第8章 无线接入技术

“十二五”规划系列课程教材接入网技术第8章无线接入技术8.1WLAN8.2LMDS目录Contents8.3MMDS8.4近距离无线接入技术第8章无线接入技术学习提示本章重点、难点WLAN的基本概念、系统结构WLAN的技术标准学习本章目的和要求掌握WLAN的基本概念、系统结构掌握WLAN技术了解LMDS、MMDS了解蓝牙、ZigBee和RFID技术8.1WLAN8.2LMDS目录Contents8.1.1WLAN的基本概念8.1.2WLAN的网络结构8.1.3WLAN技术8.3MMDS8.4近距离无线接入技术第8章无线接入技术8.1.1

WLAN的基本概念1、WLAN的概念无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是利用无线技术实现快速接入以太网的技术。WLAN具有安装便捷、使用灵活、经济节约、易于扩展等有线网络无法比拟的优点。5第8章无线接入技术8.1.1

WLAN的基本概念2、WLAN的基本组成WLAN一般包括三种基本组件：无线接入点（AccessPoint，AP）、无线工作站（STA）和空中端口。6第8章无线接入技术8.1.1

WLAN的基本概念3、AC的引入（1）胖AP和瘦AP（2）AC（3）AC+AP架构的优点7第8章无线接入技术8.1.1

WLAN的基本概念4、AC与AP间通信的原理首先，AP与AC之间的通信过程包括三种情况。（1）AP启动过程（2）MAC认证流程（3）数据传输过程8第8章无线接入技术8.1.2WLAN的网络结构1、自组织网络图8-3自组织网络示意图9第8章无线接入技术8.1.2WLAN的网络结构2、有中心网络10第8章无线接入技术8.1.2WLAN的网络结构3、AC+AP架构的WLANAC+AP架构的WLAN仍然是有中心网络结构。只是在其中引入了具有管理功能的AC。根据WLAN网络规模和拓扑结构特点，可以将AC部署在网络中的不同位置，AC部署方案通常有以下三种：方案一：二层直连方案。方案二：AC旁挂BRAS方案。方案三：AC位于城域网方案。11第8章无线接入技术8.1.2WLAN的网络结构（1）二层直连方案12第8章无线接入技术8.1.2WLAN的网络结构（2）旁挂BRAS方案13第8章无线接入技术8.1.2WLAN的网络结构（3）AC位于城域网方案14第8章无线接入技术8.1.3WLAN技术1、WLAN传输技术WLAN传输技术根据采用的传输媒体、选择的频段以及调制方式的不同分为很多种。WLAN的传输媒体主要是微波和红外线。即使采用同类媒体，不同的WLAN标准采用的频段也有差异。对于采用微波的WLAN而言，按照调制方式又分为扩展频谱方式和窄带调制方式。15第8章无线接入技术8.1.3WLAN技术2、WLAN技术标准表8-1 IEEE802.11系列标准主要技术指标比较标准名称提出时间工作频段最高传输速率调制技术无线覆盖范围IEEE802.111997年2.4GHz或红外2MbpsBPSKDQPSK+DSSSGFSK+FHSSN/AIEEE802.11b1999年2.4GHz11MbpsCCK+DSSS100mIEEE802.11a1999年5GHz54MbpsOFDM50mIEEE802.11g2003年2.4GHz54MbpsOFDM；CCK<100mIEEE802.11n2003年草案2009年批准2.4GHz或5GHz300MbpsMIMO+OFDM几百米IEEE802.11ac2011年草案待批准5GHz1GbpsMIMO+OFDM几百米16第8章无线接入技术8.1.3WLAN技术3、WLAN安全技术（1）IEEE802.1x协议（2）WEP协议（3）IEEE802.11i标准与WPA/WPA2协议（4）WAPI（5）VPN技术178.2WLAN8.1LMDS目录Contents8.2.1LMDS的基本概念8.2.2LMDS的系统结构8.2.3LMDS技术的特点与业务8.3MMDS8.4近距离无线接入技术第8章无线接入技术8.2.1

LMDS的基本概念本地多路分配业务（LocalMultipointDistributionServices，LMDS）属于无线固定接入手段，是一种工作于10GHz以上的频段、宽带无线点对多点接入技术。19第8章无线接入技术8.2.2LMDS的系统结构一个完善的LMDS网络是由四部分组成的：核心网络、基站、用户端设备以及网管系统。基站核心网络用户站基站用户站……空中接口网管系统20第8章无线接入技术8.2.3LMDS技术的特点与业务1、LMDS技术的特点（1）LMDS的优点①频率复用高、系统容量大。②工作频带宽、可提供宽带接入。③运营商启动资金较小，后期扩容能力强，投资回收快。④提供业务种类多、速度快。⑤在用户发展方面极具灵活性和可扩展性。21第8章无线接入技术8.2.3LMDS技术的特点与业务（2）LMDS的缺点①LMDS服务区覆盖范围较小，小区半径一般在5km左右，不适合远程用户使用；②不适用于降雨量大的地区，会受“降雨衰减”效应的限制，降雨衰减指的是雨滴对微波的散射和吸收所造成的信号失真的现象；③不适用于地形、地物变化较大的地方，因为微波直线传输，所以只能实现视距接入，地形、地物的阻挡会使基站与远端站间的通信中断；④传输质量在无线覆盖区边缘不稳定；⑤LMDS仍属于固定无线通信，缺乏移动灵活性。22第8章无线接入技术8.2.3LMDS技术的特点与业务2、LMDS业务LMDS提供的业务包括：（1）语音业务LMDS系统可以实现PSTN主干网无线接入，可以提供高质量的语音服务。（2）数据业务LMDS可以实现低速数据业务、中速数据业务、高速数据业务，并支持局域网互连，可以支持多种数据网协议，如帧中继、ATM、TCP/IP等。（3）Internet接入业务LMDS支持Internet宽带无线接入，最高速率可达155Mbps。（4）视频业务LMDS可以实现模拟和数字视频业务，如视频点播（VOD）、远程教育、远程医疗、会议电视、远程监控等。238.3WLAN8.1LMDS目录Contents8.3.1MMDS的基本概念8.3.2MMDS的系统结构8.3.3MMDS技术的特点与业务8.2MMDS8.4近距离无线接入技术第8章无线接入技术8.3.1MMDS的基本概念MMDS与LMDS类似，也是一种固定的点对多点宽带无线接入系统。MMDS工作频段主要集中在2GHz～5GHz，由于2GHz～5GHz频段受雨衰的影响很小，并且在同等条件下空间传输损耗比LMDS低，所以MMDS系统可应用于半径为40km左右的大范围覆盖。25第8章无线接入技术8.3.2MMDS的系统结构MMDS系统构成与LMDS相似，一般由基站、用户站和网管系统组成。双向业务的数字MMDS系统主要由MMDS收发信机、天线、变频器和机顶盒等设备组成，如图8-9所示。26第8章无线接入技术8.3.3MMDS技术的特点与业务1、MMDS与LMDS技术的比较高频段（26GHz）的LMDS技术和低频段（2.5GHz，3.5GHz）的MMDS技术比较如下。①MMDS与LMDS都是微波技术，视距传输。②MMDS与LMDS系统在容量上、传播距离上各有优势与劣势，MMDS的传播距离可达40km的范围。我们注意到容量和传播距离是负相关的关系。③在业务上，MMDS系统适合于用户分布较分散、而业务需求却不大的用户业务群，而LMDS系统则适合于用户分布集中、业务需求量大的用户群。④在成本上，MMDS低于LMDS。⑤MMDS所能提供的数据带宽同样与可利用的频段、采用的调制方式（QPSK、16QAM或64QAM）和扇区数量有关。27第8章无线接入技术8.3.3MMDS技术的特点与业务2、MMDS业务MMDS技术是以视距传输为基础的图像分配传输技术，MMDS可提供模拟视频、数字视频、双向数据传输、因特网接入和电话业务等，还支持用户终端业务、补充业务、GSM短消息业务和各种GPRS电信业务，适合于用户分布较分散，而业务需求却不大的用户群。288.4WLAN8.1LMDS目录Contents8.4.1蓝牙技术8.4.2ZigBee技术8.4.3RFID技术8.3MMDS8.2近距离无线接入技术第8章无线接入技术8.4.1蓝牙技术1、蓝牙的概念及背景蓝牙（Bluetooth）是一种短距离（一般10m内）的无线通信技术。利用蓝牙技术能在包括移动电话、PDA、无线耳机（见图8-10）、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换，以取代原来所需的有线电缆。图8-10蓝牙耳机30第8章无线接入技术8.4.1蓝牙技术2、蓝牙组织与蓝牙标准1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和Intel公司一起提出蓝牙技术，并成立了蓝牙特别兴趣小组（BluetoothSIG），BluetoothSIG组织开发的蓝牙标准有：1999年7月26日推出的蓝牙技术规范1.0版本。2004年底BluetoothSIG推出了Bluetooth2.0标准。2010年7月，BluetoothSIG宣布正式采纳蓝牙4.0核心规范，并启动对应的认证计划。IEEE的标准化机构，也已经成立了IEEE802.15工作组，专门关注有关蓝牙技术标准的兼容和未来的发展等问题。IEEE802.15.1TG1就是讨论建立与蓝牙规范版本相一致的标准，IEEE802.15.1标准是基于蓝牙规范V1.1实现的，IEEE802.15.1a等同于蓝牙规范V1.2；IEEE802.15.2TG2是探讨蓝牙如何与IEEE802.11b无线局域网技术共存的问题；而IEEE802.15.3TG3则是要研究未来蓝牙技术向更高速率（如10～20Mbit/s）发展的问题。31第8章无线接入技术8.4.1蓝牙技术3、蓝牙技术的特点（1）全球范围适用（2）可以同时传输语音和数据（3）可以建立临时性对等连接（4）抗干扰能力强（5）体积小（6）功耗小（7）低成本（8）全部公开的技术标准图8-11蓝牙模块32第8章无线接入技术8.4.2ZigBee技术1、ZigBee的概念及背景ZigBee与蓝牙相类似，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee译为“紫蜂”，ZigBee这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也可以说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。2000年12月IEEE802.15.4工作组成立，负责研究制定的IEEE802.15.4标准是一种经济、高效、低速率（小于250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线通信技术，用于无线个域网（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN）和对等网状网络。ZigBee的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。33第8章无线接入技术8.4.2ZigBee技术ZigBee作为一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通信技术，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。ZigBee网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。ZigBee网络中设备的可分为协调器（Coordinator）、汇聚节点（Router）、传感器节点（EndDevice）等三种角色。图8-12ZigBee模块34第8章无线接入技术8.4.2ZigBee技术ZigBee作为一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通信技术，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。ZigBee网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。ZigBee网络中设备的可分为协调器（Coordinator）、汇聚节点（Router）、传感器节点（EndDevice）等三种角色。35第8章无线接入技术8.4.2ZigBee技术2、ZigBee联盟与ZigBee标准（1）ZigBee联盟2001年8月，ZigBee联盟（ZigBeeAlliance）成立。2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司共同宣布加入ZigBee联盟，研发名为“ZigBee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该技术发展过程中的里程碑。ZigBee联盟的目的是为了在全球统一标准上实现简单可靠、价格低廉、功耗低、无线连接的监测和控制产品进行合作，并于2004年12月发布了第一个正式标准。36第8章无线接入技术8.4.2ZigBee技术（2）ZigBee标准ZigBeeV1.0是第一个ZigBee标准公开版，于2005年6月开放下载，文件内记载公布时间为June27，2005，内部文件编号为053474r06。ZigBeeV1.1是第二个ZigBee标准公开版，于2007年1月开放下载，文件内记载公布时间为December1，2006，内部文件编号为053474r13。又称为ZigBee2006。ZigBeeV1.2是第三个ZigBee标准公开版，于2008年1月开放下载，文件内记载公布时间为January17，2008，内部文件编号为053474r17。又称为ZigBeePro、ZigBee2007。37第8章无线接入技术8.4.2ZigBee技术（2）ZigBee标准2009年开始，ZigBee采用了IETF的IPv66Lowpan（IPv6overLow-powerwirelessPersonalAreaNetworks）标准，Zigbee将逐渐被IPv66Lowpan标准所取代。ZigBee协议是基于IEEE802.15.4标准的WPAN协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。38第8章无线接入技术8.4.2ZigBee技术（3）IEEE802.15.4标准IEEE802.15.4工作组于2003年12月通过了第一个IEEE802.15.4标准。IEEE802.15.4标准定义了在WPAN中通过射频方式在设备间进行互连的方式与协议，该标准使用避免冲突的载波监听多址接入（MACD/CA）方式作为媒体访问机制，同时支持星型与对等型拓扑结构。在802.15.4标准中指定了两个物理频段和的直接扩频串行物理层频段：868/915MHz和2.4GHz的直接序列扩频（DSSS）物理层频段。39第8章无线接入技术8.4.2ZigBee技术3、ZigBee技术的特点（1）数据传输速率低（2）功耗低（3）数据传输可靠（4）网络容量大（5）自动动态组网、自主路由（6）兼容性（7）安全性（8）实现成本低40第8章无线接入技术8.4.3RFID技术1、RFID的概念及背景射频识别（RadioFrequencyIDentification，RFID），又称无线射频识别，俗称电子标签。RFID是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。RFID系统可以分为电子标签（tag）、阅读器（或读写器）和天线三大组件。41第8章无线接入技术8.4.3RFID技术依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签（Activetag）、无源电子标签（Passivetag）和半无源电子标签（Semi—passivetag）。有源电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池，半无源电子标签（Semi—passivetag）部分依靠电池工作。RFID读写器和电子标签如图8-13所示。该RFID读写器的天线是内置的。图8-13RFID读写器和电子标签42第8章无线接入技术8.4.3RFID技术RFID系统的工作原理：阅读器通过天线发送电子信号，标签接收到信号后发射内部存储的标识信息，阅读器再通过天线接收并识别标签发回的信息，最后阅读器再将识别结果发送给主机。43第8章无线接入技术8.4.3RFID技术2、RFID标准目前RFID技术存在三个标准体系：ISO标准体系、EPCGlobal标准体系和UbiquitousID标准体系。44第8章无线接入技术8.4.3RFID技术3、RFID对比条形码的特点（1）快速扫描（2）体积小型化、形状多样化（3）抗污染能力和耐久性（4）可重复使用（5）穿透性和无屏障阅读（6）数据的记忆容量大（7）安全性45第8章无线接入技术小结1．无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是利用无线技术实现快速接入以太网的技术。2．WLAN一般包括三种基本组件：无线接入点（AccessPoint，AP）、无线工作站（STA）和空中端口。3．AP分为胖AP（FatAP）和瘦AP（FitAP）两种。胖AP又称无线路由器。无线路由器