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计算机网络之WPAN 和 WLAN

上一篇文章内容:无线局域网


1.WPAN(无线个人区域网)

WPAN 是以个人为中心来使用的无线个人区域网,它实际上就是一个低功率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术。

(1)  蓝牙系统(Bluetooth)

(2)  低速 WPAN:ZigBee

WLAN 是同时为许多用户服务的无线局域网,它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。

1.1蓝牙系统(Bluetooth)

最早使用的 WPAN 是 1994 年爱立信公司推出的蓝牙系统,其标准是 IEEE 802.15.1 。 蓝牙的数据率为 720 kb/s,通信范围在 10 米左右。 蓝牙使用 TDM 方式扩频跳频 FHSS 技术组成不用基站的皮可网(piconet)。

Piconet 直译:“微微网”,覆盖面积非常小。

每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工作的从设备(Slave)。

蓝牙系统中的皮可网和扩散网

通过共享主设备或从设备,可以把多个皮可网链接起来,形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。 主从工作方式的个人区域网实现起来价格比较便宜。  

1.2低速 WPAN

主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域,其速率是 2 ~ 250 kb/s。

标准: IEEE 802.15.4。新修订的标准是 IEEE 802.15.4-2006。

典型的低速 WPAN : ZigBee

ZigBee 技术主要用于各种电子设备(固定的、便携的或移动的)之间的无线通信,其主要特点是通信距离短(10 ~ 80 m),传输数据速率低,并且成本低廉。

ZigBee 的特点

(1)功耗非常低,省电。    

工作时:信号的收发时间很短;    

非工作时:ZigBee 结点处于休眠状态,非常省电。

对于某些工作时间和总时间之比小于 1% 的情况,电池的寿命甚至可以超过10 年。

(2)网络容量大。

一个 ZigBee 的网络最多包括有255 个结点,其中一个是主设备,其余则是从设备。若是通过网络协调器,整个网络最多可以支持超过 64000 个结点。

ZigBee 的标准

在 IEEE 802.15.4 标准基础上发展而来的。ZigBee 产品也是 802.15.4 产品。 IEEE 802.15.4 只是定义了 ZigBee 协议栈的最低的两层(物理层和 MAC 层),而上面的两层(网络层和应用层)则是由 ZigBee 联盟定义的。

ZigBee 的组网方式

     一个全功能设备 FFD (Full Function Devic)充当网络的协调器。许许多多精简功能设备 RFD(Reduced Function Device)  结点。

                                                              ZigBee 网络中的端设备

ZigBee 技术的主要应用:家庭自动化楼宇自动化

 ZigBee 技术低成本、低功耗、低传输率、安全性好的特点,使它很适合应用于家用电器和小型电子设备的无线控制领域。

家庭自动化:  ZigBee 技术通过无线方式将各种电子和电器产品连接起来,用户只需使用一个遥控器在规定范围内就可以操控各种家用电器。   家庭防盗和报警系统。

楼宇自动化:  通过建立完备的 ZigBee 网络,智能建筑可以感知火灾隐患,自动控制中央空调,及时掌握酒店房内客人出入信息等等。

工业领域:通过 ZigBee 网络实现各种多区域温度湿度监控;自动收集资料,并将信息反馈到基站进行数据分析和处理;照明系统感测;生产流程控制;生产环境监控,对环境进行实时检测。   

农业生产:通过 ZigBee 网络可实现土壤酸碱度监测,湿度和温度监测和控制,农作物生长过程实时监测等。    

医疗领域:通过 ZigBee 网络搜集病人的信息和检查结果,进行身体状况适时测量;人体内消化道疾病探测等。

2.WLAN(无线城域网)

2002 年 4 月通过了 802.16 无线城域网的标准。欧洲的 ETSI 也制订类似的无线城域网标准 HiperMAN。 WMAN 可提供“最后一英里”的宽带无线接入(固定的、移动的和便携的)。

在许多情况下,无线城域网可用来代替现有的有线宽带接入,有时又称为无线本地环路。  

WiMAX:表示无线城域网 WMAN,              

Wi-Fi :    表示无线局域网 WLAN 。

IEEE 的 802.16 工作组:无线城域网标准制订, 两个正式标准 802.16d(802.16-2004),是固定宽带无线接入空中接口标准。 802.16 的增强版本:802.16e,是支持移动性的宽带无线接入空中接口标准,它向下兼容 802.16-2004。  

802.16 无线城域网服务范围的示意图

几种无线网络的比较

局域网媒体访问控制

局域网工作原理

 LLC(逻辑链路控制)子层

逻辑链路控制子层(LLC):  其目的是屏蔽不同的媒体访问控制方法,以向高层(网络层)提供统一的服务和接口。

LLC/网络层接口服务规范

LLC子层提供的服务和服务原语 (1) 类型1(Type1):基本的面向无连接的服务。    

数据传输之前,无需进行对等实体之间的连接;数据传输时,不提供差错恢复、流量控制和排序功能;数据传输可以是点到点、一点到多点,或广播方式进行; 提供数据报服务,适用于对数据传输可靠性要求不高,或者可由高层采取措施保证数据传输可靠性的环境。

面向无连接的数据传输服务原语:    

L-DATA.req(LA,RA,LS,SC),    

L-DATA.ind(LA,RA,LS,SC),    

LA/RA:本地和远程的结点地址,    

LS:被传输的LSDU,    

SC:有关的传输控制信息(例如:优先级)。

                                   

LLC:基本的面向连接的服务。

数据传输之前,需建立对等实体之间的连接; 数据传输在点到点之间发生,提供DL的差错恢复、流量控制和排序等功能。 每次通信都要经历连接建立、数据传输和释放连接的过程。可以进一步地提高数据传输的可靠性。

面向连接的数据传输服务原语

建立连接

L-CONNECT.req(LA,RA,SC),

L-CONNECT.ind(LA,RA,S,SC),

L-CONNECT.cnf(LA,RA,S,SC),


连接复位

L-RESET.req(LA,RA),

L-RESET.ind(LA,RA,R),

L-RESET.cnf(LA,RA,S),


数据传输

L-DATA.req(LA,RA,LS),

L-DATA.ind(LA,RA,LS),

L-DATA.cnf(LA,RA,S),


连接释放

L-DISCONNECT.req(LA,RA),  

L-DISCONNECT.ind(LA,RA,R),  

L-DISCONNECT.cnf(LA,RA,S),


流量控制:     L-CONNECT-FLOWCONTROL.req(LA,RA,A),高层实体向LLC实体请求控制来自LLC子层的数据流量;    

L-CONNECT-FLOWCONTROL.ind(LA,RA,A),LLC实体向高层实体指示控制来自网络层的数据流量。    

A:允许通过的数据流量信息。

R: 释放原因,

S: 成功程度。


LLC/LLC对等协议规程

定义LLC实体之间交换的帧(LLC PDU)的格式,以及双方交换帧的时序。

                 

 LLC PDU格式

支持LLC子层实体之间交换LLC PDU(LLC帧)时,MAC子层应向LLC子层提供的服务,该服务与使用的媒体和采用的媒体访问控制方法无关。


MAC服务原语  

MAC-DATA.req(RA,LP,SC),请求发送一个LLC PDU。    

MAC-DATA.ind(RA,LA,S,SC),MAC实体向LLC实体指示一个LLC PDU的到来    

MAC-DATA.cnf(S,SC),MAC实体向源发LLC实体报告LLC PDU的发送结果。      

LP:LLC PDU;

SC:控制信息


局域网特点

采用广播技术,一个结点发送的信息可以被另本网内的所有结点所感知,并且只有接收结点才真正接收。  媒体访问控制简单。  

统一的LLC层对高层服务:使得高层(网络层)无需考虑对应的是什么类型的局域网。  

不同类型的局域网之间需要有专门的设备互连才能通信。

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