无线个域网技术及相关协议 (1)
无线个域网概述(wpan)
关键技术
WPAN的关键技术包括 IrDA、HomeRF、UWB、 蓝牙技术、ZigBee技 术等
技术介绍：
☆IrDA(红外)技术 【InfraredDataAssociation】
IrDA是利用红外线进 行通信的技术，最高通信速 率仅115.2kbps，主要优点是 无需申请频率使用权，通信 成本低廉，具有体积小、功 耗低、连接方便、简单易用 等特点
无线个域网在交通控制中的应用
智能交通系统中主要需要进行交通路口 车辆信息检测完成数据采集传送回控制 中心, 通过数据分析处理直接控制交通 信号。
在技术上, ZIGBEE 具有低功耗的特点, 完全适合于安装在机动车辆之上。考虑 到汽车的快速移动性, ZIGBEE 节点设备 接入网络的时间只需 15ms, 完全可满足 要求。ZIGBEE 网络具有非常高的可靠 性, 是一种网状网络，如有主干路由节 点损坏, 仍可转换路径完成数据通信。
☆ZigBee技术
单ZigBee是一种短距离、低功率、低速 率无线接入技术，工作于2.4GHz ISM频 段，传输速率为20~250kbps，传输距离 为10~1igBee中心节点
ZigBee终端节点
节点2 节点1
五种WPAN关键技术的 技术特点
☆ZigBee技术
高速wpan
高速WPAN适合大量多媒体文件、短时 的视频和音频流的传输，能实现各种 电子设备间的多媒体通信。
超宽带WPAN
超宽带WPAN的目标包括支持IP语音、高清电视、 家庭影院、数字成像和位置感知等信息的高速传 输，具备近距离的高速率、较远距离的低速率、 低功耗、共享环境下的高容量、高可扩展性等。
工作频率：3.1GHz~10.6GHz
低速wpan
低速WPAN主要为近距离网络互连而设 计，采用IEEE 802.15.4标准。
无线个域网技术和应用简介
无线个域网技术和应用简介无线通信的最大优点就是自由方便，无线网络让人们在摆脱了线缆的束缚之后，更加便捷自由地相互随时沟通，在网上享受冲浪的乐趣。
近年来无线网络的应用日渐增加，无论在军事领域、仓储物流业还是在制造业、区域办公环境、家庭组网等方面，无线网络扮演着越来越重要的角色。
如今无线网络技术与Internet （互联网）相结合，向我们迸发出极其诱人的活力。
无线个域网WPAN （Wireless Personal Area Network ）是一种新兴的无线通信网络，如果把接入网称为迈向用户数字家庭的“最后一公里”，那么，那么无线个域网则可称为“最后的几十米”。
当计算机的外围设备如打印机、扫描仪、调制解调器、音频播放器、数码相机等逐渐增多后，用户不仅需在自己的主机上连接诸多外设，又要通过USB （通用串行总线）接口将一些数据来回传输并存储到硬盘中去或从硬盘中读取。
频繁地插拔某个接口、计算机前后面板上缠绕着的各种接线，是用户在体验新技术、新快乐、新用途的同时，又不得不忍受的“烦恼。
”此外，公司办公大楼内部、企业各部门之间的信息短距离快速传递也显得十分迫切和必要。
在一间不大的办公室里因有线局域组网带来的密密麻麻的布线令使用者心烦不已，且某个设备一旦需要“搬家，”还会“牵动株连”其它设备。
无线个域网就是为了解决这些问题而诞生的。
WPAN 是一种与无线广域网WWAN ( Wireless Wide Area Network )、无线城域网WMAN ( Wireless Metropolitan Area Network )、无线局域网WLAN (Wireless Local Area Network) 并列但覆盖范围相对较小的无线网络，是一种为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定使用群体、无线无缝连接而提出的新兴无线通信网络组网技术。
它能够有效地解决“最后几米至几十米电缆连接”的问题，进而将无线联网进行到底。
无线个域网概述
精品课件
☆HomeRF技术
HomeRF是数字无线电话技术与WLAN技术融合发展的产物， 它采用共享无线连接协议(Share Wireless Access Protocol，SWAP)，工作在2.4GHz ISM频段，在语音和数据 业务上应用甚广。
特点
安全可靠；成本低廉； 简单易行；不受墙壁和 楼层的影响；传输交互 式语音数据采用TDMA技 术，传输高速数据分组 则采用CSMA/CA技术；无 线电干扰影响小；支持
工作频率：3.1GHz~10.6GHz
精品课件
低速wpan
低速WPAN主要为近距离网络互连而设 计，采用IEEE 802.15.4标准。 其结构简单、数据率低、通信距离近 、功耗低、成本低，被广泛用于工业 监测、办公和家庭自动化及农作物监 测等
IEEE 802.15.4标准。
IEEE 802.15.4描述了低速率无线个人局域网的 物理层和媒体接入控制协议。它属于IEEE 802.15工作组。
节点4 节点3
节点5
PC控制
ZigBee中心节点
ZigBee终端节点
节点2 节点1
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五种WPAN关键技术的技 术特点
☆ZigBee技术
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应用实例
精品课件
无线个域网的应用实例
电子称，内置 ZigBee 模块
ZigBee 基站
干货区 水果区 生鲜区
精品课件
服务器 收银台
收银台 收银台 内置 ZigBee 模块
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。
无线局域网安全技术解析
无线局域网安全技术解析由于无线局域网是以射频方式在开放的空间进行工作的，因而其开放性特点增加了确定无线局域网安全的难度，所以说相对于传统有线局域网而言，无线局域网的安全问题显得更为突出。
其安全的内容主要体现在访问控制与信息保密两部分，目前已经有一些针对无线局域网的安全问题的解决方法，但仍须不断改善。
下面一起来学习无线局域网安全技术知识。
1无线局域网中不安全因素无线局域网攻击可分为主动攻击和被动攻击两类。
主动攻击是入侵者能够针对数据和通信内容进行修改，主动攻击主要有：(1)信息篡改：网络攻击者能够针对网络通信数据进行删除、增加或改动。
(2)数据截获：是利用TCP/IP网络通信的弱点进行的，该方法会掠夺合法使用者的通信信道，进而获得系统的操作权限，截获数据。
(3)拒绝服务攻击：网络攻击者通过各种可能的方法使网络管理者无法获得系统资源及服务。
(4)重传攻击：网络攻击者从网络上获取某些通信内容，然后重新发送这些内容，以对服务器认证系统实施欺骗。
被动攻击主要是指网络入侵者取得对通信资源的存取权限，但是并不对数据内容进行篡改。
主要有：(1)非法窃听：入侵者针对通信数据进行侦听。
(2)流量分析：入侵者可以得知诸如网络服务器位置及网络通信模式等相关信息。
2IEEE802.11标准的安全性IEEE802.11b标准定义了两种方法实现无线局域网的接入控制和加密:系统ID(SSID)认证和有线对等加密(W-EP)。
2.1认证当一个站点与另一个站点建立网络连接之前，必须首先通过认证，执行认证的站点发送一个管理认证帧到一个相应的站点，IEEE802.11b 标准详细定义了两种认证服务:一是开放系统认证是802.11b默认的认证方式，是可用认证算法中简单的一种，分为两步，首先向认证另一站点的站点发送个含有发送站点身份的认证管理帧;然后，接收站发回一个提醒它是否识别认证站点身份的帧。
另一是共享密钥认证，这种认证先假定每个站点通过一个独立于802.11网络的安全信道，已经接收到一个秘密共享密钥，然后这些站点通过共享密钥的加密认证，加密算法是有线等价加密(WEP)。
无线网络：无线个域网、无线体域网和无线家居网
⽆线⽹络：⽆线个域⽹、⽆线体域⽹和⽆线家居⽹⽬录⽆线个域⽹WPAN 的概念个域⽹（Personal Area Network, PAN），是⼀种范围较⼩的计算机⽹络，主要⽤于计算机设备间的通信，包括电话和个⼈设备等。
PAN 的通信范围往往仅⼏⽶，也可连接多个⽹络。
PAN 可进⼀步接⼊更⼤的⽹络，也可作为最后⼀⽶的解决⽅案。
⽆线个域⽹（Wireless PAN，WPAN）采⽤⽆线介质代替传统有线电缆，实现个⼈信息终端的互连，组建个⼈信息⽹络。
WPAN 是为了实现活动半径⼩(如⼏⽶)、业务类型丰富、⾯向特定群体的连接⽽提出的新型⽆线⽹络技术。
WPAN 主要应⽤于个⼈⽤户⼯作空间，WPAN 系统通常可分为以下 4 个层次：WPAN 系统层次说明应⽤软件和程序由驻留在主机上的软件模块组成,控制⽹络模块的运⾏固件和软件栈负责管理连接建⽴,并规定和执⾏ QoS 要求基带装置负责数据处理，定义装置运⾏的状态，并与主控制器接⼝交互⽆线电收发负责经数/模和模/数转换处理所有的输⼊输出数据WPAN 的特点WPAN 的主要有价格便宜、体积⼩、易操作和功耗低等优点，主要特点有：1. ⾼数据速率并⾏链路：>100Mbps；2. 邻近终端之间的短距离连接：典型 1~10m；3. 标准⽆线或电缆与外部因特⽹或⼴域⽹的连接；4. 典型的对等式拓扑结构；5. 中等⽤户密度。
WPAN 的分类WPAN 按传输速率分为低速、⾼速和超⾼速三类：PAN 的分类说明低速 WPAN主要为近距离⽹络互联⽽设计，结构简单、数据率低、距离近、功耗低、成本低，可⼴泛⽤于⼯业、办公和家庭⾃动化及农业等⾼速 WPAN适合⼤量多媒体⽂件、短时的⾳视频流传输。
⽽动态拓扑结构能使便携式装置在短时间内加⼊或脱离⽹络超宽带WPAN速率可达 110~480 Mbps，⽀持 IP 语⾳、⾼清电视、家庭影院、数字成像和位置感知等信息的⾼速传输WPAN 的应⽤WPAN 技术的应⽤范围⾮常⼴泛，如智能家居的照明、温控、安全和家电控制等，⼯业领域的⽣产流程、现场监测和安保等，智能交通的定位、导航和提⽰等，医疗领域的体征监测、诊断管理和病患监护等。
无线体域网(WBAN)
无线体域网应用-老人监护系统
体域网设计： 体域网是附着在人体身上的一种网络，有一套小巧可 移动、具有通信功能的传感器和一个身体主站（或叫协调 器）组成。每一传感器即可佩戴在身上，又可植入体内。 协调器是网络的管理器，也是BAN和外部网络之间的网关， 使数据得以安全地传送和交换。体域网是一种可长期监视 和记录人体健康信号的基本技术。对于这个系统，在物理 上有两个定节点：无线腕式血氧体温节点和无线心电脉搏 衣节点。这些几点都具有独立数据运算、存储、电源管理， 无线通信等功能。这些节点可以持续收集原始数据信息， 简单处理、存储后无线发送到主节点上。
与此同时，把这些数据记录存储到数据库，供以后分析 诊断，同时医院也可以基于这些数据提供很多针对性的医疗 服务。
无线体域网的应用
2、应用于以手机或移动设备为中心的场合
手机居于WBAN的中心位置，各种设备和传感器都可以和手机进行通 信。手机成为WBAN和外部网络如家庭网络、无线WLAN、公共IP网络、 2G/3G/4G移动通信网络等进行连接的中心。 以此来实现对家庭设备的远程控制，用户可以通过一个多功能的遥控设备 实现远程遥控，比如手机终端一个模块控制电视机，DVD机，PC，投影仪，
无线体域网的应用
基于无线体域网的老人监 护系统设计
系统整体可以分为三层：
1、可穿戴式无线体域 网
2、手持智能终端
3、医疗服务中心 具体结构如右所示：
无线体域网应用-老人监护系统
1、可穿戴的无线体域网
无线体域网是整个系统的最底层，也是关键层，它是 整个监护系统的信息来源。它有一些的智能生理参数传感 器节点构成，负责采集生理参数和情景信息，并把采集到 的生理参数信息无线上传到手持式智能终端上，整个网络 基于ZigBee协议， ZigBee协议时典型的星形网络，而手 持终端为整个体域网的路由节点，它负责收集数据并上传， 是整个体域网节点与外部数据中心的连接点，目前可以测 量的参数包括心电、血氧、脉搏、体温等参数。
第4章 无线个域网802.15.1
拓扑结构
Bluetooth中的piconet
Bluetooth中的scatternet
内容提要
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 概述 IEEE802.15标准 蓝牙技术简介 蓝牙无线电规范 蓝牙基带规范 蓝牙链路管理器规范 蓝牙逻辑链路控制和自适应协议 蓝牙服务发现协议
计算机产品中的蓝牙
电话和消费类产品中的蓝牙
蓝牙系统
蓝牙传输特性
4.3.3
蓝牙标准文档构成
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。 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)。分为强制、可选和不适用。可划 分为电缆替代或无线音频。
实例
L2CAP分组
PSM：协议/服务 多路复用器，表 示高层收到分组 的负载。
匹配请求和 回应
4.7.3 信令命令
码 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0A 0x0B 描 命令拒绝 连接请求 连接响应 配置请求 配置响应 取消连接的请求 取消连接的响应 回送请求 回送响应 信息请求 信息响应 述 理由 PSM、源CID 目的CID、源CID、结果、状态 目的CID、标志、选项 源CID、标志、结果、选项 目的CID、源CID 目的CID、源CID 数据(可选) 数据(可选) 信息类型 信息类型、结果、数据(可选) 参 数
4.2 IEEE802.15标准
IEEE 802.15工作组是IEEE针对无线个人区域网而成 立的，开发有关短距离范围的WPAN标准。
无线个域网
无线网络技术无线个域网及其技术研究摘要：无线个域网(WPAN)是一种与无线广域网fWWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WEAN)并列但覆盖范围相对较小的无线网络。
WPAN所覆盖的范围一般在10m半径以内，必须运行于许可的无线频段。
WPAN能够有效地解决“最后的几米电缆”的问题，进而将无线联网进行到底。
阐述了无线个域网基本概念、网络分类及特点。
并将其与无线局域网进行简单比较’同时对相关技术进行了分析。
关键词：无线个域网，无线局域网，红外数据标准协会；蓝牙；超宽带；ZigBee 正文：随着新兴的无线通讯技术、低价位的无线设施、网际网络的普及化，无线网络变得愈来愈普及。
目前无线通信技术从涵盖范围划分主要分为四大类，即无线个域网(WPAN)、无线局域网何LAN)、无线城域网(WMAN)、无线广域网(WWAN)，其中WPAN是为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定群体、无线无缝的连接而提出的新兴无线通信网络技术。
WPAN能够有效地解决“最后的几米电缆”的问题，进而将无线联网进行到底。
无线个域网指的是在便携式消费电器和通信设备之间进行短距离自组连接的网络覆盖范围一般在10m半径以内这里的自组连接有两层含义(1)设备可以承担主控功能又可以承担被控功能(2)设备可以很容易地加入或者离开现有网络[1]目前使用较为广泛的近距离无线通信技术包括红外数据传输和蓝牙还有一些非常具有发展潜力的技术标准如超宽带和Zigbee等它们都有各自的特点或基于传输速度距离耗电量的特殊要求或着眼于功能的扩充性目前，无线个域网(PAN)的主要技术有红外技术(IrDA)、家庭射频(HomeRF)、蓝牙(Bluetooth)、超带宽(I珊璐)、ZigBee、射频识别(RFID)等。
其共同的特点是短距离、低功耗、低成本和个人专用，但是这些技术在功耗、成本、传输速率、传输距离、组网能力、应用等方面各有特点，没有一种技术能够完美到可以满足所有的需求。
IEEE802协议各个标准的介绍（1）
IEEE 802协议各个标准的介绍(1)IEEE 802协议的各类标准的针对类型不同，有的是在之前的演进版本，有的则是特定用户所需要的一个网络协议，下面就这个方面来总结一下。
无线网络的使用已经是司空见惯了。
那么对于IEEE 802协议下的各类标准，你是否清晰呢？现在就让小编在此在为大家总结一下吧。
首先还是来了解一下这个协议的基本含义。
无线局域网最通用的标准是IEEE定义的无线网络通信工业标准——IEEE802.11系列。
开始之前，让我们先来了解什么是IEEE?IEEE是电子和电气工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers)的简写，于1963年1月1日由AIEE(美国电气工程师学会)和IRE(美国无线电工程师学会)合并而成，是美国规模最大的专业学会，亦是世界上最大的专业技术组织之一，拥有来自175个国家的36万会员。
目前IEEE在工业界所定义的标准有着极大的影响。
IEEE定位在“科学和教育，并直接面向电子电气工程、通讯、计算机工程、计算机科学理论和原理研究的组织，以及相关工程分支的艺术和科学”。
为了实现这一目标，IEEE承担者多个科学期刊和会议组织者的角色，它也是一个广泛的工业标准开发者。
IEEE制定了全世界电子和电气还有计算机科学领域30%的文献，另外它还制定了超过900个现行工业标准。
每年它还发起或者合作举办超过300次国际技术会议。
IEEE由37个协会组成，还组织了相关的专门技术领域，每年本地组织有规律的召开超过300次会议。
IEEE 出版广泛的同级评审期刊，是主要的国际标准机构(900现行标准，700研发中标准)。
IEEE 802协议定义的常见标准IEEE 802.1──高级接口High Level Interface(Internetworking)IEEE 802.1d──生成树协议(Spanning Tree)IEEE 802.1p──General Registration ProtocolIEEE 802.1q──虚拟局域网(Virtual LANs;VLAN)IEEE 802.1x──基于端口的访问控制(Port Based Network Access Control)IEEE 802.2──逻辑链路控制(Logical Link Control)IEEE 802.3──带冲突检测的载波侦听多路访问协议CSMA/CD(半双工以太网)IEEE 802.3u──快速以太网(Fast Ethernet)IEEE 802.3z──千兆以太网(Gigabit Ethernet)IEEE 802.3ae──万兆以太网(10 Gigabit Ethernet)IEEE 802.4──令牌环总线(Token-Passing Bus)IEEE 802.5──令牌环(Token-Passing Ring)IEEE 802.6──城域网(Metropolitan Area Networks，MAN)IEEE 802.7──宽带局域网(Brandband LAN)IEEE 802.8──光纤局域网IEEE 802.9──集成数据和语音网络(Integrated Voice and Data Networks，VoIP IEEE 802.9a──IsoENET(proposed)IEEE 802.10──网络安全(Network Security)IEEE 802.11──无线以太网IEEE 802.12──100VG-AnyLAN(Voice Grade - Sprache geeignet)IEEE 802.14──有线电视(CATV)IEEE 802.15──无线个人局域网路(Wireless Personal Area Network，WPAN)IEEE 802.17──弹性分组环(Resilient Packet Ring)802.11是IEEE 802协议在1997年为无线局域网(Wireless LAN)定义的一个无线网络通信的工业标准。
无线体域网(WBAN)
WBAN信道模型
可以讲WBAN使用的传感器节点分为3种类型： 1）可植入节点：放置在人体体内的节点； 2）体表节点：放置在人体皮肤表面的节点，最多远离皮肤
表面2cm 3）外部节点：放置在人体皮肤外部节点，与人体皮肤不直
接接触的节点（最多不超过5m）。 包含人体表面和植入场景的信道模型的结构并不相同。
WMTS一般用于通过无线电技术来远程监控病人的健康。WMTS的使用给 予了病人很大的移动性，减少了医疗监护的费用。主要频带分布在420429MHz、440-449 MHz、608-614 MHz、1395-1400 MHz、1427-1429.5 MHz，这ห้องสมุดไป่ตู้频带非常适合WBAN，首先它是一个低频带，可提供大量通信带宽， 如在608-614 MHz中允许有4个1.5MHz带宽的信道；其次WMTS带宽只用于医 疗通信，这样就比ISM频带的干扰要少很多。 UWB（Ultra-Wideband）
WBAN中的关键技术
WBAN是一种新的交叉技术，和无线个人网（Wireless Personal Area Network，WPAN）、无线传感器网络（Wireless Sensor Network ， WSN）、泛在传感器网络（Ubiquitous Sensor Network，USN）、 无线短距通信技术、传感器技术等都有着密切关系、目前业界倾向于 认为WBAN是WPAN的一种延伸。它实际上就是一个低功率、小范围、 低速率和低价格的电缆替代技术。而WBAN把WPAN扩展到了部署在 人体表面和内部的各类传感器。远程医疗诊断和监护则是WSN应用 的一个非常重要的方面，和WBAN密切相关。WSN的泛在化导致了 USN(Ubiquitous Sensor Network )的出现。USN严格来讲是一种面向 应用和业务的体系结构，通过这种公共的结构可以支持各种传感器网 络和全IP的公共数据网络相互连通，实现FMC（Fixed Mobile Convergence，固定网络与移动网络融合），并基于传感器数据提供 各类业务和应用。
无线个域网
FFD
FFD
3. 高速 WPAN（UWB)
高速
WPAN 用于在便携式多媒体装置之间传送 数据，支持11 ~ 55 Mb/s 的数据率，标准是 802.15.3， 。 IEEE 802.15.3a 工作组还提出了更高数据率的 物理层标准的超高速 WPAN，它使用超宽带 UWB 技术。 UWB 技术工作在 3.1 ~ 10.6 GHz 微波频段， 目的是获得非常高的信道带宽。
无线个人区域网 WPAN (Wireless Personal Area Network)
在个人工作地方把属于个人使用的电子设备 用无线技术连接起来自组网络，不需要使用 接入点 AP。 整个网络的范围大约在 10 m 左右。 WPAN 是以个人为中心来使用的无线人个区 域网，它实际上就是一个低功率、小范围、 低速率和低价格的电缆替代技术。WPAN 都 工作在 2.4 GHz 的 ISM 频段。
ZigBee 的特点
功耗非常低。在工作时，信号的收发时间很短； 而在非工作时，ZigBee 结点处于休眠状态，非 常省电。 网络容量大。一个 ZigBee 的网络最多包括有 255 个结点，其中一个是主设备，其余则是从 设备。若是通过网络协调器，整个网络最多可 以支持超过 64000 个结点。 成本低。相对于蓝牙不到10%。 高可靠，抗电磁干扰等。
ZigBee 的标准
在 IEEE 802.15.4 标准基础上发展而来的。 所有 ZigBee 产品也是 802.15.4 产品。 IEEE 802.15.4 只是定义了 ZigBee 协议栈的最低 的两层（物理层和 MAC 层），而上面的两层 （网络层和应用层）则是由 ZigBee 联盟定义的。
主节点通过轮询从节点实现两者之间的通信。 从节点只有收到主节点的的信息包方可发送数据。
第8章无线个域网PPT课件
技术指标 蓝牙 HomeHF IrDA
UWB
ZigBee
工作频段 2.4GHz 2.4GHz 红外线 3.1~10.6GHz 2.4GHz
传输速率 1Mbps 6~10Mbps 16Mbps 480Mbps 20~250kbps
通信距离 10m
50m
1m
10m
10~100m
应用前景 中3
IEEE 802.15技术标准
●IEEE、ITU等组织都致力于WPAN标准的制定， 其中IEEE的研究重点主要是IEEE 802.15系列，它 也是目前最权威的WPAN标准，具体由802.15工作 组负责制定，其分为7个任务组，如下表所示：
14
IEEE802.15任务组
802.15子工作组 802.15.1 802.15.2 802.15.3 802.15.3a 802.15.4 802.15.5 802.15.6 SGRFID
10
☆HomeRF技术 HomeRF是数字无绳电话技术与WLAN技术融合 发展的产物，它采用共享无线连接协议(Share Wireless Access Protocol，SWAP)，工作在2.4GHz ISM频段 ☆蓝牙技术 蓝牙能支持短距离(如10米内)无线通信，能在手 机、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等 之间进行信息交换，其工作于2.4GHz ISM频段， 数据速率为1Mbps，采用时分双工传输方案
通信速率：0.25Mbps 通信距离：10m 工作频率：2.4GHz
通信速率：55Mbps 通信距离：10m 工作频率：2.4GHz
通信速率：110/200/480Mbps 超高速WPAN 通信距离：10m、4m和4m以下
工作频率：3.1GHz~10.6GHz
了解无线网络的分类
了解⽆线⽹络的分类⽆线⽹络是采⽤⽆线通信技术实现的⽹络，根据⽹络覆盖范围、传输速率和启途的差异，⽆线⽹络⼤体可分为⽆线⼴域⽹、⽆线城域⽹、⽆线局域⽹、⽆线个域⽹和⽆线体域⽹。
1.⽆线⼴域⽹(WWAN) 主要通过通信卫星把物理距离极为分散的局域⽹(LAN)连接起来，它连接地理范围较⼤，常常是⼀个国家或是⼀个洲。
其⽬的是为了让分布较远的各局域⽹互连，它的结构分为末端系统(两端的⽤户集合)和通信系统(中间链路)两部分。
代表技术有传统的GSM⽹络、GPRS⽹络以及正在实现的3G⽹络和LTE(LongTermEvolution)等类似系统。
由于使⽤的通信技术不尽相同，不同⽆线⽹络的接⼊速度也有很⼤差异，从2GGSMlCDMA的9.6Kbps，到2.5GCDMA的 70Kbps~153.6Kbps，再到3GWCDMAlCDMA2OOO/TD-SCDMA的384Kbps~2Mbps，数据的传输速率在不断提⾼。
在技术标准⽅⾯，IEEE802.20 是WWAN 的重要标准。
2. ⽆线城域⽹(WMAN) 主要通过移动电话或车载装置进⾏移动数据通信，可覆盖城市中的⼤部分地区。
代表技术是IEEE802.20标准，主要针对移动宽带⽆线接⼊(MobileBroadband WirelessAccess,MBWA)。
该标准强调移动性(⽀持速度可⾼达时速250km) ，由IEEE802.16宽带⽆线接⼊(BroadbandWirelessAccess，BWA) 发展⽽来。
另⼀个代表技术是IEEE802.16标准体系，主要有802.16、802等。
3. ⽆线局域⽹(WLAN) 覆盖范围较⼩。
⽆线局域⽹是⾼速发展的现代⽆线通信技术在计算机⽹络中的应⽤，利⽤⽆线技术在空中传输数据、话⾳和视频信号。
作为传统布线⽹络的⼀种替代⽅案或延伸，WLAN把个⼈从办公桌边解放了出来，使他们可以随时随地获取信息，提⾼了员⼯的办公效率。
此外，WLAN还有其他⼀些优点:它能够⽅便地联⽹，因为WLAN可以便捷、迅速地接纳新加⼊的雇员，⽽不必对⽹络的⽤户管理配置进⾏过多的变动:WLAN 在有线⽹络布线困难的地⽅⽐较容易实施，使⽤WLAN⽅案，则不必再实施打孔铺线等作业，因⽽不会对建筑设施造成任何损害。
无线个域网概述
基于UWB建立高速无 线办公信息网
现阶段，计算机和计算机之间，计 算机和液晶显示屏、打印机、扫描 仪等外设之间主要通过通用以太电 缆或串行总线接口技术进行有线连 接。
基于蓝牙技术的WPAN能在一定程度上 解决计算机与外设之间的无线互连问题， 但由于其在传输速率和设备兼容性等方 面的局限，无法得到更为广泛的应用。 基于UWB的高速WPAN使得这一问题 迎刃而解。
关键技术
WPAN的关键技术包括 IrDA、HomeRF、UWB、 蓝牙技术、ZigBee技 术等
技术介绍：
☆IrDA(红外)技术 【InfraredDataAssociation】
IrDA是利用红外线进 行通信的技术，最高通信速 率仅115.2kbps，主要优点是 无需申请频率使用权，通信 成本低廉，具有体积小、功 耗低、连接方便、简单易用 等特点
媒介
WPAN主要通过无线电 或红外线代替传统有 线电缆，实现个人信 息终端的互联。
无线个域网的基本概念
WPAN是为了实现活动半径小(如几米)、业务类型 丰富、面向特定群体的连接而提出的新型无线网 络技术。
WPAN是一种与无线广域网(WWAN)、无线城域网 (WMAN)、无线局域网(WLAN)并列但覆盖范围更小 的无线网络，对应关系如下图所示
高速wpan
高速WPAN适合大量多媒体文件、短时 的视频和音频流的传输，能实现各种 电子设备间的多媒体通信。
超宽带WPAN
超宽带WPAN的目标包括支持IP语音、高清电视、 家庭影院、数字成像和位置感知等信息的高速传 输，具备近距离的高速率、较远距离的低速率、 低功耗、共享环境下的高容量、高可扩展性等。
工作频率：3.1GHz~10.6GHz
低速wpan
低速WPAN主要为近距离网络互连而设 计，采用IEEE 802.15.4标准。
目前无线局域网的两大标准体系及各自特点
1.目前无线局域网主要有哪两种标准体系？简述各自特点？答：目前无线局域网主要有两个主要标准：IEEE802.11和HPERLAN（High Perf ormance Radio Local Area Network ）。
802.11是IEEE（电气和电子工程师协会）最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。
由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE（电气和电子工程师协会）随后又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准，2001年11月，第三个新的标准802.11g业已面世。
尽管目前802.11a 和802.11g倍受业界关注，但从实际的应用上来讲，802.11b已成为无线局域网（WLAN）的主流标准，被多数厂商所采用，并且已经有成熟的无线产品推向市场。
（1）802.11标准802.11a标准工作频率为5GHz，物理层速率可达54Mb/s，传输层可达25Mbps。
可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TD MA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。
802.11b标准采用2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11Mb/s，无须直线传播。
当射频情况变差时，动态速率转换可将数据传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。
支持的范围是在室外为300 米，在办公环境中最长为100米。
802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。
802.11g802.11g其实是一种混合标准，它既能适应传统的802.11b标准，在2.4GHz频率下提供每秒11Mbit/s数据传输率，也符合802.11a 标准在5GH z频率下提供54Mbit/s数据传输率。
基于IEEE802.15.4无线个域网的研究与实现的开题报告
基于IEEE802.15.4无线个域网的研究与实现的开题报告Introduction近年来，无线个域网（Wireless Personal Area Network, WPAN）得到了广泛的关注和研究，它是一种用于短距离（一般在10米以内）通信的无线网络，通常应用于个人设备之间的数据传输。
WPAN在医疗、家庭娱乐、物联网等领域中有着广泛的应用前景。
IEEE802.15.4是WPAN的一种无线通信标准，它定义了物理层和媒体访问控制（MAC）层，可提供低功耗、低数据速率、低复杂性和低成本的通信。
目前，IEEE802.15.4已经被广泛应用于物联网领域中。
本文旨在进行基于IEEE802.15.4无线个域网的研究与实现，通过对相关技术的研究和实现，探究如何在WPAN中建立可靠的通信，并应用于实际场景中。
Research content本文的主要研究内容如下：1. WPAN的概述：介绍WPAN的概念、特点和分类，分析WPAN与其他无线网络的区别。
2. IEEE802.15.4标准的研究：介绍IEEE802.15.4标准的体系结构、协议栈、MAC层、物理层等内容，分析其优劣势。
3. WPAN中的路由技术：介绍WPAN中的路由协议，包括基于层次结构、基于集群等路由技术，分析其特点和适用场景。
4. WPAN中的安全技术：介绍WPAN中的安全机制，包括密钥管理、加密和认证等技术，分析其保护机制和使用注意事项。
5. 实验设计与实现：设计WPAN的拓扑结构，搭建IEEE802.15.4标准的环境，利用ContikiOS进行编程实现。
6. 实验结果分析：分析实验结果，并验证WPAN建立的可靠通信，讨论不同参数对通信性能的影响。
Conclusion本文在对WPAN的概述、IEEE802.15.4标准、路由技术和安全技术进行分析的基础上，进行了实验设计与实现，探究如何建立可靠的WPAN通信。
实验结果表明，IEEE802.15.4标准的优势在于通信距离短、能耗低、成本低，同时提供了良好的通信质量和低延迟。
一种快速高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议
0引言太赫兹超高速无线网络[1]是一种新型的无线网络,与传统的无线网络不同,它工作在太赫兹频段,可支持10Gb/s~1Tb/s的数据传输速率。
目前对太赫兹无线个域网的研究大部分是考虑网内设备天线采用全向传输的方式[2-3],太赫兹无线个域网内,在一定的功率范围内,太赫兹的全向传输范围小于1m;发送端采用定向发送的方式,而接收端采用全向接收的方式,通信范围仅为2m;发送端采用定向发送,接收端采用定向接收的方式,可使通信距离达到十多米[4]。
为了增大节点的通信距离,在太赫兹无线个域网中,收发设备都需要采用定向天线进行波束赋形。
现有的超高速无线MAC协议标准中,适用于高载波频率的协议有IEEE802.15.3和IEEE802.11.ad,它们都用于载波频率为60GHz的无线通信。
PRIEBE S[5]在对太赫兹无线通信MAC层技术进行深入研究后,指出了IEEE802.15.3c开销相对较少,更适用于太赫兹无线通信。
IEEE802.15.3c标准提出了基于码本的波束赋形,该波束赋形方法分为3个阶段,3个阶段的定向增益依次增大,而覆盖范围依次减小。
由于太赫兹波波束较窄的特性[6],太赫兹无线个域网内收发设备只能进行波束级别的扫描,波束赋形时间过长是个亟待解决的问题。
目前的太赫兹无线个域网MAC协议更多是对网内设备的处于动态的场景进行考虑,然而对于网内设备是静态的场景,如服务器机房内大型服务器间的数据传输、家庭影院设备间的数据传输等,仍然采用动态场景下的MAC协议是不合适的。
动态场景下的MAC协议应用在静态场景下会造成过多的控制开销,针对这些问题,本一种快速高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议邱钟维,任智,葛利嘉(重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆400065)摘要:太赫兹无线个域网是一种新型的无需基础设施的中心式网络,支持10Gb/s~1Tb/s的数据传输速率,具有广泛的应用前景。
针对现有太赫兹无线个域网MAC协议和高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议ED-MAC(Ef⁃ficient Directional MAC protocol)存在节点间波束赋形训练开销大、耗时长的问题,对无线个域网内设备处于静止状态下的场景,提出一种快速高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议FE-MAC(Fast and Efficient MAC protocol)。
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的原 HomeRF 阵营中的主将也转而投向 802.11b 标准的怀抱， HomeRF 技术在市场更是节节败退，一发不可收拾，最终不 得不宣布黯然退出无线联网市场的角逐。2003 年 HomeRF 工 作 组 前 任 主 席 及 Proxim 公 司 产 品 营 销 主 管 表 示 ， 今 后 HomeRF 工作组将停止研发和推广 HomeRF 规范。曾经风光 无限的 HomeRF 终于走完了它的历史征途。
1 红外技术
红外技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术。伴 随这种技术的还有红外线数据标准协会 IrDA。该协会成立于 1993 年，是个非营利性组织，致力于建立无线传播连接的世 界标准，目前在全球拥有 160 个会员，参与的厂商包括计算 机及通信硬件、软件及电话公司等。当前，IrDA 技术的软件 和硬件技术都已经比较成熟，主要的技术优势如下：
第 32 卷 第 22 期 Vol.32 No.22 ·网络与通信·
计算机工程 Computer Engineering
文章编号：1000—3428(2006)22—0102—02 文献标识码：A
无线个域网技术及相关协议
2006 年 11 月 November 2006
中图分类号：TP393.1
刘 新，吴秋峰
蓝牙技术从应用的角度来讲，十分类似于当今广泛用于 微波通信中的一点多址技术。因此，它很容易穿透障碍物实 现全方位的数据传输。除此之外，它的其他技术特点还包括：
(1) 蓝 牙 工 作 在 2.4GHz 的 ISM(Industrial 、 Scientific and Medical)频带上，不需要执照许可证。
4 超宽带(UWB)
超宽带(UWB)技术起源于 20 世纪 50 年代末，此前主要 作为军事技术在雷达探测和定位等应用领域中使用。美国 FCC(联邦通信委员会)于 2002 年 2 月准许该技术进入民用领 域[2]，用户不必进行申请即可使用。作为室内通信用途，FCC 已将 3.1GHz～10.6GHz 频带向 U和通信设备之间进 行短距离自组连接的网络，覆盖范围一般在 10m 半径以内。 这里的自组连接有两层含义：(1)设备可以承担主控功能，又 可以承担被控功能；(2)设备可以很容易地加入或者离开现有 网络[1]。目前使用较为广泛的近距离无线通信技术包括：红 外数据传输和蓝牙，还有一些非常具有发展潜力的技术标准， 如超宽带和 Zigbee 等。它们都有各自的特点，或基于传输速 度、距离、耗电量的特殊要求，或着眼于功能的扩充性。
(1)无需专门申请特定频率的使用执照。 (2)具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点。 (3)传输速率已经从开始时候 FIR 的 4Mbps 上升为现在最 新 VFIR 的 16Mbps。在接收的角度方面，也由传统的 30°扩 展到 120°。由于采用点到点的连接，因此数据传输所受的干 扰较少。 除了在技术上有自己的特点外，IrDA 的市场优势也是十 分明显的。红外技术已经发展了多年，因此硬件与相应的软 件技术都已经相当成熟。目前，全世界有 5 000 万台设备采 用 IrDA 技术，并且仍然以年递增 50%的速度增长。当今有 95%的手提电脑都安装了 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，大约只是蓝牙 产品的 1/10。在这样的情形下，也导致了 IrDA 在市场上面 得到了普遍应用，对应的产品不少，仍然具有一定的市场价 值，因此在短期内不会退出市场。 但是，IrDA 是一种视距传输技术，核心部件红外线 LED
Wireless Personal Area Network Techniques and Related Protocols
LIU Xin, WU Qiufeng
(Automation Department, Tsinghua University, Beijing 100084)
【Abstract】Wireless personal area network (WPAN) is one of the most mushroom fields in current computer networks. At present typical WPAN technologies can be divided into five classes: IrDA, HomeRF, Bluetooth, Ultra-wideband and Zigbee. This paper introduces the characters and related standards/protocols of these technologies, the application areas and development prospects are analyzed and compared. 【Key words】Wireless personal area network (WPAN); Infrared data association (IrDA); Bluetooth; Ultra-wideband; Zigbee
痛做出解散旗下蓝牙部门的决定。根据蓝牙的定位，蓝牙应 该通过一个体积小、成本低、功耗小、跳速快的单芯片来实 现，只有低廉的价格才能在现有的通信产品、家电产品和办 公产品中引入蓝牙技术。如果蓝牙不能很快在技术与成本上 有新的突破，并找到一个市场广阔的实际用途，那么它有可 能和许多原本很有希望的技术标准一样，逐渐被人遗忘。
—102—
也不是十分耐用。技术上的缺点造成红外技术终究不能成为 无线网络的标准。
2 家庭射频(HomeRF)
家庭射频工作组成立于 1997 年，是由美国家用射频委员 会领导的。它的主旨是在消费者能够承受的前提下，建设家 庭中的互操作性语音和数据网络。
家庭射频工作组于 1998 年制定了共享无线访问协议 (Shared Wireless Access Protocol，SWAP)。该协议主要针对家 庭无线局域网，其数据通信采用简化的 IEEE 802.11 协议标 准，沿用了以太网带有冲突检测的载波监听多址技术 CSMA/CD；在进行语音通信时它采用 DECT(Digital Enhanced Cordless Telephony)标准，使用 TDMA 时分多址技术。家庭 射频工作频段是 2.4GHz，支持数据和音频，最大数据的传输 速 率 为 2Mbps 。 在 新 的 家 庭 射 频 2.x 标 准 中 ， 采 用 了 WBFH(Wide Band Frequency Hopping，宽带调频)技术来增加 跳频带宽，数据峰值达到 10Mbps。
3 蓝牙(Bluetooth)
1998 年 5 月，5 家世界著名的 IT 公司爱立信、IBM、因 特尔、诺基亚和东芝联合宣布了“蓝牙”计划，使不同厂家 的便携设备在没有电缆连接时，利用无线技术在近距离范围 内具有相互操作的性能。随后这 5 家公司组建了一个特殊的 兴趣组织(SIG)来负责此项计划的开发。这项计划一经公布， 就得到了包括摩托罗拉、朗讯、康柏、西门子以及微软等大 公司在内的近 2 000 家厂商的广泛支持和采纳。1999 年 7 月 蓝牙 SIG 推出了蓝牙协议 1.0 版。
UWB 通信技术与现有无线通信技术相比，主要特点有： (1)传输速率很高。UWB 的数据传输速率轻易可达到 100Mbps 以上，第 2 代产品可望达到 500Mbps 以上。 (2) 占 用 很 宽 的 频 带 。 UWB 意 为 “ 超 宽 带 ” (Ultra Wideband) ， 这 表 明 它 占 据 的 频 带 宽 度 很 宽 ， 譬 如 要 占 据 从 2GHz～6GHz 之间的 4GHz 带宽。而 GSM 手机使用的带宽只 有 30kHz，802.11b 的带宽也不过是 20MHz 左右。与现有的 无线通信技术相比，UWB 的不同之处在于不使用载波，而是 利用纳秒左右宽度的短脉冲来传输数据。通过调制脉冲的位 置、幅度等来代表不同的信号。 (3)低耗电。常规的无线技术在通信时需要连续发出载波 (电波)，自然要消耗电能，而 UWB 是发出瞬间尖波形电波， 即所谓的脉冲电波——直接按照 0 或 1 发送出去。由于只在 需要时发送出脉冲电波，因而大大减少了耗电量。 (4)低成本。UWB 产品不再需要复杂的射频转换电路和 调制电路，它只需要一种数字方式来产生脉冲，并对脉冲进 行数字调制，而这些电路都可以被集成到一个芯片上，因此 其收发电路的成本很低。现在有的设备生产商已可将这种电 路集成到一个硬币大小的芯片上了。 (5)抗干扰。UWB 对多路径干扰具有固有的抑制能力， 因此特别适合用于室内。 围绕 UWB 的标准之争从一开始就非常激烈。目前二十 几个标准只剩下了 2 个：来自 Freescale 的 DS-UWB[3]和由 TI 倡导的 MBOA[4]。 从技术上讲，MBOA 和 DS-UWB 是无法彼此妥协的。 MBOA 在最近的一次表决中占了约 10%的优势，但仍然没有 达到 75%的绝对多数。从产品上讲，DS-UWB 在开始的时候 走在了前面。它的样品在 2004 年初已经在拉斯维加斯的消费 电子展上展出，但之后的进展比较缓慢，当时存在的问题今 天依然存在，例如功耗很大、需要两根天线分别收发、在天 线与接收器中间有阻挡时会出现花屏等。而另一方 MBOA 正 迎头赶上，来自 Staccato 公司芯片级的物理层芯片在 2004 年 的第一季度已经完成，八、九月份的时候，配合 TI 公司可编 程门阵列(FPGA)的媒体存取控制器(MAC)已经可以工作。这 将是两个芯片的方案，相比较于 DS-UWB 目前的 4 芯片方案 在成本、体积和功耗上占有较大的优势。MBOA 已经得到无 线 USB 的批准，而 DS-UWB 尚未得到，这对于 DS-UWB 是 一个严重的缺憾。新技术、新产品的开发需要经过以下 4 个 阶段：(1)芯片阶段；(2)模块阶段；(3)系统阶段；(4)产品阶 段。DS-UWB 已处于模块阶段，而 MBOA 刚刚进入芯片阶段。