无线网络的实现技术

1、无线网络的实现技术 Page 2蓝牙技术 V1.1(1991年)V1.2 V2.1(2004年)V2.2 V3.0(2009年) V4.0(2010年)Page 3很好的抗干扰很好的抗干扰能力和安全性能力和安全性可建立临时可建立临时对等连接对等连接全球范围全球范围适用适用同时传输同时传输语音数据语音数据近距离通信近距离通信功耗低功耗低体积小体积小蓝牙技术蓝牙技术特点特点l蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。l蓝牙技术通信距离为10m,可根据需要扩展至100m，以满足不同设备的需要。l蓝牙设备在通信连（Connection）状态下，

2、有四种工作模式：激活（Active）模式，呼吸（Sniff）模式保持（Hold）模式，休眠（Park）模式，Active 模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。 l蓝牙采用了跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱，抵抗来自这些设备的干扰。l提供了认证和加密功能，以保证链路级的安全。l主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。l蓝牙工作在2.4GHz的 ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4-2.4835GHz。Page 4系统组成系统组成描述了链路控制

3、器，实现了基带协议和其他的底层连接规程- 媒体接入控制(MAC)-差错控制-认证与加密链路管理器（LM）软件实现链路的建立认证及链路配置等-通过连接管理协议（LMP）建立通信联系。- LM 利用链路控制器（LC）提供的服务实现上述功能。蓝牙规范是为个人区域内的无线通信制定的协议，它包括两部分： 核心（Core）部分和协议子集（Profile）部分。协议栈仍采用分层结构，分别完成数据流的过滤和传输,跳频和数据帧传输,连接的建立和释放,链路的控制,数据的拆装等功能。天线发射功率符合 FCC 关于 ISM 波段的要求。 -发射功率：100mW-跳频速率：1600 跳/秒蓝牙系统的组成Page 5n

4、蓝牙软件结构单元利用现有规范，像OBEX、vCard vCalendar、HID、WAP、PPP及TCPIP等协议规范，而不去开发新的协议。软件单元主要实现的功能有：蓝牙设备的发现、与外围设备的通信、音频通信及呼叫控制、交换名片和电话号码等。蓝牙协议蓝牙协议核心协议应用协议基带协议逻辑链控制和适配协议链路管理协议Page 6蓝牙芯片BC212015 芯片内部主要集成有32Kbyte上RAM、DSP、MCU、射频前端以及各种I/O口。各种I/O口包括SPI、UART、USB、PIO、PCM、I2C等接口。其中SPI、UART、USB接口主要用来传输数据；I2C总线用于链接EEPROM；PIO接口

5、为可编程接口；PCM接口用来传输语音。Page 7各种电话系统蓝牙技术的应用蓝牙技术的应用 应用面多应用面多 前景广阔前景广阔无线电缆无线办公包数字电子设备电子商务办公自动化家庭娱乐等l电子付帐系统，宾馆接待处的电子登记服务等。l家庭和办公室自动化、家庭娱乐、电子商务、工业控制、智能化建筑物等。l数字照相机、数字摄像机等。l无线键盘、鼠标等。l以便携式计算机和掌上计算机为代表。各种电话系统数字手机、家庭及办公室电话、小型PBX等电话系统等。无线电缆无线办公包数字电子设备电子商务办公自动化家庭娱乐等Page 8WIFIn WiFi技术即IEEE802.11协议，无线接入和高速传输是WIFI的主要

6、技术优点，其中IEEE802.11b最高速度为11Mbps，IEEE802.11a与IEEE802.11g的最高速度为54Mbps。现在多用的IEEE802.11b与IEEE802.11g设备使用的频段为2.42.4835GHz的免许可频段， 在频率资源上不存在限制，因此使用成本低廉也成为了WlFI技术的又一大优势。n WlFI无线网络是由AP(AccessPoint)和无线网卡组成的无线网络，组网方式较为简单。Page 9无线电波无线电波覆盖范围广覆盖范围广建设便捷建设便捷较低的厂较低的厂 商商 进进 入入 门门 槛槛优点传传 输输 速速 度度 快快业务业务可集成可集成投资经济投资经济Pag

7、e 10WiFi常用芯片Page 11WiFi应用Page 12WiFi前景Page 13GPRSn GPRS是通用分组无线业务的简称。是GsMPhase2.1 规范实现的内容之一，能提供比现有GsM网96kbits更高的数据率。GPRs采用与GsM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的TDMA帧结构。Page 14GPRs优势:资源利用率高资源利用率高传输速率高传输速率高接人时间短接人时间短支持支持lP协议和协议和x.25协议协议用户的服务成本低用户的服务成本低Page 15GPRS模块的应用Page 16前景n 无线数据业务的应用正在迅速发展, 实现无线数据业务要

8、有合适的无线数据承载, 也就是说要解决采用何种方式来传输数据。GPRS是目前实现无线数据业务的最佳承载方式。多媒体通信是通信的发展方向, 而多媒体通信属于数据通信的范畴, 是更复杂的数据通信, 也是未来数据通信的发展方向。多媒体通信的实现更是离不开数字移动通信系统的进一步发展。Page 17ZigBeen特点：近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据数率、低成本。适合用于自动控制和远程控制领域。n支持三种类型的网络拓扑分别为：星型拓扑、树形拓扑、网状拓扑。Page 18协议栈物理层物理层媒体访问控制层媒体访问控制层网络网络/安全层安全层 应用构架应用构架应用层行规应用层行规Applicatio

9、nZigBee Platform StackSiliconq应用层：最重的是已涵盖了服务（Service）的观念，所谓的服务，简单来看就是功能。包括3部分： 与网络层连接的APS（应用支持子层）ZigBee设备对象（ZDO）装置应用行规 q网络/安全层确保MAC层的正确操作，提供合适的连接应用层的接口包含两个服务入口：数据服务入口和管理入口。前者实现网络级协议数据单元、协议特定路由；后者实现配置一个新设备、启动一个网络、加入或离开网络、地址分配等。安全方面的规范涉及ZigBee所提供的安全性方法，包括密钥建立、密钥传输、框架保护、设备管理等。q媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4协议负责

10、设备间无线数据链路的建立、维护和结束确认模式的数据传送和接收可选时隙，实现低延迟传输支持各种网络拓扑结构网络中每个设备为16位地址寻址Page 19ZigBee解决方案q 在在ZigBee Alliance的成员中，有不少是提供的成员中，有不少是提供ZigBee解决方案的业者。在硬解决方案的业者。在硬件部分，以件部分，以RF芯片为代表性。芯片为代表性。 q 目前在目前在2.4GHz的的RF芯片，以国外的芯片，以国外的Chipcon市场占有率较高，其市场占有率较高，其RF芯片芯片CC2420搭配搭配Atmel AVR 8 bits微处理器的平台，也是大多数人接触到微处理器的平台，也是大多数人接触

11、到ZigBee的的第一个开发平台。第一个开发平台。 q Chipcon已在已在20052005年第年第3 3季度推出一颗型号为季度推出一颗型号为CC2430的系统芯片（的系统芯片（SoC），），包含包含RF与微处理器，大大降低了未来与微处理器，大大降低了未来ZigBee相关产品的成本，简化设计产品相关产品的成本，简化设计产品周期。周期。 q 另外一家另外一家2.4GHz的的RF芯片厂商芯片厂商Freescale，也有渐渐迎头赶上的趋势。其，也有渐渐迎头赶上的趋势。其RF芯片共分芯片共分3 3种型号：种型号：MC13191、MC13192与与MC13193，搭配不同的协议软，搭配不同的协议软件，

12、提供给厂商进行不同产品的开发。件，提供给厂商进行不同产品的开发。q 在软件部分，国际上已经有许多公司有提供在软件部分，国际上已经有许多公司有提供ZigBee Stack，例如：，例如：Ember、AirBee、Figure 8 Wireless等，其中以等，其中以Figure 8 Wireless(F8W)所设计的所设计的Z-Stack最富盛名。最富盛名。 Chipcon把把F8W买下来后，使得买下来后，使得Chipcon成为成为ZigBee的完全解决方的完全解决方案的提供者。案的提供者。 Freescale，也是搭配，也是搭配F8W的的Z-Stack。 q 这样，这样，Chipcon CC2

13、420 + Z-Stack以及以及Freescale 13193 + Z-Stack都已成为都已成为认证时的黄金平台认证时的黄金平台 。Page 20 CC2530芯片n 该芯片不仅很好的支持IEEE802154协议规范和ZigBee协议栈的应用实现，而且能够以较低的成本建立一个强大的无线网络节点，非常适合用于无线传感器网络。该芯片以一个增强的8051微控制单元(MCU)为核心，该控制器内核具有性能高，功耗低的特点；n 作为无线传感器节点，cc2530芯片中集成了RF收发器，该收发器可以很好的支持2.4GHzIEEE802.15.4协议，并且具有很高的接受灵敏度和抗干扰性。同时该芯片中还具有很

14、多的外部设备：RAM、flash、可编程IO、ADC、定时器等。Page 21Page 22该芯片具有很多的特点：高效的数据传输可编程非易失性存储器flash省电模式的实现高效的AES加密四个定时器特点芯片具有5通道存储器直接访问(DMA)功能。芯片通过一个安全协处理器实现了AES的加密和解密。芯片内定义了三种工作状态的用电模式，除了正常工作状态外，还定义了设备两中省电的工作状态，设备在不进行数据采集或空闲时便可使用这两种模式，这两种模式可以分别通过睡眠定时器和外部中断来是设备进入正常的工作状态。CC2530芯片提供的非易失性存储器可分为32k，64k，128k，256k四种。flash除了保

15、存程序的代码以及常量外还可以让应用程序保存需要保存的数据，同时比较大的存储容量也为能够实现需要大存储容量的协议提供了条件。Page 23ZigBee应用领域家庭自动化工业、农业和商业玩具和游戏PC机的外围设备个人健康监护消费电子监视传感器自动化控制监视传感器诊断TVVCRDVDCDPC机的外围设备保安HVAC照明门禁玩具游戏器具Page 24Page 25种类ZigBee蓝牙Wi-FiGPRS单点覆盖距离50300m10m90m5m网络扩展性自动扩展无无无最大功耗13mW1100mW100mW2W（900MHz）/ 1W（1800MHz）复杂性简单传输速率250Kb/s1Mb/s111Mb/s128Kb/s频段868MHz2.4GHz2.4GHz2.4GHz900MHz和1800M