无线网络技术样本

什么是无线网络

无线网络是指采用无线传输媒体, 如: 无线电波、红外线等网络, 与有线网络的用途十分类似, 最大的不同在于传输媒介的不同, 利用无线电技术取代了传统的网线。

无线网络技术涵盖的范围很广, 既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络, 也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术等等。

无线网络的应用现状

新信息( 天气预报、体育运动、 TV、游戏、电影。。。) 、银行业务、m-commerce、娱乐、广告、旅游、数字图书馆、企业管理、安全、教育、农场、森林…

无线网络发展

1.第一代移动电话—语音

2.第二代移动电话—数字语音

3. 2.5G——语音为主兼顾数据

4.第三代移动电话3G—数字语音和数据

中国的3G标准

?中移动( 4.57亿用户) ——TD-SCDMA

?中电信( 2800万) ——CDMA

?中联通( 1.33亿) ——WCDMA

OSI模型有七层组成, 从上自下依次是:

应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

数据链路层技术

?逻辑链路层LLC子层

逻辑链路控制是数据链路层中的第一个子层, 为网络层能够与任意类型的媒体访问控制层工作提供接口。

LLC子层定义了无连接和面向连接的通信服务。

?媒体访问控制MAC子层

允许访问物理层传输数据的方式和时间。

MAC地址是48位, 一般见十六进制数表示, 包含6个字节。CSMA/CD技术与CSMA/CA技术区别

CSMA/CD技术能够一边检测冲突, 一边收发数据, 一旦检测到冲突, 马上停止。

CSMA/CA技术先检测是否有冲突, 得到对端确认后, 再发数据, 而不能同时进行。

WPAN设备

蓝牙设备

ZigBee设备

WPAN天线

天线增益: 是将天线的方向图压缩到一个较窄的宽度内而且将能量集中在一个方向上发射而获得的。

天线增益: 由主波瓣的辐射密度和各向同性时的辐射密度的比值所得 (输出功率相同时)。

RF射频技术:

?无线电频率, 简称射频( RF) .无线通信是绝大部分无线网络的核心, 其原理类似于电台广播和电视广播。RF频段是指9kHz~300GHz之间的电磁频谱。

?射频技术RF( Radio Frequency) 的基本原理是电磁理论。射频系统的优点是不局限于视线, 识别距离比光学系统远, 射频识别卡可具有读写能力, 可携带大量数据, 难以伪造, 且有智能。

RF适用于物料跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触数据采集和交换的场合, 由于RF标签具有可读写能力, 对于需要频繁改变数据内容的场合尤为适用

扩展传输的分类:

展频技术主要又分为跳频技术及直接序列两种方式

跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum; FHSS)在同步、且同时的情况下, 接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号, 对于一个非特定的接受器, FHSS所产生的跳动讯号对它而言, 也只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道, 而且这些跳频讯号必须遵守FCC的要求, 使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。

直接序列展频技术 (Direct Sequence Spread Spectrum; DSSS)是将原来的讯号「1」或「0」, 利用10个以上的chips来代表「1」或「0」位, 使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips, 一个较高的Spreading chips能够增加抗噪声干扰, 而一个较低Spreading Ration能够增加用户的使用人数。基本上, 在DSSS的Spreading Ration是相当少的, 例如在几乎所有2.4GHz的无线局域网络产品所使用的Spreading Ration皆少于20。而在IEEE802.11的标准内, 其Spreading Ration大约在100左右。

直接序列和跳频扩频区别

?DSSS由于采用全频带传送资料, 速度较快, 未来可开发出更高传输频率的潜力也较大。DSSS技术适用于固定环境中、或对传输品质要求较高的应用, 因此, 无线厂房、无线医院、网络社区、分校连网等应用, 大都采用DSSS无线技术产品。

?FHSS则大都使用于需快速移动的端点, 如行动电话在无线传输技术部分即是采用FHSS技术; 且因FHSS传输范围较小, 因此往往在相同的传输环境下, 所需要的FHSS技术设备要比DSSS技术设备多, 在整体价格上, 可能也会比较高。

复用技术

?复用技术的目的是单一媒体上传输多路信号或多路数据流来提高传输效率。

? 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。

码片序列正交关系

? 令向量 S 表示站 S 的码片向量, 令 T 表示其它任何站的码片向量。 ? 两个不同站的码片序列正交, 就是向量 S 和T 的规格化内积(inner

product)都是 0:

? 内积结果是+1, S 站发送比特为1, -1时, 发送比特就是0, 内积为0时,

未发送数据。

任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1 。

一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1

CDMA 通信模型

信源编码 (语音信号的数模转换) - 信道编码交织 (对信息进行编码, 达到纠错和抗干扰的目的) - 加扰 (对信号进行加扰) - 扩频 ( 加入用于识别用户的信息, 将窄带信号拓宽) - 调制 (将数字信号调制成模拟信号 ) - 射频发射 (将模拟信号加到载波上进行发射)

IEEE 802.11规格标准的主要特性如下:

? 资料传输速率高。IEEE 802.11b 规格支援11Mbps 的最高传输速率, 802.11a

规格则提高速率至54Mbps ;

? 传输媒介为无线电波;

? 为了应用无线区域网络的的特性而采用了载波感测多重存取/冲突避免

11=≡?∑=m i i i T S m T S

(CSMA/CA)技术;

?CSMA/CA技术可避免大部份不必要的资料封包冲撞, 因此可提供保证传送服务;

?适合多媒体资讯传输。1~11Mbps的资料传输速率足以应付资料传输量大且有及时需求的多媒体资讯。

802.11 网络由三个基本部分组成: 站点、接入点、和分布式系统。

移动站与 AP 建立关联的方法:

?被动扫描, 即移动站等待接收接入站周期性发出的信标帧(beacon frame)。

?信标帧中包含有若干系统参数( 如服务集标识符 SSID 以及支持的速率等) 。

?主动扫描, 即移动站主动发出探测请求帧(probe request frame), 然后等待从 AP 发回的探测响应帧(probe response frame)。

IEEE802.11标准定义了BSS的两种工作模式: ad-hoc模式和固定结构模式。

Ad Hoc无线网络概念:

?一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的、临时性自创立( Self-Creating)、自组织(Self-Organizing)、自管理( Self-Administering)系统。

?不依赖预设的基础设施而临时组建。

?移动终端具有路由功能, 能够经过无线连接构成任意的网络拓扑。可独立工作, 也可与Internet或蜂窝无线网络连接。

无线传感器网络 WSN :

?无线传感器网络是移动自组网络中的一个子集, 是由大量传感器结点经过无线通信技术构成的自组网络。

?无线传感器网络的应用: 进行各种数据的采集、处理和传输, 一般并不需要很高的带宽, 可是在大部分时间必须保持低功耗, 以节省电池的消耗。