年，我國電話才234萬部，電話線2.3條/1000人。到2006年，我國固定和移動電話均超過4億臺，普及率超過30。,無線/移動通信的發(fā)展,無線/移動通信的發(fā)展,蜂窩（Celluar）概念：將通信的區(qū)域按蜂窩形狀分的區(qū)域按蜂窩形狀分成若干小區(qū)，兩個小區(qū)間只要相隔一段距離, 無線載頻就可重復(fù)使用。 頻率復(fù)用(頻分多址), 無線頻譜盡可能在不同的地理位置上重復(fù)使用，每個小區(qū)由所對應(yīng)的基站來服務(wù) 。 1946年，美國 AT 采用更具有更高級的數(shù)字技

9、術(shù)與網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，信令網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)相分離的GSM被廣泛采用。 美國 1990年IS-54， 1992年IS 95-98 (CDMA) 均為雙模體制，我國采用900MHz頻段的GSM (Global Service for Mobile)體制(FDMA/TDMA)。,無線/移動通信的發(fā)展,1996年：新增的面向個人的移動用戶超過 固定用戶增長速度 2000年： 全球移動用戶：2 億 全球固定用戶：8 億 2004年：移動用戶達(dá)到17 億，中國3.4億 2010年：移動用戶達(dá)到30 億，與固定 用戶數(shù)量持平,以移動蜂窩網(wǎng)用戶為例,無線/移動通信的發(fā)展,終極目標(biāo)： 個人通信PCN ( Person

10、al Communication Networks )是人類通信的最高目標(biāo)，它指使用各種可能的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)任何人(Whoever)在任何時間(Whenever)、任何地點(Whereever)與任何人(Whomever)進(jìn)行任何種類(Whatever)的信息交換。 Anywhere, anyone, anyway, anytime,無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)有何不同？ 無線網(wǎng)絡(luò)通過一系列站(hops, 跳)和交換機為移動用戶提供其連接有線網(wǎng)絡(luò)的入口。一個典型移動計算的點到點連接包括無線交換部分和有線廣域網(wǎng)部分。點到點物理連接中，交換機軟件十分復(fù)雜，常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和開銷計算已經(jīng)不再適用。 無線網(wǎng)絡(luò)的容

11、錯性比有線網(wǎng)差，傳輸錯誤或者暫時的連接中斷帶來的后果都會比有線網(wǎng)中要大。這主要是因為用戶不斷漫游，天氣原因等。 容錯性差將會給傳輸層軟件和協(xié)議提出新的要求。,Infrastructure-based vs. ad hoc,Fixed, wired backbone; Mobiles directly communicate With Access Points.,No wired backbone; Peer-to-peer; Multi-hop routes,無線網(wǎng)絡(luò)分類,無線通信網(wǎng)絡(luò)分類圖,WPAN的核心思想是：用無線電（RF）或紅外線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線電纜，以個人為中心實現(xiàn)信息終端的智能化互

12、聯(lián)，組建個人化信息網(wǎng)絡(luò)。 從計算機網(wǎng)絡(luò)的角度來看，WPAN是一個局域網(wǎng)；從電信網(wǎng)絡(luò)的角度來看，WPAN是一個接入網(wǎng)。 人們把WPAN稱為電信網(wǎng)絡(luò)“最后一米”的解決方案。 特征：適應(yīng)范圍、能耗、成本、用途等。,無線個人網(wǎng)（WPAN）,Wired / Wireless,Wired / Wireless,Wired /Wireless,Wired / Wireless,Wired / Wireless,Broadband,Local high throughput delivery,Long range delivery wired 支持各種速率的點到點話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù); 主要應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)和設(shè)備中

13、; 紅外頻帶寬，不干擾現(xiàn)有射頻系統(tǒng)性能，干擾低; 紅外LOS，不能穿透墻，保密性強; 紅外數(shù)據(jù)傳輸率高，1Mb/s（0.964Mbps）； IrDA主要應(yīng)用：設(shè)備互聯(lián)、信息網(wǎng)關(guān) 設(shè)備互聯(lián)后可完成不同設(shè)備內(nèi)文件與信息的交換信息網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)連接信息終端和互聯(lián)網(wǎng),2.1 紅外線通信特點,如何組成紅外無線網(wǎng)絡(luò)？ 紅外無線數(shù)據(jù)通信/控制協(xié)議 IrDA協(xié)議集（1993） 紅外數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)為紅外漫反射器 調(diào)制技術(shù),2.2 紅外線無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),IrDA協(xié)議棧分成兩部分：核心協(xié)議和可選協(xié)議。 IrDA的核心協(xié)議包括：物理層協(xié)議、鏈路接入?yún)f(xié)議、鏈路管理協(xié)議和服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議。 核心協(xié)議完成對物理傳輸媒介的監(jiān)測與控制，發(fā)現(xiàn)

14、設(shè)備，可靠的數(shù)據(jù)鏈路的建立與維持，高層數(shù)據(jù)包的適配，不同協(xié)議數(shù)據(jù)的復(fù)用與流量控制。,IrDA協(xié)議棧,2.2 紅外線無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),UWB技術(shù)又被稱為脈沖無線電發(fā)射技術(shù)。根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）的定義，是指在3.1G-10.6G頻段內(nèi)占用10dB/帶寬大于500MHz的無線發(fā)射方案。,3、超寬帶（UWB）技術(shù),UWB技術(shù)曾被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)和遙感領(lǐng)域，作為商用無線通信技術(shù)目前正受到越來越多的關(guān)注。 UWB技術(shù)即不同于傳統(tǒng)的窄帶無線傳輸技術(shù)，也不同于3G擴(kuò)頻寬帶技術(shù)。傳統(tǒng)的窄帶或擴(kuò)頻寬帶系統(tǒng)都需要使用載波將基帶信號調(diào)制到射頻上，而UWB技術(shù)不需載波，能直接調(diào)制脈沖信號，產(chǎn)生帶寬高達(dá)幾GHz的窄

15、脈沖波形，其帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前任何商業(yè)無線通信技術(shù)所占用的帶寬。,3.1 UWB概述,UWB 吞吐量 High speed at short range 480 Mb/s at 3m Does not penetrate walls,3.1 UWB概述,UWB信號的寬頻帶、低功率譜密度的特性，決定了UWB無線傳輸技術(shù)的以下優(yōu)勢： 易于與現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)，如GPS、蜂窩通信系統(tǒng)、地面 電視等共用頻段，大大提高了頻譜利用率； 易于實現(xiàn)多用戶的短距離高速數(shù)據(jù)通信； 對多徑衰落具有魯棒性。,3.1 UWB概述,適合UWB技術(shù)的實際應(yīng)用包括： 高速無線個域網(wǎng)； 無線以太接口鏈路； 智能無線局域網(wǎng)； 戶外對等

16、網(wǎng)絡(luò)； 傳感、定位和識別網(wǎng)絡(luò) 目前，UWB在多媒體設(shè)備，家庭和個人網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用前景已得到了專業(yè)界的普遍認(rèn)可，UWB將促進(jìn)智能網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的發(fā)展，形成真正以用戶為中心的無線世界。,3.1 UWB概述,UWB無線技術(shù)基于共用頻段思想，打破短距離無線通信頻率資源供不應(yīng)求及不兼容的現(xiàn)狀，為頻譜管理和無線系統(tǒng)工程中存在的諸多問題提供有效的解決方案； UWB技術(shù)能為無線個域網(wǎng)接入技術(shù)提供低功耗、高帶寬且易于實現(xiàn)的底層技術(shù)支撐，實現(xiàn)便攜設(shè)備和固定設(shè)備、個人電腦和娛樂設(shè)備的空中接口，建立可兼容的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)； UWB系統(tǒng)能在短距離內(nèi)支持高達(dá)400Mb/s的信息傳輸率，并可通過減小傳輸速率來增加傳輸距離，實現(xiàn)精確

17、的定位跟蹤； 同時，UWB設(shè)備具有能支持有效多次反射路由機制的精確位置跟蹤功能，更有利于在動態(tài)節(jié)點的自組織網(wǎng)（ad hoc）中實現(xiàn)定位。,3.1 UWB概述,UWB 接口設(shè)備,Measured UWB Pulse train output,3.1 UWB概述,4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),藍(lán)牙以公元10世紀(jì)一位斯堪的納維亞國王的名字命名。發(fā)明藍(lán)牙技術(shù)的是瑞典愛立信公司。1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾五家公司經(jīng)過磋商，聯(lián)合成立了藍(lán)牙共同利益集團(tuán)（Bluetooth SIG）。 99年7月發(fā)布Bluetooth 1.0標(biāo)準(zhǔn)。至今加盟藍(lán)牙SIG的公司已達(dá)到2000多個，

18、藍(lán)牙具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場。 所謂藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)，實際上是一種短距離無線電技術(shù)，使得現(xiàn)代一些輕易攜帶的移動通信設(shè)備和電腦設(shè)備，不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線上因特網(wǎng)，其實際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。,藍(lán)牙技術(shù)主要面向10m范圍內(nèi)的個人網(wǎng)絡(luò)。各類數(shù)據(jù)及語音設(shè)備（信息家電）, 通過無線方式將它們連成一個微微網(wǎng)(Piconet), 多個微微網(wǎng)之間也可以互連形成分布式網(wǎng)絡(luò)從而方便、快速地實現(xiàn)各類設(shè)備之間的通信（數(shù)據(jù)、音頻、圖象等）。 藍(lán)牙技術(shù)是公開的無線數(shù)據(jù)和話音通信標(biāo)準(zhǔn)(IR傳輸和短距無線電鏈路），

19、無線收發(fā)器集成于99mm2的微芯片內(nèi)，可方便地嵌入到便攜式設(shè)備中, 從而增加設(shè)備的通信選擇性。 藍(lán)牙同步語音信道支持 64Kbps 數(shù)據(jù)傳輸率； 非同步信道可支持： 721Kbps， 非對稱，單向最大速率 432.6Kbps，上下鏈路對稱最大速率,4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),Basic facts Operates in the unlicensed Industrial-Science-Medical (ISM) band at 2.45 GHz. Adopts frequency-hop transceivers to combat interference and fading

20、. The nominal radio range: 10 meters with a transmit power of 0 dBm. The extended radio range: 100 meters with amplified transmit power of 20 dBm. Major technology for short-range wireless networks and wireless personal area network. An enabling technology for multi-hop ad hoc networks. Low cost of

21、Bluetooth chips (about $5/chip).,4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),藍(lán)牙應(yīng)用： 話音/數(shù)據(jù)的接入。它是將一臺計算設(shè)備通過安全的無線鏈路連接到一個通信設(shè)備，完成與廣域通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。 外圍設(shè)備互聯(lián)是指將各種外設(shè)通過藍(lán)牙鏈路連接到主機。 個人網(wǎng)絡(luò)和信息的共享和交換。,藍(lán)牙系統(tǒng)基本特征： (1) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?(2) 交換模式 (3) 節(jié)能模式 (4) 抗干擾性能 (5) 鑒權(quán)、加密 (6) 話音編碼 (7) 軟件結(jié)構(gòu),4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),藍(lán)牙包括核心協(xié)議(Core) 和簡檔（Profile）兩個部分。協(xié)議主要定義藍(lán)牙的技術(shù)細(xì)節(jié)（如串口仿真協(xié)議、邏輯鏈

22、路控制和適配協(xié)議等），而簡檔定義相應(yīng)的實現(xiàn)協(xié)議棧，這樣即可為全球兼容性奠定基礎(chǔ)。 藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)主要定義底層協(xié)議，也定義一些高層協(xié)議和相關(guān)接口。整個協(xié)議體系結(jié)構(gòu)分為4層： ( 1) 核心協(xié)議層（鏈路管理協(xié)議LMP、藍(lán)牙邏輯鏈路控制與適配協(xié)議 L2CAP、服務(wù)檢測協(xié)議SDP） ( 2) 線纜替代協(xié)議層 （RFCOMM） ( 3) 電話控制協(xié)議層（TCB, BIN/AT） ( 4) 其它協(xié)議層（與Internet應(yīng)用相關(guān)的高層協(xié)議，如PPP、UDP/TCP/IP、 OBEX/vCard/vCal、IrMC、E-mail、WAP等 ),4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),藍(lán)牙協(xié)議棧圖,Open prob

23、lem: a method for forming an efficient scatternet under a practical networking scenario. Two methods: Bluetree and Bluenet,4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),微微網(wǎng)（Piconet） A simple on-hop star-like network A master unit Up to 7 active slave units Unlimited number of passive slave units. 散布網(wǎng)（Scatternet） A group of co

24、nnected piconets A unit serves as a bridge between the overlapping piconets in proximity.,4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),藍(lán)牙無線電規(guī)范,調(diào)制: GFSK數(shù)據(jù)速率（峰值）: 4MbpsRF頻段:2.4GHz, ISMRF載波: 23/79載波間隔:1傳輸功率: 0.1w微微網(wǎng)接入: FH-TDD-TDMA頻跳率:1600分布式網(wǎng)絡(luò)的接入: FH-CDMA,4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),跳頻的時分雙工（FH-TDD-TDMA）,4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),從應(yīng)用的角度，它與日前廣泛應(yīng)

25、用于微波通信中一點多址技術(shù)十分相似，很容易穿透障礙物，實現(xiàn)全方位的語音與數(shù)據(jù)傳輸，非視距通信。藍(lán)牙也使用2.4GHz頻段，采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)。對應(yīng)于單時隙分組，藍(lán)牙的跳頻速率為1600跳/秒；對應(yīng)于時隙包，跳頻速率有所降低；由于使用較高的跳頻速率，使其抗干擾能力較高。在發(fā)射帶寬為1MHz時，其有效數(shù)據(jù)速率為721kbps。 鏈路層和應(yīng)用層進(jìn)行安全管理。在鏈路層中，它提供了認(rèn)證、加密和密鑰管理等功能，每個用戶都有一個個人標(biāo)識碼（PIN），被譯成128bit鏈路密鑰來進(jìn)行單雙向認(rèn)證。藍(lán)牙設(shè)備還有ID標(biāo)識。,4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),藍(lán)牙安全性： 物理層：藍(lán)牙跳頻速度達(dá)1600 跳/s，屬

26、快速跳頻，加上通信的短距離的特性，提供一定程度的物理層的安全特性。 鏈路層：藍(lán)牙鏈路級的安全特性在L2CAP協(xié)議中完成?；阪溌访荑€的概念，密鑰為128比特長的隨和序列。藍(lán)牙設(shè)備在每次建鏈時都要核對密鑰，通信時該密鑰將用于鑒權(quán)和加密。 業(yè)務(wù)級：采用了安全管理器的概念，安全管理器可以對每一個設(shè)備和服務(wù)指定信任等級和訪問極限，滿足藍(lán)牙設(shè)備和服務(wù)的安全接入。,4、 藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù),IEEE 802.15,Proposed by IEEE 802.15 WPAN Working Group (1999) Develop consensus standards for PANs or s

27、hort distance wireless networks. Similar goals to Bluetooth: wireless networking of computing devices such as PCs, PDAs, peripherals, cell phones, pagers, and consumer electronics aimed at standardizing MAC and Physical layers of Bluetooth Also dealing with other issues e.g., coexistence and interop

28、erability within the networks,IEEE 802.15,Four task groups (work in progress) 802.15 WPAN Task Group1: (802.15.1) Based on Bluetooth and defining MAC and PHY layers specifications 802.15 WPAN Task Group2: (802.15.2) Coexistence of WPAN and WLAN operating in same 2.4 GHz band 802.15 WPAN Task Group3:

29、 (802.15.3) Publish new standard for high rate ( 20Mbps) WPANs, and Provide a means for low-power and low-cost solutions for portable consumer electronics, multimedia applications, etc 802.15 WPAN Task Group4: (802.15.4) Low data rate (200kbps maximum) solutions with long battery life (months to yea

30、rs) and low complexity; Targeted at sensors, interactive toys, smart badges, etc.,ZigBee是一種新興的低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)），主要用于近距離無線連接，類似藍(lán)牙。 ZigBee適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)，如遙控、傳感器等，滿足工業(yè)控制、消費性電子設(shè)備、汽車自動化、農(nóng)業(yè)和醫(yī)用設(shè)備控制等領(lǐng)域的特定需求。例如，在無線傳感器環(huán)境中眾多傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信，只需要很少的能量，以接力的方式將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器。 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩

31、個物理層：一個與藍(lán)牙一樣，也采用2.4 GHz波段及跳頻技術(shù)；另一個868/915MHz直接序列擴(kuò)頻（相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送率為2040Kbps）。,5、 ZigBee技術(shù),功耗低在待機模式下，兩節(jié)5號電池可用半年2年； 速率低基本速率是250 kb/s；當(dāng)降低到28kb/s時，傳輸范圍可擴(kuò)大到134 米，并獲得更高的可靠性； 成本低Zigbee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，又無專利費，所以成本大為降低； 網(wǎng)絡(luò)容量大每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個設(shè)備； 時延短通常時延為1530毫秒； 安全性Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES-128； 有效覆蓋范圍1075米之間，具體依

32、據(jù)實際發(fā)射功率大小和各種不同應(yīng)用模式而定，能夠覆蓋普通家庭或辦公室環(huán)境。,5、 ZigBee技術(shù),根據(jù)ZigBee聯(lián)盟的觀點，ZigBee家庭應(yīng)用如下： （1）空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制器, 燈光、窗簾的自動控制； （2）老年人與行動不便者的緊急呼叫器； （3）電視與音響的萬用遙控器, 無線鍵盤、鼠標(biāo)、玩具等； （4）煙霧偵測器； （5）智慧型標(biāo)簽。,5、 ZigBee技術(shù),四、 無線局域網(wǎng),Peer-to-peer (ad hoc) Ad hoc network mode - there is no central controller, wireless access cards use MAC

33、protocols (e.g., IEEE 802.11 uses CSMA/CA) to resolve shared access of the channel.,無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),Configuration with Access Points (APs) Client server model - many PCs or laptops physically close to each other (20 500m) are linked to a central hub (AP). AP controls the shared access of the channel

34、s, e.g., by selecting one of the hopping sequences, and the wireless cards tune in to the corresponding sequence. The AP acts as a bridge between the wireless and wired network,80年代，伴隨著以太局域網(wǎng)迅猛發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)以不用架線、靈活性強等之長補“有線”所短，贏得了特定市場的認(rèn)可，但當(dāng)時無線網(wǎng)遵循IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn), 存在著易受其他微波噪聲干擾, 性能不穩(wěn)定, 傳輸速率低且不易升級等弱點, 不同廠商產(chǎn)品也不兼容

35、, 限制了無線網(wǎng)進(jìn)一步應(yīng)用。 這樣，制定一個有利于無線網(wǎng)自身發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)就提上了議事日程。 目前，WLAN主要是IEEE 802.11x系列與HiperLANx系列兩種標(biāo)準(zhǔn)。 1997年6月，IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)通過。 在MAC層以下，IEEE 802.11規(guī)定了三種發(fā)送及接收技術(shù)： 擴(kuò)頻技術(shù) 紅外技術(shù) 窄帶技術(shù),在一個典型WLAN環(huán)境中，接入點(AP)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接受，一個AP能夠在幾十上百米的范圍內(nèi)連接多個無線用戶。在同時具有有線和無線網(wǎng)絡(luò)的情況下，AP可以通過標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet電纜與有線網(wǎng)絡(luò)相連，作為無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的連接點。WLAN終端用戶可通過無線網(wǎng)卡等訪問網(wǎng)絡(luò)。在距離較

36、遠(yuǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，通過室外無線網(wǎng)橋來實現(xiàn)幾公里、幾十公里的遠(yuǎn)端局域網(wǎng)連接中心局域網(wǎng)。 大多數(shù)的WLAN產(chǎn)品都使用了擴(kuò)頻技術(shù)。由于慢跳跳頻系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，因此低速WLAN常常采用這種技術(shù)。,無線LAN特性： 無線LAN使用無線電或紅外線信號來處理數(shù)據(jù)傳輸, 以替代電纜。從TCP/IP協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)軟件的觀點來看, 無線和有線LAN是一樣的。 無線網(wǎng)絡(luò)由電腦、周邊設(shè)備和存取點(相當(dāng)于有線網(wǎng)絡(luò)的集線器)組成。同有線網(wǎng)卡一樣, 無線網(wǎng)卡也有PCMCIA、PCI和ISA等幾種接口方式。 使用頻段： 2.4GHz 5GHz 有效數(shù)據(jù)傳輸率受限于周圍的電磁場 如要距離微波爐在3米。另外, 為提高傳輸?shù)目煽啃?一

37、般會加入進(jìn)行錯誤校驗的起始封包, 這會導(dǎo)致10%15%的傳輸率損失。,IEEE 802.11a 與 IEEE802.11b（Wi-Fi） IEEE 802.11a 工作在5GHzU-NII頻帶，峰值傳輸率為54Mbps，從而避開了擁擠的2.4GHz頻段。物理層速率可達(dá)54Mbps，傳輸層可達(dá)25Mbps，傳輸距離可遠(yuǎn)至20km以上 。采用正交頻分復(fù)用的獨特擴(kuò)頻技術(shù)；可提供25Mbps的無線ATM接口、10Mbps以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)接口和TDD/TDMA的空中接口，支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)，一個扇區(qū)可接入多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。 IEEE 802.11b(Wi-Fi)標(biāo)準(zhǔn)，峰值傳輸率為

38、11Mbps IEEE802.11b（Wi-Fi） 工作在2.4GHz，峰值傳輸速率為11Mbps，實際傳輸速率在5Mbps左右； 直接序列擴(kuò)頻，無需直線傳播。,IEEE WLAN標(biāo)準(zhǔn),IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)主要是對物理層(PH)和媒質(zhì)訪問控制層(MAC)進(jìn)行了規(guī)定，其中對MAC層的規(guī)定是重點。各廠商產(chǎn)品在同一物理層上可以互操作，邏輯鏈路控制層(LLC)是一致的，即MAC層以下對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是透明的。,IEEE 802.11a 譜系 802.11g，工作于2.4GHz，與802.11b兼容，最高速率54Mbps。 802.11c為MAC/LLC增強；801.11d對應(yīng)802.11b版本，適應(yīng)不

39、能使用2.4GHz國家和地區(qū)； 802.11e則是一個瞄準(zhǔn)擴(kuò)展QoS標(biāo)準(zhǔn)，其分布式控制模式可提供穩(wěn)定合理的服務(wù)質(zhì)量，而集中控制模式可靈活支持多種服務(wù)質(zhì)量策略； 802.11f用于改善802.11協(xié)議的切換機制，使用戶能在不同無線信道或接入設(shè)備點間可漫游； 802.11h可用于達(dá)到比802.11a更好地控制發(fā)信功率和選擇無線信道，而與802.11e一道可適應(yīng)歐洲的更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)； 802.11i及802.1x主要著重于安全性，802.11i能支持鑒權(quán)和加密算法的多種框架協(xié)議，802.1x的核心為具有可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議EAP，可對以太網(wǎng)端口鑒權(quán)； 802.11j的作用是解決802.11a與歐洲Hiper

40、LAN/2網(wǎng)絡(luò)的互連互通； 802.11/WNG解決IEEE802.11與歐洲ETSI的BRAN-HiperLAN及日本ARAB-HiSWAN統(tǒng)一建成全球一致的WLAN公共接口； 802.11n已將速率增強至108320Mbps；并進(jìn)一步改進(jìn)其管理開銷及效率； 802.11/HT，以進(jìn)一步增強802.11的傳輸能力，取得更高的吞吐量； 802.11Plus,802.11b的典型解決方案 對等解決方案 對等解決方案是一種最簡單的應(yīng)用方案，只要給每臺PC安裝一片無線網(wǎng)卡，即可相互訪問。如需與有線網(wǎng)絡(luò)連接，可以為其中一臺PC再安裝一片有線網(wǎng)卡，無線網(wǎng)中其余PC即利用這臺PC作為網(wǎng)關(guān)，訪問有線網(wǎng)絡(luò)或共

41、享打印機等設(shè)備。 單接入點解決方案接入點相當(dāng)于有線網(wǎng)絡(luò)中的集線器。無線接入點可連接周邊無線終端，形成星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時通過10Base-T端口與有線網(wǎng)絡(luò)相連，使整個無線網(wǎng)終端都能訪問有線網(wǎng)絡(luò)的資源，并可通過路由器訪問Internet。 多接入點解決方案當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，超過了單個接入點的覆蓋半徑時，可以采用多個接入點分別與有線網(wǎng)絡(luò)相連，從而形成以有線網(wǎng)絡(luò)為主干的多接入點的無線網(wǎng)絡(luò)，所有無線終端可以通過就近的接入點接入網(wǎng)絡(luò)，訪問整個網(wǎng)絡(luò)的資源，從而突破無線網(wǎng)覆蓋半徑的限制。,無線中繼解決方案 無線接入器還有另外一種用途，即充當(dāng)有線網(wǎng)絡(luò)的延伸。比如在工廠車間中，車間具有一個網(wǎng)絡(luò)接口連接有線網(wǎng)，而車間

42、中許多信息點由于距離很遠(yuǎn)使得網(wǎng)絡(luò)布線成本很高，還有一些信息點由于周邊環(huán)境比較惡劣，無法進(jìn)行布線。由于這些信息點的分布范圍超出了單個接入點的覆蓋半徑，我們可以采用兩個接入點實現(xiàn)無線中繼，以擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍 無線冗余解決方案 對于網(wǎng)絡(luò)可靠性要求較高的應(yīng)用環(huán)境，比如金融、證券等，接入點一旦失效，整個無線網(wǎng)絡(luò)會癱瘓，將帶來很大損失。因此，可以將兩個接入點放置在同一位置，從而實現(xiàn)無線冗余備份的方案。 多蜂窩漫游工作方式在一個大樓中或者在很大的平面里面部署無線網(wǎng)絡(luò)時，可以布置多個接入點構(gòu)成一套微蜂窩系統(tǒng)，這與移動電話的微蜂窩系統(tǒng)十分相似。微蜂窩系統(tǒng)允許一個用戶在不同的接入點覆蓋區(qū)域內(nèi)任意漫游，隨著位

43、置的變換，信號會由一個接入點自動切換到另外一個接入點。,藍(lán)牙技術(shù)主要面向近距離信息設(shè)備如手機、電器設(shè)備、數(shù)碼相機以及PC等的連接, 1Mbps的速率使其可以方便、快速地傳送較廣泛一類數(shù)據(jù)，如數(shù)碼相片、email、話音、文件等。 Wi-Fi技術(shù)是無線Ethernet。通過在PC內(nèi)插入PCI MCA卡，無線傳送速率可達(dá)到11Mbps，并通過Access Point接入網(wǎng)絡(luò)，并可將多個用戶連上寬帶DSL。,藍(lán)牙技術(shù) vs Wi-Fi技術(shù),藍(lán)牙的最高速率為2Mbps, 和現(xiàn)有的無線LAN相同。另一個缺點是：它們的傳輸距離只有幾米幾十米遠(yuǎn), 而無線LAN最遠(yuǎn)可達(dá)100米。,無線LAN技術(shù)可以實現(xiàn)在有限空

44、間內(nèi)的移動連網(wǎng)。在其性能已提升至和有線LAN同等后, 家庭用戶將更樂于接受它。對家庭用戶而言,不需要電纜連接是無線LAN最好的一個優(yōu)點。,藍(lán)牙技術(shù) vs Wi-Fi技術(shù)（續(xù)）,內(nèi)蒙太鹽集團(tuán)要求將各分公司與總部聯(lián)網(wǎng), 運行用友財務(wù)軟件。7個點用有線相聯(lián), 另7個較遠(yuǎn)(5km)點用無線相聯(lián)。集團(tuán)總部是一個Windows NT局域網(wǎng), 采用TCP/IP協(xié)議。由于用友財務(wù)軟件要求鏈路速率較高, 因而采用朗訊公司W(wǎng)aveLAN Turbo無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品(有效速率相當(dāng)于10M以太網(wǎng))。 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計既要考慮通信速率, 又要最大限度地節(jié)省投資, 因此系統(tǒng)設(shè)計成一點對多點的方式, 總部用了一臺WavePOI

45、NT-(無線網(wǎng)橋), 并用全向天線加一增益放大器與遠(yuǎn)端7個點相聯(lián), 遠(yuǎn)端6臺工作站分別用WaveLAN Turbo/ISA(無線網(wǎng)卡)并以定向天線對總部, 另1個點用WaveLAN/EC(無線外接單元), 同樣以定向天線對總部。 定向天線全部采用了高增益柵狀天線, 這種天線可以抗強風(fēng)。有的設(shè)備離天線較遠(yuǎn), 電纜較長, 故采用了低損耗微波電纜, 整個系統(tǒng)實現(xiàn)了高速率低費用的目標(biāo)。,無線LAN實例,無線局域網(wǎng)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)-HIPERLAN,European Telecom Standards Institute（ETSI）提出HIPERLAN (HIgh PErformance Radio Loca

46、l Area Network) 特點如下： 工作頻段在5.125.30 GHz和17.117.3 GHz； 采用窄帶GMSK調(diào)制，支持的物理層傳輸速率為23.5Mbps /23.5MHz帶寬； 接入?yún)f(xié)議采用CSMA/CA； 主要支持點到點傳輸； 具有節(jié)能管理。,無線LAN的安全性 IEEE 802.11產(chǎn)品的安全機制以WEP（Wired Equivalent Protection）的安全機制為主，在安裝無線網(wǎng)絡(luò)后即可手動設(shè)置接入密碼，當(dāng)Access Point中設(shè)定使用WEP加密認(rèn)證后，我們就可以將不知道密碼的用戶排除在無線網(wǎng)絡(luò)之外。但該加密技術(shù)有瑕疵，無線網(wǎng)絡(luò)的密碼在所有無線網(wǎng)絡(luò)終端上都相同

47、，很容易被竊取，存在管理困擾。 無線網(wǎng)絡(luò)安全解決方案可從軟硬件兩方面著手，透過內(nèi)建軟件增加加密安全機制的關(guān)卡，或是直接在硬件設(shè)計上進(jìn)行加密處理。這兩種方式各有優(yōu)缺點，軟件的解決方案增加CPU的運算負(fù)擔(dān)，但成本較低，硬件的方式則正好相反。,市場情況： 2001年無線局域網(wǎng)市場總金額達(dá)到150億美元。 Gartner認(rèn)為：2005年全球無線市場復(fù)合平均增長率將達(dá)到22%。 無線局域網(wǎng)最主要的驅(qū)動因素是帶寬需求的與日俱增，允許便攜計算機以更靈活的方式進(jìn)行Email，訪問Web內(nèi)容，不能物理布線的特定信息服務(wù)類型以及其他企業(yè)應(yīng)用。 2002年，Wi-Fi (Wireless Fidelity)開始一鳴

48、驚人，全球銷售出了1800萬個Wi-Fi AP。Intel為迅馳的市場運作展開了高達(dá)3億美元的計劃， Wi-Fi成為新款筆記本電腦標(biāo)配。 Wi-Fi可以使相距幾英里之遙的兩個天線間發(fā)生聯(lián)系，交換數(shù)據(jù)。它的短途無線數(shù)據(jù)傳輸速度是撥號方式的200倍，但價格不比撥號貴。而與3G相比，Wi - Fi的優(yōu)勢還在于終端先行，筆記本電腦讓每個用戶都感覺使用方便。,國內(nèi)市場無線AP系列 3COM officeConnect AP 支持802.11g規(guī)范，成熟速率達(dá)到54Mbps最大傳輸距離100米； 兼容802.11b規(guī)范； 支持256位WPA加密，保障無線安全性，40/64位何128位WEP共享密鑰加密，支

49、持多達(dá)128個并發(fā)用戶，自動選擇通信量最小的信道，提供無故障連接； 取得Wi-Fi認(rèn)證。 Cisco Aironet 1100 Series AP 基于Cisco IOS軟件，支持802.11b規(guī)范，支持VLAN劃分，能管理16個VLAN； 支持QoS保證，根據(jù)各種需求提供流量。支持代理移動IP，子網(wǎng)間無縫漫游。 DLINK DWL2000AP,TPLINK TL-WR641G,MIMO網(wǎng)卡 DWL-G650M,MIMO無線路由器 DI-634M,五、無繩電話通信系統(tǒng),用無線信道代替電話線，在限定的業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)自由移動的電話系統(tǒng)。 1970s，美，第一代無繩電話通信系統(tǒng)(CT1) 模擬技術(shù) 英，第

50、二代無繩電話通信系統(tǒng)(CT2) 數(shù)字技術(shù) 1992年， ETSI，泛歐數(shù)字無繩電話通信系統(tǒng)（DECT） 1994年， FCCJTC 個人接入通信系統(tǒng)（PACS） 日本， 個人便攜電話系統(tǒng)（PHS）,小靈通（ PHS Personal Handyphone System） PHS核心技術(shù)由日本NTT研制。1994年，日本推出PHS系統(tǒng)實驗網(wǎng)，1995年7月，經(jīng)日本郵電省批準(zhǔn)，NTT和DDI率先推出基于PHS技術(shù)的移動電話服務(wù)，1995至1997是PHS技術(shù)在日本發(fā)展的主要時期，自1997年12月始，PHS用戶不斷減少并最終在日本走向衰落。 我國小靈通技術(shù)是將PHS技術(shù)和程控交換技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的

51、技術(shù)，目前廣泛使用的小靈通系統(tǒng)有PAS或者PCS以及PHS等幾種，而并非單純的PHS系統(tǒng)。2003年底，全國的小靈通用戶數(shù)已經(jīng)超過3500萬。 它采用微蜂窩技術(shù)，將電話以數(shù)字無線方式接入固定電話網(wǎng)，作為固定電話的補充和延伸（無線連接代替固定電話最后幾百米的電纜連接） ，充分利用固定電話網(wǎng)資源，因此也被稱為無線市話。,小靈通PAS 組成現(xiàn)有的固定電話網(wǎng)絡(luò)上通過V5接口將本地交換機（LS）與個人手持電話系統(tǒng)無線本地環(huán)路（PHS-WLL）相連接，再與空中話務(wù)控制器（ATC）結(jié)合在一起，從而實現(xiàn)用固定電話網(wǎng)來提供移動業(yè)務(wù)。 小靈通系統(tǒng)采用微蜂窩技術(shù)，將整個服務(wù)區(qū)劃分為多個微小區(qū)。與移動通信系統(tǒng)不同，小

52、靈通系統(tǒng)不是采用為每個小區(qū)分配固定的頻率，而是隨著通話過程為小區(qū)自行分配最佳的頻段和信道。,PHS優(yōu)勢： 小靈通資費低，系統(tǒng)和手機發(fā)射功率小、終端機身小巧且待機時間長，頻率利用率高。小靈通基站和終端的發(fā)送功率目前主要分為三類，即10mW、20mW的小功率基站，200mW、500mW的大功率基站，以及同樣屬于大功率基站的衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）基站。 小靈通的基站發(fā)送功率均小于500mW，遠(yuǎn)小于移動通信系統(tǒng)基站的發(fā)送功率3000mW。同樣，小靈通手機的發(fā)射功率僅為10mW，也小于普通手機6001000mW的發(fā)送功率。,PHS主要技術(shù)局限性： 1基站覆蓋范圍小 2 頻繁切換影響質(zhì)量 3 高頻率弱點：

53、傳播主要靠直射、反射。折射和 穿透能力差、損耗大，衍射和繞射能力差。 4 與TD-SCDMA 頻段相同問題 19001920MHz之間的頻段,個人接入通信系統(tǒng)（PACS）,美國為支持PCN系統(tǒng)所開發(fā)的，具有容量大，覆蓋面大，功耗小，功能多，成本低等特點。 PACS系統(tǒng)的組成： 無線端口控制器 操作維護(hù)中心 基站 用戶終端設(shè)備,Broadband wireless access (BWA) networks providing a wireless communication path between fixed subscribe sites and a core network (e.g.,

54、 Telephone, Internet). The “l(fā)ast mile” to business and residential customers Provide services in rural areas, developing countries, and underserved urban areas,四、無線城域網(wǎng) (WMAN) Wireless Metropolitan Networks,IEEE 802.16: WirelessMAN standard Point-to-Multipoint (broadcasting) Base station (BS) connect

55、ed to public networks BSs serve Subscriber Stations (SSs) SS typically serves a building Compared to a WLAN Multimedia QoS connection-oriented, not ony contentionless-based Many more users Much higher data rates (1.5 50 Mbps) Much longer distances (20 miles),四、無線城域網(wǎng) (WMAN),Can also be used to inter-

56、connect LANs in different buildings - IEEE 802.11 drives demand for IEEE 802.16,四、無線城域網(wǎng) (WMAN),ETSI wireless MAN standards HiperMAN: equivalent to 802.16a Wireless access under 11GHz HiperACCESS Above 11 GHz (mostly licensed users),四、無線城域網(wǎng) (WMAN),2003年，Intel、Nokia、Fujitsu等制造商創(chuàng)立WiMax（Wireless Interop

57、erability Microwave Acess， 將共同支持IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的無線MAN產(chǎn)品開發(fā)。 1999年，IEEE 802.16工作組成立，WiMax決定制定全球標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證來促進(jìn)寬帶無線接入網(wǎng)的可實施性、互操作性、兼容性（還包括與HiperMAN 產(chǎn)品）。 IEEE 802.16 工作的頻段是無需授權(quán)頻段，范圍在 266GHz 之間，在 20MHz 帶寬時，支持高達(dá) 100Mbps 的共享數(shù)據(jù)傳輸速率。,四、無線城域網(wǎng) (WMAN),Wireless Mesh Networks (WMN),A new entrant in the marketplace Wireless

58、ad hoc networks consisting of BSs / APs inter-connected in mesh topology No need for wired backhaul connection to every AP - eg. reaching outdoor areas where wired infrastructure would not be feasible Based on ad hoc 802.11 (11a or b/g SOHO APs) Can be complimentary to future 802.16a WiMAX,Mesh-base

59、d無線城域網(wǎng),A promising option for equipping rural broadband networks,四、無線城域網(wǎng) (WMAN),WiMax 作為城域網(wǎng)接入手段，最大覆蓋范圍 50 公里。是一種定位于寬帶 IP 城域網(wǎng)的無線接入技術(shù)。主要用于固定無線寬帶接入（ FBWA ）、地理位置分散的信息熱點回程傳輸，或大業(yè)務(wù)量用戶的接入。 WiMax采用了多種技術(shù)來應(yīng)對建筑物阻擋情況下的非視距（ NLOS ）和阻擋視距（ OLOS ）的傳播條件，因此其可以實現(xiàn)非視距傳輸。 WiMax 是解決“最后一公里”的通信接入問題。特別是對于偏遠(yuǎn)地區(qū)沒有 Cable 和 DSL 服務(wù)，通過 WiMax 的布建將能助于最后一公里的無線寬帶布建