計(jì)算機(jī)組網(wǎng)補(bǔ)充無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)

《計(jì)算機(jī)組網(wǎng)原理》補(bǔ)充：無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)5/29/20231一、概述二、移動(dòng)通信基本原理三、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)—802.11四、寬帶無(wú)線(xiàn)接入—802.16五、蘭牙技術(shù)六、移動(dòng)IP5/29/20232一、概述

1.WirelessNetwork大致分成三類(lèi)：(1)系統(tǒng)互聯(lián)

短距離的通信。

藍(lán)牙技術(shù)5/29/20233(2)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)5/29/20234(3)無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)低速：GSM、CDMA第2.5代GPRS高速：IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)

5/29/20235二、移動(dòng)通信基本原理5/29/20236移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)

第1代移動(dòng)電話(huà)Analogvoice模擬語(yǔ)音第2代移動(dòng)電話(huà)Digitalvoice數(shù)字語(yǔ)音第3代移動(dòng)電話(huà)Digitalvoiceanddata(Internet，E-mail，etc.)數(shù)字語(yǔ)音和數(shù)據(jù)

5/29/202371.第1代移動(dòng)電話(huà)：模擬語(yǔ)音

蜂窩的概念 移動(dòng)電話(huà)主要采用頻率復(fù)用，但分配給移動(dòng)電話(huà)的頻段很少，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。 因此就提出將地區(qū)劃分成小區(qū)，稱(chēng)為蜂窩（Cell），每個(gè)蜂窩內(nèi)使用一組頻率，相隔一段距離后，相同的頻率又可重復(fù)使用。每個(gè)蜂窩區(qū)域的范圍約為10～20公里。最早在AMPS系統(tǒng)中使用(1982年，Bell)。

5/29/202385/29/202392.第2代移動(dòng)電話(huà)：數(shù)字語(yǔ)音

D-AMPSGSMTheGlobalSystemforMobileCommunicationCDMACodeDivisionMultipleAccess

5/29/202310(1)GSM

復(fù)用方式：頻分+時(shí)分5/29/202311工作原理

5/29/202312HLR：用戶(hù)原登記注冊(cè)地區(qū)的數(shù)據(jù)庫(kù)VLR：用戶(hù)移動(dòng)到外地后，當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)庫(kù)AC：用于認(rèn)證，保護(hù)用戶(hù)不被非法用戶(hù)盜用EIR：其中登記有移動(dòng)電話(huà)的設(shè)備類(lèi)型，用于識(shí)別設(shè)備類(lèi)型5/29/202313呼叫尋址過(guò)程5/29/202314步驟：1.呼叫目的移動(dòng)電話(huà)2.電話(huà)網(wǎng)識(shí)別移動(dòng)電話(huà)號(hào)碼，傳送此呼叫到相應(yīng)的MSC3.詢(xún)問(wèn)HLR4.該移動(dòng)用戶(hù)不在本地，轉(zhuǎn)發(fā)到用戶(hù)所在地的VLR（漫游）5.VLR返回routingnumber給HLR，并傳到MSC6.根據(jù)routingnumber，呼叫被轉(zhuǎn)移到用戶(hù)所在的MSC7.8.目的地MSC直接從VLR中訪(fǎng)問(wèn)到目的用戶(hù)的參數(shù)9.將呼叫送達(dá)目的基站及目的用戶(hù)移動(dòng)電話(huà)10.移動(dòng)電話(huà)回答對(duì)方的呼叫5/29/202315(2)CDMA

CodeDivisionMultipleAccess

碼分多重訪(fǎng)問(wèn)采用編碼方式實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用，具有容量大、保密性好、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。5/29/2023161)ChipSequence每個(gè)比特(bit)時(shí)間被分成m個(gè)短的時(shí)間片，稱(chēng)為Chip(薄片)。

通常每個(gè)比特有64個(gè)或128個(gè)Chip，以下我們以8個(gè)Chip為例。每個(gè)站點(diǎn)被指定一個(gè)唯一的m位的代碼，稱(chēng)為Chipsequence。發(fā)送“1”時(shí)，站點(diǎn)發(fā)送chipsequence的原碼；發(fā)送“0”時(shí)，站點(diǎn)發(fā)送chipsequence的反碼。5/29/202317例如：A的chipsequence為00011011A發(fā)送“1”時(shí)為00011011A發(fā)送“0”時(shí)為11100100為解釋時(shí)容易理解，用“+1”代替“1”，用“-1”代替“0”。見(jiàn)下圖所示。5/29/2023185/29/2023192)正交特性設(shè)某站的chipsequence是S，內(nèi)含S1…Si另一個(gè)站的chipsequence是T，含T1…Ti

得S和T的“內(nèi)積”：SxT=0SxT=0SxS=1Sx?=-15/29/2023203)發(fā)送時(shí)的復(fù)用見(jiàn)圖(c)其中“-”表示該站未發(fā)送。如B、C站均發(fā)送1，則得：(-1-1+1-1+1+1+1-1)+(-1+1-1+1+1+1-1-1)=(-2000+2+20-2)5/29/2023215/29/2023224)接收時(shí)的還原運(yùn)用內(nèi)積規(guī)則如收到復(fù)用后的S，欲還原C，只需求SxC即可。例：S=ā+B+C

SxC=(ā+B+C)xC=āxC+BxC+CxC=0+0+1=1見(jiàn)圖(d)所示。5/29/2023235/29/2023245/29/2023253.第三代移動(dòng)電話(huà)

第一、二代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)是由各個(gè)國(guó)家制定的，因而互通性、兼容性很差。為移動(dòng)通信的漫游帶來(lái)很大困難。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）希望在制定第三代(3G)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范。1985年ITU首先提出了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)被稱(chēng)為“未來(lái)公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)”，即FPLMTS（FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystems）。5/29/202326

1996年ITU正式將其更名為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)IMT－2000，意即：在2000年左右進(jìn)入商用；工作在2000MHz頻段；工作帶寬是2000kHz。5/29/202327

按ITU總目標(biāo)，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)有如下目標(biāo)和特征：（1）提供高速率和多種速率支持多種業(yè)務(wù)，能支持從話(huà)音到分組數(shù)據(jù)到多媒體業(yè)務(wù)，特別是Internet，應(yīng)能根據(jù)需要來(lái)提供必要的帶寬。其最低無(wú)線(xiàn)傳輸要求是：快速移動(dòng)環(huán)境：最高速率達(dá)114kbps步行環(huán)境：最高速率達(dá)384kbps室內(nèi)環(huán)境：最高速率達(dá)2Mbps5/29/202328（2）全球覆蓋及全球無(wú)縫漫游、全球使用共用頻段（1885－2025MHz，2110－2200MHz）。但不要求各系統(tǒng)在無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部技術(shù)完全一致，而要求在網(wǎng)絡(luò)接口、互通及業(yè)務(wù)能力方面的統(tǒng)一或協(xié)調(diào)。（3）高頻譜效率。（4）高服務(wù)質(zhì)量：具有長(zhǎng)話(huà)的話(huà)音質(zhì)量，比特錯(cuò)誤率小于10－6的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。（5）低成本、低功耗、小體積、高保密等良好的商業(yè)特性。5/29/202329

2000年月ITU從全球各大公司提交的10種第三代通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建議中選擇了三種作為3G應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。即：

W-CDMA(WidebandCDMA)CDMA2000TD-SCDMA5/29/202330

WCDMA（Wideband

CDMA）寬帶CDMA。

該標(biāo)準(zhǔn)由歐洲國(guó)家提出。WCDMA源于歐洲和日本幾種技術(shù)的融合。WCDMA采用直擴(kuò)模式，載波帶寬為5MHz，數(shù)據(jù)傳送可達(dá)到每秒2Mbps（室內(nèi)）及384Kbps（移動(dòng)空間）。WCDMA與GSM網(wǎng)絡(luò)有良好的兼容性和互操作性，其支持者主要是以GSM系統(tǒng)為主的歐洲廠(chǎng)商。

5/29/202331CDMA2000是美國(guó)電信標(biāo)準(zhǔn)組織用于第三代CDMA的名稱(chēng)。該標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)高通北美公司為主導(dǎo)提出，摩托羅拉、朗訊和三星等廠(chǎng)商都有參與。CD－MA2000是由窄頻CDMA發(fā)展而來(lái)，發(fā)展路線(xiàn)是CDMA—CDMA1X—CDMA2000，技術(shù)的延續(xù)性強(qiáng)。但是CDMA2000的多載傳輸方式比起WCDMA的直擴(kuò)模式，對(duì)頻率資源利用率偏低。

5/29/202332TD—SCDMA（Time

Divided

Synchronization

CDMA）時(shí)分同步CDMA。由中國(guó)大唐集團(tuán)提出，TD—SCDMA的優(yōu)勢(shì)在于，采用了智能天線(xiàn)、聯(lián)合檢測(cè)等先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)動(dòng)態(tài)選擇業(yè)務(wù)模式，有較高的頻率利用率，不需要對(duì)稱(chēng)頻段，只需很少的啟動(dòng)頻率，而且TDD方式適合承載不對(duì)稱(chēng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

5/29/202333據(jù)2003年10月報(bào)道：世界上已頒發(fā)的119張3G牌照中有112張為WCDMA，7張為CDMA2000。5/29/202334

三、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)—802.11802.11基本概念802.11標(biāo)準(zhǔn)

5/29/202335

1.無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)：802.11

為了規(guī)范無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)移動(dòng)數(shù)據(jù)通信所使用的頻率和通信方式，1997年起IEEE陸續(xù)公布了802.11標(biāo)準(zhǔn)系列：802.11a、802.11b、802.11d、802.11e、802.11f、802.11g、802.11h、802.11i。該系列往往簡(jiǎn)稱(chēng)為Wi-Fi。

5/29/202336802.11定義了物理層和MAC層的工作，在802.11之上能運(yùn)行IP協(xié)議。它有兩種工作模式：(1)通過(guò)基站(basestation)通信5/29/202337基站之間由以太網(wǎng)相連5/29/202338(2)移動(dòng)主機(jī)直接通信(不需要基站)Adhoc網(wǎng)絡(luò)，又稱(chēng)為MANETs(MobileAdhocNETworks)

Adhoc為拉丁語(yǔ)，意思是：即席性。5/29/202339

Adhoc網(wǎng)的主要特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)的自主性各移動(dòng)主機(jī)之間直接通信，不需要借助其它網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)移動(dòng)主機(jī)的位置及成員數(shù)經(jīng)常在變動(dòng)。分布式控制移動(dòng)主機(jī)兼具路由器和主機(jī)功能，主機(jī)間地位平等。多跳(multihop)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)涉及路由選擇問(wèn)題。5/29/202340AdHoc網(wǎng)需解決路徑尋找問(wèn)題5/29/202341移動(dòng)主機(jī)自身的局限性如：發(fā)射功率小，電池壽命短。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的局限性如：帶寬有限，碰撞沖突的特殊性。網(wǎng)絡(luò)生命周期短一旦工作結(jié)束，原有網(wǎng)絡(luò)即告消失。網(wǎng)絡(luò)安全性差5/29/202342802.11與802.3因處理的對(duì)象不同，工作時(shí)有以下差異：1)無(wú)線(xiàn)電波的功率小，使偵聽(tīng)的范圍有限，而且信號(hào)與噪音的區(qū)分更困難。

A和C收不到各自發(fā)出的信號(hào)。5/29/2023432)

多次反射，造成multipathfading。

在室內(nèi)環(huán)境中，發(fā)射信號(hào)會(huì)在多個(gè)物體表面(如：墻面、桌子、天花板、人)發(fā)生反射，在不同平面反射后的信號(hào)到達(dá)接收點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生頻移，并且比原始信號(hào)稍有延遲。在接收端出現(xiàn)多個(gè)信號(hào)的疊加，使接收端的誤碼率增加。5/29/2023443)固定通信的應(yīng)用程序不適用于移動(dòng)通信。4)移動(dòng)主機(jī)在不同的cell(蜂窩)之間移動(dòng)時(shí)對(duì)外界是透明的。Portal。5/29/2023452.無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)

(1)802.11協(xié)議簇5/29/202346

802.11到現(xiàn)在為止己推出及正在制定的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)如下：802.11a5GHz頻段上的物理層標(biāo)準(zhǔn)。802.11b2.4GHz頻段上的物理層標(biāo)準(zhǔn)。802.11d當(dāng)前802.11規(guī)定的操作只在幾個(gè)國(guó)家是合法的，該標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充802.11在其它國(guó)家的應(yīng)用。802.11e改進(jìn)和管理WLAN的服務(wù)質(zhì)量，保證多媒體業(yè)務(wù)的傳輸。5/29/202347802.11f

實(shí)現(xiàn)不同廠(chǎng)商WLAN之間的互操作，保證網(wǎng)內(nèi)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)之間信息的互操作。802.11g

是802.11b的擴(kuò)充，通過(guò)提高傳輸率來(lái)增強(qiáng)802.11b的性能和應(yīng)用。802.11h

增強(qiáng)5GHz頻段的802.11MAC

規(guī)范及802.11a物理層規(guī)范。802.11i

增強(qiáng)WLAN的安全和鑒別機(jī)制。5/29/202348802.11a、b、g的比較：802.11b是最早推出，也是目前普及最廣和應(yīng)用最多的WLAN標(biāo)準(zhǔn)。工作在無(wú)需申請(qǐng)的2.4GHz頻段，通信距離100米，具有抗干擾能力強(qiáng)，接入方便，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。但其傳輸速率只有11Mbps，滿(mǎn)足不了動(dòng)態(tài)圖像傳送的需要。802.11a在很大程度上解決了802.11b的不足，最大傳輸速率為54Mbps。但是它使用需要申請(qǐng)的5GHz頻段，與802.11b不兼容，而且傳輸過(guò)程中信號(hào)損耗大，穿越墻壁困難，因而用戶(hù)比802.11b少。5/29/202349802.11g是2003年6月公布的標(biāo)準(zhǔn)。它與802.11b兼容，升級(jí)容易，傳輸速率達(dá)54Mbps，而且對(duì)障礙物的穿透能力較強(qiáng)，同時(shí)又具有802.11a的優(yōu)點(diǎn)。所以被認(rèn)為將成為WLAN的主流標(biāo)準(zhǔn)。物理層最大標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率傳輸距離頻段802.11b11(5.5)Mbps100米2.4GHz802.11a54(24)Mbps80米5.0GHz802.11g54(10-20)Mbps150米2.4GHz括孤中為實(shí)際傳輸速率。5/29/202350IEEE802.11體系結(jié)構(gòu)5/29/202351BSS：BasicServiceSet

基本服務(wù)集合，相當(dāng)于一個(gè)蜂窩（Cell）。

由一組執(zhí)行相同MAC協(xié)議，爭(zhēng)用同一共享媒體的接入站組成。

BSS內(nèi)的移動(dòng)主機(jī)可以是分布式的，也可通過(guò)位于AccessPoint（接入點(diǎn)）的基站接入。5/29/202352ESS：ExtendedServiceSet

擴(kuò)展服務(wù)集合。

由多個(gè)BSS通過(guò)一個(gè)分布式系統(tǒng)互聯(lián)而成，像一個(gè)單一的邏輯局域網(wǎng)。

一般來(lái)說(shuō)，分布式系統(tǒng)是一個(gè)有線(xiàn)主干局域網(wǎng)。5/29/202353(2)802.11物理層

802.11協(xié)議的物理層除使用紅外線(xiàn)外，主要采用擴(kuò)頻(spreadspectrum)技術(shù)進(jìn)行通信。根據(jù)不同的擴(kuò)頻技術(shù)提出了若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這些擴(kuò)頻技術(shù)主要是：FHSSFrequencHoppingSpreadSpectrum跳頻擴(kuò)頻DSSSDirectSequenceSpreadSpectrum直接序列擴(kuò)頻以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)于1997年提出，工作在2.4GHzISM頻段，傳輸速率為1或2Mbps。5/29/202354OFDMOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing正交頻分復(fù)用1999年提出的802.11a，工作在5GHz頻段，傳輸速率最高為54Mbps。2001年提出的802.11g采用相同的OFDM，但工作在2.4GHz頻段，速率為11Mbps～54Mbps。HR-DSSSHighRateDSSS

高速直接序列擴(kuò)頻1999年提出的802.11b，工作在2.4GHzISM頻段，傳輸速率最高為11Mbps。5/29/202355名稱(chēng)解釋?zhuān)篎CCFederalCommunicationCommission聯(lián)邦通信委員會(huì)(美國(guó))FCC對(duì)頻段的劃分作出規(guī)定。ISMIndustrial、Scientific、Medical工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)該頻段不需經(jīng)許可就可以使用。另一個(gè)不需經(jīng)許可就能使用的頻段是5GHz，它劃歸國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施使用。5/29/2023561)FHSS

FrequencHoppingSpreadSpectrum5/29/202357擴(kuò)頻技術(shù)簡(jiǎn)介

擴(kuò)頻技術(shù)最初是為軍事及情報(bào)部門(mén)的需求而開(kāi)發(fā)的。早期的通信使用固定的頻率，很容易被敵方偵測(cè)到，并加以竊聽(tīng)或干擾。擴(kuò)頻技術(shù)的基本思想是將攜帶信息的信號(hào)擴(kuò)散到較寬的頻譜帶寬上，接收端必須知道所傳播的擴(kuò)頻信號(hào)相關(guān)參數(shù)才能正確地恢復(fù)發(fā)送信號(hào)，如果接收端沒(méi)有調(diào)整到正確的頻率，它收到的擴(kuò)頻信號(hào)將是一片噪聲。5/29/202358

下圖是擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)的一般模型。輸入的數(shù)據(jù)首先進(jìn)入信道編碼器，并產(chǎn)生模擬信號(hào)，這個(gè)模擬信號(hào)具有圍繞某個(gè)中心頻率的、相對(duì)較窄的帶寬。5/29/202359

然后這個(gè)信號(hào)被一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)字序列進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)調(diào)制使傳輸信號(hào)的帶寬有顯著增加，即頻譜被擴(kuò)展。在接收端，使用相同的數(shù)字序列對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。最后，信號(hào)進(jìn)入信道解碼器被還原成數(shù)據(jù)。偽隨機(jī)數(shù)使用一些被稱(chēng)為種子(seed)的初始值通過(guò)某個(gè)算法得到。在通信過(guò)程中，除非知道算法和種子，否則不可能推測(cè)出這個(gè)序列。因此，只有與發(fā)送方共享信息的接收器才能夠成功地將信號(hào)解碼。5/29/2023602)DSSS

使用直接序列方式擴(kuò)頻，原始信號(hào)中的一個(gè)比特在傳輸信號(hào)中采用Chippingcode(切片編碼)被轉(zhuǎn)換成多個(gè)比特(在802.11中為11個(gè))，稱(chēng)為Barkersequence。這種切片編碼將信號(hào)擴(kuò)展到較寬的頻帶范圍，而這個(gè)頻帶范圍與使用的比特?cái)?shù)成正比。5/29/2023613)OFDM

不同的信道采用頻分多路復(fù)用(FDM)方式，但不同的信道在相位上是正交的(成直角)。802.11a使用了52個(gè)頻率，其中48個(gè)用于傳送數(shù)據(jù)，4個(gè)用于同步。5/29/202362(3)802.11MAC子層協(xié)議1)隱藏站點(diǎn)與暴露站點(diǎn)問(wèn)題

問(wèn)題產(chǎn)生的原因是：每個(gè)移動(dòng)主機(jī)的發(fā)射功率有限，其發(fā)出的信號(hào)只使一定半徑范圍內(nèi)的機(jī)器能夠檢測(cè)到。從而存在兩種錯(cuò)誤的判斷，即：隱藏站點(diǎn)暴露站點(diǎn)

5/29/202363

Hiddenstationproblem

A發(fā)送報(bào)文給B，但因C在A的信號(hào)范圍之外，C沒(méi)有察覺(jué)A的發(fā)射信號(hào)，如果C也發(fā)報(bào)文給B，則會(huì)造成C和A信號(hào)的重疊，使此次發(fā)送失效。

見(jiàn)圖4-11(a)5/29/202364

圖4-26(a)表示A隱藏在B的后面，在C的信號(hào)范圍之外，A檢測(cè)不到C的信號(hào)，可能造成在B點(diǎn)處A和C的信號(hào)沖突。5/29/202365

Exposedstationproblem

在圖4-11(b)中，如果B發(fā)送報(bào)文給A，但C暴露在B的發(fā)送信號(hào)范圍之內(nèi)，C檢測(cè)到有信號(hào)，它就不會(huì)發(fā)報(bào)文。但事實(shí)上，在這種情況下C發(fā)報(bào)文給D應(yīng)該是沒(méi)有問(wèn)題的。5/29/202366

在圖4-26中，A發(fā)報(bào)文給其它主機(jī)，但B正好位于A的信號(hào)范圍之內(nèi)，B因檢測(cè)到A的信號(hào)，B將不會(huì)發(fā)報(bào)文給C。5/29/2023672)IEEE802.11MAC層結(jié)構(gòu)5/29/202368DCF：DistributedCoordinationFunction

分布式協(xié)調(diào)功能

使用類(lèi)似CSMA的算法解決競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。

PCF：PointCoordinationFunction

點(diǎn)協(xié)調(diào)功能

由點(diǎn)協(xié)調(diào)器采用輪詢(xún)的方法，所以沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。屬可選功能。5/29/202369①CSMA/CACSMAwithCollisionAvoidance如檢測(cè)到信道空閑，則主機(jī)發(fā)送報(bào)文，不管發(fā)送過(guò)程中是否發(fā)生沖突，發(fā)送站都將報(bào)文發(fā)送完畢。如檢測(cè)到信道忙，則發(fā)送站等待，直至信道空閑時(shí)再發(fā)送。如果發(fā)生沖突，則各站等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間(使用以太網(wǎng)的二進(jìn)制指數(shù)后退算法)后再次嘗試。5/29/202370②MACAWMultipleAccesswithCollisionAvoidancaforWireless

該方式在正式發(fā)送報(bào)文之前有一個(gè)預(yù)處理過(guò)程，即發(fā)送站與接收站之間先交換兩個(gè)短幀(30字節(jié))：RTS：RequestToSendCTS：ClearToSend兩個(gè)短幀中都包含了發(fā)送報(bào)文的長(zhǎng)度。5/29/202371

任何移動(dòng)主機(jī)(A)在發(fā)送報(bào)文前先發(fā)一個(gè)RTS，接收主機(jī)(B)如果同意接收，則送回一個(gè)CTS，見(jiàn)圖4-27。5/29/202372

A收到CTS后就可發(fā)送數(shù)據(jù)幀，同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器。B正確地收到數(shù)據(jù)幀后發(fā)一個(gè)確認(rèn)幀ACK，A收到ACK，則此次發(fā)送即告結(jié)束。如果A在定時(shí)器時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到確認(rèn)，則重新開(kāi)始前面的過(guò)程。這個(gè)方法的基本思想是：在通信之前發(fā)送方和接收方之間互發(fā)短幀(RTS和CTS)，發(fā)送和接收方周?chē)恼军c(diǎn)就會(huì)監(jiān)測(cè)到這些短幀，從而不會(huì)在即將到來(lái)的數(shù)據(jù)幀期間發(fā)送自己的幀。

檢測(cè)到RTS幀的任何其它站點(diǎn)均向A關(guān)閉，并且保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間不發(fā)幀，使A可以無(wú)沖突地收到數(shù)據(jù)幀。所有檢測(cè)到CTS幀的站點(diǎn)均向B關(guān)閉，并在后繼數(shù)據(jù)到來(lái)期間保持沉默。5/29/202373下面結(jié)合圖4-12與圖4-27解釋使用RTS和CTS后為什么能解決隱藏站點(diǎn)和暴露站點(diǎn)問(wèn)題。暴露站點(diǎn)問(wèn)題的解決：在圖4-12(a)中，C位于A的范圍之內(nèi)，但在B的范圍之外，在A發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)存在暴露站點(diǎn)問(wèn)題。現(xiàn)在C收到A發(fā)出的RTS，知道A將向B發(fā)數(shù)據(jù)，C在內(nèi)部發(fā)一個(gè)NAV(NetworkAllocationVector)信號(hào)，阻止本站向A發(fā)數(shù)據(jù)幀。同時(shí)C只要不和CTS產(chǎn)生干擾，就可以隨意地在A發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)向除A以外的其它站點(diǎn)發(fā)送自己的幀。

5/29/202374

圖4-12(a)5/29/202375隱藏站點(diǎn)問(wèn)題的解決：圖4-12(b)中，D位于B的范圍之內(nèi)，而在A的范圍之外，在A發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)存在隱藏站點(diǎn)問(wèn)題。這種情況下，D聽(tīng)不到A發(fā)出的RTS，但是卻能聽(tīng)到CTS，此時(shí)D在內(nèi)部產(chǎn)生NAV信號(hào)，告訴它不能向B發(fā)數(shù)據(jù)幀，直到A向B發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束為止。5/29/2023765/29/202377

在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)中如果產(chǎn)生沖突，要等到傳輸層發(fā)現(xiàn)已經(jīng)太遲，在MACAW方案中，由數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)ACK。另外又加入載波偵聽(tīng)，當(dāng)有其它站點(diǎn)發(fā)RTS時(shí)，自己就不發(fā)RTS。802.11采用簡(jiǎn)單的仃—等算法，發(fā)送站只有收到對(duì)前一幀的確認(rèn)后才發(fā)下一幀。

5/29/202378③通過(guò)幀分段降低出錯(cuò)率

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)存在的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題是它的噪聲干擾遠(yuǎn)大于有線(xiàn)網(wǎng)，因而通信不可靠，出錯(cuò)率高。設(shè)1位的出錯(cuò)概率為p，每幀有n位，則正確接收1幀的概率為(1–p)n，隨著幀長(zhǎng)度的增加，其正確接收的概率減小。對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的最大長(zhǎng)度以太網(wǎng)幀(12,144bits)來(lái)說(shuō)，當(dāng)p=10-6時(shí)，有超過(guò)1%的幀出錯(cuò)。在802.11協(xié)議中將長(zhǎng)幀分段，采用發(fā)短幀的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。將長(zhǎng)幀的發(fā)送轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮處陌l(fā)送，稱(chēng)為fragmentburst。5/29/2023795/29/202380④幀間間隔InterFrameSpacing當(dāng)PCF與DCF模式在同一個(gè)蜂窩中共存時(shí)，為了保證工作的平穩(wěn)和公平運(yùn)行，802.11規(guī)定了它們的工作順序，這是一組等價(jià)于優(yōu)先級(jí)策略的時(shí)延。它們是：

SIFSPIFSDIFSEIFS5/29/2023815/29/202382SIFS

ShortInterFrameSpacing

最短的IFS。接收站在收到RTS或數(shù)據(jù)幀后等待SIFS時(shí)間分別發(fā)回CTS或ACK。在fragmentbust傳輸時(shí)，發(fā)送站每收到1個(gè)ACK后間隔SIFS再發(fā)下一個(gè)短幀。

SIFS取值與物理層有關(guān)，DSSS為10s，F(xiàn)HSS為28s，IR為7s。5/29/202383PIFS

PCFInterFrameSpacing

在PCF模式中基站發(fā)送beaconframe(該幀包含系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)如站跳順序、dwelltime、時(shí)鐘同步等，定時(shí)發(fā)送)或輪詢(xún)幀的時(shí)間間隔。某個(gè)站收到詢(xún)問(wèn)幀就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。其值與物理層有關(guān)。5/29/202384DIFSDCFInterFrameSpacingDCF模式下，一個(gè)新的站點(diǎn)開(kāi)始傳輸所用的時(shí)間間隔。如果發(fā)生沖突，則應(yīng)用二進(jìn)制指數(shù)后退算法解決。EIFSExtendedInterFrameSpacing某個(gè)站收到一個(gè)錯(cuò)誤的或無(wú)法識(shí)別的幀進(jìn)行處理的時(shí)間，并等待該段時(shí)間，以免影響兩站之間的正常通信。5/29/202385(4)802.11幀結(jié)構(gòu)

802.11定義了三種類(lèi)型的MAC幀：數(shù)據(jù)幀控制幀管理幀各類(lèi)幀格式有所不同5/29/2023865/29/202387幀控制域(Framecontrol)協(xié)議版本(Version)

允許在同一個(gè)蜂窩內(nèi)同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)版本的協(xié)議。類(lèi)型(Type)

數(shù)據(jù)(10)、控制(01)或管理(00)類(lèi)型。子類(lèi)型(subtype)

三種類(lèi)型中的一些特定要求。例如在控制類(lèi)型幀中就包含了RTS、CTS和ACK等子類(lèi)型。5/29/202388去分布式系統(tǒng)(ToDS)來(lái)自分布式系統(tǒng)(FromDS)

將幀轉(zhuǎn)發(fā)到DS或接收來(lái)自DS的幀。DS是指連接不同蜂窩的主干網(wǎng)，如Ethernet。多段(MF)

表示后面跟隨多個(gè)段。重試(Retry)

表示該幀是一個(gè)重傳幀。電源管理

基站將接收站置成睡眠狀態(tài)或從睡眠狀態(tài)被喚醒。節(jié)約電池消耗是移動(dòng)設(shè)備必須關(guān)注的重要問(wèn)題。5/29/202389有線(xiàn)等效保密(W)

表示該幀已采用WEP算法加密。

WEP(WiredEquivalentPrivacy)采用RC4算法。這是一種流加密方式，就是將一個(gè)短密鑰擴(kuò)展成一個(gè)無(wú)窮偽隨機(jī)密鑰流，發(fā)送端將密鑰流和明文進(jìn)行異或運(yùn)算，生成加密后的密文。順序(O)

通知接收站嚴(yán)格地按順序處理所收到的連續(xù)的幀。5/29/202390持續(xù)時(shí)間(Duration)

數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和NAV占用信道的時(shí)間。地址1(Address1)

接收端地址。如果ToDS置“1”，則指DS的接入點(diǎn)地址，如果ToDS置“0”，則是接收站點(diǎn)地址。地址2(Address2)

發(fā)送端地址。如果FromDS置“1”，則指DS的接入點(diǎn)地址，如果FromDS置“0”，則是接收站點(diǎn)地址。5/29/202391地址3(Address3)發(fā)送基站地址。用于蜂窩間的通信。地址4(Address4)接收基站地址。用于蜂窩間的通信。序列(Seq.)

幀和段的順序號(hào)。其中12位用于幀序號(hào)，4位用于幀內(nèi)的分段號(hào)。數(shù)據(jù)域(Data)

長(zhǎng)度可變，最長(zhǎng)可達(dá)2312字節(jié)。校驗(yàn)域(Checksum)5/29/202392(5)服務(wù)

802.11定義了9項(xiàng)服務(wù)。其中5項(xiàng)為分布服務(wù)，用于管理蜂窩成員以及不同蜂窩成員之間的交互工作。另外4項(xiàng)為站點(diǎn)安全可靠服務(wù)，用于單個(gè)蜂窩內(nèi)的工作。1)分布服務(wù)(Distributionservive)

①關(guān)聯(lián)(association)

移動(dòng)主機(jī)將自身與基站相連接。在請(qǐng)求連接時(shí)向基站報(bào)告自已的身份及需求，如數(shù)據(jù)傳輸速率，需要的PCF服務(wù)，能源管理等。5/29/202393

②退出關(guān)聯(lián)(Disassociation)移動(dòng)站或基站撤消它們之間的連接。

③重新關(guān)聯(lián)(Reassociation)移動(dòng)站在不同的蜂窩之間移動(dòng)時(shí)改變所連接的基站，并且在移動(dòng)過(guò)程中不應(yīng)丟失數(shù)據(jù)。④分發(fā)(Distribution)用于如何將幀送往基站。如果在基站的信號(hào)范圍之內(nèi)，則可直接送給基站。反之，將借助有線(xiàn)網(wǎng)發(fā)給基站。⑤整合(Integration)用于802.11網(wǎng)與非802.11網(wǎng)通信時(shí)的地址和報(bào)文格式轉(zhuǎn)換。5/29/2023942)站點(diǎn)服務(wù)

①認(rèn)證(Authentication)為提高通信的安全性，該項(xiàng)服務(wù)提供身份認(rèn)證。在移動(dòng)站已與基站關(guān)聯(lián)進(jìn)入所屬蜂窩后，基站向移動(dòng)站發(fā)出一個(gè)特殊的查詢(xún)幀，通過(guò)核對(duì)分配給移動(dòng)站的密鑰(或password)來(lái)確認(rèn)該站的合法性，并最終同意該站在蜂窩注冊(cè)。②撤消認(rèn)證(Deauthentication)當(dāng)已認(rèn)證的移動(dòng)站要離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)需撤消認(rèn)證，并不再被允許使用原網(wǎng)絡(luò)。5/29/202395

③保密(Privacy)處理信息的加密與解密。采用RC4加密算法。④數(shù)據(jù)的遞交(Datadelivery)802.11不提供可靠性保證，當(dāng)需經(jīng)過(guò)Ethernet通信時(shí)，Ethernet也不提供可靠性保證，所以必須由高層協(xié)議來(lái)負(fù)責(zé)檢查和校正差錯(cuò)，以保證最終遞交的正確性。5/29/202396

四、寬帶無(wú)線(xiàn)接入—802.165/29/202397802.16IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)是一種“l(fā)astmile”(國(guó)內(nèi)稱(chēng)“最后1公里”)的無(wú)線(xiàn)寬帶接入解決方案，2002年4月8日公布。正式名稱(chēng)是“AirinterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystems”，或稱(chēng)為“WirelessMetropolitanAreaNetwork”、“wirelesslocalloop”。IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)工作在10～66GHz。5/29/202398另外二種無(wú)線(xiàn)接入方式：LMDS(LocalMultipointDistributionService)工作在24G～38GHz頻譜，利用高容量點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波傳輸。幾乎可以提供任何種類(lèi)的業(yè)務(wù)。速率從64kbps到2Mbps，最高達(dá)155Mbps。被稱(chēng)為“無(wú)線(xiàn)光纖”。MMDS(MultichannelMultipointDistributionService)工作在2.5G～3.5GHz頻段，可為用戶(hù)提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)服務(wù)，還支持用戶(hù)終端業(yè)務(wù)、GSM短消息、GPRS電信業(yè)務(wù)。常被稱(chēng)為WDSL。5/29/2023995/29/20231001.Comparisonof802.11with802.16802.16是固定用戶(hù)的遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)接入標(biāo)準(zhǔn)，而802.11是一個(gè)移動(dòng)主機(jī)構(gòu)成的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。由于環(huán)境和需要解決的問(wèn)題不同，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有根本的差異。5/29/20231012.The802.16ProtocolStackIEEE802.16:MAC及10～66GHzPHY；P802.16a:增補(bǔ)方案,需申請(qǐng)?jiān)S用執(zhí)照的頻段，2～11GHz；P802.16b:增補(bǔ)方案，WirelessHUMAN,無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S用執(zhí)照的頻段，5～6GHz；P802.16c:增加了系統(tǒng)的互操作性；P802.16d:2～11GHz互操作性規(guī)范；P802.16e:移動(dòng)無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)的方案。5/29/20231025/29/2023103

MAC層可以與ATM層、以太網(wǎng)層、IP層(包括IPv4和IPv6)連接，并在標(biāo)準(zhǔn)中保留了與其他協(xié)議接口的未來(lái)發(fā)展余地，以針對(duì)不同的業(yè)務(wù)需求，提供多種接口，適應(yīng)LMDS全業(yè)務(wù)系統(tǒng)的特點(diǎn)。5/29/2023104工作在10-66GHz，采用毫米波(millimeterwave)。毫米波是直線(xiàn)傳送，方向性強(qiáng)。而蜂窩通信無(wú)線(xiàn)電波是無(wú)方向性的。采用不同的調(diào)制方式，以適應(yīng)不同傳輸距離的需要。但距離愈遠(yuǎn)，其傳輸速率愈低。

QAM-64(6bits/baud)；25MHz時(shí)150bpsQAM-16(4bits/baud)；25MHz時(shí)100bpsQPSK(2bits/baud)。25MHz時(shí)50bps3.The802.16PhysicalLayer5/29/20231055/29/20231065/29/2023107物理層（PHY層）被設(shè)計(jì)成具有高度的靈活性，以利于優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能配置。IEEE802.16物理層定義了兩種雙工方式：TDD和FDD。這兩種方式均使用突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸格式，該傳輸機(jī)制支持自適應(yīng)的突發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)使用的是按需分配多路尋址－時(shí)分多址DAMA-TDMA技術(shù)。按需分配多路尋址DAMA技術(shù)是一種根據(jù)多個(gè)站點(diǎn)之間的容量需要的不同而動(dòng)態(tài)地分配信道容量的技術(shù)。時(shí)分多址TDMA是一種時(shí)分技術(shù)，5/29/2023108它將一個(gè)信道分成一系列的幀，每個(gè)幀都包含很多的小時(shí)間單位，稱(chēng)為時(shí)隙。時(shí)分多路技術(shù)可以根據(jù)每個(gè)站點(diǎn)的需要為其在每個(gè)幀中分配一定數(shù)量的時(shí)隙來(lái)組成每個(gè)站點(diǎn)的邏輯信道。通過(guò)DAMA－TDMA技術(shù)，每個(gè)信道的時(shí)隙分配可以動(dòng)態(tài)地改變。

5/29/2023109802.16中采用Hamming碼作前向糾錯(cuò)。5/29/20231104.The802.16MACSublayer

Protocol(1)Securitysublayer包括兩部分：1)加密封裝協(xié)議，負(fù)責(zé)對(duì)傳輸?shù)姆纸M數(shù)據(jù)加密，包括加密算法以及算法在MACPDU分組數(shù)據(jù)中的應(yīng)用規(guī)則。加密只針對(duì)MACPDU中的載荷部分，MAC頭不被加密，MAC層中的所有管理信息在傳輸過(guò)程中也不被加密。加密算法可以是：DES(cipherblockchainingortripleDES)；AES。5/29/20231112)密鑰管理協(xié)議(PKM)，負(fù)責(zé)基站到用戶(hù)站之間密鑰的安全分發(fā)、密鑰數(shù)據(jù)的同步以及業(yè)務(wù)接入的鑒權(quán)。通過(guò)使用基于數(shù)字證書(shū)的認(rèn)證方式，進(jìn)一步加強(qiáng)了PKM的安全性能。PKM采用服務(wù)器/客戶(hù)機(jī)模型，一個(gè)SPKM的客戶(hù)從基站(即PKM的服務(wù)器)那里獲得授權(quán)以及密鑰材料，PKM支持周期性地重新授權(quán)及密鑰更新。PKM使用X.509數(shù)字證書(shū)和RSA算法。

5/29/2023112(2)Commonpartsublayer(CPS)MAC層的核心部分是共同部分子層(CPS)，它通過(guò)MACSAP(MediumAccessControlLayerServiceAccessPoint)接收來(lái)自會(huì)聚層(CS)的數(shù)據(jù)，形成MACCPS層的SDU(服務(wù)數(shù)據(jù)單元)數(shù)據(jù)包。MAC層的一個(gè)顯著特征是：它是基于“連接”的，即所有用戶(hù)站的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及與此相聯(lián)系的QoS要求，都是在“連接”的范疇中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每一個(gè)“連接”均由一個(gè)連接標(biāo)識(shí)符(16bit)來(lái)唯一地標(biāo)識(shí)(CID)。5/29/2023113MAC層預(yù)先規(guī)定了4種上行基本業(yè)務(wù)。通過(guò)這4種上行預(yù)定業(yè)務(wù)及相伴隨的QoS，BS可以預(yù)期上行數(shù)據(jù)的吞吐量及處理時(shí)間，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間提供查詢(xún)或分配帶寬。在建立某個(gè)特定“連接”時(shí)，要通過(guò)協(xié)商確定該“連接”的上行預(yù)定業(yè)務(wù)的類(lèi)型。

Constantbitrateservice：非請(qǐng)求的帶寬分配業(yè)務(wù)；Real-timevariablebitrateservice：實(shí)時(shí)查詢(xún)業(yè)務(wù)；Non-real-timevariablebitrateservice：非實(shí)時(shí)查詢(xún)業(yè)務(wù)；Best-effortsservice5/29/2023114CPS中共定義了29種管理信息，用于上下行信道描述、系統(tǒng)接入、注冊(cè)、連接建立、資源申請(qǐng)、動(dòng)態(tài)服務(wù)管理、接入認(rèn)證等功能。

MAC層的管理信息種類(lèi)決定了其性能，在已出臺(tái)的IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)中還預(yù)留了部分管理信息域空間，可增補(bǔ)新的管理信息，以增強(qiáng)未來(lái)MAC層的功能。5/29/2023115(3)ServicespecificConvergencesublayer該層取代了802標(biāo)準(zhǔn)的LLC，是與網(wǎng)絡(luò)層的接口。它既適用于無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(如：PPP、IP、Ethernet)也可用于面向連接的ATM。5/29/20231165.The802.16FrameStructure5/29/2023117(1)通用幀EC：載荷是否被加密。Type：幀類(lèi)型。CI：是否需要整個(gè)幀的校驗(yàn)和。因?yàn)樵谖锢韺右延屑m錯(cuò)碼，而且本標(biāo)準(zhǔn)不采用重傳方式(特別對(duì)實(shí)時(shí)幀不能重傳)，所以有時(shí)沒(méi)必要在MAC層作差錯(cuò)檢查。EK：使用哪個(gè)加密密鑰。Length：含幀頭的整個(gè)幀長(zhǎng)度。Connectionidentifier：連接標(biāo)識(shí)。HeaderCRC：x8+x2+x+15/29/2023118(2)帶寬請(qǐng)求幀第1位為1。Bytesneeded：申請(qǐng)的帶寬，以攜帶的字節(jié)數(shù)計(jì)量。無(wú)數(shù)據(jù)段和幀校驗(yàn)，其余與通用幀相同。5/29/2023119

五、蘭牙技術(shù)5/29/2023120Bluetooth采用低成本的無(wú)線(xiàn)廣播技術(shù)，用于移動(dòng)電話(huà)與筆記本電腦、PDA、游戲機(jī)之間或筆記本電腦之間實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線(xiàn)連接。具有距離短、功耗小、成本低等特點(diǎn)。1999年7月發(fā)布1.0版。Bluetooth有從物理層到應(yīng)用層完整的協(xié)議棧。IEEE有一個(gè)相類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)802.15，但僅定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。5/29/20231211.BluetoothArchitecturePiconet是Bluetooth系統(tǒng)的基本組成單元5/29/2023122Piconet一個(gè)Piconet中只有一個(gè)master，最多可有255個(gè)slaves，但同時(shí)只允許7個(gè)slaves為active狀態(tài)，其余的都處于parked狀態(tài)。一個(gè)Piconet是以master為中心的半徑為10m的空間范圍。所謂parked狀態(tài)是除了能接受master的呼叫并應(yīng)答之外不能做其它任何操作。Piconet的核心是一個(gè)TDM系統(tǒng)，由master控制時(shí)鐘并決定哪一個(gè)slave在哪一個(gè)時(shí)隙內(nèi)得到通信權(quán)限。slave只能與master通信，slave與slave之間則不允許通信。Bluetooth系統(tǒng)的一個(gè)重要考慮是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本，包括芯片成本、系統(tǒng)功耗、處理開(kāi)銷(xiāo)等。Piconet之間通過(guò)bridge組成scatternet。5/29/20231232.BluetoothApplications13applications(Profiles)5/29/2023124說(shuō)明基本協(xié)議

Genericaccess：在主–從之間建立并維護(hù)安全的連接

Servicediscovery：用于發(fā)現(xiàn)已由其它設(shè)備提供的服務(wù)串行口協(xié)議

Serialport：仿真一條串行線(xiàn)路客戶(hù)-服務(wù)器協(xié)議

Genericobjectexchange：定義一個(gè)客戶(hù)-服務(wù)器關(guān)系網(wǎng)絡(luò)相關(guān)協(xié)議LANaccess：允許Bluetooth設(shè)備連到一個(gè)固定網(wǎng)絡(luò)Dial-upnetworking：允許Notebook與移動(dòng)電話(huà)連接Fax：允許無(wú)線(xiàn)FAX與移動(dòng)電話(huà)連接5/29/2023125說(shuō)明（續(xù)）電話(huà)相關(guān)協(xié)議Cordlesstelephony：提供無(wú)繩電話(huà)與其基站的連接，將來(lái)無(wú)繩電話(huà)會(huì)與移動(dòng)電話(huà)合二為一Intercom：允許兩臺(tái)電話(huà)機(jī)像步話(huà)機(jī)一樣連接

Headset：提供免提語(yǔ)音通信，如汽車(chē)中的免提電話(huà)保留協(xié)議用于兩臺(tái)無(wú)線(xiàn)設(shè)備之間名片、圖片、數(shù)據(jù)文件等的交換Objectpush：提供簡(jiǎn)單的交換功能：提供更通用的文件傳輸功能Synchronization：5/29/20231263.TheBluetoothProtocolStackBluetooth協(xié)議棧并不遵循通常的模型規(guī)則，802委員會(huì)對(duì)Bluetooth的協(xié)議構(gòu)架作了修改，定義了802.15協(xié)議棧。5/29/20231275/29/2023128(1)ThePhysicalRadioLayer該層對(duì)應(yīng)于OSI和802的物理層。完成無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)送和調(diào)制。本層最關(guān)心的是系統(tǒng)的低成本，以期得到較大的市場(chǎng)份額。5/29/2023129該層是一個(gè)工作半徑僅為10m的低功耗系統(tǒng)，工作頻段為ISM的2.4GHz，實(shí)現(xiàn)master與slave間的傳輸。整個(gè)頻段被分為79個(gè)1MHz的信道。調(diào)制方式為調(diào)頻制，數(shù)據(jù)速率約為1Mbps。使用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，1600hop/sec，每一跳有625s的停留時(shí)間。Bluetooth（IEEE802.15）與802.11(b、g)使用相同的頻段，所以會(huì)相互干擾，這個(gè)問(wèn)題尚未有一個(gè)很好的解決辦法。5/29/2023130(2)TheBluetoothBaseband

Layer

Baseband層在802.15中得以保留，從其所實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)說(shuō)，分屬802協(xié)議中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。該層處理如何將位流構(gòu)成幀，master怎樣控制時(shí)隙，怎樣為數(shù)據(jù)幀分配時(shí)隙等。5/29/2023131在每個(gè)piconet中，master定義一系列的625s的時(shí)隙，并規(guī)定master在偶數(shù)序列的時(shí)隙內(nèi)開(kāi)始發(fā)送，而slave允許在奇數(shù)序列的時(shí)隙內(nèi)開(kāi)始發(fā)送。每次跳頻中使其平穩(wěn)的時(shí)間約250～260s，即在一個(gè)時(shí)隙（625s）中366s可用于傳輸數(shù)據(jù)，即可傳輸366個(gè)bit對(duì)于單時(shí)隙的幀來(lái)說(shuō)，存取碼和頭部為126bit，所以尚余240bit可用于有效數(shù)據(jù)的傳輸(366–126=240)對(duì)于5個(gè)時(shí)隙的幀來(lái)說(shuō)，包括存取碼和頭部的126bit在內(nèi)，共有2870bit為數(shù)據(jù)（2744為有效數(shù)據(jù)），很明顯，多時(shí)隙幀的有效數(shù)據(jù)傳輸率遠(yuǎn)高于單時(shí)隙幀。5/29/2023132

BasebandLayer的邏輯鏈路

主、從機(jī)之間存在兩種類(lèi)型的鏈路：ACL鏈路---異步無(wú)連接 （AsynchronousConnection-Less）SCO鏈路---同步面向連接 （SynchronousConnectionOriented）每個(gè)幀通過(guò)邏輯信道(稱(chēng)為link，鏈路)在master和slave之間傳送。5/29/2023133

ACL鏈路直接與L2CAP層接收或遞交數(shù)據(jù)。ACL鏈路允許在無(wú)規(guī)則周期（幀的時(shí)隙數(shù)不固定）內(nèi)進(jìn)行報(bào)文交換。ACL鏈路提供的是盡力而為的流量控制策略，數(shù)據(jù)幀可能會(huì)被丟失而必須重發(fā)。一個(gè)slave與master之間的只有一條ACL鏈路。5/29/2023134SCOSCO鏈路用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，如電話(huà)（PCM的語(yǔ)音信道）等。每個(gè)方向的信道都被定位在固定的時(shí)隙上。由于SCO鏈路的實(shí)時(shí)性，發(fā)送的幀不重發(fā)，采用前向糾錯(cuò)提供高的可靠性。一個(gè)slave最多可有三條與master之間的SCO鏈路。每條SCO鏈路可以是64kbps，PCM方式的語(yǔ)音信道。5/29/2023135(3)DataLinkLayer數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議由一組相關(guān)協(xié)議組成，包括：Linkmanager、L2CAP、Audio和Control。Linkmanager處理設(shè)備間邏輯信道的建立，包括電源管理、認(rèn)證和服務(wù)質(zhì)量等。Logicallinkcontroladaptationprotocol（L2CAP）的作用是對(duì)上層協(xié)議屏蔽下層傳輸細(xì)節(jié)，類(lèi)似于802協(xié)議中的LLC（Bluetooth自己的LLC）子層，但實(shí)現(xiàn)技術(shù)不同。Audio和Control分別完成語(yǔ)音和控制，即應(yīng)用層可不必通過(guò)L2CAP而直接得到下層的服務(wù)。5/29/2023136(4)TheBluetoothL2CAPLayer1)從上層來(lái)的數(shù)據(jù)包（分組）最大可達(dá)64kB，為了傳輸，很可能必須拆分成較小的幀，而在另一端，又必須重組成數(shù)據(jù)分組。2)多數(shù)據(jù)源的復(fù)用和分解，對(duì)到達(dá)目的端的分組進(jìn)行重組，并送達(dá)不同的上層應(yīng)用協(xié)議處理。3)在master和slave雙方建立鏈路和正常操作期間處理QoS需求，還協(xié)商設(shè)定允許的最大載荷大小，以盡可能少浪費(fèi)大分組設(shè)備的處理能力。L2CAP子層有三個(gè)主要功能：5/29/2023137(5)Middlewarelayer中間件層包含一組不同的協(xié)議，如：LLC、RFcomm、Telephony、Servicediscovery等。這里的LLC是IEEE為與其它802協(xié)議兼容而增加的。RadioFrequencycommunication（RFcomm）仿真一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串口協(xié)議，以與PC上的鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、modem等設(shè)備連接。Telephony是一個(gè)實(shí)時(shí)的協(xié)議，用于應(yīng)用層三個(gè)面向話(huà)音的Profile，包括呼叫的建立和中止。Servicediscovery用于在網(wǎng)絡(luò)中定位各種服務(wù)。5/29/2023138(6)Applicationlayer完成相應(yīng)的應(yīng)用工作，如圖4-36所列的profile。5/29/20231394.TheBlutoothFrame

StructureAccesscode：72bits，標(biāo)志本數(shù)據(jù)幀來(lái)自指定slave所在的區(qū)域內(nèi)的哪一臺(tái)master（可能是兩臺(tái)中的一臺(tái)）Header：54bits，詳細(xì)說(shuō)明在后Data：0～2744bits，如幀長(zhǎng)為5個(gè)時(shí)隙，則有效數(shù)據(jù)可達(dá)2744bits5/29/2023140

Header說(shuō)明Addr：3bits，最多有8臺(tái)設(shè)備Type：4bits，幀類(lèi)型(ACL、SCO、pollornull)Flow：1bits，流控制，slave不能接收數(shù)據(jù)時(shí)置位Acknowledgement：1bit，捎帶確認(rèn)Sequence：1bits，用于對(duì)重發(fā)幀檢測(cè)的編號(hào)，因?yàn)椴捎玫氖峭?等協(xié)議，所以只需1bitChecksum：8bits5/29/202314118bits的頭部重復(fù)三次，即54bits，接收端的電路檢測(cè)這54bits，只要這三個(gè)相同的頭部中有兩個(gè)以上相同，則被接收，即54bits僅為傳輸10bits之用。這在噪聲環(huán)境中，對(duì)于低功耗（僅2.5mW）的設(shè)備為減少計(jì)算量而增加冗余量是必要的。5/29/2023142

SCO和ACL類(lèi)型的幀格式SCO幀格式中的有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度固定為240bits（單時(shí)隙幀），有三種變體，有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度分別為80、160和240bits（剩余的用作糾錯(cuò)）。但在最可靠版本的格式中固定為80bits，并與格式的頭部一樣，有效數(shù)據(jù)段中80bits被重復(fù)三次。ACL幀格式中的有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度有多種格式，包括多時(shí)隙幀，如5個(gè)時(shí)隙的