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第七章

第七章. e. 线. 网. 络. 无. 内. 容. 黑白纵横三千里. 第一节 无线网络概述. 无线网络应用. 无线网络的发展. 无线信道接入方法和多址技术. 经天纬地一点通. 无线网络拓扑. 第二节 无线局域网. WLAN. WLAN 概述. WLAN 的应用和优势. WLAN 的基本技术. WLAN 标准： IEEE  802. 11.  WLAN 展望. 第三节 宽带无线. 802.16 与 802.11 和 3G 的比较. 802.16 体系结构与协议栈. 第四节 蓝牙. 蓝牙体系结构；应用；协议栈. 第五节 RFID.

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第七章

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  1. 第七章 e 线 网 络 无

  2. 内 容 黑白纵横三千里 第一节 无线网络概述 无线网络应用 无线网络的发展 无线信道接入方法和多址技术 经天纬地一点通 无线网络拓扑 第二节 无线局域网 WLAN WLAN概述 WLAN的应用和优势 WLAN的基本技术 WLAN标准：IEEE  802. 11  WLAN展望 • 第三节 宽带无线 802.16与802.11和3G的比较 802.16体系结构与协议栈 第四节 蓝牙 蓝牙体系结构；应用；协议栈 第五节 RFID EPC Gen2 体系结构

  3. 概 述 7.1.1 无线网络应用 什么是无线网络? 所谓 无线网络，是指无需布线即可实现计算机互连的网络。无线网络的适用范围非常广泛，凡是可以通过布线而建立网络的环境和行业，无线网络也同样能够搭建，而通过传统布线无法解决的环境或行业，却正是无线网络大显身手的地方。 无线网络的四种类型？ (1)无线广域网(WWAN) (2)无线局域网(WLAN) (3)无线城域网(WMAN) (4)无线个人网(WPAN)

  4. 无线网络的应用从逻辑上可以分成两类 • 面向语音的应用 • 面向数据的应用 每一类都有局域和广域两个应用场合，从而形成四个不同的应用部分。 面向语音 的无线网络应用围绕着连接PSTN的无线网络，这些业务进一步形成局域网应用和广域网应用。 面向数据 的无线网络应用围绕着Internet和计算机通信网络的基础结构。这些业务进一步分为宽带局域与Ad-hoc（点对点）应用和广域无线数据应用。

  5. 概 述 7.1.3 无线网络的发展 面向语音无线网络发展的重大事件

  6. 面向语音的广域无线应用 • 贝尔实验室的 FDMA（Frequency Division Multiple Access，频分多址）模拟蜂窝系统技术 • 欧洲的NMT（Nordic Mobile Telephony，北欧移动电话） • 美国的AMPS（Advanced Mobile Phone System，高级移动电话系统） • 北欧的TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址）数字蜂窝系统技术 • GSM（Global System for Mobile communication，全球移动通信系统，简称“全球通”） • 北美的CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）数字蜂窝系统技术 • 3G（第三代蜂窝移动通信系统）技术

  7. 无绳电话 英国的CT-2 欧洲的DECT（Digital European Cordless Telephone，数字欧洲无绳电话） PCS服务 日本的PHP（Personal Handy Phone，个人手持电话），后来成为PHS（Personal Handyphone System个人手持系统，即“小灵通”） 英国的DCS-1800（GSM技术） 美国的PACS（Person Access Communications System，个人接入通信系统） 面向语音的局域无线应用

  8. 面向数据无线网络发展的重大事件

  9. Motorola和IBM的ARDIS Ericsson的Mobitex 美国的CDPD（Cellular Digital Packet Data，蜂窝数字分组数据） GSM上的GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务） 3G技术 面向数据的广域无线应用

  10. 宽带无线局域网和Ad-hoc网络的一个主要特点是工作在ISM免许可证频段。宽带无线局域网和Ad-hoc网络的一个主要特点是工作在ISM免许可证频段。 宽带局域无线应用 WLAN（无线局域网） IEEE的802.11 欧洲的HiperLAN WATM（无线ATM） Ad-hoc应用（WPAN） 蓝牙（Bluetooth） 面向数据的宽带局域无线与Ad-hoc应用

  11. 第一代（1G）无线系统是面向语音的模拟无线系统，使用FDMA技术实现。典型的1G标准：美国的AMPS、欧洲的TACS。第一代（1G）无线系统是面向语音的模拟无线系统，使用FDMA技术实现。典型的1G标准：美国的AMPS、欧洲的TACS。 第二代（2G）无线系统是面向语音的数字无线系统，使用TDMA或窄带CDMA技术实现。典型的2G数字蜂窝移动标准：欧洲的GSM、北美的IS-54（IS-136）和IS-95以及日本的JDC，2G PCS标准：欧洲的CT-2和DECT、美国的PACS、日本的PHS，2G移动数据业务标准：CDPD、GPRS，2G WLAN标准：IEEE 802.11、HiperLAN。 第三代（3G）无线系统把蜂窝电话、PCS语音业务以及移动数据业务用各种分组交换数据业务综合在一个高语音质量、高容量、高速率的网络系统中。典型的3G标准：W-CDMA、CDMA2000。 无线网络分代

  12. 概 述 7.1.3 无线信道接入方法和多址技术 • 无线信道接入方法构成了OSI协议体系的第二层和用于局域网的IEEE802标准的第三层，主要负责完成与介质接口并协调无线信道里多个终端顺利工作的任务。 • 所有面向语音的无线网络都采用固定分配无线信道接入（或称信道分割）技术，为了有效提高有限、宝贵的无线频段资源，无线信道接入都使用了多址技术。

  13. 现在主要有五种多址方式：FDMA、TDMA、CDMA、SDMA和WDMA。现在主要有五种多址方式：FDMA、TDMA、CDMA、SDMA和WDMA。 • 无线信道接入上主要使用前三种。 • SDMA（Space Division Multiple Access，空分多址）主要用于蜂窝小区划分或定向无线通信等 • WDMA（Wave Division Multiple Access，波分多址）主要用于光通信。

  14. 另一个与接入方法有关的重要参数是正向信道和反向信道的载波频率差。另一个与接入方法有关的重要参数是正向信道和反向信道的载波频率差。 正向信道又叫下行链路，指从基站到移动终端的通信； 反向信道又叫上行链路，指从移动终端到基站的通信。 如果正向信道和反向信道采用不同的载波频率，而且间隔足够大，这样的双工技术叫做FDD（Frequency Division Duplexing，频分双工）； 如果正向信道和反向信道采用相同的载波频率，但采用交替的时隙，这样的双工技术叫做TDD（Time Division Duplexing，时分双工）。 TDD方式由于时隙同步等要求，常用于PCS等局域微微蜂窝或微蜂窝系统中。而FDD一般用于覆盖几十公里区域的宏蜂窝系统中。

  15. 频分多址FDMA FDMA以PSTN干线网络上的多址技术FDM为基础，它把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道），分配给不同的用户使用。这些频道互不交叠，其宽度应能传输一路数字话音信息，而在相邻频道之间无明显串扰。发送端将发送的信息调制到某个频道上，接收端通过频率选择（滤波），从混合信号中选出相应的信号。 模拟的蜂窝系统都采用了FDMA/FDD，如AMPS和TACS。数字无绳电话CT-2采用了FDMA/TDD。

  16. 时分多址TDMA TDMA以PSTN干线网络上的多址技术TDM为基础，它把时间分割成周期性帧，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，使移动台在每帧中按指定的时隙向基站发送信号，基站可以分别在各时隙中接收到移动台的信号而不干扰。同时基站发向多个移动台的信号，都按规定在预定的时隙中发射，各移动台在指定的时隙中接收（时间选择），从合路的信号中提取发给它的信号。 最主要的特征是其格式的灵活性。 应用这种多址方式的主要系统有北美的IS-54和欧洲的GSM。

  17. 码分多址CDMA 每个用户（收发信机）具有特定的地址码，用于发射信号的扩展频谱调制，从而实现在公共信道上传输信息。 CDMA的特征是代表各信源信息的发射信号在结构上各不相同，并且其地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。 由于CDMA多址技术在综合语音、数据、视频等多业务上的优势，它已被选作发展3G系统的原型技术。

  18. 概 述 7.1.3 无线网络拓扑 无线网络拓扑 • 无线网络中使用了两种基本拓扑类型 • 基础结构集中式（或称中心辐射式）拓扑 • Ad-hoc（或称分布式）拓扑 • 基础结构网络 • 固定（有线）基础结构用来支持移动终端（MT，或称移动台MS）之间和移动终端与固定终端之间的通信。 • 通常设计用于大的覆盖区域和使用多个BS（Base Station，基站）或AP（Access Point，接入点）的情况。

  19. 无线蜂窝产品、IEEE802.11和大部分无线LAN产品都支持基础结构的使用。 基础结构网络拓扑-图例

  20. Ad-hoc网络 Ad-hoc或分布式网络拓扑用于重组网络，它不需要固定的基础结构就能工作。 适于在移动或固定情况下快速部署无线网络。 有2种Ad-hoc网络拓扑 单跳Ad-hoc网络。如：IEEE 802.11、PHS等。 多跳Ad-hoc网络。如：HiperLAN。 无线网络拓扑

  21. Ad-hoc网络拓扑－图例 （a） 单跳对等拓扑 （b） 多跳拓扑

  22. 局 域网 WLAN 7.2.1 WLAN概述 WLAN概述 • WLAN（Wireless Local Area Network，无线局域网）是利用无线网络技术实现LAN应用的产物，它具备LAN和无线网络两方面的特征。即WLAN是以无线信道（RF射频技术）作为传输媒体实现的计算机局域网。 • WLAN采用与有线LAN相同的工作方式，整个LAN系统是由计算机、服务器、网络操作系统、无线网卡、无线接入点（AP）等组成。

  23. WLAN为了满足LAN环境的应用，在多方面与移动数据网络有很大的差别。WLAN为了满足LAN环境的应用，在多方面与移动数据网络有很大的差别。 WLAN及其用户属于拥有此网络的机构 二者的数据传输速率差别很大 WLAN在系统规模、投资、建设周期上比移动数据网络都要小得多。

  24. WLAN有两个主要标准：IEEE802.11和HiperLAN。 IEEE802.11由面向数据的计算机通信（有线LAN技术）发展而来，它主张采用无连接的WLAN； HiperLAN由ETSI提出，由电信行业发展而来，它更关注基于连接的WLAN。 目前大多数WLAN产品是基于IEEE802.11。 除了国际上的标准化组织外，无线工业生产厂商也联合起来成立了WECA（Wireless Ethernet Compatibility Alliance）。 Wi-Fi认证标志 第一节 无线网络概述 第二节 无线局域网wlan 第三节 宽带无线 第四节 蓝牙 第五节 rfid

  25. 局 域网 WLAN 7.2.2 WLAN的应用和优势 WLAN的应用和优势 • 应用模式和应用范围

  26. WLAN具有的优势 安装便捷、维护方便 使用灵活、移动简单 经济节约、性价比高 易于扩展、大小自如 WLAN的应用和优势

  27. 局 域网 WLAN 7.2.3 WLAN的基本技术 WLAN的基本技术 • 在MAC层以下，IEEE802.11 WLAN规定了三种发送及接收技术。 • 扩频技术 采用专门的调制技术，将调制后的信息扩展到很宽的频带上。主要包括：DSSS和FHSS。 • 窄带技术 数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。 • 红外技术 采用红外线作为传输媒体，具有非常高的频率，有较强的方向性。

  28. 局 域网 WLAN 7.2.4 WLAN标准：IEEE  802. 11 WLAN标准：IEEE802.11 • 1997年6月IEEE正式通过802.11标准，这是无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。 • 在1999年9月，IEEE又提出了IEEE802.11b “High Rate”标准，用来对802.11标准进行补充 • 2000年8月，IEEE802.11a标准推出 • IEEE802.11协议主要工作在ISO协议的最低两层，即物理层和数据链路层

  29. 系统结构 定义了两种系统：基础结构和Ad-hoc结构 定义了两种设备类型：无线终端和AP（Access Point） AP的基本业务域（BSA） 和基本业务集（BSS）

  30. 一个典型的AP实现

  31. 协议栈结构

  32. 将IEEE802的一些子标准中定义的传统简单的MAC层和物理层分为更多的子层。将IEEE802的一些子标准中定义的传统简单的MAC层和物理层分为更多的子层。 MAC层分为MAC子层和MAC管理子层 物理层分为三个子层：PLCP（物理层会聚协议）、PMD协议（物理介质相关协议）和物理层管理子层。 还定义了一个站管理子层，它的主要任务是协调物理层和MAC层之间的交互作用。

  33. 定义在2.4Ghz和5.8GHz的ISM频段内，使用FHSS和DSSS技术。定义在2.4Ghz和5.8GHz的ISM频段内，使用FHSS和DSSS技术。 FHSS技术在2.4GHz频段上划分为75个1MHz的子频道，接受方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送。 DSSS技术将2.4GHz频段划分为14个22MHz的信道，临近的信道相互重叠，在14个信道内只有3个信道不互相覆盖。 DSSS在每个22MHz信道中传输的数据都被转化成一个带冗余校验的chip数据，它和真实的数据一起进行传输用来提供错误校验和纠错。 物理层实现

  34. 数据链路层实现 数据链路层包括LLC和MAC，使用和802.2完全相同的LLC层以及48位的MAC地址。 类似于IEEE 802.3 的CSMA/CD，IEEE 802.11采用新的协议CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，带冲突避免的载波侦听多路访问） CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，即只有当客户端收到返回的ACK信号后，才能确认送出的信号已经正确到达。 数据链路层实现

  35. 工作站希望在WLAN中传送数据，如果没有探测到网络正在传送数据，则在随机选择一个时间延迟后继续探测，如果WLAN中仍然没有活动的话，就将数据发送出去；工作站希望在WLAN中传送数据，如果没有探测到网络正在传送数据，则在随机选择一个时间延迟后继续探测，如果WLAN中仍然没有活动的话，就将数据发送出去； 接收端的工作站如能收到发送端送出的完整的数据则返回一个ACK数据报，如果这个ACK数据报被接收端收到，则数据发送过程完成。如果该过程没有完成，则发送端等待一个时间后继续重传。 “隐藏终端”问题 CSMA/CA工作流程

  36. IEEE 802.11提供了MAC层的访问控制功能和加密机制，称为WEP（Wired Equivalent Privacy） 通过服务集标识符（SSID）和访问控制列表限制访问AP的客户。 WEP标准的数据加密是提供40位的RC4的加密算法，客户端必须使用正确的密码才能获得网络的连接。 IEEE 802.11数据安全

  37. Wlan晶片802.11系列标准 标准

  38. 局 域网 WLAN 7.2.5 WLAN展望 WLAN展望 • IEEE 802.11b是现在最普及的无线标准，它在WLAN领域已经占据绝对优势。 • IEEE 802.11a标准的开发正逢其时，它可以满足访问要求苛刻的应用： • 功能更强 • 速率达到54Mbps • 工作在5GHz频段 • 更好的安全性 • 支持VPN 第一节 无线网络概述 第二节 无线局域网wlan 第三节 宽带无线 第四节 蓝牙 第五节 rfid

  39. 宽 带 7.3.1 802.16与802.11和3G的比较 802.16与802.11和3G的比较 • 就传输距离而言，802.11适合于把互联网的连接信号传送到从几十米到几公里远 的地方，802.16则能把信号传送至几十公里之远;就传输速率而言，802.11 连接速度最高为54Mbit/s，而802.16为70Mbit/s。区别解决的是无线局域网的接入问题，而WiMax解决的是无线城域网的问题。 二者的覆盖范围不同，有各自的应用前景。在宽带无线接入市场上，WiMax定位的是一种 宽带无线城域网技术，Wi-Fi定位的是一种宽带无线局域网技术，他们都具有容量大、频谱利用率高的优点，技术上不存在严格的孰优孰劣，不存在互相替代的问题 • 3G是一种广域网（WideAreaNetwork，WAN）技术。而3G网络则是全球移动综合业务数字网，它综合了蜂窝、无绳、集群、移动数据、卫星等各种移动通信系统的功能，与固定电信网的业务兼容，能同时提供话音和数据业务。

  40. 宽 带 7.3.2 802.16体系结构与协议栈 802.16体系结构与协议栈 无线城域网概况 • 无线城域网技术是因宽带无线接入(BWA)的需求而来 • 1999年，IEEE 802局域网(LAN)/城域网(MAN)成立了802.16工作组来专门研究宽带无线接入标准。 • IEEE 802.16.1负责制定频率范围在10~66GHz的无线接口标准 • IEEE 802.16.2负责制定宽带无线接入系统共存方面的标准 • IEEE 802.16.3负责制定频率范围在2~11GHz之间无线接口标准 • WiMAX论坛成立，在全球范围内推广802.16协议。

  41. 最终制定的802.16系列标准协议栈按照两层体系结构组织，主要对网络的低层，即MAC层和物理层进行了规范。最终制定的802.16系列标准协议栈按照两层体系结构组织，主要对网络的低层，即MAC层和物理层进行了规范。 802.16系列协议中各协议的MAC层功能基本相同，差别主要体现在物理层上。物理层协议主要解决与工作频率、带宽、数据传输率、调制方式、纠错技术以及收发信机同步有关的问题。 802.16协议体系

  42. 标准化进程

  43. IEEE 802.16d是目前所有标准中相对比较成熟并且最具实用性的一个版本。 IEEE 802.16协议中定义了两种网络结构：点到多点(PMP)结构和网格(Mesh)结构。 IEEE 802.16d协议 网络拓扑结构

  44. 802.16系统框架图 一个完整的802.16系统应包含的网络实体有：用户设备(UE)，用户站(SS)，基站(BS)，核心王CN)。

  45. 802.16d的协议栈模型

  46. IEEE 802.16的物理层既可以支持单载波又可以支持多载波，即支持OFDM技术。 基于单载波的物理层规范又分为WirelessMAN-SC和WirelessMAN-SCa两种。 WirelessMAN-SC的操作频段为10~66 GHz，且为视距(LOS)操作；而WirelessMAN-SCa的操作频段低于11GHz，为非视距(NLOS)操作。 基于多载波的物理层规范则分为WirelessMAN-OFDM和WirelessMAN-OFDMA，两种规范均基于OFDM多载波技术，操作频段均低于11GHz。 802.16d的物理层

  47. IEEE 802.16的物理层规范

  48. MAC层包括与高层实体接口的特定服务会聚子层(Convergence Sublayer，CS)，完成MAC层核心功能的公共部分子层(Common Part Sublayer，CPS)，以及安全子层(Security Sublayer)。 802.16的MAC层

  49. 链路自适应技术的基本思想是，在当前的信道条件下，通过对某些传输参数的适配，让链路尽可能高效地运行。链路自适应技术的基本思想是，在当前的信道条件下，通过对某些传输参数的适配，让链路尽可能高效地运行。 为了维持通信连接，甚至需要对链路质量做出“让步”，通过牺牲带宽来获得传输质量的提高。 在大多数使用链路自适应技术的系统中，这种“让步”就是在链路的“鲁棒性”和带宽的高效性间寻找平衡。 链路自适应技术能够增加链路信息容量，使得系统能够充分利用信道的时变性。 MAC层的链路自适应机制

  50. 自适应调制编码(AMC):根据信道情况的变化来动态地调整调制方式和编码方式 自动请求重传(ARQ):接收端在正确接收发送端发来的数据包之后，向发送端发送一个确认信息(ACK)，否则发送一个否认信息(NACK) 混合自动请求重传(H-ARQ):将前向纠错编码(FEC)和自动重传请求(ARQ)相结合的技术 常见的链路自适应机制

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