第3章 无线数据通信及无线LAN
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物联网技术与应用-第3章-物联网通信技术PPT课件
2021年3月20日
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（3）短距离无线通信网 短距离无线通信（Short Range Wireless，SRW）是指可以在室
内、办公室或封闭的公共场提供近距离通信的技术。一般，SRW可以在 100m以内实现传输速度为10～100Mb/s的低功率近距离通信。SRW 可分为两种：一种是传输范围在10m内，低成本、低功耗的短距离无线 连接（Connectivity）的无线个人局域网（WPAN）；另一种是以更快 传输速度和更大覆盖范围为目标的无线局域网（WLAN）。通过SRW技 术、手机、Headset、PDA、Notebook、数码相机、摄像机、健身器 材管理设备等在没有电缆连接的情况下可以实现无线通信或操作，而且 用户可以通过SRW直接接入建筑物内的局域网（LAN）及语音及数字信 息网络。
数字通信作为当前主流通信传输方式，推动了数字化社会的形 成，使人们进入信息化社会。现代无线通信基本上是分区通信或蜂 窝通信，它的实现基于数字化、移动性和个人通信、分区制和频率 复用、点对多点通信等基本技术。
在物联网中，根据不同的需求要选用不同的无线通信技术。
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一、无线通信中的关键技术点
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二、无线通信终端基本结构
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三、无线通信系统框架
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3.1.2 无线通信网络
现代通信技术的一个重要标志是网络化。有线与无线通信系统的 结合构成了现代通信网。目前，在各类通信网络中最具增长潜力的是 无线通信网。 1. 现代无线通信网络概念
无线通信网的组织结构示意图
频率复用也称频率再用，就是重复使用频率， 在GSM网络中频率复用就是使同一频率覆盖不同 的区域（一个基站或该基站的一部分(扇形天线) 所覆盖的区域），这些使用同一频率的区域彼此 需要相隔一定的距离（称为同频复用距离），以 满足将同频干扰抑制到允许的指标之内。
无线数据通信协议
无线数据通信协议随着移动互联网的快速发展和智能设备的普及，无线数据通信协议在我们生活中扮演着越来越重要的角色。
无线数据通信协议是不同设备之间进行无线数据传输所必需的一种规定，它确保了数据的传输安全、高效和可靠。
在这篇文章中，我们将探讨无线数据通信协议的基本原理、常见的无线数据通信协议以及其在日常生活中的应用。
一、无线数据通信协议的基本原理无线数据通信协议是设备之间进行通信的一种规范，它规定了数据传输的方式、信号的编码和解码方法以及数据的格式。
无线数据通信协议主要包括物理层、数据链路层和网络层。
1. 物理层：物理层是无线数据通信协议的基础，它负责传输数据的物理媒介以及数据的调制和解调。
物理层规定了数据传输的频率、功率和调制方式，例如无线局域网中常用的Wi-Fi协议就是使用2.4GHz 或5GHz频段进行数据传输的。
2. 数据链路层：数据链路层主要负责数据的分帧、差错检测和流量控制。
它确保了数据在物理层的基础上能够可靠地传输，常用的无线数据通信协议如蓝牙和ZigBee都采用了数据链路层的设计。
3. 网络层：网络层是无线数据通信协议的最高层次，它负责数据的路由和寻址。
网络层通过IP地址来定位和传递数据，实现不同设备之间的通信。
二、常见的1. Wi-Fi：Wi-Fi是一种使用无线电波进行数据传输的无线数据通信协议。
它广泛应用于家庭、办公室和公共场所的无线网络中，提供了高速、稳定的互联网接入。
2. 蓝牙：蓝牙是一种短距离无线通信技术，主要用于移动设备和外部设备之间的数据传输。
蓝牙协议具有低功耗、简单易用等特点，被广泛应用于音频设备、智能家居等领域。
3. ZigBee：ZigBee协议是一种低功耗的无线传感器网络协议，适用于大规模、低速率的传感器和控制网络。
它在物联网领域有着广泛的应用，例如智能家居、智能农业等。
4. LTE：LTE（Long Term Evolution）是一种新一代的移动通信技术，提供了高速、高效的无线数据传输。
计算机网络第三章2
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FDMA 的优点：相互之间不会产生干扰 用户较少且数量大致固定，每个用户的业务量都较大时（如在
电话交换网中） 缺点：频道资源的浪费
用户数较多且数量经常变化，业务量具有突发性
存在问题： • 实际用户数少于已经划分的频道数时，造成频道资源的浪费； • 当网络中的频道已经分配完毕，即使已经被分配到频道的用户
东华大学计算机科学与技术学院
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纯ALOHA和时隙ALOHA的性能比较
东华大学计算机科学与技术学院
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三、多路访问协议
ALOHA 载波检测多路访问协议 无冲突的协议 有限竞争协议 无线LAN协议
东华大学计算机科学与技术学院
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ALOHA协议
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载波检测多路访问协议CSMA（Carrier Sense
CSMA/CD的状态周期：由传输周期、竞争周期和空闲周期交织而成。
东华大学计算机科学与技术学院
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CSMA/CD的要点
如果两个站点在时刻t0发送数据，它们需要多长时间才 能意识到已经发生冲突了？－－即一个站点在开始传送 数据之后多长时间，才可以认为它已经“抓住”电缆了？
站点从开始传送至检测到冲突，所需的最长时间等于信号在相 距最远的两个站之间的来回传输时间（2τ）。
东华大学计算机科学与技术学院
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t=0 A
1 km
t A 检测到发生碰撞
碰撞
t = 2
B 检测到发生碰撞
B B 发送数据
t= t=
单程端到端
传播时延记为
t=0 A
1 km
t A 检测到发生碰撞
碰撞
t = 2
无线局域网WIFI基础知识概述
2000 2004 2008 2012
简单接入、低带 宽
技术演进时间
更高带宽：802.11a/g速率达到54Mbps，802.11n可达600Mbps（采用MIMO技术，目前处 于草案2.0版本）。
更广覆盖范围：从802.11a/g的100m到802.11n的500~1000m。
更强的障碍物穿透能力：可以使用于多堵墙壁的商务住宅、复杂房间结构的写字楼等环境中。
WLAN标准- 802.11b
1999年9月IEEE 802.11b被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4-
2.4835 GHz，数据传输速率达到11Mbps, 传输距离控制在50-150英尺。该标
准是对IEEE 802.11的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，采用点对点模式 和基本模式两种运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11 Mbps、 5.5 Mbps、2 Mbps、1 Mbps等不同速率间自动切换，它改变 了WLAN设计状 况，扩大了WLAN的应用领域。 IEEE 802.11b已成为主流的WLAN标准，被多数厂商所采用，所推出的产品广
家庭射频（HomeRF）技术是无绳电话技术（数字式增强型无绳电
话或者简称为DECT：Digital Enhanced Cordless Telephone）和 无线局域网（WLAN）技术相互融合发展的产物，工作于2.4GHz
ISM频段，采用数字跳频扩频技术
无线局域网主要技术
1990年IEEE 802标准化委员会成立IEEE 802.11无线局域网标准工
疗等专用频段，是公开的；而工作于5.725-5.850 GHz频带需要执照的。而
且IEEE802.11a卡片价格昂贵也大大的限制了该技术的发展一些公司更加看好 当时最新混合标准――IEEE802.11g。
简单接入、低带 宽
技术演进时间
更高带宽：802.11a/g速率达到54Mbps，802.11n可达600Mbps（采用MIMO技术，目前处 于草案2.0版本）。
更广覆盖范围：从802.11a/g的100m到802.11n的500~1000m。
更强的障碍物穿透能力：可以使用于多堵墙壁的商务住宅、复杂房间结构的写字楼等环境中。
WLAN标准- 802.11b
1999年9月IEEE 802.11b被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4-
2.4835 GHz，数据传输速率达到11Mbps, 传输距离控制在50-150英尺。该标
准是对IEEE 802.11的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，采用点对点模式 和基本模式两种运作模式，在数据传输速率方面可以根据实际情况在11 Mbps、 5.5 Mbps、2 Mbps、1 Mbps等不同速率间自动切换，它改变 了WLAN设计状 况，扩大了WLAN的应用领域。 IEEE 802.11b已成为主流的WLAN标准，被多数厂商所采用，所推出的产品广
家庭射频（HomeRF）技术是无绳电话技术（数字式增强型无绳电
话或者简称为DECT：Digital Enhanced Cordless Telephone）和 无线局域网（WLAN）技术相互融合发展的产物，工作于2.4GHz
ISM频段，采用数字跳频扩频技术
无线局域网主要技术
1990年IEEE 802标准化委员会成立IEEE 802.11无线局域网标准工
疗等专用频段，是公开的；而工作于5.725-5.850 GHz频带需要执照的。而
且IEEE802.11a卡片价格昂贵也大大的限制了该技术的发展一些公司更加看好 当时最新混合标准――IEEE802.11g。
无线数据通信技术基础课件：无线数据通信组网技术
教学目标 • 了解无线数据组网的发展。 • 掌握无线数据网络体系结构。 • 掌握蜂窝网络拓扑结构。 • 熟悉移动 AdHoc 网络技术。 • 熟悉无线 Mesh 网络技术。 • 熟悉无线多点组网实验。
无线数据通信组网技术
重点、难点 • 无线数据网络的拓扑结构。 • AdHoc 网络技术。 • Mesh 网络的结构。
无线数据通信组网技术
4）节点能源和处理能力受限 在无线自组织网络中，节点都被要求小巧、轻便、便于 携带。节点的能源一般都选择电池。出于体积和成本方面的 考虑，处理器的CPU速度较慢、内存较低、处理能力较弱。 5）多跳通信。 由于网络中的节点大多受到的能源限制，所以单个节点 的通信距离有限，和目的节点间的通信往往要经过其他中间 节点的转发，这种通信方式就叫做多跳。需要注意的是，转 发功能是由网络中的普通节点完成的，而不是由传统意义上 的网络中心节点完成的。
无线数据通信组网技术
综上分析，当无线网络规模较小时，可采用平面结构进 行组网；当无线网络规模较大时，可采用分级结构进行组网。 8.2.2 网络协议体系构造
目前，在计算机数据通信网领域内，最具权威的标准是 国际标准化组织(ISO)提出的开放式系统互连参考模型 (OSI/RM)。OSI/RM把计算机网络在功能上分为7个层次， 每一层都执行特定的功能，相邻的上下两层之间通过层间的 服务访问点(软件接口)进行通信，上一层利用下一层功能提 供的服务。当前无线数据网络构建过程中共同采用的网络协 议模型，就是开放系统互连的七层参考模型。
这种说法，网络中的任何节点都可以是中心，也可以不是中 心。换句话说，节点在网络中的功能可以根据据网络的需求 来改变，任何节点可以是终端也可以是路由器，其典型结构 如图8-2所示。
无线数据通信组网技术
无线数据通信组网技术
重点、难点 • 无线数据网络的拓扑结构。 • AdHoc 网络技术。 • Mesh 网络的结构。
无线数据通信组网技术
4）节点能源和处理能力受限 在无线自组织网络中，节点都被要求小巧、轻便、便于 携带。节点的能源一般都选择电池。出于体积和成本方面的 考虑，处理器的CPU速度较慢、内存较低、处理能力较弱。 5）多跳通信。 由于网络中的节点大多受到的能源限制，所以单个节点 的通信距离有限，和目的节点间的通信往往要经过其他中间 节点的转发，这种通信方式就叫做多跳。需要注意的是，转 发功能是由网络中的普通节点完成的，而不是由传统意义上 的网络中心节点完成的。
无线数据通信组网技术
综上分析，当无线网络规模较小时，可采用平面结构进 行组网；当无线网络规模较大时，可采用分级结构进行组网。 8.2.2 网络协议体系构造
目前，在计算机数据通信网领域内，最具权威的标准是 国际标准化组织(ISO)提出的开放式系统互连参考模型 (OSI/RM)。OSI/RM把计算机网络在功能上分为7个层次， 每一层都执行特定的功能，相邻的上下两层之间通过层间的 服务访问点(软件接口)进行通信，上一层利用下一层功能提 供的服务。当前无线数据网络构建过程中共同采用的网络协 议模型，就是开放系统互连的七层参考模型。
这种说法，网络中的任何节点都可以是中心，也可以不是中 心。换句话说，节点在网络中的功能可以根据据网络的需求 来改变，任何节点可以是终端也可以是路由器，其典型结构 如图8-2所示。
无线数据通信组网技术
第三章 Internet接入技术
点的帧。
3.4 网络连接设备
将网络互相连接要使用一些中继(relay)系统。根 据所在层次，分为五种中继(relay)系统：
物理层中继系统，即repeater或hub; 数据链路层中继系统，即网桥或第二层交换机 网络层中继系统，即路由器router或第三层交换机 网桥和路由器混合物桥路器brouter。 在传输层以上的中继系统，即网关gateway。
第三章 Internet接入技术
主要内容：
3.1 网络拓扑结构
3.2 传输介质
3.3 网络接口卡NIC
3.4 网络连接设备
3.5 Internet接入技术
3.1 网络拓扑结构
两个或两个以上设备连接到一条链路上；两条以 上的链路形成网络拓扑。
一、定义：
网络拓扑是所有链路和连接的所有设备互相之间 关系的几何表示。
5、Tree Topology（树形拓扑） 树形拓扑是星形拓扑的一种变体。网络节点都 连接到控制网络交通量的中央Hub(集线器)上。
树形拓扑的连接形式： 不是所有的设备都直接接入中央集线器，绝大 多数设备是首先连接到一个次级集线器上，再 由次级集线器连接到中央集线器上的。 树形拓扑中的Hub(集线器)： 中央集线器是一个有源集线器。一个有源集线 器内含有一个重发器。信号重发增强了信号的 传输能力并延长了信号在发送者和接收者间的 有效传输距离。
同轴电缆连接器：
为了把同轴电缆连接起来，必须使用BNC T型连 接器。
最常见的是根据形状称为套筒式连接器。在这类 连接器中，最常用的卡销式网络连接器BNC。
在有线电视和录象机连接中可见到嵌入式或插 入式的同轴电缆连接器。
另两类常用的连接器是T型连接头和终结端子。
T型连接头（在细缆以太网中使用）允许使用辅 助电缆或从主线路中引出分支。 终结端子在电缆端头吸收了电磁波消除了回声 反射。
3.4 网络连接设备
将网络互相连接要使用一些中继(relay)系统。根 据所在层次，分为五种中继(relay)系统：
物理层中继系统，即repeater或hub; 数据链路层中继系统，即网桥或第二层交换机 网络层中继系统，即路由器router或第三层交换机 网桥和路由器混合物桥路器brouter。 在传输层以上的中继系统，即网关gateway。
第三章 Internet接入技术
主要内容：
3.1 网络拓扑结构
3.2 传输介质
3.3 网络接口卡NIC
3.4 网络连接设备
3.5 Internet接入技术
3.1 网络拓扑结构
两个或两个以上设备连接到一条链路上；两条以 上的链路形成网络拓扑。
一、定义：
网络拓扑是所有链路和连接的所有设备互相之间 关系的几何表示。
5、Tree Topology（树形拓扑） 树形拓扑是星形拓扑的一种变体。网络节点都 连接到控制网络交通量的中央Hub(集线器)上。
树形拓扑的连接形式： 不是所有的设备都直接接入中央集线器，绝大 多数设备是首先连接到一个次级集线器上，再 由次级集线器连接到中央集线器上的。 树形拓扑中的Hub(集线器)： 中央集线器是一个有源集线器。一个有源集线 器内含有一个重发器。信号重发增强了信号的 传输能力并延长了信号在发送者和接收者间的 有效传输距离。
同轴电缆连接器：
为了把同轴电缆连接起来，必须使用BNC T型连 接器。
最常见的是根据形状称为套筒式连接器。在这类 连接器中，最常用的卡销式网络连接器BNC。
在有线电视和录象机连接中可见到嵌入式或插 入式的同轴电缆连接器。
另两类常用的连接器是T型连接头和终结端子。
T型连接头（在细缆以太网中使用）允许使用辅 助电缆或从主线路中引出分支。 终结端子在电缆端头吸收了电磁波消除了回声 反射。
第3章 计算机网络与Internet应用基础
第3章 计算机网络与Internet应用基础
计算机基础教程(Windows7+Office 2010)
5．网状拓扑型结构 网状拓扑结构没有上述四种拓扑那么明显的规则，结点的连接是 任意的，没有规律。网状拓扑的优先是系统的可靠性高，但是由于结 构复杂，就必须采用路由协议、流量控制等方法。广域网中基本都采 用网状拓扑结构。如图7-5所示。
3．总线型拓扑结构 总线拓扑结构是将网络中的所有设备都通过一根公共总线连接，通 信时信息沿总线进行广播式传送，如图7-3所示。
第3章 计算机网络与Internet应用基础
计算机基础教程(Windows7+Office 2010)
4．树型拓扑结构 树形拓扑从总线拓扑演变而来，形状像一棵倒置的树，顶端是树根， 树根以下带分支，每个分支还可再带子分支，如图7-4所示。树根接收各站 点发送的数据，然后再广播发送到全网。树形拓扑的特点大多与总线拓扑 的特点相同，但也有一些特殊之处。
（4）信道 信道是信息从信息的发送地传输到信息接收地的一个通路，它一般由 传输介质（线路）及相应的传输设备组成。
第3章 计算机网络与Internet应用基础
计算机基础教程(Windows7+Office 2010)
（5）数字信号与模拟信号 模拟信号是一种在时间和数值上都是连续变化的信号。模拟信号用 连续变化的物理量表示信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作 连续变化。
网络传输协议就是连入网络的计算机必须共同遵守的一组规则和约定，它可以保证 数据传送与资源共享能顺利完成。
3．网络管理软件 网络管理软件是能够通过对网络节点进行管理，以保障网络正常运行的管理软 件。网络管理软件有免费的，也有商业的。
4．网络服务软件 网络服务软件是运行于特定的操作系统下，提供网络服务的软件。在Windows XP/7/8下，因特网信息服务（Internet Information Server，IIS）可以提供WWW服 务、FTP服务和SMTP服务等。Apache是在各种Windows和UNIX系统中使用频率很 高的WWW服务软件。 5．网络应用软件 网络应用软件是能够与服务器进行通信，直接为用户提供网络服务的软件。
WLAN基础知识PPT课件
应用
WAN
(Wide Area Network)
MAN
(Metropolitan Area Network)
LAN
(Local Area Network)
PAN
(Personal Area Network)
PAN
蓝牙 <1 Mbps
LAN
802.11a, 11b, 11g GB156929.11
2–54+ Mbps
网络操 作系统
NOS
802.11
应用层 表示层 会话程 传输层 网络层 数字链路层 物理层
TCP
IP 逻辑链路层(LLC) 媒体访问控制(MAC)
无线局域网 (WLAN)
无线局域网 (Wireless Local Area Network) 是以射频无线电波通信技术构建 的局域网，虽不采用缆线，但也能提供传统有线局域网的所有功能。无线数 据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可以与有线网络环 境互为备份。
为什么要使用无线？
无线让网络使用更自由！ 凡是自由空间，均可连接网络，不受限于线缆和端口位置
为什么要使用无线？
无线让网络建设更经济、通信更便利！ 终端与交换设备间省去布线，有效降低布线成本 特殊地理环境下的网络架设，如隧道、码头、高速公路
为什么要使用无线？
无线让网络更高效！ 不受限于时间和地点的接入网络，满足各行各业对于网络应用的需求
宽带无线
MAC PHY OSI层1
802.11的发展进程
IEEE 802.2 逻辑链路控制(LLC)
OSI层2
IEEE 802.3
Ethernet 以太网
IEEE 802.4
Token Bus 令牌总线
WAN
(Wide Area Network)
MAN
(Metropolitan Area Network)
LAN
(Local Area Network)
PAN
(Personal Area Network)
PAN
蓝牙 <1 Mbps
LAN
802.11a, 11b, 11g GB156929.11
2–54+ Mbps
网络操 作系统
NOS
802.11
应用层 表示层 会话程 传输层 网络层 数字链路层 物理层
TCP
IP 逻辑链路层(LLC) 媒体访问控制(MAC)
无线局域网 (WLAN)
无线局域网 (Wireless Local Area Network) 是以射频无线电波通信技术构建 的局域网，虽不采用缆线，但也能提供传统有线局域网的所有功能。无线数 据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可以与有线网络环 境互为备份。
为什么要使用无线？
无线让网络使用更自由！ 凡是自由空间，均可连接网络，不受限于线缆和端口位置
为什么要使用无线？
无线让网络建设更经济、通信更便利！ 终端与交换设备间省去布线，有效降低布线成本 特殊地理环境下的网络架设，如隧道、码头、高速公路
为什么要使用无线？
无线让网络更高效！ 不受限于时间和地点的接入网络，满足各行各业对于网络应用的需求
宽带无线
MAC PHY OSI层1
802.11的发展进程
IEEE 802.2 逻辑链路控制(LLC)
OSI层2
IEEE 802.3
Ethernet 以太网
IEEE 802.4
Token Bus 令牌总线
局域网(LAN)特点、组成和结构
CSMA/CD的流程图
开始
Yes 媒体忙？
No
No 发送完？
Yes
发送帧 No 碰撞？
Yes
发送成功
发送Jam
延迟随机时间 No
N≥16? Yes
发送失败 碰撞次数N+1
IEEE802.3帧 /Ethernet帧
7
1
2/6
PA SFD DA
2/6
SA
2
LEN
46-1500
LLCPDU Pad
4字节
▪减少冲突的等待策略 信道空闲，可发送数据；信道忙，发送站退避一随机时
间后再进行监听
▪退避算法：非坚持、1－坚持、P－坚持
非坚持型（0-坚持型）CSMA
➢监听到信道空闲，则立即发送
➢监听到信道忙，退避一随机时间后再监听
优点：采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的 可能性
缺点：监听到信道忙马上延迟一个随机时间再重新监 听，但很可能在再次监听前信道已经空闲。非坚持 CSMA不能找出信道刚变成空闲的时刻。信道利用率 不高
LLC PDU
DSAP SSAP 控制 数据
物理网络地址（ MAC地址，硬件地址）
➢ 48bit ➢ 站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关
IEEE是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地 址六个字节中的前三个字节(即高24位)
物理地址= Manufacture ID （地址块）+ NIC ID
在有限的地理范围内将大量pc及各种设备互连实现数据通信和资源共享的计算机网络?覆盖范围小距离几百米至几公里房间建筑物校园等为一个单位所拥有?高传输速率11000mbps?低误码率1081010?以pc为主体包括终端及各种外设一般不设中央主机系统?仅包含osirm中的低二层功能?简单成本低灵活便于管理和扩充局域网拓扑结构总线形abcc星形abca环形adcbt局域网覆盖范围小距离短通常采用共享信道连接各设备进行通信多路访问技术拓扑结构简单busabcc?所有节点工作站通过共享信道总线传输数据广播型信道?一般采用分布式介质访问控制方法优点
无线通信与网络chap3.
may arrive out of sequence Exit node restores packets to original order Responsibility of exit node or destination to detect
service from telephone company
Switching Terms
Switching Nodes:
Intermediate switching device that moves data Not concerned with content of data
Stations:
Priorities can be used
Disadvantages of Packet Switching
Each packet switching node introduces a delay Overall packet delay can vary substantially
Exchanges - switching centers in the network
A switching centers that support subscribers is an end office
Trunks - branches between exchanges
How Packet Switching Works
Higher-speed
High-speed local area network (LAN) Metropolitan area network (MAN) High-speed wide area network (WAN)
Speed and Distance of Communications Networks
service from telephone company
Switching Terms
Switching Nodes:
Intermediate switching device that moves data Not concerned with content of data
Stations:
Priorities can be used
Disadvantages of Packet Switching
Each packet switching node introduces a delay Overall packet delay can vary substantially
Exchanges - switching centers in the network
A switching centers that support subscribers is an end office
Trunks - branches between exchanges
How Packet Switching Works
Higher-speed
High-speed local area network (LAN) Metropolitan area network (MAN) High-speed wide area network (WAN)
Speed and Distance of Communications Networks