第8章 無線接入技術

“十二五”規(guī)劃系列課程教材接入網(wǎng)技術第8章無線接入技術8.1WLAN8.2LMDS目錄Contents8.3MMDS8.4近距離無線接入技術第8章無線接入技術學習提示本章重點、難點WLAN的基本概念、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)WLAN的技術標準學習本章目的和要求掌握WLAN的基本概念、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掌握WLAN技術了解LMDS、MMDS了解藍牙、ZigBee和RFID技術8.1WLAN8.2LMDS目錄Contents8.1.1WLAN的基本概念8.1.2WLAN的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)8.1.3WLAN技術8.3MMDS8.4近距離無線接入技術第8章無線接入技術8.1.1

WLAN的基本概念1、WLAN的概念無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是利用無線技術實現(xiàn)快速接入以太網(wǎng)的技術。WLAN具有安裝便捷、使用靈活、經(jīng)濟節(jié)約、易于擴展等有線網(wǎng)絡無法比擬的優(yōu)點。5第8章無線接入技術8.1.1

WLAN的基本概念2、WLAN的基本組成WLAN一般包括三種基本組件：無線接入點（AccessPoint，AP）、無線工作站（STA）和空中端口。6第8章無線接入技術8.1.1

WLAN的基本概念3、AC的引入（1）胖AP和瘦AP（2）AC（3）AC+AP架構(gòu)的優(yōu)點7第8章無線接入技術8.1.1

WLAN的基本概念4、AC與AP間通信的原理首先，AP與AC之間的通信過程包括三種情況。（1）AP啟動過程（2）MAC認證流程（3）數(shù)據(jù)傳輸過程8第8章無線接入技術8.1.2WLAN的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)1、自組織網(wǎng)絡圖8-3自組織網(wǎng)絡示意圖9第8章無線接入技術8.1.2WLAN的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)2、有中心網(wǎng)絡10第8章無線接入技術8.1.2WLAN的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)3、AC+AP架構(gòu)的WLANAC+AP架構(gòu)的WLAN仍然是有中心網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。只是在其中引入了具有管理功能的AC。根據(jù)WLAN網(wǎng)絡規(guī)模和拓撲結(jié)構(gòu)特點，可以將AC部署在網(wǎng)絡中的不同位置，AC部署方案通常有以下三種：方案一：二層直連方案。方案二：AC旁掛BRAS方案。方案三：AC位于城域網(wǎng)方案。11第8章無線接入技術8.1.2WLAN的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（1）二層直連方案12第8章無線接入技術8.1.2WLAN的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（2）旁掛BRAS方案13第8章無線接入技術8.1.2WLAN的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（3）AC位于城域網(wǎng)方案14第8章無線接入技術8.1.3WLAN技術1、WLAN傳輸技術WLAN傳輸技術根據(jù)采用的傳輸媒體、選擇的頻段以及調(diào)制方式的不同分為很多種。WLAN的傳輸媒體主要是微波和紅外線。即使采用同類媒體，不同的WLAN標準采用的頻段也有差異。對于采用微波的WLAN而言，按照調(diào)制方式又分為擴展頻譜方式和窄帶調(diào)制方式。15第8章無線接入技術8.1.3WLAN技術2、WLAN技術標準表8-1 IEEE802.11系列標準主要技術指標比較標準名稱提出時間工作頻段最高傳輸速率調(diào)制技術無線覆蓋范圍IEEE802.111997年2.4GHz或紅外2MbpsBPSKDQPSK+DSSSGFSK+FHSSN/AIEEE802.11b1999年2.4GHz11MbpsCCK+DSSS100mIEEE802.11a1999年5GHz54MbpsOFDM50mIEEE802.11g2003年2.4GHz54MbpsOFDM；CCK<100mIEEE802.11n2003年草案2009年批準2.4GHz或5GHz300MbpsMIMO+OFDM幾百米IEEE802.11ac2011年草案待批準5GHz1GbpsMIMO+OFDM幾百米16第8章無線接入技術8.1.3WLAN技術3、WLAN安全技術（1）IEEE802.1x協(xié)議（2）WEP協(xié)議（3）IEEE802.11i標準與WPA/WPA2協(xié)議（4）WAPI（5）VPN技術178.2WLAN8.1LMDS目錄Contents8.2.1LMDS的基本概念8.2.2LMDS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.2.3LMDS技術的特點與業(yè)務8.3MMDS8.4近距離無線接入技術第8章無線接入技術8.2.1

LMDS的基本概念本地多路分配業(yè)務（LocalMultipointDistributionServices，LMDS）屬于無線固定接入手段，是一種工作于10GHz以上的頻段、寬帶無線點對多點接入技術。19第8章無線接入技術8.2.2LMDS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一個完善的LMDS網(wǎng)絡是由四部分組成的：核心網(wǎng)絡、基站、用戶端設備以及網(wǎng)管系統(tǒng)。基站核心網(wǎng)絡用戶站基站用戶站……空中接口網(wǎng)管系統(tǒng)20第8章無線接入技術8.2.3LMDS技術的特點與業(yè)務1、LMDS技術的特點（1）LMDS的優(yōu)點①頻率復用高、系統(tǒng)容量大。②工作頻帶寬、可提供寬帶接入。③運營商啟動資金較小，后期擴容能力強，投資回收快。④提供業(yè)務種類多、速度快。⑤在用戶發(fā)展方面極具靈活性和可擴展性。21第8章無線接入技術8.2.3LMDS技術的特點與業(yè)務（2）LMDS的缺點①LMDS服務區(qū)覆蓋范圍較小，小區(qū)半徑一般在5km左右，不適合遠程用戶使用；②不適用于降雨量大的地區(qū)，會受“降雨衰減”效應的限制，降雨衰減指的是雨滴對微波的散射和吸收所造成的信號失真的現(xiàn)象；③不適用于地形、地物變化較大的地方，因為微波直線傳輸，所以只能實現(xiàn)視距接入，地形、地物的阻擋會使基站與遠端站間的通信中斷；④傳輸質(zhì)量在無線覆蓋區(qū)邊緣不穩(wěn)定；⑤LMDS仍屬于固定無線通信，缺乏移動靈活性。22第8章無線接入技術8.2.3LMDS技術的特點與業(yè)務2、LMDS業(yè)務LMDS提供的業(yè)務包括：（1）語音業(yè)務LMDS系統(tǒng)可以實現(xiàn)PSTN主干網(wǎng)無線接入，可以提供高質(zhì)量的語音服務。（2）數(shù)據(jù)業(yè)務LMDS可以實現(xiàn)低速數(shù)據(jù)業(yè)務、中速數(shù)據(jù)業(yè)務、高速數(shù)據(jù)業(yè)務，并支持局域網(wǎng)互連，可以支持多種數(shù)據(jù)網(wǎng)協(xié)議，如幀中繼、ATM、TCP/IP等。（3）Internet接入業(yè)務LMDS支持Internet寬帶無線接入，最高速率可達155Mbps。（4）視頻業(yè)務LMDS可以實現(xiàn)模擬和數(shù)字視頻業(yè)務，如視頻點播（VOD）、遠程教育、遠程醫(yī)療、會議電視、遠程監(jiān)控等。238.3WLAN8.1LMDS目錄Contents8.3.1MMDS的基本概念8.3.2MMDS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.3.3MMDS技術的特點與業(yè)務8.2MMDS8.4近距離無線接入技術第8章無線接入技術8.3.1MMDS的基本概念MMDS與LMDS類似，也是一種固定的點對多點寬帶無線接入系統(tǒng)。MMDS工作頻段主要集中在2GHz～5GHz，由于2GHz～5GHz頻段受雨衰的影響很小，并且在同等條件下空間傳輸損耗比LMDS低，所以MMDS系統(tǒng)可應用于半徑為40km左右的大范圍覆蓋。25第8章無線接入技術8.3.2MMDS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MMDS系統(tǒng)構(gòu)成與LMDS相似，一般由基站、用戶站和網(wǎng)管系統(tǒng)組成。雙向業(yè)務的數(shù)字MMDS系統(tǒng)主要由MMDS收發(fā)信機、天線、變頻器和機頂盒等設備組成，如圖8-9所示。26第8章無線接入技術8.3.3MMDS技術的特點與業(yè)務1、MMDS與LMDS技術的比較高頻段（26GHz）的LMDS技術和低頻段（2.5GHz，3.5GHz）的MMDS技術比較如下。①MMDS與LMDS都是微波技術，視距傳輸。②MMDS與LMDS系統(tǒng)在容量上、傳播距離上各有優(yōu)勢與劣勢，MMDS的傳播距離可達40km的范圍。我們注意到容量和傳播距離是負相關的關系。③在業(yè)務上，MMDS系統(tǒng)適合于用戶分布較分散、而業(yè)務需求卻不大的用戶業(yè)務群，而LMDS系統(tǒng)則適合于用戶分布集中、業(yè)務需求量大的用戶群。④在成本上，MMDS低于LMDS。⑤MMDS所能提供的數(shù)據(jù)帶寬同樣與可利用的頻段、采用的調(diào)制方式（QPSK、16QAM或64QAM）和扇區(qū)數(shù)量有關。27第8章無線接入技術8.3.3MMDS技術的特點與業(yè)務2、MMDS業(yè)務MMDS技術是以視距傳輸為基礎的圖像分配傳輸技術，MMDS可提供模擬視頻、數(shù)字視頻、雙向數(shù)據(jù)傳輸、因特網(wǎng)接入和電話業(yè)務等，還支持用戶終端業(yè)務、補充業(yè)務、GSM短消息業(yè)務和各種GPRS電信業(yè)務，適合于用戶分布較分散，而業(yè)務需求卻不大的用戶群。288.4WLAN8.1LMDS目錄Contents8.4.1藍牙技術8.4.2ZigBee技術8.4.3RFID技術8.3MMDS8.2近距離無線接入技術第8章無線接入技術8.4.1藍牙技術1、藍牙的概念及背景藍牙（Bluetooth）是一種短距離（一般10m內(nèi)）的無線通信技術。利用藍牙技術能在包括移動電話、PDA、無線耳機（見圖8-10）、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換，以取代原來所需的有線電纜。圖8-10藍牙耳機30第8章無線接入技術8.4.1藍牙技術2、藍牙組織與藍牙標準1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和Intel公司一起提出藍牙技術，并成立了藍牙特別興趣小組（BluetoothSIG），BluetoothSIG組織開發(fā)的藍牙標準有：1999年7月26日推出的藍牙技術規(guī)范1.0版本。2004年底BluetoothSIG推出了Bluetooth2.0標準。2010年7月，BluetoothSIG宣布正式采納藍牙4.0核心規(guī)范，并啟動對應的認證計劃。IEEE的標準化機構(gòu)，也已經(jīng)成立了IEEE802.15工作組，專門關注有關藍牙技術標準的兼容和未來的發(fā)展等問題。IEEE802.15.1TG1就是討論建立與藍牙規(guī)范版本相一致的標準，IEEE802.15.1標準是基于藍牙規(guī)范V1.1實現(xiàn)的，IEEE802.15.1a等同于藍牙規(guī)范V1.2；IEEE802.15.2TG2是探討藍牙如何與IEEE802.11b無線局域網(wǎng)技術共存的問題；而IEEE802.15.3TG3則是要研究未來藍牙技術向更高速率（如10～20Mbit/s）發(fā)展的問題。31第8章無線接入技術8.4.1藍牙技術3、藍牙技術的特點（1）全球范圍適用（2）可以同時傳輸語音和數(shù)據(jù)（3）可以建立臨時性對等連接（4）抗干擾能力強（5）體積?。?）功耗?。?）低成本（8）全部公開的技術標準圖8-11藍牙模塊32第8章無線接入技術8.4.2ZigBee技術1、ZigBee的概念及背景ZigBee與藍牙相類似，是一種短距離、低功耗的無線通信技術。ZigBee譯為“紫蜂”，ZigBee這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也可以說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡。2000年12月IEEE802.15.4工作組成立，負責研究制定的IEEE802.15.4標準是一種經(jīng)濟、高效、低速率（小于250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線通信技術，用于無線個域網(wǎng)（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN）和對等網(wǎng)狀網(wǎng)絡。ZigBee的特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。33第8章無線接入技術8.4.2ZigBee技術ZigBee作為一種便宜的、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術，主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。ZigBee網(wǎng)絡可以便捷的為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能，因此在物聯(lián)網(wǎng)領域具有非常強的可應用性。ZigBee網(wǎng)絡中設備的可分為協(xié)調(diào)器（Coordinator）、匯聚節(jié)點（Router）、傳感器節(jié)點（EndDevice）等三種角色。圖8-12ZigBee模塊34第8章無線接入技術8.4.2ZigBee技術ZigBee作為一種便宜的、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術，主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。ZigBee網(wǎng)絡可以便捷的為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能，因此在物聯(lián)網(wǎng)領域具有非常強的可應用性。ZigBee網(wǎng)絡中設備的可分為協(xié)調(diào)器（Coordinator）、匯聚節(jié)點（Router）、傳感器節(jié)點（EndDevice）等三種角色。35第8章無線接入技術8.4.2ZigBee技術2、ZigBee聯(lián)盟與ZigBee標準（1）ZigBee聯(lián)盟2001年8月，ZigBee聯(lián)盟（ZigBeeAlliance）成立。2002年下半年，英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導體公司共同宣布加入ZigBee聯(lián)盟，研發(fā)名為“ZigBee”的下一代無線通信標準，這一事件成為該技術發(fā)展過程中的里程碑。ZigBee聯(lián)盟的目的是為了在全球統(tǒng)一標準上實現(xiàn)簡單可靠、價格低廉、功耗低、無線連接的監(jiān)測和控制產(chǎn)品進行合作，并于2004年12月發(fā)布了第一個正式標準。36第8章無線接入技術8.4.2ZigBee技術（2）ZigBee標準ZigBeeV1.0是第一個ZigBee標準公開版，于2005年6月開放下載，文件內(nèi)記載公布時間為June27，2005，內(nèi)部文件編號為053474r06。ZigBeeV1.1是第二個ZigBee標準公開版，于2007年1月開放下載，文件內(nèi)記載公布時間為December1，2006，內(nèi)部文件編號為053474r13。又稱為ZigBee2006。ZigBeeV1.2是第三個ZigBee標準公開版，于2008年1月開放下載，文件內(nèi)記載公布時間為January17，2008，內(nèi)部文件編號為053474r17。又稱為ZigBeePro、ZigBee2007。37第8章無線接入技術8.4.2ZigBee技術（2）ZigBee標準2009年開始，ZigBee采用了IETF的IPv66Lowpan（IPv6overLow-powerwirelessPersonalAreaNetworks）標準，Zigbee將逐漸被IPv66Lowpan標準所取代。ZigBee協(xié)議是基于IEEE802.15.4標準的WPAN協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層（PHY）、媒體訪問控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網(wǎng)絡層（NWK）、應用層（APL）等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE802.15.4標準的規(guī)定。38第8章無線接入技術8.4.2ZigBee技術（3）IEEE802.15.4標準IEEE802.15.4工作組于2003年12月通過了第一個IEEE802.15.4標準。IEEE802.15.4標準定義了在WPAN中通過射頻方式在設備間進行互連的方式與協(xié)議，該標準使用避免沖突的載波監(jiān)聽多址接入（MACD/CA）方式作為媒體訪問機制，同時支持星型與對等型拓撲結(jié)構(gòu)。在802.15.4標準中指定了兩個物理頻段和的直接擴頻串行物理層頻段：868/915MHz和2.4GHz的直接序列擴頻（DSSS）物理層頻段。39第8章無線接入技術8.4.2ZigBee技術3、ZigBee技術的特點（1）數(shù)據(jù)傳輸速率低（2）功耗低（3）數(shù)據(jù)傳輸可靠（4）網(wǎng)絡容量大（5）自動動態(tài)組網(wǎng)、自主路由（6）兼容性（7）安全性（8）實現(xiàn)成本低40第8章無線接入技術8.4.3RFID技術1、RFID的概念及背景射頻識別（RadioFrequencyIDentification，RFID），又稱無線射頻識別，俗稱電子標簽。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）或雷達反射的傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。RFID系統(tǒng)可以分為電子標簽（tag）、閱讀器（或讀寫器）和天線三大組件。41第8章無線接入技術8.4.3RFID技術依據(jù)電子標簽供電方式的不同，電子標簽可以分為有源電子標簽（Activetag）、無源電子標簽（Passivetag）和半無源電子標簽（Semi—passivetag）。有源電子標簽內(nèi)裝有電池，無源射頻標簽沒有內(nèi)裝電池，半無源電子標簽（Semi—passivetag）部分依靠電池工作。RFID讀寫器和電子標簽如圖8-13所示。該RFID讀寫器的天線是內(nèi)置的。圖8-13RFID讀寫器和電子標簽42第8章無線接入技術8.4.3RFID技術RFID系統(tǒng)的工作原理：閱讀器通過天線發(fā)送電子信號，標簽接收到信號后發(fā)射內(nèi)部存儲的標識信息，閱讀器再通過天線接收并識別標簽發(fā)回的信息，最后閱讀器再將識別結(jié)果發(fā)送給主機。43第8章無線接入技術8.4.3RFID技術2、RFID標準目前RFID技術存在三個標準體系：ISO標準體系、EPCGlobal標準體系和UbiquitousID標準體系。44第8章無線接入技術8.4.3RFID技術3、RFID對比條形碼的特點（1）快速掃描（2）體積小型化、形狀多樣化（3）抗污染能力和耐久性（4）可重復使用（5）穿透性和無屏障閱讀（6）數(shù)據(jù)的記憶容量大（7）安全性45第8章無線接入技術小結(jié)1．無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是利用無線技術實現(xiàn)快速接入以太網(wǎng)的技術。2．WLAN一般包括三種基本組件：無線接入點（AccessPoint，AP）、無線工作站（STA）和空中端口。3．AP分為胖AP（FatAP）和瘦AP（FitAP）兩種。胖AP又稱無線路由器。無線路由器