第五章短距离无线通信技术中国铁道出版社000

1、第5章 短距离无线通信技术内容5.1无线局域网5.2无线个人区域网5.3专用短程通信技术5.1无线局域网WLAN1.概念2.特点3.标准4.网络结构5.应用http:/WLAN是什么是什么WPAN：无线个域网：无线个域网l采用无线连接的个人局域网，它被用在诸如手机、计算机、PDA之间的小范围（一般是在10米以内）通讯。WPAN的技术包括蓝牙、ZigBee(紫蜂)、红外等，其中蓝牙应用最广泛。WLAN：无线局域网：无线局域网l一般应用于家庭、企业和热点覆盖，覆盖半径几十米到几百米，提供PC和手机高速上网。l无线局域网采用Wi-Fi技术，速率可到达几十Mbps，使用方式与有线局域网一样，简单易用。

2、WMAN：无线城域网：无线城域网l提供城市范围的无线覆盖，用于进行城市范围内的宽带无线数据传输。l无线城域网采用WiMax(802.16)技术，覆盖半径几公里到几十公里，速率可达到几十Mbps。蓝牙Wi-FiWiMaxhttp:/WLAN是什么（定义）是什么（定义）WLAN： Wireless Local Area Networkl广义的WLAN，是指通过无线通信技术将计算机设备互联起来，构成通信网络。l狭义的WLAN，是指采用IEEE 802.11无线技术进行互连的通信网络。目前的目前的WLAN一一般指般指802.11无线网络无线网络。lIEEE 802.11，是国际电工电子委员会（Inst

3、itute of Electrical and Electronics Engineers）下负责WLAN标准制定的工作组。Wi-Fi：Wireless Fidelityl是最大的WLAN工业组织Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）的商标，该组织致力于对WLAN设备进行兼容性认证测试。lWi-Fi是指Wi-Fi联盟认证，通过认证的产品，可以使用Wi-Fi的LOGO。l通常，Wi-Fi作为作为WLAN的同义词使用的同义词使用，尽管并非所有WLAN设备都进行Wi-Fi认证。http:/WLAN优势（特点）优势（特点）一、移动性 用户不受有线的线缆限制，可以在相当广阔的范围内利用无线网卡便

4、捷上网。二、部署容易、配置快速 有些无法走线或走线困难的区域，可以灵活的使用WLAN进行覆盖，如果有AC的话，WLAN开通将会更加便捷。 三、费用低http:/WLAN优势优势4、上网速度快技术GPRS（CS1/CS2） GPRS （CS3/CS4） EDGE CDMA1X WCDMA EVDO EVDV 速率单时隙10kbps，最高40kbps 提高30%50%，达到单时隙13kbps，最高5060kbps 提高3倍，单载波可达30kbps，最高120kbps 100kbps左右 2M2.4MHz（峰值），实际 3.1M（峰值） 模式802.11a802.11b802.11g802.11n速

5、率54M11M54M300Mhttp:/WLAN发展趋势发展趋势http:/WLAN发展趋势发展趋势http:/WLAN发展趋势发展趋势http:/交流提纲交流提纲nWLAN应用场合应用场合http:/WLAN应用场合应用场合四大行业是市场的主流四大行业是市场的主流未来，Wi-Fi服务提供商、无线学校、无线医疗和无线酒店等四大行业将成为Wi-Fi无线网络市场的主流。Wi-Fi服务提供商无线网络部署：公众场所的无线网络建设必要性更是无可否认的，目前全国各地的无线城市建设就是一个最为有力的例证。作为移动运营商来说，这是一个扩展业务范围，实现应用性创新的战略手段；作为政府机构，这是便民服务的新体现；

6、作为机场等场所，则是提高工作效率、加强业务竞争力的基础设施建设。新建成的首都国际机场T3航站楼，为了实现全面提升机场运转效率，方便商旅人士移动办公、提高机场工作人员工作效率等目标，早已将无线局域网建设纳入规划，并已实施完成。现在就连一些居民小区，也开始部署无线网络。 http:/WLAN应用场合应用场合无线校园Wi-Fi网络部署：以无线客户端的高速增长为前提，现在校园学子拥有笔记本和具有Wi-Fi功能的手机越来越多，同时作为建设周期较长的建筑群体，很多校园内的建筑无法架设或不适于架设有线网络，更者，校园占地面积大，空旷场所较多等特性也决定了有线网络有不少盲点，因此，架设一个复杂强大的无线网络能

7、极大地提高校园信息化的建设，提高学生和教职工的学习、工作效率。同时，还可以分为免费的校园网内接入和付费的广域网运营两个部分来实现双赢。 http:/WLAN应用场合应用场合无线酒店Wi-Fi网络部署：越来越多的酒店开始配备无线上网服务，对于酒店行业而言这是提升酒店竞争力的一个小手段，如果是免费提供无线上网，就这便是在酒店业务商品化下采取的客户亲近战略了，如果是付费的话，那也是创造了新的增值服务。 http:/WLAN应用场合应用场合无线医疗Wi-Fi网络部署：无线技术在医疗上的新应用对于提高医护人员的工作效率，提高救治生命质量，推动数字化医院建设必将发挥着越来越重要的作用。作为医院有线网络的补

8、充，Wi-Fi网络有效地克服了有线网络的弊端，利用PDA、笔记本电脑或移动诊疗设备随时随地进行生命体征数据，医护数据的查询与录入，医生查房，床边护理，呼叫通信，护理监控，药物配送和病人标识码识别，语音通讯应用等等，无线技术将会发挥难以替代的效用。现在甚至能实现EFMC，即无论医生在哪里，都可以通过一个号码来找到他，同时能够实现Wi-Fi与广域无线网络的无缝漫游。医院和医疗中心能够以更低的成本更有效的采集及管理信息，这不仅节省了时间，而且在特殊情况下还挽救了生命。 http:/WLAN国内应用情况国内应用情况1、国内WLAN应用最好的人群及应用情况：据了解，目前国内WLAN最大的使用群体是大学学

9、子（占WLAN使用量的90%以上），WLAN已成为有效分流并减轻校园3G网络压力的有效武器。 http:/WLAN国内应用情况国内应用情况2、中国移动T+W、中国电信C+W、中国联通W+W发展策略 ：各家运营商的策略基本是一致的：3G无线通道资源有限，过多过大的流量将造成3G网络较大压力；而WLAN主要作为无线宽带3G的补充，可以有效解决分流上网较集中区域的3G话务。T+W:只要无线上网卡一插，无线信号显示顺序为WLAN-TD -EDGE -GPRS ，哪个有信号、网速快就用哪个，甚至电脑可以自动选择。 http:/WLAN国内国际现状对比国内国际现状对比国内国际WLAN现状对比：国际上支持W

10、IFI功能手机多，手机上网大部分都采用WIFI功能上网。国内支持WIFI上网功能手机相对较少。国外有些国家WIFI实现免费上网，但中国国情不同，也许未来多年后也会实现WIFI免费无线上网，但目前现状不允许，不可能免费。由于无线宽带只是作为有线宽带的补充，满足特殊人群，且服务规模有限，所以价格上自然比有线宽带要高。即使送部分无线上网时长，也是捆绑发展相关业务或培养客户使用无线宽带的习惯而已。这是各运营商发展业务的策略之一。 n 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它利用射频（RF）技术，取代旧式的双绞线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能。无线网络所需的基础设施不需再埋在地下

11、或隐藏在墙里，并且可以随需移动或变化。n WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多。为了更好地构建理想中的无线网络，我们需要了解无线网络的技术体系、熟悉构建无线网络的设备的功能。引入引入20n 为什么要使用为什么要使用WLAN网络网络n 什么是什么是WLANn WLAN技术的发展进程技术的发展进程WLAN基础知识基础知识21 凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。办公大楼候机大厅渡假山庄商务酒店无线让网络使用更自由无线让网络使用更自由22无线让网络建设更经济，通信更便利无线让网络建设更经济，通信更便利l 终端与交换设备之间省去布线，有效降低布

12、线成本。l 适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。终端与设备之间不方便通过线缆连接地理环境不适合布设有线网络23无线让工作更高效无线让工作更高效 不受限于时间和地点的无线网络，满足各行各业对于网络应用的需求。体育场馆新闻中心展馆与证券大厅制造车间物流运输24l IrDAl BlueToothl 802.11l 802.11bl 802.11al 802.11g几种主要的几种主要的WLAN技术（标准）技术（标准）25802.11协议的发展进程协议的发展进程802.11802.11b802.11a802.11g标准发布时间July 1997Sept 1999Sept 1999

13、June 2003合法频宽83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz频率范围 2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重叠信道 33123调制技术FHSS/DSSSCCK/ DSSSOFDMCCK/OFDM物理发送速率1, 21,2,5.5, 116, 9, 12, 18,24, 36, 48, 546, 9, 12, 18,24, 36, 48, 54无线覆盖范围N/A100M50M100M理论上的最大UDP吞吐量 (1500 byte)1.7 Mbps7.1 Mbps30.9

14、 Mbps30.9 Mbps理论上的TCP/IP吞吐量 (1500 byte)1.6 Mbps5.9 Mbps24.4 Mbps24.4 Mbps兼容性N/A与11g产品可互通与11b/g不能互通与11b产品可互通26各个国家授权使用的频段各个国家授权使用的频段Channel Freq (GHz) US/Can Europe Japan 1 2.412xx2 2.417xx3 2.422xx4 2.427xx5 2.432xx6 2.437xx7 2.442xx8 2.447xx9 2.452xx10 2.457xx11 2.462xxx12 2.467x13 2.472x14 27802.1

15、1b/g工作频段划分图工作频段划分图28蜂窝式无线覆盖蜂窝式无线覆盖l 任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如：1、6、11频道 。l 适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰。l 蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用。29WLAN产品对人体的电磁辐射是安全的产品对人体的电磁辐射是安全的l 很多的研究已经证明，WLAN产品可以在家庭及商业中使用，对人体来说是安全。l 典型的WLAN产品，如AP（Access Point，接入点），输出功率为100mw，对于网卡来说，通常只有10mw至50mw。相比较来说，手机的发射功率在通话时可以超过1W，而无线对讲机甚至可以达到5 W。l 政府有相关的法令对发射功

16、率进行严格的限制，因此通过政府相关部门认证过的无线设备对人体是无害的。n WLAN基础知识基础知识n 802.11协议族协议族n WLAN设备设备n WLAN的典型部署的典型部署目录目录31n 802.11协议族成员协议族成员n WLAN网络基本概念和组网模式网络基本概念和组网模式n WLAN网络接入访问机制网络接入访问机制n WLAN网络接入漫游与加密网络接入漫游与加密n WLAN网络的网络的QoS功能功能 802.11协议族协议族32IEEE 802.11无线局域网工作组无线局域网工作组 PHY802.11(1/2 Mbps)802.11b(5.5/11 Mbps)802.11g(54 M

17、bps)802.11a(54 Mbps)MAC802.11/11a/11b/11g MAC802.11f 漫游和切换漫游和切换802.11e QoS802.11i 安全增强安全增强802.11n(600 Mbps)802.11s mesh802.11r快切快切33802.11MAC层工作原理层工作原理 概述概述l 802.11MAC层负责客户端与层负责客户端与AP之间的通讯。之间的通讯。 主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。l 802.11MAC 报文分类：报文分类：数据帧数据帧 用户的数据报文控制帧控制帧 协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS、ACK等管理帧管理帧 负

18、责STA和AP之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作 例如：Beacon、Probe、Association及Authentication等34802.11MAC层工作原理层工作原理 用户接入管理过程用户接入管理过程STAAP Discovery选择AP(采用侦听Beacon帧或发送Probe帧)AuthenticationAssociation和建立Association关系的AP收发数据35802.11MAC层工作原理层工作原理 Scanningl 802.11MAC 使用使用Scanning功能来完成功能来完成Discovery寻找和加入一个网络当STA漫游时寻找一个新的AP 通过侦听

19、AP定期发送的Beacon帧来发现网络。 在每个信道上发送Probe request报文，从Probe Response中获取BSS的基本信息。36FAT AP设备的典型组网设备的典型组网l 企业网络的组网模式：AP1APnSTAsl 家庭或soho网络的组网模式：APADSL ModemWAN以太交换机以太交换机PCSTAs企业核心网企业核心网37802.11无线网桥无线网桥l 无线网桥是一种采用无线技术进行网络互连的特殊功能的AP。l 无线网桥根据传输距离的不同可分为工作组网桥和长距专业网桥。l 为了防止信号大幅度衰减，网桥组网时两个网桥之间通常不能有障碍物的阻挡。l 以室外作为主要应用环

20、境的无线网桥一般在设计时都会考虑适应一些恶劣的应用环境。38802.11无线网桥无线网桥的典型组网的典型组网有线网络A有线网络B有线网络互连有线网络互连无线网络互连无线网络互连有线网络网络A多网络互连多网络互连1208E网络B网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥网桥39FAT AP组网的局限性组网的局限性l FAT AP组网更适合在家庭和中小型网络中使用，无法满足大组网更适合在家庭和中小型网络中使用，无法满足大型的无线企业网络的需求，这是由于型的无线企业网络的需求，这是由于FAT AP自身的特点所决自身的特点所决定的。当需要组建大型无线网络或需要更多的增值服务时：定的。当需要组

21、建大型无线网络或需要更多的增值服务时：40802.11 a/b/g天线加密网管、三层漫游, 安全802.1x认证,802.11e QOSAP点监测点监测用户防火墙用户防火墙网络自愈网络自愈RF 管理管理无线欺骗防护无线欺骗防护802.11a/b/g网管、二层漫游, 安全802.1x认证,802.11e QOS天线加密FAT APFIT AP无线交换机和无线交换机和FIT AP的功能的功能更易管理的无线解决方案 41天线在无线系统中的使用天线在无线系统中的使用典型无线系统典型无线系统发射器空间介质接收器发射天线 接收天线 42n 热点覆盖热点覆盖n 承载承载Wi-Fi语音和移动数据业务语音和移动

22、数据业务n 办公地点无线互连办公地点无线互连 WLAN的典型部署的典型部署43核心机房核心机房会议厅会议厅餐厅、茶座餐厅、茶座大厅、服务台大厅、服务台S3600-PWRS7500客户端热点覆盖热点覆盖客户端客户端S3600-PWRS3600-PWR无线交换机44增值业务增值业务电子病历服务器群S9500S3600-PWRS3600-PWRS3600-PWRFIT AP核心机房核心机房手持PDA住院楼住院楼1住院楼住院楼2住院楼住院楼3WiFi电话WiFi电话无线交换机网管Radius语音网关语音服务器45办公地点无线互连办公地点无线互连 企业总部网络企业分支网络1企业分支网络2无线网桥无线网桥

23、无线网桥5.2无线个人区域网1.概述2.蓝牙3.ZigBee4.IrDA、HomeRF、UWB无线个人局域网（WPAN）是一种采用无线连接的个人局域网。它被用在诸如电话、计算机、附属设备以及小范围（个人局域网的工作范围一般是在10米以内）内的数字助理设备之间的通讯。支持无线个人局域网的技术包括：蓝牙、ZigBee、超频波段（UWB）、IrDA、HomeRF等，其中蓝牙技术在无线个人局域网中使用的最广泛。每一项技术只有被用于特定的用途、应用程序或领域才能发挥最佳的作用。此外，虽然在某些方面，有些技术被认为是在无线个人局域网空间中相互竞争的，但是他们常常相互之间又是互补的。 5. 5. 蓝牙技术蓝

24、牙技术 （1）蓝牙简介 蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王Harald Blatand，Blatand在英文里的意思可以被解释为Bluetooth（蓝牙）。因为国王喜欢吃蓝梅，牙龈每天都是蓝色的，所以叫蓝牙。在行业协会筹备阶段，需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史和未来无限技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。v 蓝牙（Bluetooth）技术是由爱立信、诺基亚、Intel、IBM和东芝5家公司于1998年5月共同提出开发的。蓝牙技术的本质是设备间的无线联接，主要用于通信与信息设备。v近年来，在电声行业中也开

25、始使用。依据发射输出电平可以有3种距离等级，Class1为100m左右、Class2约为10m、Class3约为23m。一般情况下，其正常的工作范围是10m半径之内。在此范围内，可进行多台设备间的互联。但对于某些产品，设备间的联接距离甚至远隔100m也照样能建立蓝牙通信与信息传递。 借助采用了蓝牙技术的PDA个人数字助理，用户可很方便地进入因特网。有了蓝牙技术，存储于手机中的信息可以在电视机上显示出来，也可以将其中的声音信息数据进行转换，以便在PC个人电脑上聆听。东芝公司已开发上市了一种蓝牙无线Modem和PC卡，将2张卡中的一张插入Modem的主机上，另一张插入PC个人电脑。这样，用户就成功

26、实现了与因特网的无线联网。v 在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学频段。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。2. IEEE802.15.4标准标准（2）蓝牙技术的特点全球范围适用：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2.42.4835GHz，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。2. IEEE802.15.4标准标准 同时可传输语音和数据：v蓝牙采用电路

27、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。v每个语音信道数据速率为64kbit/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，速率最高为721kbit/s，反向为57.6kbit/s；当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。2. IEEE802.15.4标准标准 可以建立临时性的对等连接： 根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。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时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。皮网是蓝

28、牙最基本的一种网络形式，最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。通过时分复用技术，一个蓝牙设备便可以同时与几个不同的皮网保持同步，具体来说，就是该设备按照一定的时间顺序参与不同的皮网，即某一时刻参与某一皮网，而下一时刻参与另一个皮网。2. IEEE802.15.4标准标准 具有很好的抗干扰能力：工作在ISM频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、无线局域网和HomeRF等产品，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了跳频方式来扩展频谱，将2.4022.48GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺

29、序则是伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625。2. IEEE802.15.4标准标准 蓝牙模块便于集成：由于个人移动设备的体积较小，嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信公司的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为32.8mm16.8mm2.95mm。 低功耗：蓝牙设备在通信连接状态下，有激活、呼吸、保持和休眠等四种工作模式。激活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。2. IEEE802.15.4标准标准 开放的接口标准：为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的

30、蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。 成本低：随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降。2. IEEE802.15.4标准标准v Piconet指用蓝牙技术把小范围（10-100m）内装有蓝牙单元的各种电器组成的微型网络。v一个微微网由2-8个蓝牙单元组成，即可以组成以一个为主、其他27个为副的电器组成的微微网。这些电器可以是PC机、打印机、传真机、数码相机、移动电话、笔记本电脑等等。多个微微网之间还可以互联形成散射网（Scatternet），从而方便快捷地实现各类设备之间随时随地的通信。2. IEEE802.15.4标准标准蓝牙网关 蓝牙网关用于办公网

31、络内部的蓝牙移动终端通过无线方式访问局域网以及Internet。蓝牙网关还可以跟踪、定位办公网络内的所有蓝牙设备，在两个属于不同匹克网的蓝牙设备之间建立路由连接，并在设备之间交换路由信息。 2. IEEE802.15.4标准标准蓝牙系统的组成系统组成系统组成描述了链路控制器，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。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：16

32、00 跳/秒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。蓝牙网络的构成1）主设备与从设备 主动提出通信要求的设备是主设备，被动进行通信的设备为从设备。1台主设备最多可同时与7台从设备进行通信，并可以和多达256个从设备保持同步但不通信。1台从设备与另1台从设备通信的唯一途径是通过主设备转发。蓝牙系统提供点对点连接方式（即：蓝牙中仅有两点）或一点多址连接方式。在一点多址连接方式中，信道是分在几个蓝牙单元中。分在同

33、一信道中的两个或两个以上的单元形成一个微网（ Piconet）。蓝牙网络的构成2）微网与扩散网 1台主设备和1台以上从设备构成的网络称为微网（皮克网）（Piconet）。一个蓝牙单元作为微网的主单元，其余的可作为从单元看待。在一个微网中最多可有七个活动从单元。另外，更多的从单元被锁定在休眠状态中。这些处于休眠状态的从单元在该信道中不能被激活，但对主单元来讲它们仍由主单元同步。无论对激活或休眠状态来讲，信道访问都由主单元控制。蓝牙网络的构成a）单个从设备构成的微网(点对点)；b）多个从设备构成的微网（点对多点）；c）多个微网构成的扩散网蓝牙网络的构成 具有重叠复盖域的微网之间存在设备间的通信，形

34、成一个扩散网络（ Scatternet）结构。每个微网只能具有一个单独主单元，然而从单元可分享基于时分多址的不同微网。另外，在一个微网中主单元可视为另一个微网的从单元。且各微网间不再是以时间或频率同步，各微网有自己的跳频信道。蓝牙网络的构成 蓝牙扩散网结构示意图网络连接的构成3）对等网络Ad-hoc 蓝牙设备在规定的范围内和规定的数量限制下，可以自动建立相互之间的联系，而不需要一个接入点或者服务器，由于这种网络是由某些蓝牙设备临时构成的网络，所以Ad-hoc网络又称临时网。由于网络中的每台设备在物理上都是完全相同的，因此又称为对等网。 蓝牙技术的应用l电子付帐系统，宾馆接待处的电子登记服务等。

35、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蓝牙技术的应用ZigBee技术简介技术简介-什么是什么是ZigBee?ZigBeeZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。的无线网络技术。ZigBeeZigBee

36、采取了采取了IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；省电、简单、成本又低的规格； ZigBeeZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应增加了逻辑网络、网络安全和应用层。用层。ZigBeeZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。ZigBeeZigBee无线可使用的频段有无线可使用的频段有3 3个个, ,分别是分别是2.4

37、GHz2.4GHz的的ISMISM频段、欧洲的频段、欧洲的868MHz868MHz频段、以及美国的频段、以及美国的915MHz915MHz频段，而不同频段可使用的信道分别是频段，而不同频段可使用的信道分别是 1616、1 1 、 10 10 个，在中国采用个，在中国采用2.4G2.4G频段，是免申请和免使用费的频率。频段，是免申请和免使用费的频率。 ZigBee技术简介技术简介-短程无线网络标准短程无线网络标准WWANWMANWLANWPAN传传输输范范围围0.011010. 11001000数据传输率（数据传输率（Mbps）ZigBee技术简介技术简介-短程无线网络标准短程无线网络标准文本文

38、本因特网因特网/声音声音压缩图片压缩图片 多通道数字图像多通道数字图像低低 高高短程短程 长程长程ZigBee技术简介技术简介-无线网络标准的比较无线网络标准的比较ZigBee标准的应用 ZigBee 和802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近； ZigBee 无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。 ZigBee 技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成本应用ZigBee技术简介技术简介-ZigBeeZigBee与与IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4

39、 ZigBeeZigBee是一组基于是一组基于IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4无线标准研制开发的，无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术，有关组网、安全和应用软件方面的技术，IEEE IEEE 802.15.4 802.15.4 仅处理仅处理MACMAC层和物理层协议，层和物理层协议，ZigBeeZigBee联盟对联盟对其网络层协议和其网络层协议和APIAPI进行了标准化。进行了标准化。 ZigBeeZigBee是由是由ZigBee AllianceZigBee Alliance所主导的标准，定义了网所主导的标准，定义了网络层（络层（Network Laye

40、r)Network Layer)、安全层（、安全层（Security LayerSecurity Layer）、）、应用层（应用层（Application Layer)Application Layer)、以及各种应用产品的、以及各种应用产品的资料（资料（ProfileProfile）; ;而由国际电子电机工程协会（而由国际电子电机工程协会（IEEEIEEE）所定制的所定制的802.15.4802.15.4标准，则是定义了物理层（标准，则是定义了物理层（PHY PHY Layer)Layer)及媒体存取层（及媒体存取层（Media Access Control Media Access Con

41、trol Layer;MAC Layer)Layer;MAC Layer)。ZigBee技术简介技术简介-ZigBeeZigBee协议栈协议栈 8 8位处理器位处理器 协议栈简介紧凑协议栈简介紧凑 4K-4K-32k32k 网络主节点容纳网络网络主节点容纳网络内所有节点的设备信内所有节点的设备信息、数据包转发表、息、数据包转发表、设备关联表、与安全设备关联表、与安全有关的密钥存储等。有关的密钥存储等。ZigBee协议栈的特点 ZigBee 采取了 IEEE 802.15.4 强有力的无线物理层所规定的全部优点； ZigBee 增加了逻辑网络、网络安全和应用软件，更加适合于产品技术的一致化，利于

42、产品的互连互通； ZigBee 继续与 IEEE 紧密结合，以保证向市场提供一种完整的集成解决方案ZigBee技术简介技术简介-ZigBee频带和数据传输率频带和数据传输率ZigBee 无线可使用的频段有 3 个，分别是 2.4GHz 的 ISM 频段、欧洲的 868MHz 频段、以及美国的 915MHz 频段，而不同频段可使用的信道分别是 16 、 1 、 10 个； ZigBee 在中国采用2.4G的 ISM 频段，是免申请和免使用费的频率，在2.4G的频段上具有16个信道，带宽为250K。 ZigBee技术简介技术简介-ZigBee物理信道物理信道ZigBee 在2.4G的频段上具有16

43、个信道，从 2.405GHz 2.480GHz 间分布，信道间隔是5M，具有很强的信道抗串扰能力。 ZigBee技术简介技术简介-ZigBee网络拓扑结构网络拓扑结构星型星型网状型网状型簇状型簇状型网络协调器网络协调器全功能设备全功能设备(FFD,Router):(FFD,Router):可以支持可以支持任何一种拓扑结构，可以作为网络任何一种拓扑结构，可以作为网络协商者和普通协商者，并且可以和协商者和普通协商者，并且可以和任何一种设备进行通信任何一种设备进行通信精简功能设备精简功能设备(RFD):(RFD):只支持星型结只支持星型结构，不能成为任何协商者，可以和构，不能成为任何协商者，可以和网

44、络协商者进行通信，实现简单网络协商者进行通信，实现简单。ZigBee网络拓扑特点 ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和MESH网状网，可以根据实际项目需要来选择合适的网络结构； MESH 网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能； 星型和族树型网络适合点多多点、距离相对较近的应用。ZigBee技术简介技术简介-ZigBeeZigBee网络设备类型网络设备类型网络协调器：网络协调器：包含所有的网络消息，是包含所有的网络消息，是3 3种设备类型中最复杂的一种，存种设备类型中最复杂的一

45、种，存储容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络储容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、节点、存储网络节点信息、寻找一对寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信节点间的路由消息、不断地接收信息。息。全功能设备（全功能设备（FFDFFD）：）：可以担任网络协调者，形成网络，让其他的可以担任网络协调者，形成网络，让其他的FFDFFD或或是精简功能装置（是精简功能装置（RFDRFD）连结，）连结，FFDFFD具备控制器的功能，可提供信息双向具备控制器的功能，可提供信息双向传输。传输。 . .附带由标准指定的全部附带由标准指定的全部802

46、.15.4802.15.4功能和所有特征功能和所有特征 . .更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用 . .也能用作终端设备也能用作终端设备精简功能设备（精简功能设备（RFDRFD）：）：RFDRFD只能传送信息给只能传送信息给FFDFFD或从或从FFDFFD接收信息。接收信息。 . .附带有限的功能来控制成本和复杂性附带有限的功能来控制成本和复杂性 . .在网络中通常用作终端设备。在网络中通常用作终端设备。 .ZigBee.ZigBee相对简单的实现自然节省了费用。相对简单的实现自然节省了费用。RFDRFD由于省掉了内存和其由

47、于省掉了内存和其 他电路，降低了他电路，降低了ZigBeeZigBee部件的成本，而简单的部件的成本，而简单的8 8位处理器和小协议位处理器和小协议 栈也有助于降低成本。栈也有助于降低成本。ZigBee技术简介技术简介-ZigBeeZigBee网络设备类型网络设备类型设备类型设备类型拓扑类型拓扑类型可否成为协调器可否成为协调器通话对象通话对象全功能设备全功能设备（FFD）（FFD）星形，树形，网状星形，树形，网状可以可以任何ZigBee设备任何ZigBee设备简化功能设简化功能设备（RFD）备（RFD）星形星形不可以不可以只能与协调器通话只能与协调器通话 ZigBee 网络协调器也就是网络的中

48、心节点； ZIGBEE 全功能设备(FFD)也就是网络中的路由或中继； 精简功能设备(RFD)也就是网络中的终端节点。ZigBee技术简介技术简介-ZigBeeZigBee网状（网状（MESHMESH）网络）网络MESHMESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过多级跳的方式网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过多级跳的方式来通信；来通信； MeshMesh是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；由可自动建立和维护该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；M

49、ESHMESH网络机构网络机构还可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模还可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模 ；MESHMESH网络还具备自组织、自愈功能。网络还具备自组织、自愈功能。 ZIGBEE和蓝牙性能比较和蓝牙性能比较 ZigBee技术简介技术简介-ZigBeeZigBee技术优势技术优势数据传输速率低：数据传输速率低：10KB/10KB/秒秒-250KB/-250KB/秒，专注于低传输应用秒，专注于低传输应用功耗低：功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通在低功耗待机模式下，两节普通5 5号电池可使用号电池可使用6-246-24个月个月成本低：成本低：ZigBeeZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本网络容量大：网络容量大：网络可容纳网络可容纳6500065000个设备个设备时延短：时延短：典型搜索设备时延为典型搜索设备时延为30ms30ms，休眠激活时延为，休眠激活时延为15ms15ms，活动设，活动设备信道接入时延为备信道接入时延为15ms15ms。网络的自组织、自愈能力强，通信可靠网络的自组织、自愈能力强，通信可靠数据安全：数据安全：ZigBeeZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用A