下一代无线通信网络与技术

《下一代无线通信网络与技术》课程报告

——短距离无线通信技术的应用

姓名：田雷

学号：2009302911

学院：理学院

日期：2010.6.15

短距离无线通信技术的应用

随着网络及通信技术的飞速发展，人们对无线通信的需求越来越大，也出现了许多的无线通信协议。随着Internet的飞速发展，从WAN到MAN，再到LAN，PAN，这些技术已逐渐成熟。目前，各类网络中最具增长潜力的是无线网络，许多机构会选择采用无线局域网（WLAN）来拓展他们的现有网络，获得在机构区域内部移动接入网络的能力。

怎样不通过电缆，摆脱物理连接上的限制，使设备互联起来呢？为了找到这个问题的答案，十多年来，人们不断探索，形成了当今令人眼花缭乱的无线通信协议和产品。其中，最流行的关于短距离无线数据通信的3个标准是蓝牙(Bluetooth),802.11(Wi-Fi)和IrDA。另外，还有UWB，NFC和ZigBee等技术。1蓝牙

1．1 蓝牙简介

爱立信在1994年开始研究一种能使手机与其附件（如耳机）之间互相通信的无线模块，4年后，爱立信、诺基亚、IBM等公司共同推出了蓝牙技术，主要用于通信和信息设备的无线连接。

蓝牙工作频率为2．4 GHz，有效范围大约在10 m 半径内。在此范围内，采用蓝牙技术的多台设备，如手机、微机、激光打印机等能够无线互联，以约1 Mb ／s的速率相互传递数据，并能方便地接入互联网。随着蓝牙芯片价格和耗电量的不断降低，蓝牙已成为许多高端PDA和手机的必备功能。

1．2 蓝牙技术的应用

作为一种电缆替代技术，蓝牙具有低成本高速率的特点，他可把内嵌有蓝牙芯片的计算机、手机和多种便携通信终端互联起来，为其提供语音和数字接入服务，实现信息的自动交换和处理，并且蓝牙的使用和维护成本据称要低于其他任何一种无线技术。目前蓝牙技术开发重点是多点连接，即一台设备同时与多台（最多7台）其他设备互联。今后，市场上不同厂商的蓝牙产品将能够相互联通。蓝牙技术的应用主要有以下3类：

（1）语音／数据接入是指将一台计算机通过安全的无线链路连接到通信设备上，完成与广域网的联接。

（2）外围设备互连是指将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上。

（3）个人局域网（PAN）如图1所示，主要用于个人网络与信息的共享与交换。蓝牙产品涉及PC、笔记本电脑、移动电话等信息设备和A／V设备、汽车电子、家用电器和工业设备领域。蓝牙的支持者们预言说，一旦支持蓝牙的芯片变得非常便宜，蓝牙将置身于几乎所有产品之中，从微波炉一直到衣服上的纽扣。

蓝牙在个人局域网中获得了很大的成功，应用包括无绳电话，PDA与计算机的互联，笔记本电脑与手机的互联，以及无线RS232，RS485接口等。

采用蓝牙技术的设备使用方便，可自由移动。与无线局域网相比，蓝牙无线系统更小、更轻薄，成本及功耗更低，信号的抗干扰能力强。

从应用对象来说，蓝牙技术主要有工业和生活方面的应用：

1.3 工业上：

1．3.1 替代串行线缆

当今的许多工业设备都是使用传统线缆接口(RS232,RS422或RS485)来连接配置工具或编程工具的, 这些工具使用一种具有从属应用或特定通信协议的设备与其它设备进行通信。这对使用蓝牙无线连接创造了极好的条件。

有两种方法可替代串行线缆。一种是使用一个连接到工业设备外部串行端口的外部蓝牙适配器;另一种是使用一个连接到当前设备的内在适配器。蓝牙适配器仿效一个串行端口,并使用RFCOMM协议通过无线介质传输数据。实施蓝牙技术的PC把蓝牙串行端口剖面看成一个仿效的COMM 端口,它允许使用已存在的PC 配置和编程工具。可选的线缆替代方法适用于更多的先进工业设备,这些设备内置TCPöIP服务和一个Web服务。在这种情况下蓝牙适配器支持RFCOMM层以上的局域网接入模型,软件协议栈(PPP,IP和Web服务)包含在工业设备中。这就允许支持局域网接入模型的外部HMI(集线器管理接口)设备(例如膝上电脑或PDA)访问内置Web设备的用户接口,不需要在HMI设备上安装其它特殊应用软件。

1.3.2 与网络技术中的融合

假设一个具有内置控制系统的工业设备, 通过一个标准的Modbus协议表现其动态状态和控制变量。一个蓝牙适配器依附于该设备, 蓝牙适配器应用Modbus协议与工业设备进行通信。Modbus协议来显示和更改读写的动态数据。运用蓝牙局域网接入模型很容易访问Web/WAP页。这样就能对该工业设备进行远程配置, 管理和监督。

1.3.3 连接有线网络

无线通信在工业环境中的应用是一个渐进的过程, 需要建立蓝牙设备所形成的无线网络, 并连接到现有有线网络。该有线网络既可以是基于IP 标准的网络(如以太网) , 也可以是工业现场总线网络

1.3.4在工业应用中的可行性和局限性

由于蓝牙技术的低价格和内在的安全性, 它运用于工业环境的无线通信的可行性很大。无线通信有一些固有的优点和缺点,ABB 在工业环境运用这些无线技术时作了仔细的分析和考虑。

蓝牙技术具有与其它无线技术不同的优缺点。①蓝牙技术的主要优点: 低消费,低功耗;安全性高。②蓝牙技术的主要缺点:与其他很多系统共享带宽;覆盖范围小;易阻塞。蓝牙链路可用于任何环境,并且允许工业设备与手提电脑,掌上电脑，移动电话进行互操作。未来的许多ABB产品包含的蓝牙模块可与办公自动化设备进行无缝连接，由于蓝牙的低消费,在其它工业应用中(如传感,数据采集,监控等)引用蓝牙技术的可行性很大。

1.4 生活中：

生活中有许多蓝牙设备, 比如最被大家熟知的“蓝牙耳机”和“蓝牙手机”. 甚至在将来还会出现蓝牙系统的典型家庭, 有各种形式的娱乐设备(电视,VCD,HI-FI),不同来源的主题信息(报纸杂志)和特别是在厨房中的功能性设备(烤炉、微波炉、冰箱,中央暖气系统).将其与蓝牙设备组成宽松的连接,不管这些设备在哪里,它的控制与接入将成为用户的核心. 设想一个简单的数据便签簿,与智能电话类似,但是使用蓝牙收发器和轻触摸屏幕,轻巧便捷,带有高级像素驱动菜单,家庭的主人将用它来控制所有的娱乐设备!

2802.11(Wi-Fi)

Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真）也是一种无线通信协议，正式名称是IEEE802.11b,与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术.Wi-Fi速率最高可达11Mb／s。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100 m左右，不用说家庭、办公室，就是小一点的整栋大楼也可使用。

Wi-Fi技术的最具诱惑力的方面在于将Wi-Fi与基于XML或Java的Web服务融合起来之后，可以大幅度减少企业的IT成本。例如，许多企业选择在每一层楼或每一个部门配备802．11b的接入点，而不是采用电缆线把整幢建筑物连接起来。这样一来，可以节省大量铺设电缆所需花费的资金。

2.1 基于Wi-Fi 网络的主要应用模式

2.1.1 企业或者家庭内部无线接入模式

在企业内部或者家庭架设A P,所有在覆盖范围内的Wi-Fi终端（包括笔记本、PDA、手机、打印机等）通过这个AP实现内部通信，或者通过AP作为宽带接入出口连接到互联网，这是目前最普及的应用方式,此时的Wi-Fi 提供的是家庭网