宽带接入技术：第4章-固定无线接入 4.1无线个域接入

桂林电子科技大学信息与通信学院宽带接入技术周胜源Email:[e-mail]第4章宽带固定无线接入4.1无线个域接入4.2无线局域接入4.3无线城域接入4.4无线广域接入糟糕的有线网络连接2009-10-234无线概念从交换节点到用户终端部分或全部采用无线手段接入技术，以无线技术为传输媒介向用户提供固定的或移动的终端用户。由业务节点（交换机）接口和相关用户网络接口之间的系列传送实体组成，为传送电信业务提供承载能力的无线实施系统。特点：组网灵活、扩容方便、维护费用和运营成本低、安装快捷、系统简单、覆盖范围广，可适用于市区、市郊、农村(包括沙漠、海岛、高原等地形)。2009-10-235无线接入具有不可替代的优点游牧式的接入：NomadicAccess无线传输技术复杂频率有限、干扰起伏、信道复杂近年来技术进步令人瞩目高效调制、强力纠错、有效的MAC协议需求与技术，强烈激发了多种BWA的标准化BWA：BroadbandWirelessAccessWPAN/WLAN/WMAN/WRAN，WWAN无线接入正在迎来生机蓬勃的春天2009-10-236无线数据网络发展史历史悠久互联网初期：ARPANET、PRNET、SATNET早期的无线接入网：ALOHAnet早期网络的经验无线接入，有时是不可取代的分组交换是唯一合理的技术必须大大提高调制、纠错的能力必须深入研究MAC协议长期以来，研究工作一直在努力例如军事通信领域的Ad-hoc、MANET2009-10-237竞争与共存BWA技术的竞争各种BWA应用领域并不一致也存在强烈竞争，例如：WMAN/MBWA/WRAN技术发展的命运必须接受市场检验BWA技术的共存各种BWA的互补性：WLAN/WMAN/WWAN多系统共存：coexitanceIEEE802.18、802.19、802.21有线接入与无线接入的互补性永恒的主题：竞争、共存、发展2009-10-238无线接入是最自由的接入方式无线接入技术具有不可取代的优点无线数据网络在长期发展后步入坦途宽带无线接入（BWA）技术百花齐放多种BWA技术、竞争共存2009-10-239无线接入网是用无线通信系统全部或部分替代传统的本地环路无线接入网又称为无线本地环路WLL(WirelessLocalLoop)或无线用户系统WSS(WirelessSubscriberSystem)。无线接入网按用户终端分为：固定无线接入网FWA(FixedWirelessAccess)在固定无线接入网中，用户终端固定或只是在办公室、会议室或家中等场所作有限移动移动无线接入网MWA(MobileWirelessAccess)。在移动无线接入网中，用户终端是移动的。固定无线接入不需要移动控制和越区切换功能，从而节省投资，相应地，固定无线接入网被大量使用，有时无线接入只提及FWA。2009-10-2310固定无线接入是指从交换节点到固定用户终端采用无线接入，实际上是有线接入的无线延伸。W：WirelessPAN：PersonalAreaNetwork10米LAN：LocalAreaNetwork100米MAN：MetropolitanAreaNetwork1000米WAN：WideAreaNetwork更广、移动、漫游2009-10-2311固定无线接入IEEE802.15BluetoothWANMANLANPANETSIHiperPANIEEE802.11WirelessLANETSIHiperLANIEEE802.16WirelessMANETSIHiperMAN&HIPERACCESSIEEE802.20(proposed)3GPP,EDGE(GSM)4.1无线个域接入4.1.1蓝牙接入4.1.2红外接入4.1.3超宽带接入成都九洲电子信息系统有限责任公司WPAN－无线个域网IEEE802.15WirelessPersonalAreaNetwork覆盖范围：～10m子标准802.15.1：WPAN，无线个域网BlueTooth：蓝牙技术802.15.3：HR-WPAN，高速无线个域网UWB：UltraWideBand，超宽带无线技术～1Gb/s，例如：WirelessUSB802.15.4：LR-WPAN，低速无线个域网无线传感器网，250kb/s、30m4.1.1、蓝牙接入一、简介“蓝牙”（Bluetooth）是一种低功率短距离的无线连接技术标准的代称，“蓝牙”一词取自一位在公元10世纪统一了丹麦的国王，哈拉德二世（Harald）的绰号，即蓝牙（Bluetooth）。蓝牙技术的设计初衷就是将智能移动电话与笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字化的信息设备都能不再用电缆，而是用一种小型的、低成本的无线通信技术连接起来；进而形成一种个人身边的网络，使得在其范围之内各种信息化的移动便携设备都能无缝地实现资源共享。蓝牙的概念产生于1994年，当时瑞典爱立信公司的一位工程师面对各种设备之间相互连接的复杂电缆，决心要发明一种“让这些电缆消失在空气中”技术。1994年由爱立信公司率先提出的短距离无线通信的“蓝牙技术（Bluetooth）”。2009-10-23151998年5月，瑞典爱立信、芬兰诺基亚、日本东芝、美国IBM和英特尔五家公司自发成立了蓝牙特别兴趣小组（BluetoothSpecialInterestGroup-SIG）。其后，微软、3COM、朗讯、摩托罗拉和原有的五家公司一起成为蓝牙特别兴趣小组的九个领导成员，共同致力于在全球范围内将此项技术标准推向市场。在短短的两年多的时间加盟该小组的企、事业达2500家。随着无线个人局域网的发展，IEEE802.15的一个工作小组制订速率可达20Mb/s以上的无线个人局域网标准，这一标准也是基于蓝牙规范。因此，无线个人局域网和蓝牙必然会趋于融合，由SIG参与蓝牙计划的公司和IEEE802.15工作组协力合作，共同创造明天的WPAN。16蓝牙使用国际上无需授权的2.4Ghz的ISM频段。蓝牙使用的频段被分成79个信道；每个信道带宽为1MHz；采用跳频扩频通信技术；必须进行干扰估计和合适的干扰处理。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。二、工作原理2009-10-23172009-10-2318一个给定的主控设备最多可以与7个活动的（active）和255个休眠的（parked）从属设备通信。与单一主控设备通信的所有从属设备组成微微网（piconet）。在一个微微网中只有一个主控设备。给每个piconet提供特定的跳转模式，允许大量的piconet同时存在。多个微微网结合形成了散射网（scatternet）。其中有一个从单元同时属于两个微微网，它可起一个桥的作用，将两个微微网连起来通信时，单个单元的峰值传输速率可达到721kbits/s（v1.0）MasterrSlave19二、工作原理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（1600跳/秒）20二、工作原理协议栈结构蓝牙无线基带LMPL2CAP主控制器接口音频RFCOMMPPPIPUDPTCPWAPWAEBOEXvCard/vCalAT命令集TCSBINSDP1.蓝牙无线层：定义了工作在2.4GHz频段的蓝牙收发设备的一些要求及特征，管理收发比特流的过程2.基带层：实现链路的控制；还负责分时、分组、成桢、纠错以及流控制•蓝牙两种类型的链接：点对点的同步面向连接链路和点对多点的异步无连接链路3.链路管理协议：负责链路的建立与配置，管理链路的状态，维持各从单元之间的公平性，鉴权以及其它的一些管理功能4.逻辑链路控制和适配协议：向上层提供面向连接和无连接的数据服务5.音频数据直接映射到了基带层6.RFCOMM基于ETSIGSM07.10标准的子集，提供串行端口的模拟7.服务发现协议用来查询其它设备所能提供的服务22二、工作原理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。23二、工作原理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。24二、工作原理连接状态转移图没有连接的待机状态连接进行中状态活跃状态低能耗状态释放成员地址保持成员地址查询(不知道地址时)寻呼(知道地址时)建立连接停靠保持嗅探待机传输数据断开连接例：假设在连接范围内共有四个设备A、B、C、D过程：1.A发出查询信息，请求别的设备的设备地址及其时钟2.C回复A一个FHS包（包括C的设备地址和时钟）3.A将自己的设备地址及时钟回复给C4.A再次发出查询信息5.B和D同时回复（冲突）6.B和D各自等待一段随机长度的时隙后再侦听信道7.A再发查询信息8.B回复A一个FHS包（包括B的设备地址和时钟）9.A将自己的设备地址及时钟回复给B10.A再发查询信息11.D回复A一个FHS包（包括D的设备地址和时钟）12.A将自己的设备地址及时钟回复给D以上为查询过程，A查询到B、C、D的地址和时钟，然后再建立连接：13.A用C的地址寻呼C14.C用自己的地址回复A15.A将自己的设备地址和时钟发送给C，A与C进行连接16.A与B和D重复上述过程进行连接，连接完后，进入connected状态17.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18.如果从单元暂时不需收发数据，它就切换入保持模式直到主单元下次发信息给它19.数据传输完成后，可使用断连命令来结束连接，这样，从单元又回到待机模式27二、工作原理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。28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。三、优点29蓝牙技术的缺点成本问题不支持漫游ISM频段带来的麻烦展望蓝牙的应用前景非常诱人：有了蓝牙，人们能将身边不同器件用无线连接起来，形成“个人网络”PCS或WPAN。四、缺点及展望2009-10-2330蓝牙3.0蓝牙3.0技术规范于2009年正式发布。蓝牙3.0包含一些新特性,支持3项承载技术：