无线个域网(四)

无线个域网（四）无线个域网就是在个人周围空间形成的无线网络，现通常指覆盖范围在10m半径以内的短距离无线网络，尤其是指能在便携式消费者电器和通信设备之间进行短距离特别连接的自组织网。

WPAN被定位于短距离无线通信技术，但根据不同的应用场合又分为高速WPAN （HR－WPAN）和低速WPAN（LR－WPAN）两种。

发展高速WPAN是为了连接下一代便携式消费者电器和通信设各，支持各种高速率的多媒体应用，包括高质量声像配送、多兆字节音乐和图像文档传送等。

这些多媒体设各之间的对等连接要提供20Mb／s以上的数据速率以及在确保的带宽内提供一定的服务质量（QoS）。

高速率WPAN在宽带无线移动通信网络中占有一席之地。

发展低速WPAN是因为在我们的日常生活中并不是都需要高速应用。

在家庭、工厂与仓库自动化控制，安全监视、保健监视、环境监视，军事行动、消防队员操作指挥、货单自动更新、库存实时跟踪以及在游戏和互动式玩具等方面都可以开展许多低速应用。

有许多低速应用比高速应用对我们的生活更为重要，甚至能够挽救我们的生命。

例如，当你忘记关掉煤气炉或者睡前忘锁门的时候，有了低速WPAN就可以使你获救或免于财产损失。

从网络构成上来看，WPAN位于整个网络架构的底层，用于很小范围内的终端与终端之间的连接，即点到点的短距离连接。

WPAN是基于计算机通信的专用网，工作在个人操作环境，把需要相互通信的装置构成一个网络，且无须任何中央管理装置及软件。

用于无线个域网的通信技术有很多，如蓝牙、红外、HomeRF等，下面就几种主要的技术进行讲述。

①蓝牙。

蓝牙是由爱立信、英特尔、诺基亚、IBM和东芝等公司于1998年5月联合主推的一种短距离无线通信技术，它可以用于在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备或移动设各之间的网络互联，从而在各种数字设各之间实现灵活、安全、低功耗、低成本的语音和数据通信。

蓝牙技术的一般有效通信范围为10m，强的可以达到100m左右，其最高速率可达lMb／s。

蓝牙技术运行在全球通行的、无须申请许可的2．46Hz频段◇采用GFSK调制技术，传输速率达1Mb／s；采用跳频扩频（frequency hopping spread spectrum，FHSS）扩频技术，把信道分成若干个长为625pts的时隙，每个时隙交替进行发射和接收，实现时分双工。

在2.402～2.480GHz频段内含有间隔为lMHz的79个跳频载频及一系列的跳频序列，跳频速率为1600hops／s，每个时隙传送一个分组数据。

蓝牙由于采用了时分双工，可以防止收发信机之间的串扰；采用跳频技术提高了设各抗干扰能力，以及提供了一定的安全保障，便于叠区组网。

蓝牙采用电路交换和分组交换技术，可独立或同时支持异步数据信道和语音信道。

每个同步语音信道数据速率为64Kb／s，语音信号编码采用脉冲编码调制或连续可变斜率增量调制方法。

当采用非对称信道传输数据时，其速率可达723.2Kb/s；当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.GKb／s。

蓝牙还使用了前向纠错（forward errorcorrectIon，FEC）机制，从而抑制了长距离链路的随机噪声。

基于蓝牙技术的设备在网络中所扮演的角色有主设各和从设各之分。

主设各负责设定跳频序列，从设各必须与主设备保持同步。

主设各负责控制主从设各之间的业务传输时间与速率。

在组网方式上，通过蓝牙设各中的主设各与从设各可以形成一点到多点的连接，即在主设备周围组成一个微微网，网内任何从设各都可与主设各通信，而且这种连接不需要任何复杂的软件支持，但是一个主设各同时最多只能与网内的7个从设备相连接进行通信。

同样，在一个有效区域内多个微微网通过节点桥接可以构成散射网。

蓝牙技术是一种新兴的技术，其传输使用的功耗很低，它可以应用到无线传感器网络中。

同时，也可以广泛应用于无线设备（如PDA、手机、智能电话）、图像处理设各（照相机、打印机、扫描仪）、安全产品（智能卡、身份识别、票据管理、安全检查）、消遣娱乐（蓝牙耳机、MP3、游戏）、汽车产品（GPS、动力系统、安全气袋）、家用电器（电视机、电冰箱、电烤箱、微波炉、音响、录像机）、医疗健身、智能建筑、玩具等领域。

如今日常生活中基于蓝牙技术的手机、耳机和笔记本电脑随处可见。

②红外（IRDA）。

IrDA是国际红外数据协会的英文缩写，IrDA技术是一种利用红外线进行点对点短距离通信的技术。

IrDA技术的主要特点有：利用红外传输数据，无须专门申请特定频段的使用执照；具有对设各体积小、功率低的特点；由于采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较小，数据传输速率高，速率可达1GMb／s。

由于irDA使用红外线作为传播介质。

红外线是波长在0.75～1O00pm之间的无线电波，是人用肉眼看不到的光线。

红外数据传输一般采用红外波段内波长在0.7r～25pm之间的近红外线。

红外数据协会成立后，为保证不同厂商基于红外技术的产品能获得最佳的通信效果，规定所用红外波长在0.85～0.90pm之间，红外数据协会相继也制订了很多红外通信协议，有些注重传输速率，有些则注重功耗，也有二者兼顾的。

IrDA 1.0标准简称串行红外协议（sersal infrared，SIR），它是基于HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式，它以系统的异步通信收发器（un1versal asynchronous receiver／transmitter，UART）为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编解码过程（3／16EnDec）实现红外数据传输。

SIR的最高数据速率只有115．ZKb／s。

在1996年，发布了Ir－DAI．1协议，简称快速红外协议（fast infrared，FIR），采用脉冲相位调制（pulsepositionmodulation,PPM）编译码机制，最高数据传输速率可达到4Mb／s，同时在低速时保留1.0标准的规定之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mb／s的VFIR（very fast infrared）技术，并将其作为补充纳人IrDA1.1标准之中。

IrDA标准都包括三个基本的规范和协议：红外物理层连接规范（infraredphysical layer link specification，irPHY）、红外连接访问协议（infrared link accessprotocol，IrLAP）和红外连接管理协议（infrared link management protocol，IrLMP）。

IrPHY规范制订了红外通信硬件设计上的目标和要求；IrLAP和IrLMP为两个软仵层，负责对连接进行设置、管理和维护。

在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P等。

IrDA技术缺陷主要有：受视距影响其传输距离短；要求通信设各的位置固定；其点对点的传输连接，无法灵活地组成网络等。

但是这些缺点并没有给IrDA的应用带来致命的障碍，红外技术已在手机和笔记本电脑等设各上得到了广泛的应用。

③HomeRF。

它是由HomeRF工作组开发的，它是在家庭区域范围内的计算机和电子设各之间实现无线数字通信的开放性工业标准，为家庭用户建立具有互操作性的音频和数据通信网带来了便利。

HomeRF是IEEE 802.11与数字增强无绳电话（digital enhanced cordless telephone，DECT）的结合。

HorneRF工作在开放的2.46Hz频段，采用跳频扩频技术，跳频速率为50hops／s，共有75个带宽为lMHz的跳频信道，室内覆盖范围约45m，调制方式为恒定包络的FSK调制，且分2FSK与4FSK两种，采用FSK调制可以有效地抑制无线通信环境下的干扰和衰落。

2FSK方式下，最高数据的传输速率为lMb／s；4FSK方式下，速率可达ZMb／s。

在新的HomeRF 2．x标准中，采用了宽带跳频（wide band frequencyhopping，WBFH）技术来增加跳频带宽，由原来的1MHz跳频信道增加到3MHz和5MHz，跳频的速率也提高到75hops／s，数据传输速率峰值达10Mb／s。

HomeRF是对现有无线通信标准的综合和改进。

HomeRF把共享无线接入协议（SW AP）作为网络的技术指标，当进行数据通信时，采用简化的IEEE 802.11标准，沿用类似于以太网技术中的载波监听多路访问／冲突避免（carrier sensemultiple access with collision aviodance，CSMA／CA）方式；当进行语音通信时，则采用DECT无线通信标准，使用TDMA 技术。

HomeRF提供了对流媒体真正意义上的支持，其规定了高级别的优先杈并采用了带有优先权的重发机制，这样就满足了播放流媒体所需的高带宽、低干扰、低误码要求。

目前HomeRF技术仅获得了少数公司的支持，并且由于在抗干扰能力等方面与其他技术标准相比也存在不少缺陷，这些使得HomeRF技术的应用和发展前景受到限制，又加上这一标准推出后，市场策略定位不准、后续研发与技术升级进展迟缓，因此，从2000年之后，HomeRF技术开始走下坡路，2001年HomeRF的普及率降至30％，逐渐丧失市场份额。

尤其是芯片制造巨头英特尔公司决定在其面向家庭无线网络市场的AnyPoint产品系列中增加对IEEE 802.11b标准的支持后，HomeRF的发展前景比较不乐观。

这样看来，HomeRF 很难冲出只能在家庭里应用的限制。

④IEEE 802.15.1。

IEEE 802.15.1标准是IEEE批准的用于无线个域网的蓝牙技术标准，它是由蓝牙标准演变而来的。

该标准于2002年推出，但是在实施过程中进行了修改，于2005年发布了它的修正版。

IEEE 802.15.1主要规定了OSI模型中的物理层和数据链路层下的四个子层标准。

第一层是无线层（RE layˉer）：无线层实现在主站和从站之间发送比特流。

该层的无线接口基于天线能力，其功率为0～20dBm。

蓝牙技术运行在2.46Hz频段并且传输链路范围从0.1～10m左右：第二层是基带层（base band layer）：实现组合电路交换和分组交换，为同步分组传输预留时间带，一个分组可占1个信道、3个信道或者5个信道，每个分组以不同跳频发送。

它可以完成成帧和信道管理的功能。

第三层是链路管理器层（link manager）：主要负责在蓝牙设各间建立链路。

链路管理器也对安全、基带数据包大小协商、电源模式、蓝牙设各的周期性控制及蓝牙设各在所属微微网中与主设备的连接状态等方面进行管理。