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1、第五章 移动无线网络 技术专题,本章概述移动无线网络的发展历程、基本概念和相关技术，从网络覆盖范围的角度将移动无线网络技术分成无线个域网、无线局域网、无线城域网和无线广域网，并分别对它们进行阐述和分析。本章内容组织如下： 5.1节 概述移动无线网络的发展历程和技术特点； 5.2节 介绍无线个域网技术； 5.3节 讲解无线局域网技术； 5.4节 阐述无线城域网技术； 5.5节 说明无线广域网相关技术。,近20年来，移动无线通信网络得到了飞速发展，基于移动无线通信网络的各种应用和服务层出不穷，显示出巨大的活力。进入21世纪以来，信息技术领域出现了两个重大事件： 一是全球移动通信用户数超过了固定通信
2、用户数； 二是数据业务量超过了话音业务量。这两个“超过”反映出随时时代与技术的进步，人们越来越依赖移动无线网络技术。,5.1节概述移动无线网络的发展历程和技术特点,中国工业和信息化部24日发布了最新的中国移动电话网络用户数据，截至到2012年11月底，中国移动电话用户数达到11.04亿，其中3G用户2.2亿。数据显示中国电话用户净增783.3万，总数达13.8亿其中，固话用户2.79亿，移动电话用户达到11.04亿。3G用户在移动用户中的渗透率由去年末的13%提高到今年11月末的20%。移动互联网用户净增1.11亿，达到7.5亿。（财经专线消息）,5.1.1 发展历程,移动无线网络技术的发展主
3、要经过了以下几个阶段： （1）20世纪40年代以前早期发展阶段。 标志性事件：1897年，马可尼，第一次无线电传输。 1915年，纽约与旧金山无线音频传输 采用AM（Amplitude Modulation ） 或FM（Frequency Modulation ）调制方式 （2）20世纪40年代到60年代公用移动通信网问世。 人工接续的公用移动通信网,（3）20世纪60年代到70年代初期移动通信系统的改进与完善。 自动接续到公用电话网的移动通信网，系统容量改善，典型代表美国的改进移动电话业务IMTS(Improved Mobile Telephone Service ). （4）20世纪70年
4、代中期到80年代中期移动通信蓬勃发展阶段（模拟蜂窝系统，1G） 传输模拟语音信号，采用频分多址方式(FDMA)，典型代表：美国AMPS，英国TACS,北欧NMT,(5）20世纪80年代中期到90年代中期移动通信的成熟阶段（数字蜂窝系统，2G）。 采用数字调制、编码、时分多址TDMA 或码分多址CDMA技术。 （6）21世纪初至今移动通信飞速发展阶段（3G、B3G/4G）。 三大公认的技术标准：CDMA2000，WCDMA，和TD-SCDMA; 3G的特点： 移动无线通信技术的发展有两条主线：第一条主线是蜂窝通信技术从1G4G 第二条主线涵盖了WLAN，WPAN，Bluetooth，WiMAX,
5、RFID等技术发展。,5.1.2 技术特点,与固定有线网络相比，移动无线网络主要具有如下技术特点： （1）电波传播环境复杂、误码率高，通信易受干扰，存在衰落、遮蔽和多径传输效应； （2）节点的移动和不稳定的链路都会造成网络拓扑的动态变化，网络的路由和移动管理变得较为复杂； （3）无线网络中的广播是多跳广播，存在隐终端和暴露终端问题，增加了信道接入控制的复杂性； （4）无线频谱资源受管制，资源稀缺且价格昂贵，欧洲3G运营频段曾拍出过3000亿欧元的天价； （5）对移动设备的要求高，如低功耗、便携灵活、低成本（复杂度）、低辐射和高性能； （6）系统构建复杂，涉及移动设备、无线接入网、无线核心网和服
6、务提供商网络。,一般将无线网络的协议分为物理层、链路层、网络层、传输层和应用层。 无线网络与移动网络的含义并不完全相同。 无线网络未必需要移动性支持，同时移动网络用户也可以使用有线手段接入网络。 无线网络侧重于通过无线接口和无线传输技术向用户提供网络服务；而移动网络则强调向移动用户提供网络服务，需要解决移动中的路由和位置管理等问题。 移动网络通常采用无线通信技术，因此这里不严格区分移动网络和无线网络技术，统称为移动无线网络技术。,当今时代，手机、PC、汽车、电视、电冰箱等设备逐渐成为人们工作和日常学习中不可缺少的消费产品。人们在享受这些产品带来的方便的过程中，也逐渐感觉单一产品的功能局限性，希
7、望可以有一种短距离、成本低、小功耗的无线通信方式，实现不通设备的互联，提供小范围内的设备的自组网机制，并且通过一定的安全接口完成自组小网与广域大网的互联。 无线个域网（WPAN:Wireless Personal Area Network）诞生。,5.2无线个域网,无线个域网（WPAN）是为了支持活动半径小、业务类型多样、无线无缝的连接而提出的面向特定用户群体的新兴无线通信网络技术，它能够将个人携带的各种电子信息设备以及周边相关通信设备进行短距离自组织互连而组成的小范围无线网络，对于人们的工作、学习、生活和娱乐都大有裨益。与无线局域网相比，无线个域网不需要使用接入点（AP），覆盖范围一般在10
8、m以内。无线个域网的标准化工作由IEEE 802.15工作组负责制定，下辖7个任务组（TG），负责不同应用领域的具体技术标准的制定，如蓝牙的技术标准802.15.1、ZigBee的技术标准 802.15.4和超宽带UWB的技术标准802.15.3。,5.2.1 红外技术（IrDA）,红外技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现的无线个人局域网技术。红外线数据标准协会IrDA由HP、Compaq、Intel等20多家公司组成，成立于1993年，致力于建立无线传播连接的世界标准。 1994年第一个红外数据通信标准IrDA1.0发布，简称SIR（Serial InfraRed）。它是一
9、种异步的、半双工的红外通信方式，在lm范围内最高数据速率只有115.2kbps。 1996年，发布了IrDA 1.1标准，即FIR（Fast InfraRed），最高数据传输速率可达到4Mbps。 继FIR之后，IrDA又发布了速率高达16Mbps的VFIR（Very Fast InfraRed），接收角度也由传统的30度扩展到120度，并将其补充纳入到IrDA 1.1标准中。,当前，IrDA技术的软件和硬件技术都已经比较成熟，现行的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。,IrDA的不足 通信距离短（23m）并且是一种视距传输技术 功能单一，可扩展性差。 没有提供很好的安全
10、措施，红外线LED不是十分耐用 研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。,5.2.2 蓝牙技术（Bluetooth）,1994年Ericsson发起multi-communicator link的研究 1998成立了特别兴趣小组（SIG）并更名bluetooth； 创始成员：Ericsson、IBM(Lenovo)、Intel、Nokia、Toshiba； 目标：将计算、通信设备以及附加设备通过短程、低耗、低成本的无线电波连接起来 发展：Lucent、3Com、Microsoft和Motorola加入SIG；现SIG成员超过14000个，大多来自计算机、通信、网络和电子消费领域； 19
11、99 Bluetooth 1.0发布，最高传输速为721kbps，实际测试约为24KB/S(192Kbps)左右；,蓝牙WPAN工作组 蓝牙是无线个人局域网的先驱。在初始阶段，IEEE并没有制定蓝牙相关的标准，经过一段快速发展时期后，蓝牙很快就有了产品兼容性的问题。2001年，IEEE决定制定行业标准来开发能够相互兼容的蓝牙芯片、网络和产品； 2001年推出bluetooth 1.1版本，修正了1.0版本的BUG，以及非加密高速信道的支持，市场巨大成功；,2003年，bluetooth 1.2列入IEEE 802.15.1a，改进了加密性能和底层跳频技术，抗干扰性和传输稳定性能进一步增强；市场
12、情况不太理想 受WiFi（802.11b） 的冲击，WiFi产品的价格大幅度下降在某些应用方面抑制了蓝牙的优势。 为了覆盖更多的应用和提供QoS，使其偏离了原来设计简单的目标，复杂使蓝牙变得昂贵，不再适合要求低功率、低成本的简单应用。,2004年推出bluetooth 2.0+EDR版本，发布了简化确认应答的机制的非跳跃窄频通道EDR传输率提升至2-3Mbps，(实际测试速度为72KB/s=576Kbps); 2007年推出bluetooth 2.1+EDR版本，简易安全配对、暂停与继续加密、Sniff省电; 2009年推出bluetooth 3.0 + HS版本，集成802.11PAL 最高
13、速度可达24Mbps。是2.0速度的8倍。 引入了增强电源控制，实际空闲功耗明显降低;,2010年7月推出bluetooth 4.0（智能蓝牙）实现了传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术的融合，传输范围可达100米，最短延迟(3毫秒启动) 。 低能耗标准无线通信使蓝牙设备的潜在使用空间大大的增加。可在心率监视器，血糖仪，智能手表，窗和防盗门传感器，汽车钥匙链和血压测量手环等设备上使用。 2011年12月世界上第一款支持蓝牙4.0的手机IPhone 4s发布。 目前，全球大约80%以上的手机都使用了蓝牙技术，其中将近100%的智能手机都已经使用了蓝牙技术。,2000年5月发布了蓝牙应用新图
14、标： 它取自 Harald Bluetooth 名字中的 H和B两个蓝牙标志的来历字母，用古北欧字母来表示，将这两者结合起来，就成为了蓝牙的 logo。,Ericsson借用了统一了丹麦（958）和挪威（970）的丹麦的国王（ A.D.940 986 ）Harald Gormsen的昵称blatand “Bluetooth”,具有如下的技术特点： 全球范围适用 支持语音和数据的多业务传输 支持点到点和点到多点的连接，可以建立临时性的对等连接 PicoNet Scatter Net 抗干扰能力强 低功耗、低辐射、低成本和小体积。 支持10m100m的无线覆盖范围： 开放的接口标准： 安全性：采用
15、鉴权和加密等措施保证设备识别码在全球的唯一性以及通信过程中设备,蓝牙的协议栈图5.1,bluetooth的应用,可替代所有需要传输数据的家电的有线连接： 使一组个人设备协同工作； 充当进入Internet的桥梁 构建居家网络 运动中组网,5.2.3 家庭射频技术（HomeRF）,HomeRF（家庭射频）规范是由产业标准团体HomeRF工作组（HRFWG）提出的，它使用SWAP（Shared Wireless Access Protocol）协议，使数据和语音在2.4GHz频带上传输，传输半径为50m左右。 HomeRF的主要目标是支持家庭网络环境的应用，采用的技术是将IEEE802.11中的F
16、HSS（Frequency-Hopping Spread Spectrum）WLAN与DECT（Digital Enhanced Cordless Telecommunications 数字增强无绳通信）结合，目前在产品应用上主要采用跳频扩频技术。 HomeRF与Bluetooth的区别,HomeRF工作组的主要目标是希望制定一个能够同时提供数据与语音传输，使家庭网络能够与各项多媒体设备相结合的规范。最早的HomeRF1.0标准的传输速度为2Mbps，而2001年2月新发布的HomeRF2.0的传输速率达到10Mbps，工作频段为2.4GHz，此外还可以支持漫游。,HomeRF 是面向打印机、膝上电脑及一些消费用电子设备的联网标准。 Bluetooth 技术标准与HomeRF均采用了.4GHZ的无线调频扩频技术，且传输速率目前均为 两者的主要区别：,5.2.4 ZigBee技术,ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率、低功耗、低复杂度、低成本、大容量的无线通信技术，是当前面向无
