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第四章 信息传输技术与系统

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第四章 信息传输技术与系统. 第 4 章 信息传输技术与系统. 4.2 数字微波中继通信 4.3 卫星通信 4.4 移动通信. 第四章 信息传输技术与系统. 4.2 数字微波中继通信. 4.2.1 概 述. 微波中继通信是无线电通信手段中的一种。它适用于城市与城市之间、地区与地区之间、部门与部门之间信息的传输。 通常根据传输信号的波形,微波中继通信系统可分为两大类。

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Presentation Transcript
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第4章 信息传输技术与系统
  • 4.2 数字微波中继通信
  • 4.3 卫星通信
  • 4.4 移动通信
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第四章 信息传输技术与系统

4.2 数字微波中继通信

4 2 1
4.2.1 概 述
  • 微波中继通信是无线电通信手段中的一种。它适用于城市与城市之间、地区与地区之间、部门与部门之间信息的传输。
  • 通常根据传输信号的波形,微波中继通信系统可分为两大类。
  • 一类是模拟微波中继通信系统,最典型的系统为FDM/FM制模拟微波中继通信系统,该类系统主要传输电话信号与电视信号。它较广泛地应用于除电信部门以外的电力、铁路、石油等系统,主要用来建立专线,供传输遥控、遥测及遥讯信号。
  • 另一类是数字微波传输系统,其基带信号的幅度是离散的,并且只能取有限个数值。与模拟微波传输相比,数字微传输具有如下的特点:
    • 数字信号可以“再生”,因此中继段上的噪声、干扰等引起的信号失真在再生时可以消除,线路噪声不会随中继站数的增加而积累。
    • 由于数字微波传输的是数字信号,便于数字程控交换机连接,不需数/模、模/数转换设备,可组成传输与交换一体化的综合数字通信网。
    • 数字微波的终端设备便于采用大规模集成电路,因而体积小、重量轻、功耗低、设计调整方便,价格也比模拟微波终端设备便宜。
    • 保密性强,易于进行加密处理。
    • 传输话音信号时,数字微波系统占用频带较宽。
4 2 2
4.2.2 微波中继通信的特点
  • 微波波段的频带宽
  • 适于传输宽频带信号
  • 天线增益高、方向性强
  • 外界干扰小
  • 投资少、建设快、通信灵活性大
  • 中继传输方式
4 2 3
4.2.3 数字微波中继通信系统的组成
  • 1. 数字微波中继通信线路

图4.12 数字微波中继通信线路示意图

4 2 31
4.2.3 数字微波中继通信系统的组成

图4.13 数字微波中继通信系统组成

4 2 32
4.2.3 数字微波中继通信系统的组成

图4.14 数字微波发信设备方框图

4 2 33
4.2.3 数字微波中继通信系统的组成

图4.15 数字微波收信设备的组成方框图

4 2 34
4.2.3 数字微波中继通信系统的组成

图4.16 中继站的转接方式

4 2 4
4.2.4 数字微波中常用的调制技术
  • 基本概念
    • 和模拟信号调制一样,数字信号调制也有三种基本方式:调幅、调相和调频。在数字微波通信系统中,目前较常用的是数字调相
    • 数字调相又称移相键空(PSK),这种调制方式具有频带利用率较高、抗干扰能力较强(优于ASK、FSK)等优点,因而在数字通信中得到广泛利用。
    • 移相键控是利用载波的相位变化来传递信息的,其数学表达式为 S(t)=A·cos[ω0+φ(t)] (4.5)其中φ(t)是载波的相位,它随码元而变化。
    • 数字调相又分为绝对移相和相对移相两种。利用未调载波相位作为基准的调相,称为绝对移相;利用前后两个码元的载波相位的相对变化(即它们的差)来传送数字信息的调相称为相对移相。
    • 相对移相要求在发送端采用差分码,即利用码变换器把绝对码变成相对码然后对载波进行绝对调相,从而得到相对调相码的输出。
4 2 41
4.2.4 数字微波中常用的调制技术
  • 差分编码的码变换器的逻辑关系为:bi=ai⊕bi-1

图4.17 码变换器组成

4 2 42
4.2.4 数字微波中常用的调制技术
  • 从调相信号频谱分析可知,它有如下特点:
    • 二相PSK信号是一种线性调制信号,其频谱结构与ASK信号一样。因此,分析起来较为简单。
    • 二相数字调相信号带宽为基带信号带宽的二倍,最高频带利用率为1波特/赫。
    • 对离散相位取值等概率二相PSK信号的频谱与抑制载波的双边带调幅波一样,其频谱不包含载波分量。根据这个特点,可以用平衡调幅器构成二相数字调幅器或二相数字调相器。
    • 相对移相除相位变化与绝对移相不同外,可用同样的数学表达式来表示相对移相波形。
  • 在具体设计与调整数字调相器时,要注意以下几项性能指标:工作频带、 调制码速、 相位误差、 寄生调幅、 调制损耗、 承受功率。
4 3 1
4.3.1 概 述
  • 卫星通信,简单而言就是地球上(包括陆地、水面和低层大气层)的无线电通信站之间利用人造地球卫星作中继站而进行的通信。
  • 卫星通信的频段:
    • C波段:3.7~4.2GHz作为上行频段,5.925~6.425作为下行频段
    • Ku波段:11.7~12.2GHz作为上行频段,14~14.5作为下行频段
    • Ka波段:17.7~21.7GHz作为上行频段,27.5~30.5作为下行频段,一般政府和军队使用

图4.24 卫星通信示意图

4 3 11
4.3.1 概 述
  • 当卫星的轨道在赤道平面内,其高度为35860km时,卫星的运行周期正好与地球自转周期相同,方向也一致,则卫星的位置相对地面来说呈静止状态,这种卫星称之为静止卫星。有时也叫同步卫星(或静止同步卫星),利用这种卫星进行通信的系统称为同步卫星中继通信系统。

图4.26静止卫星配置几何关系图

4 3 12
4.3.1 概 述
  • 与其他通信手段相比,卫星通信的主要优点是:
    • 通信距离远,而投资费用和通信距离无关;
    • 工作频带宽、通信容量大,适用于多种业务传输;
    • 通信线路稳定可靠,通信质量高;
    • 以广播方式工作,具有大面积覆盖能力,可以实现多址通信和信道按需分配,因而通信灵活机动;
    • 可以自发自收进行监测。
  • 2.地球卫星的轨道分类
4 3 2
4.3.2 卫星通信系统的组成和功能
  • 卫星通信系统由空间分系统、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等4大分系统组成,如图4.29所示。

图4.29 卫星通信系统的基本组成

4 3 21
4.3.2 卫星通信系统的组成和功能

图4.30 卫星通信地球站的组成

4 3 3 vsat
4.3.3 VSAT简述
  • VSAT是Very Small Aperture Terminal的缩写,直译为“甚小口径(天线)数据终端”,可意译为“超小型地球站”,或简称“小站”,它是一种具有甚小口径天线的智能化的卫星通信地球站。

图4.31 典型的VSAT系统组成示意图

4 3 4
4.3.4 移动卫星通信系统简介

图4.32 全球星移动通信系统的结构

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补充:卫星通信的多址方式
  • 多址技术与信道分配技术的概念
  • 频分多址技术
  • 时分多址技术
  • 随机多址和可控多址访问方式
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多址技术与信道分配技术的概念
  • 多址技术是指在卫星覆盖区内的多个地球站,通过同一颗卫星的中继建立两址和多址之间的通信技术。
  • 信道分配方式实际上就是指如何进行信道分配。所采用的多址方式不同,其信道的内含不同。
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1.1信道分配方式
  • 1.1.1. 预分配(PA)方式预分配(PA)方式又分为固定预分配(FPA)和按时预分配(TPA)方式,具体如下。
    • 固定预分配方式:是指按事先规定半永久性地分配给每个地球站固定数量的信道,这样各地球站只能各自在特定的信道上完成与其他地球站的通信,其他地球站不得占用。
    • 按时预分配(TPA)方式:根据统计,事先知道了各地球站间业务量随时间的变化规律,因而在一天内可按约定对信道做几次固定的调整,这种方式就是按时预分配(TPA)方式。
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1.1信道分配方式
  • 1.1.2.按需分配方式按需分配(DA)方式是一种分配可变的制度,这个可变是按申请进行信道分配变化的,通话完毕之后,系统信道又收归公有。
    • 收端可变、发端固定的DA方式
    • 收端固定、发端可变的DA方式
    • 收、发可变DA方式
  • 1.1.3.随机分配它是指通信中各种终端随机地占用卫星信道的一种多址分配制度。
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1.2 多址技术
  • 在卫星通信中的信号分割和识别是以载波频率出现的时间或空间位置为参量实现的,归纳起来可分为:
    • 频分多址(FDMA)
    • 时分多址(TDMA)
    • 码分多址(CDMA)
    • 空分多址(SDMA)
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1.2 多址技术
  • 频分多址访问(FDMA)方式是卫星通信多址技术中的一种比较简单的多址访问方式。在FDMA中是以频率来进行分割的,其在时间和空间上无法分开,故此不同的信道占用不同的频段,互不重叠。
  • 时分多址访问(TDMA)方式是以时间为参量来进行分割的,其频率和空间是无法分开的,那么不同的信号占据不同时间段,彼此互不重叠。
  • 空分多址访问(SDMA)方式是以空间作为参量来进行分割的,其频率和时间无法分开,因而不同的信道占据不同的空间,这样卫星可根据空间位置接收相应覆盖区域中的各地球站发送的上行链路信号。
  • 码分多址访问(CDMA)方式是以信号的波形、码型为参量来实现多址访问的,其频率、时间和空间上均无法分开,因而不同的地球站使用不同的码型作为地址码,并且这些码型相互正交或准正交。
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2.1 频分多址技术原理与应用特点
  • 工作原理:在以此种方式工作的卫星通信网中,每个地球站向卫星转发器发射一个或多个载波,每个载波都具有一定的频带,它们互不重叠地占用卫星转发器的带宽。
  • FDMA的应用特点:频分多址方式是最基本的多址方式,也是最古老的多址方式,其最突出的特点是简单、可靠和易于实现。其特点可进一步归纳如下:
    • 要求解决好卫星的功率和带宽之间的关系。
    • 必须严格控制功率。
    • 设置适当的保护频带。
    • 尽量减少互调的影响。
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2 频分多址技术
  • 2.2. FDMA的分类
    • 每载波多路MCPC-FDMA方式
      • 如果按所采用的基带信号类型,MCPC又可划分为FDM-FM-FDMA和TDM-PSK-FDMA方式。
      • 在FDM-FM-FDMA方式中,首先基带模拟信号以频分复用方式复用在一起,然后以调频方式调制到一个载波频率上,最后再以FDMA方式发射和接收。
      • 在TDM-PSK-FDMA方式中,首先将多路数字基带信号用时分复用方式复用在一起,然后以PSK方式调制到一个载波上,最后再以FDMA方式发射和接收。
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2 频分多址技术
  • 2.2. FDMA的分类
    • 每载波单路SCPC-FDMA方式
      • 每个载波仅传送一路信号(Single Channel Per Carrier)
      • 由于SCPC方式主要应用于业务量较小的、同时通信路数最多只有几条甚至一条的地球站,显然采用固定分配载波的MCPC方式会造成频带的浪费。
    • 星上交换SS-FDMA
      • Subchannel Switched FDMA
      • 如图1,卫星上的每个滤波器都与每个上行链路中的载波相对应。这样能够将指定上行链路中的对应载波的带通信号提取出来,并在星上进行选路操作,然后将其送往覆盖接收地球站的下行链路波束中。
      • 在图2中给出SS-FDMA卫星转发器方框图。从图中可以看出,上行链路和下行链路各包含3个波束(空分频率复用)。其星上交换功能是由一组滤波器和一个由微波二极管门电路组成的交换矩阵完成的。
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3.1 时分多址的概念及其应用特点
  • TDMA的基本概念:如图3所示的是TDMA系统模型。从中可以清楚地看出,在按时分多址方式工作的系统中,由于分配给各地球站的是特定的时隙,而不是特定的频带,因而每个地球站必须在分配给自己的时隙中用相同的载波频率向卫星发射信号,并经放大后沿下行链路重新发回地面。
  • TDMA技术的优点
    • 不存在FDMA中的互调问题。
    • 系统容量大,卫星功率利用率高。
    • 提高信号传输质量,有利于综合业务的接入。
    • 使用灵活。
    • TDMA技术的应用特点
  • 缺点
    • 必须保持各地球站之间的同步,才能让所有用户实现共享卫星资源的目的。
    • 要求采用突发解调器(系统中各站在规定的时隙内以突发的形式发射其已调信号)。
    • 模拟信号需转换成数字信号才能在网络中传输。
    • 初期的投资较大,系统实现复杂。
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4 随机多址和可控多址访问方式
  • 4.1随机多址访问方式
    • 在以随机多址访问方式工作的系统中,每个用户都可以访问一条共享信道,而无需事先与系统中的其他用户进行协商。
    • 常用的随机多址方式有:ALOHA,S-ALOHA等,下面逐一进行介绍。
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4.1 随机多址访问方式
  • ALOHA
    • ALOHA是最早的随机多址访问方式。
    • 工作过程:如图4所示的是一个数据卫星通信系统的结构示意图。首先,在各地球站按一定长度将数据分成若干段。然后在每一个数据段前加一个报头,即分组头。在分组头中包含了收、发两端地球站的地址及某些控制比特,同时在数据段的后面还加上具有较强检错能力的检错码,以此构成一个数据分组。如图5所示。
    • 由于在ALOHA方式中对用户发送数据分组的时间未加以任何限制,因此对任一分组而言,只要有其他站发射分组,便会在信道上发生碰撞现象。
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图4 卫星分组通信原理

图5 数据分组格式

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4.1 随机多址访问方式
  • ALOHA
    • 从上面的介绍可以清楚地看到,ALOHA系统具有以下特点。
      • 系统结构简单,用户入网方便,无需协调。
      • 当业务量较小时具有良好的通信性能。
      • 存在碰撞现象,其吞吐量(即某段时间内成功接收信息的比特平均数与所发送的总比特数之比)较低,最高吞吐量也只能达到18.4%。
      • 存在信道不稳定性。即当信道业务量增大到一定的程度时,分组在信道上发生碰撞的概率也随之增加,此时信道上的吞吐量不再随业务量的增加而增加,反之减小,此时要求重发的分组数也随之增多,信道的利用率(信道上有信息传输的时间占总的可用时间之比)加大。极限情况下,信道内充斥的都是重发分组,此时的吞吐量降为零。可见信道吞吐量低和不稳定性是ALOHA的主要缺点。
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4.1 随机多址访问方式
  • S-ALOHA
    • 由上面的分析可以看出,在ALOHA系统中,由于各站可以随时发送信息。因而在一个分组的受损时间内,如果其他站也正随机地发送信息的话,那么很容易出现碰撞,导致分组丢失。
    • 在S-ALOHA方案中是以卫星转发器的输入端为参考点的,在时间上等间隔地划分为若干时隙(slot,也称为时槽),而每个站所发射的分组必须进入指定的时隙,每个分组的持续时间将占满一个时隙。可见在使用S-ALOHA方式时,要求在一个特定的时刻进行分组发送,使S-ALOHA的受损间隔限制在一个时隙长度之内,而不会出现首尾碰撞的情况。这样便能减少信道上出现碰撞的概率,提高卫星转发器的使用效率。
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4.1 随机多址访问方式
  • SREJ-ALOHA (Selective Reject ALOHA)
    • 在SREJ-ALOHA中,仍采用ALOHA方式进行分组发送,并在此基础上加以改进。即将每个分组细分为若干个小分组(Subpacket),而且每个小分组均配有自己的报头和前同步码,因而在接收端可以对每个小分组进行检测。这样当两个分组发生碰撞时,就可能只是其中的几个小分组出现彼此重叠的现象,而其他的未遇到碰撞的小分组仍能够被接收端正确接收。
    • 与ALOHA方式相同,SREJ- ALOHA系统无需提供全网定时与同步功能。另外一个分组可以被划分为多个小分组,因而在系统中适于采用可变长度分组,从而增加了使用灵活性。同时也提高了系统的吞吐量,但同样也增加了系统的复杂程度 。
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4.1 随机多址访问方式
  • C-ALOHA
    • C-ALOHA称为具有捕获效应的ALOHA ,它是改善系统吞吐量的一种方式。在ALOHA方式中,由于卫星转发器所接收的两个分组功率相同,因而发生碰撞情况下,接收端无法正常接收分组。但如果两个分组功率不同,一个较大,一个较小,这样即使这两个分组彼此发生碰撞,相对功率较大的分组而言,功率较小的分组也只视为一种干扰,功率较大的分组仍可能被接收端正确接收。
    • 从理论上讲, C-ALOHA 的吞吐量为P-ALOHA的三陪 。
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4.2 可控多址访问方式
  • 可控多址访问方式又称为预约(reservation)协议
  • R-ALOHA
    • 通常一个发送周期即为一个帧长,每帧中又包含若干个时隙。其中一部分时隙用于发送短报文和预约申请信息,这部分时隙被称为竞争时隙,它是采用S-ALOHA方式工作的。而另一部分时隙则由用户独自掌握,主要用于发送长报文,这部分时隙称为预约时隙。它们之间不存在碰撞问题
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4.2 可控多址访问方式
  • R-ALOHA
    • 当某地球站要发送长报文时,该站必须首先进行申请预约,即在竞争时隙中发送申请预约消息,表明所需使用的预约时隙长度。如果没有发生碰撞,则在一定时间之后,全网中各各地球站,包括发送申请预约消息的地球站都会收到一个信息,根据当时的排队情况确定报文应出现的预约时隙位置,这样其他站就不会再去使用这些预约时隙了。同时发送地球站也可以计算出其应该发射的时隙,以便准时发射。对于短报文,既可以直接利用竞争时隙发射,也可以像长报文一样通过预约申请,利用预约时隙发射。
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4.2 可控多址访问方式
  • AA-ALOHA
    • 当网中的业务量很小或者所传送的多为短报文时,系统中的所有站多数情况是以S-AlOHA方式工作的;这时每帧中的时隙均为竞争时隙。
    • 当长报文业务增多时,则分出一部分时隙作为预约时隙,为提出申请预约的各站传输长报文业务之用。另一部分时隙仍作为竞争时隙,各站可以按S-ALOHA方式共享使用这些竞争时隙。实际上,这是—种竞争预约的TDMA/DA方式。
    • 当长报文业务量进一步加大时,只有一小部分时隙为竞争时隙,而大部分时隙则变成预约时隙。可见,极限情况下,所有时隙均变为预约时隙,供一个大业务量的站在一段时间内利用整个信道传输其长报文。这时系统就工作于一个预分配的TDMA方式。
slide48
内容

1. 无线局域网的概念

2. 无线局域网的标准

3. 无线局域网的技术

4. 无线局域网的应用

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1. 无线网络的概念
  • 传统有线网络
    • 数据传输的介质:双绞线,同轴电缆,光纤,或是
    • 别的有线介质。
  • 无线网络
    • 数据传输的介质:红外线,无线电微波,或是其它
    • 无线介质。
    • 信号在空气中传播,可以被任何人接收。
slide50
无线数据网分类

无线数据网的种类

无线个人网(WPAN)、无线局域网(WLAN)、无线网桥、

无线城域网(WMAN)和无线广域网(WWAN)。

*无线个人网

主要用于个人用户工作空间,典型距离覆盖几米,可以与计算机同步传输文件,访问

本地外围设备,如打印机等。目前主要技术包括蓝牙(Bluetooth)和红外(IrDA)。

*无线局域网

主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部,典型距离覆盖几十米至上百米。目前主

要技术为802.11系列。

*无线网桥

主要用于大楼之间的联网通讯,典型距离几公里。

*无线城域网和广域网

覆盖城域和广域环境,主要用于Internet/email访问,但提供的带宽比无线局域网技

术要低很多。目前典型的技术是GRPS和CDMA。

slide51
什么是ISM
  • 该频段是依据全球性国际组织美国联邦通讯委员会(FCC)所定义出来,适用于全球各地来使用,无需授权使用。
  • ISM
  • 工业(Industrial)、科学(Scientific)与医疗(Medical)
  • ISM频段

slide53
IEEE 802.2

逻辑链路控制(LLC)

IEEE 802.11

WLAN

无线局域网

IEEE 802.15

WPAN

蓝牙

IEEE 802.16

BWA

宽带无线

IEEE 802.3

Ethernet

以太网

IEEE 802.4

Token Bus

令牌总线

IEEE 802.5

Token Ring

令牌环

无线局域网模型

IEEE 802 LAN标准系列

OSI层2

MAC

PHY

OSI层1

  • 定义了介质访问控制(MAC)和物理层的操作,包括MAC子层、MAC服务和协议以及三个物理层
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无线局域网基本构架

infrastructure网络

AP: Access Point

AP

AP

有线网络

AP

ad-hoc 网络

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IBSS
  • IBSS(Independent Basic Service Set)
  • 由数个无线工作站所级组成做点对多点运用的区域网络。
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BSS
  • BSS (Basic Service Set)
  • 同一台AP及数台无线工作站所组成的局域网
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ESS
  • ESS(Extended Service Set)
  • 一个或多个以上的BSS即可被定义成一个Extended Service Set ( ESS ),用户可在ESS上漫游及存取BSS系统中的任何资料,其中Access Points必须设定相同的ESSID才能允许漫游。
slide58
加入网络
  • 在一个基础结构网络中,如果一个新的站点想要加入该BSS,则需要获取该BSS的ID、TSF等参数
  • 两种获取参数的方法
    • 被动扫描:站点对每一个信道进行监听,寻找其希望加入的BSS的AP发出的信标帧
    • 主动扫描:站点发送包含有该站希望加入的SSID信息的探询帧
  • 发现了希望加入的BSS的AP后,进行认证和其他连接工作
802 11
802.11物理层
  • 802.11最初定义的三个物理层包括了两个扩散频谱技术和一个红外传播规范,
  • 无线传输的频道定义在2.4GHz的ISM波段内,这个频段,在各个国际无线管
  • 理机构中,例如美国的USA,欧洲的ETSI和日本的MKK都是非注册使用频段。
  • 802.11无线标准定义的传输速率是1Mbps和2Mbps,可以使用FHSS(frequency
  • hopping spread spectrum)和DSSS(direct sequence spread spectrum)
  • 技术,需要指出的是,FHSS和DHSS技术在运行机制上是完全不同的,所以采用这
  • 两种技术的设备没有互操作性。

3. 802.11b在无线局域网协议中最大的贡献就在于它在802.11协议的物理层增加了

两个新的速度:5.5Mbps和11Mbps。为了实现这个目标,DSSS被选作该标准的

唯一的物理层传输技术,这个决定使得802.11b可以和1Mbps和2Mbps的802.11

DSSS系统互操作。

4. 802.11b采用了动态速率调节技术,来允许用户在不同的环境下自动使用不同的连

接速度来补充环境的不利影响。在理想状态下,用户以11M的全速运行,然而,当

用户移出理想的11M速率传送的位置或者距离时,或者潜在地受到了干扰的话,这

把速度自动按序降低为5.5Mbps、2Mbps、1Mbps。同样,当用户回到理想环境的话,

连接速度也会以反向增加直至11Mbps。速率调节机制是在物理层自动实现而不会对

用户和其它上层协议产生任何影响。

802 111
802.11物理层示意图

MAC层

For 802.11a

正交频分多路技术OFDM

物理层

高速DS HR/DS

For 802.11b

直序展频 DSSS PHY

跳频展频 FHSS PHY

红外技术 IR PHY

PHY层

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调制技术
  • IEEE802.11:
  • DBPSK、DQPSK、FSK
  • IEEE802.11b:
  • DBPSK、DQPSK、CCK
  • IEEE802.11a:
  • QAM/OFDM
  • IEEE802.11g:
  • DBPSK、DQPSK、QAM/OFDM、PBCC、CCK
slide62
什么是展频
  • 扩频通信技术是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成,用编码及调制的方法来实现的,与所传信息数据无关;在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据
  • 扩频技术主要又分为频率跳频技术(FHSS)及直接序列扩频技术(DSSS)两种方式。而此两种技术起源于第二次世界大战中军队所使用的通讯技术,其目的是希望在恶劣的战争环境中,依然能保持通信信号的稳定性及保密性。
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8

7

6

5

Frequency

slot

4

3

2

1

0

Time slot

跳频技术 FHSS
  • 跳频技术是依靠快速地转换传输的频率来实现的,每一个时间段内使用的频率
  • 和前后时间段的都不一样,所以发送者和接收者必须保持一致的跳变频率,这
  • 样才能保证接受的信号正确。
  • 跳频技术可以避开许多干扰的出现,包括某些工作在特定频率下的信号,这样
  • 采用跳频后的802.11无线信号就只会丢失这个频率下的信息,损失不大;如果
  • 想分享带宽,也可以采用不同的调频次序来实现。
  • 弱点:速度慢,只能达到1Mbps。

Signal 1 {2,7,4,5}

Work 1 {6………}

Signal 2 {4,3,1,7}

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直接序列扩频技术 DSSS
  • 直扩技术是把使用11位的chipping-Barker序列来将数据编码并发送的技术。发
  • 送端通过spreader把chips(就是一串的二进制码)添加入要传输的bit流中,称
  • 为编码;然后在接受端用同样的chips进行解码,就可以得到原始数据了。
  • 802.11协议中是使用Barker序列号来作为这个chips的,规定为10110111000,
  • 在编码过程,如果要传送的数据是0的话,数列不变;如果传送的数据是1的话,
  • 数列就相反。
  • 在相同的吞吐量下,直扩技术需要比跳频技术更多的能量;但以消耗能量为代
  • 价,它也能达到比跳频技术更高的吞吐量,802.11b能达到5.5Mbps和11Mbps就
  • 就是采用HR/DSSS技术。

0

1

Scrambled data

Barker sequence

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

Transmitted data

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

802 11mac
802.11MAC层
  • 802.11的MAC和802.3协议的MAC非常相似,都是在一个共享媒体之上支持多个
  • 用户共享资源,由发送者在发送数据前先进行网络的可用性。802.3协议冲突的
  • 检测采用CSMA/CD 方式,而在802.11无线局域网协议中,采用了新的协议
  • CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)

2. 另一个的无线MAC层问题是“隐藏终端”问题。为了解决这个问题,802.11在

MAC层上引入了一个新的Send/Clear to Send(RTS/CTS)选项,间接解决了

“hidden node”问题。由于RTS/CTS需要占用网络资源而增加了额外的网络负担,

一般只是在那些大数据报上采用(重传大数据报会耗费较大)。

  • 802.11MAC子层提供了另两个强壮的功能,CRC校验和包分片。
  • CRC校验是指在802.11协议中,每一个在无线网络中传输的数据报都被附加上了校
  • 验位,这和Ethernet中通过上层TCP/IP协议来对数据进行校验有所不同。
  • 包分片的功能允许大的数据报在传送的时候被分成较小的部分分批传送。这项技术
  • 大大减少了许多情况下数据报被重传的概率,从而提高了无线网络的整体性能。

4. 另外几个部分: a. 802.11e ------- 提高和管理网络的QoS的能力;

b. 802.11f ------- 采用IAPP协议,可以在不同的厂商的无线局域网内 实现访问互操作,保证网络内访 问点之间信息的互换。

c. 802.11i ------- 增强WLAN的安全和鉴别机制。

slide66
无线介质访问
  • DCF:分布式访问控制方式,类似于IEEE 802.3以太网的线路争用协议
  • PCF:中心网络控制方式,一个无竞争访问协议,适用于访问节点安装有点控制器的网络
  • DCF和PCF能够在同一个基本服务组(BSS)中提供并行的可选的竞争和无竞争访问期
ieee 802 112
IEEE 802.11 帧间隔
  • 为了尽量避免冲突,IEEE 802.11标准规定了不同的IFS(InterFrame Space,帧间间隔),分别是SIFS(Short InterFrame Space,短帧间隔)、PIFS(PCF InterFrame Space,PCF帧间隔)和DIFS(DCF InterFrame Space,DCF帧间隔)。各种IFS的长短各不相同,它们之间的关系满足:DIFS>PIFS>SIFS。
  • 各种IFS的作用也不相同。SIFS是IEEE 802.11中规定的最小的IFS,用于满足所有需要立即响应的服务,如发送ACK帧、CTS(Clear to Send)帧以及主机对PCF机制中的轮询作出的应答帧。PIFS用于PCF机制中,无线接入点AP在媒体空闲达到PIFS时间以后,获得媒体的控制权,宣布CFP(Contention Free Period,无竞争期间)的开始。在无竞争期间,AP监听到媒体空闲时间达到PIFS时间以后,可以继续发送下一帧。DIFS用于DCF机制中,是发送数据帧和管理帧时使用的时间间隔。
csma ca
CSMA/CA协议
  • 以DCF中的数据帧发送为例,CSMA/CA协议的算法过程如下:
  • 发送主机监听媒体,如果媒体空闲达到DIFS时间,主机立即发出数据帧。
  • 如果媒体忙,则等待媒体空闲时间达到DIFS以后,进入避退过程。
  • 主机根据避退算法选择一个避退时间,并设置避退时间计数器。媒体空闲时避退时间计数器做减1计数,媒体忙时则停止计数。
  • 在避退时间计数器减到零后,主机立即发出数据帧。
  • 发出数据帧后,如果在规定的时间内没有收到ACK,表明数据帧发送失败,进入重传退避过程,回到2)。
  • 如果在规定的时间内收到ACK,表明数据帧发送成功。将退避窗口恢复为默认值。
slide70
退避窗口
  • 在步骤3中提到的避退算法由如下公式决定:
  • 其中,CW是避退窗口大小,random()是在(0, 1)之间的一个随机数, 代表小于等于x的最大整数,aSlotTime是时隙长度。
  • 设W是避退窗口的初始值,m是避退级数,m∈[1,mmax],mmax是最大避退级数,则退避窗口由下式决定:
  • 在CSMA/CA协议的算法中,如果是第一次进入避退过程,避退窗口CW和退避基数采用的是默认值。如果是重传避退过程,避退窗口CW采用的值是由以上公式计算出的新值,直到其达到最大值。CW值呈指数增长。
slide71
ACK确认机制
  • 在DCF机制中,为了增强CSMA/CA算法对异步数据业务传输的可靠性,IEEE 802.11协议建议在CSMA/CA算法基础上采用ACK确认机制。
  • 在上图中可以看出,在源主机成功发送数据帧以后,经过SIFS时间,目的主机发回一个ACK帧。这里要注意的是ACK帧在发送前没有监听信道的状态。如果源主机没有收到ACK消息,就表明数据帧发送出错,必需重新发送。
slide73
DCF基本接入机制的改进
  • 源主机在发送数据以前先发送RTS帧,发送规则和数据帧一样,在监听信道空闲DIFS时间以后传输。RTS帧中说明将要发送的数据帧的长度。目的主机收到RTS帧以后,只需监听信道空闲SIFS时间就发回CTS帧,CTS帧中也包括了源主机想发送的数据的长度(由RTS帧中复制到CTS帧中)。如果CTS帧没有收到,表明发送出错,必需重发RTS帧。在RTS/CTS帧交换成功以后,经过SIFS时间,源主机就可以发送数据帧,后续操作和基本的接入方法一样。其基本过程上图所示,在该图中我们忽略了无线信号由源主机传播到目的主机的时延。
  • 在RTS和CTS帧包含一个duration字段,其指明了源和目的主机为传输数据将要占用信道的时间长度。其它所有的主机都可以用这个信息来设置其MAC参数NAV(Network Allocation Vector,网络分配矢量),以确定信道将要被占用的时间。NAV的值随着时间的流逝不断减少,在NAV值减到零之前,主机不会发起数据传输。这种用NAV值来判断信道忙/闲状态的方法叫做虚拟载波检测(Virtual Carrier Sense)机制。
pcf point coordination function
PCF(Point Coordination Function)
  • 在这种工作模式下,置于访问节点的中心控制器控制来自工作站的帧的传送。所有工作站均服从中心控制器的控制。
  • 在无竞争期开始,中心控制器首先获得介质的控制权,并遵循PIFS对介质进行访问
  • 中心控制节点向某个特定的工作站发送CF轮询帧,授权该工作站可以向任何目的端发送一个帧。
  • 中心控制器发送CF结束帧来确定无竞争期的结束
adhoc1
什么是移动Adhoc网络
  • MANETs(Mobile Adhoc NETworks)网络是一个由移动节点或终端组成的自治系统,这些节点之间装备有无线收发装置,其天线设备可以是全向天线也可以是点到点的定向天线。
  • 在任何时刻,由于节点的地理位置、收发装置的覆盖范围、传输功率电平和邻信道干扰的不同,组成一个随机多跳的无线网络拓扑结构。
  • 这种拓扑结构由于节点的移动和发送和接收参数的调整而动态变化。
  • 因为Ad hoc网络节点通信范围的限制,两个要交换信息的主机可能不能直接进行通信,因而需要其他节点帮助转发数据包,通过多跳路径到达目的节点。
manets
MANETs的特点
  • 自组织性 :MANETs可以在任何时刻任何地点构建,而不需要现有移动通信网络环境下常用的基站等网络基础设施的支持,形成一个自治无线通信网络。
  • 分布式控制:Ad hoc网络中所有的网络行为包括拓扑结构的发现和消息的传递都必须由节点自己来完成,也就是说,路由功能必须集成到移动节点中,不存在类似基站的集中网络中心控制点,因而是一种分布式控制网络。
  • 动态网络拓扑结构:节点间通过无线信道连接形成一个任意的网状拓扑结构,节点之间的连接由于节点的离开和新的节点的到达以及节点的任意移动,可能导致网络拓扑结构发生剧烈动态变化,而且这种变化是不可预测。
manets1
MANETs的特点(续)
  • 终端资源受限:通常Ad hoc网络的终端都是依靠蓄电池等可耗尽能源供电的手持设备,其CPU处理能力和可用内存都受到严格的限制,因而在网络协议设计是必须考虑如何节省信令开销和能源消耗。
  • 节点的通信距离受限:由于终端的能源受限导致发射功率的减小,因而网络中的其他节点并不一定可以收到某节点发出的信号。
  • 安全保密性差:由于Ad hoc网络的自组性和分布式控制方式导致易受到窃听、拦截和拒绝服务等各种网络攻击。
manets2
MANETs面临的问题
  • 信道接入协议 Ad hoc网络的无线信道是一个共享的广播信道,但它不是一跳共享的。因为当一个结点发送报文时,只有在它覆盖范围内的结点(称为邻居)才能够收到,而覆盖范围外的结点则感知不到任何通信的存在。这恰恰也是Ad hoc网络的优势所在,发送结点覆盖范围外的结点不受发送结点的影响,它们也可以同时发送报文。我们称Ad hoc网络的共享信道为多跳共享广播信道。多跳共享广播信道带来的直接影响就是报文冲突与结点所处的位置相关。即会产生“隐藏终端”和“暴露终端”的问题。
  • 路由的问题Ad hoc网络中的结点不仅可以自由移动,还可以随时开机和关机。这将造成网络拓扑的动态变化。考虑到Ad hoc网络的多跳特性,结点要有报文转发功能,这要求结点实现相应的路由协议。传统的基于因特网的路由协议是为相对稳定的网络拓扑而设计的,它们无法满足快速变化拓扑网络的需要。因此,路由协议也成了Ad hoc网络的研究热点。
manets3
MANETs面临的问题(续)
  • 安全问题Ad hoc网络面临的安全性威胁来自无线信道和网络。无线信道容易被窃听和干扰。此外,无中心和自组织的网络组织形式不仅容易遭受冒充、欺骗等形式的攻击,还对网络的安全体系结构提出了新的要求。需要研究适用于Ad hoc网络的安全体系结构和用户认证、加密等安全技术。目前,针对Ad hoc网络安全的问题已开展了一些研究,但还没有较完善的解决方案。
  • 电源问题作为移动终端的Ad hoc网络结点一般采用电池供电,这与普通的网络设备使用电源线供电有着显著的差异。为了延长电池的使用时间,在设计网络协议时,要尽量节约电池的电能。这可以通过功率控制和在适当的时候关闭发射机来实现
  • 协议设计Ad hoc网络使用无线通信技术。与有线信道相比,带宽窄,信道质量差。这对协议的设计提出了新的要求。为了节约有限的带宽,Ad hoc网络协议设计的原则是要尽量减少结点间交互的信息量。此外,由于无线信道的衰落、结点移动等因素会造成报文冲突和丢失,这将严重影响TCP的性能。因此,在Ad hoc网络中要对TCP的传输层服务进行改进,以满足数据传输的需要。
manets4
MANETs的隐藏终端问题
  • “隐藏终端”(Hidden Station)是指在接收者的通信范围内而在发送者通信范围外的终端。
  • 隐藏终端问题包括隐发送终端问题和隐接收终端问题。如图1所示,当节点A向B发送数据时,C不知道A的发送,如果C向B发送数据就会产生碰撞,C成了隐发送终端。RTS-CTS握手信号可以解决这一问题,即每次发送数据之前通信双方先使用RTS、CTS控制报文进行握手。
manets5
MANETs的暴露终端问题
  • 暴露终端是指在发送者的通信范围之内而在接收者通信范围之外的终端。暴露终端因听到发送者的发送而延迟发送,但因为它在接收者的通信范围之外,它的发送并不会造成冲突,因而引入了不必要的延迟。
  • 如下图所示,当B向A发送报文时,C成了暴露终端。如果采用握手机制,当B向A发送数据时,C听到B发送的RTS但听不到A发送的CTS,C就知道自己是暴露终端。
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常规路由协议在MANETs中的问题
  • Ad hoc网络中主机间的无线信道可能存在单向信道。常规路由协议设计中常常没有考虑这个问题或者必须以双向链路作为工作的前提,由此它们计算出来的路由可能不能准确反映Ad hoc网络的拓扑结构,也没有利用单向信道的特性。
  • 无线信道的广播特性使得常规路由的网络选路过程中产生许多冗余路由。Ad hoc网络中的一个主机通常能覆盖周围多个主机,有线环境下的常规路由协议会在各个主机之间转发数据时产生过多的冗余路由。
  • 常规路由协议在选路过程中,需要路由器定期发送路由更新消息,而路由器之间是通过交换路由消息进行邻节点检测的,这将消耗大量的网络带宽,对有限的无线信道带宽带来更多的压力。
  • 常规路由协议周期性的路由更新报文会消耗大量的主机能源。
manets7
MANETs路由协议的分类
  • Ad hoc网络路由协议可以分为Table-Driven Routing和On-Demand Routing两种路由协议。
  • Table-Driven Routing路由协议通过连续地检测链路质量,时刻维护准确的网络拓扑和路由信息。其优点是发送报文时可以立即得到正确的路由,缺点是开销太大。
  • 而on-Demand Routing,并不时刻维护准确的路由信息,仅当需要时才查找路由。其优点是降低了路由维护的开销。缺点是查找路由会引入较大的时延。
  • 结合Table-Driven Routing和On-Demand Routing特点的路由协议称为混合式路由协议。它在局部范围内使用Table-Driven路由协议,以缩小路由控制消息传播的范围。当目标结点较远时。通过查找发现路由。这样既可以减少路由协议的开销,时延特性也得到了改善。
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AODV协议
  • AODV(Ad hoc On Demand Distance Vector Routing)是基于距离矢量算法的一种路由协议,它只在必要时请求路由,而且不要求节点维持当前通信中不使用的路由,也就是说,只要通信连接的节点之间有可用路由,AODV不起任何作用。
  • AODV中的两个重要协议规程是路由发现和路由维护
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AODV协议——路由发现
  • 当网络节点要发送数据时,如果没有到达目的节点的路由,就要采用路由发现规程来寻找路由。路由发现规程广播一个RREQ(Route Request,路由请求),给它所有的邻节点,并等待RREP(Route Reply,路由应答)。
  • RREQ包含了source_addr和broadcast_id,用来唯一标志这个RREQ。每当一个节点发送了一个新的RREQ,broadcast_id就会增加。每个收到RREQ的节点都回记录source_addr和broadcast_id,并以此来判断是否是重复的RREQ。
  • 如果一个中间节点接收到一个新的RREQ消息,但是它既不是目的节点又没有到目的节点的可达路由时,必须重新广播该RREQ消息,并将RREQ中的hop_cnt加1。广播的同时还要通过在它的路由表中建立一个到源节点的临时路由表项。这样做的目的是跟踪到达源节点的路由,为发送RREP消息提供返回路由。
  • 若路由请求消息到达目的节点或者一个可以直接到达该目的节点的中间节点时,该节点产生一个路由应答消息并以单播的方式发送回请求路由消息的源节点,路由应答消息到达源节点后就建立了新路由。
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AODV协议——路由发现
  • RREQ最终会到达包含有到达目的节点的路由的节点。当RREQ到达这种节点以后,就对RREQ中的dest_sequence_#和节点本身所维护着的目的序列号进行比较。如果自己的目的序列号小于RREQ的目的序列号,节点就会继续向其邻居广播这个RREQ。如果自己的目的序列号大于或者等于RREQ的目的序列号,并且在此之前还没有处理过由(source_addr,broadcast_id)唯一标志的RREQ,节点就会向原来把这个RREQ广播给它的节点单播一个RREP。
  • 在RREP返回源节点时,路径上经过的节点都会将上级节点记录下来,并且更新这条路由有关timeout信息,记录最新的目的序列号。
  • 路径上的中继节点会转发收到的第一个RREP。当收到更多的RREP的时候,如果新的RREP的目的序列号大于节点所保存的目的序列号,或者两者的目的序列号相等,但是新的RREP所记录的hop_count比原来的小,节点就会转发新的RREP,并更新自己的有关信息。否则,节点会丢弃这个RREP。
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AODV协议——路由维护
  • 当一个节点检测到其邻节点的路由不再有效时,触发路由修复规程。路由修复规程删除路由表中的无效路由项,发送一个链路失败消息,通知正在使用该路由的邻节点该路由也不可用。
  • 当源节点在传输过程中移动了,它就会重新发起一次路由发现过程。
  • 当某个中继节点发现下一个节点不可达时,本节点就会发送一个主动生成的RREP,该RREP的目的序列大于原来所维护着的目的序列号(一般时增加1),hop count为∞。这条路径上所有这个节点的后继节点都会将此RREP进行相同的转发,直至所有活动的源节点都被通知到为止。
  • 如果需要,源节点会在收到这类RREP以后,重新发起一次路径发现过程(目的序列号增加1)。
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DSR路由协议
  • DSR(Dynamic Source Routing)允许网络节点动态多跳路由,其最重要的特点是利用了源路由。也就是说,发送方的数据包头的源路由项中包含它必须要经过的所有节点的完整地址列表。
  • DSR不使用周期性的路由广播消息,所有操作都是按需进行的,因而可以有效的减少网络带宽的开销和主机的电源消耗,并可以有效的避免网络中大面积的路由更新。
  • DSR协议包含路由发现和路由维护两个重要规程。
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DSR路由发现过程
  • 源节点广播带有路由请求选项的数据包来寻找路由。每一个中间节点接收到该数据包后搜寻其路由缓冲区看是否有到达目的节点的路由信息,如果没有找到合适的路由,则要转发该路由请求数据包,同时将自己的地址写入源路由项中。
  • 到达目的节点或者和目的节点之间有可达路由的节点时才停止转发路由请求数据包。此时接收到路由请求数据包的节点发送一个带有路由应答选项的数据包到请求路由的源节点,该路由应答数据包中包含了可以到达目的节点的逐跳源路由(即接收到的路由请求选项中的源路由加上该节点到目的节点的路由组合而成的完整的源路由),
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DSR路由发现过程
  • 为了防止路由请求消息在网络中不停传播所造成的巨大开销,DSR为每个路由请求消息提供一个TTL(Time to Live,生存时间)值,中间节点重复接收到的路由请求消息或者TTL值已经为零的路由请求消息都要丢弃。
  • 为了减少路由发现规程调用的次数,每个节点都要缓存所有路由。
  • 每个节点都可以通过路由发现规程、探测路由应答消息和数据包中的源路由以及侦听本地广播消息等途径来学习新路由。
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DSR路由维护过程
  • 数据包在传输的过程中,如果网络的拓扑结构发生变化而不能使用原先的路由转发数据包时需要启动路由维护规程。
  • 这种情况的发生可能是因为源路由项中的某个节点移出了其他节点的覆盖范围,或者是关闭电源使得该路由不可用。
  • 当路由维护规程检测到正在使用的路由有问题时发送一个错误报文给源节点,通知源节点停止使用该路由。
  • 发现路由失效的节点除了发送错误报告外还有查找其缓冲区看是否有缓存的备用路由,尽量使用缓存的备用路由,否则丢弃数据包。
  • 接收到错误报文以后,源节点将该节点从源路由选项中删除。
  • 倘若还有数据包要发送,则源节点必须重新启动路由发现规程寻找新路由。
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什么是蓝牙
  • 蓝牙(Bluetooth)是一种短距离的无线数据与语音通信的开放性全球规范。
    • 蓝牙技术能为个人和商业的移动设备的无线连接带来一次革命,它不需要电缆,能通过短距离的无线链路使得用户将多种设备方便快速连接起来进行无缝的语音和数据通信。
    • 蓝牙区别于其它无线技术的一个典型特征是它能基于各设备各自的功能提供“联合使用模型”。
    • 通过数据访问点DAP,蓝牙还可将个人网络连接到有线的基础设施上。
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蓝牙技术的特点
  • 蓝牙使用国际上无需授权的2.4Ghz的ISM频段。
  • 蓝牙设备之间可互相探查,进行连接形成Ad-hoc自组网,而不需人为设置。
    • 每个设备都是对等的,具有相同的硬件和软件配置,并以48位的设备地址BD_ADDR来区别。
    • 主单元发起并控制连接,从单元被暂时分配一个3位的活跃成员地址AM_ADDR以减少通信过程中的信息流量。
  • 一个主单元和一个或多个从单元组成自组网——微微网(piconet),一个微微网最多只可以有7个从单元。多个微微网结合形成了散射网(scatternet)。
  • 为了避免ISM频带的干扰,蓝牙采用了多种技术
    • 自动重传应答(ARQ)
    • 循环冗余校验”(CRC)
    • 前向纠错(FEC)
    • 时分双工和分组交换技术。
    • 跳频技术
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蓝牙技术的特点
  • 传输距离为10m
  • 采用FHSS,1600hops/sec,支持720kbps的最大数据速率
  • 蓝牙基带技术支持两种连接方式:
    • 面向连接(SCO)方式:主要用于话音传输;
    • 无连接(ACL)方式:主要用于分组数据传输。
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蓝牙网络通信过程
  • 蓝牙设备没有建立连接的时,处于睡眠状态——待机模式(Standby)。这种模式下,它将每1.28s或2.56s醒过来一次,选择一个信道侦听发送给它的信息。
  • 由一个设备发起连接,这个设备以后就成为微微网的主单元。
    • 发起连接时,主单元可能并不知道其余设备的存在以及它们的地址。这时主单元需要先执行查询(Inquiry)操作。
  • 有了其它各设备的地址,就可进行寻呼(Page),真正建立起连接。
  • 连接完成后,就可通信进行数据传输。
    • 通信时,主单元和从单元交替进行收和发。主单元根据从单元的数据流量来决定从单元何时收发。
    • 如果从单元暂时不需收发数据,它就切换入保持模式(Hold)直到主单元下次发信息给它,在这期间主单元定期给它发送信息以使得从单元对跳频信道同步,其余时间它不需要侦听信道。
  • 数据传输完成后,可使用断连(Detach)命令来结束连接,这样,单元又回到待机模式。
slide101
没有连接的

待机状态

待机

连接进行

中状态

查询(不知

道地址时)

寻呼(知道

地址时)

断开连接

活跃

状态

传输

数据

建立

连接

低能耗

状态

停靠

保持

嗅探

释放

成员地址

保持

成员地址

连接状态转移图
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蓝牙设备连接状态下的三种低能耗模式
  • 嗅探(Sniff)模式该模式下从单元收发信息的周期变长,主单元只在指定的时隙才能发送信息。
  • 保持(Hold)模式该模式下从单元只有内部时钟在运行,但一旦切换出该模式,从单元能立即开始收发信息。处于该模式时,从单元可以参加别的微微网,所以可用来连接几个微微网。
  • 停靠(Park)模式当从单元不参与通信,但仍想保持和跳频信道的同步时,就进入该模式。
slide103
蓝牙技术的优缺点
  • 蓝牙技术的优点
    • 可以消除不同数字装置之间的界限。当蓝牙设备在10米之内并满足一定要求时,它们就能快速建立可靠的无线联系。
    • 消除千头万绪的电缆线。
    • 使用国际上无需授权的ISM频段,可以在全世界范围内建立一个统一的标准,使蓝牙设备在全世界通用。
    • “自组网”——“即连即用” 。
    • 采用跳频技术,具有扩频通信的优点,抗干扰能力强。
  • 蓝牙技术的缺点
    • 成本问题
    • 不支持漫游
    • ISM频段带来的麻烦
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GPRS概述
  • GPRS:General Packet Radio Service
  • GPRS架构在现有的GSM系统上,是GSM网络提供的无线点对点分组交换服务。
  • GSRS使用的物理无线信道与GSM完全相同,但是定义了新的逻辑GPRS无线信道。
  • GPRS可提供以下两类服务:点-点(PTP)服务和点-多点(PTM)服务。
  • GPRS的标准化工作分3个阶段。目前的标准是1999年底完成的GPRS Phase2。
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GPRS网络结构
  • GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。
  • 在现有的GSM网络中需要增加一些节点
    • GGSN(Gateway GPRS Supporting Node,网关GPRS支持节点)
    • SGSN(Serving GSN,服务GPRS支持节点)。
    • SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息,并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。
    • GGSN主要是起网关作用,它可以和多种不同的数据网络连接,如ISDN、PSPDN和LAN等。GGSN可以把GSM网中的GPRS分组数据包进行协议转换,从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP/IP或X.25网络。
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GPRS的传输过程
  • 从移动台到公用数据网
    • 当移动台产生了一个PDU,这个PDU经过SNDC层处理,称为SNDC数据单元。
    • 然后经过LLC层处理为LLC帧
    • 通过空中接口送到GSM网络中移动台所处的SGSN
    • SGSN把数据送到GGSN
    • GGSN把收到的消息进行解装处理,转换为可在公用数据网中传送的格式,最终送给公用数据网的用户。
  • 从公用数据网到移动台
    • 首先通过数据网的标准协议建立数据网和GGSN之间的路由
    • 通过建立好的路由把数据单元PDU送给GGSN
    • GGSN再把PDU送给移动台所在的SGSN上
    • GSN把PDU封装成SNDC数据单元
    • 再经过LLC层处理为LLC帧单元,最终通过空中接口送给移动台。
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