第10章其它无线网络技术

1、第10章 其它无线网络技术2本章内容简介超宽带无线传输无线网状网认知无线电近距离无线通信3超宽带无线传输lUWB技术的定义超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术是基于IEEE 802.15.3的超高速、短距离无线接入技术2002年，美国联邦通信委员会(FCC)修订了相关标准，用于管理包括UWB设备在内的使用非授权频段的无线设备UWB的使用提供了在短距离(不足10m)、低发射功率条件下的极高带宽容量FCC对UWB的定义是其带宽大于500MHz，或相对带宽(带宽与中心频率之比)大于0.20 4lUWB技术的特点系统实现比较简单数据传输速率高功耗低安全性高多径分辨能力强定位精确工程简单

2、、成本较低详细内容见教材228-229页5lUWB技术的应用UWB利用了一个相当大的带宽，如同使用整个频谱，且能与其它应用共存，因此可应用于许多领域：个域网、智能交通系统、无线传感器网络、射频标识、成像应用等等UWB在个域网中的应用UWB可在较短距离内以极高速率和极低功率传输数据，远优于蓝牙等技术，能快速传输照片、文件、视频等，特别适合WPAN6UWB在智能交通信息中的应用利用UWB的定位和搜索能力，可制造防碰和防障碍物的雷达利用UWB可建立智能交通管理系统，如由若干个站台装置和一些车载装置组成无线通信网，这两种装置之间通过UWB完成数据交换传感器联网无线传感器网络的通信机制要求低成本、低功耗

3、，UWB是一个合适的候选技术 7无线USB无线USB的目标是用无线取代有线接口，可实现数字家庭的许多功能，包括：打印机共享、无线鼠标、无线键盘、无线扫描仪、移动硬盘无线接入、DV数据无线传输等等。UWB的无线USB连接，组成了以PC为主控中心，USB标准外设为从设备的小型网络，能完成系统协同工作，智能完成用户的特定任务，真正体现数字化家庭的特点。8无线网状网l无线网状网的简介无线网状网(Wireless Mesh Network, WMN)是一种从移动Ad hoc网络(MANET)中发展起来的新型网络技术，也是一种动态、自组织、自配置的多跳宽带无线网络。相比于MANET，WMN利用位置相对固定

4、的无线路由器，将多种网络进行互联，并接入高速骨干网。WMN已被纳入到802.11s、802.16等标准中。 9WMN由客户节点、路由器节点和网关节点组成客户节点可分为普通WLAN客户节点和具有路由与信息转发功能的客户节点两类WMN路由器与传统无线路由器相比在很多方面都有所增强，包括提升多跳环境下的路由功能、MAC协议、多无线接口等网关节点通过有线宽带连接因特网10因特网因特网网关节点网关节点WMN路由器无线网状网络结构图 11与传统有线交换网络相比，WMN无需在节点间布线，但仍具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能WMN中，如需添加新设备，只要简单接上电源即可，它可自动配置并确定最佳多跳

5、传输路径 WMN之所以能引起广泛重视，与其独有特点和网络的发展趋势密不可分 12下表比较了WMN、蜂窝网络、MANET等各种主要无线网络的特点性能指标WMN蜂窝网络MANETWLANWSN拓扑结构多点到多点点到多点动态拓扑点到点动态拓扑覆盖范围可实现城域覆盖通过小区方式可覆盖广泛局域网范围局域网范围一般小范围内客户数多很多较少少很多控制方式分布式集中式分布式集中式分布式设计目的用户接入骨干网通信通信通信数据传输节点移动主干网静止，路由器静止或移动，客户可移动接入设备静止，客户移动全节点动态拓扑AP静止动态拓扑能耗限制可灵活选择能耗协议客户需节能客户需节能客户需节能首要因素13l无线网状网的优势

6、快速部署和易于安装健壮性结构灵活高带宽低干扰详细内容见教材232页14认知无线电l认知无线电的简介认知无线电(Cognitive Radio, CR)由Joseph Mitola于1999年提出，也被称为智能无线电，可被看作为一种对环境极度敏感的软件无线电CR可感知到周围的环境特征，实时调整自身内部状态和收发参数，选择合适的载波频率、传输功率和调制方式，实现最佳的系统性能CR技术已应用于UWB、WMN等网络中 15软件支撑环境频谱扫描硬件支撑环境频谱分析频谱决策频谱监视频谱发射频谱解调频谱建立认知协议策略或算法认知无线电体系结构 16CR有多种不同定义、概念模型及体系架构，下图为加州大学伯克利

7、分校提出的一种层次结构，体现了底下两层与普通OSI结构的不同之处。链路层网络层传输层组管理数据管理介质访问控制通用控制信道组控制信道频谱感知信道估计数据传输物理层加州大学伯克利分校提出的认知无线电网络层次结构 17l认知无线电的基本功能CR的感知能力涵盖了很多方面，包括波形、频谱、网络、地理位置、本地可用业务、用户需求、语言、状态、安全策略感知等等CR可自动观察无线电环境、分析信息内容、评估选择、产生计划、监控服务，通过基于模型的推理来获得特定能力CR能从错误中学习，包括有指导和无指导的机械学习CR通常具备的基本功能包括：分析无线环境，包括估计空间电磁环境中的干扰温度和检测频谱空穴；信道状态估

8、计及容量预测；功率控制和动态频谱管理18l认知无线电的关键技术频谱检测能量检测干扰温度检测频谱管理动态频谱管理方案功率控制其它研究领域检测无线电和频谱规则协议的新概念和新算法，基于CR的自适应无线网络体系结构的设计，大规模CR系统实际应用的详细评估，CR的硬件和软件平台，等等 19近距离无线通信l近距离无线通信的概念和特点近距离无线通信也称近场通信(Near Field Communication，NFC)，是极短距离(20cm内)的高频无线通信技术，允许电子设备间进行非接触式点对点数据传输，其基础是RFID及互连技术近距离无线通信是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20c

9、m距离内，传输速度分106/212/424kbps三种NFC采用主动和被动两种读取模式NFC的短距离特性是其最大特点，耗电量低，一次只和一台机器连结，有较高的安全保密性20下表是NFC与蓝牙的对比通信类型NFC蓝牙低功耗蓝牙RFID 兼容ISO 18000-3activeactive标准化机构ISO/IEC蓝牙SIG兴趣组蓝牙兴趣组网络标准ISO 13157 etc.IEEE 802.15.1IEEE 802.15.1网络类型点对点WPANWPAN加密无可以可以范围0.2m约10m约1 m频率13.56MHz2.4GHz2.4GHz传输速率最大424kbps2.1Mbps约1Mbps设置程序耗时0.1s6s1s功耗15mA(读)可变15mA(传输)21l近距离无线通信的发展前景NFC具