物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)552UWB無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)課件

第5章物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5.1無線通信技術(shù)概述5.2藍(lán)牙技術(shù)

5.3

Wi-Fi技術(shù)5.4

ZigBee技術(shù)5.5超寬帶(UWB)技術(shù)5.6無線局域網(wǎng)5.7無線城域網(wǎng)5.8無線廣域網(wǎng)第5章物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5.1無線通信技術(shù)5.1無線通信技術(shù)概述

1．蜂窩革命蜂窩革命直觀地表現(xiàn)在移動電話市場罕見的增長上。在1990年，移動用戶數(shù)大約是1100萬。今天，這個數(shù)字是幾十億。根據(jù)國際電信聯(lián)盟(ITU)的統(tǒng)計，全世界范圍的移動用戶數(shù)在2002年首次超過固定電話的用戶數(shù)。更新一代的設(shè)備，添加了具有可接入Internet和內(nèi)置數(shù)碼照相機這樣的強大功能。移動電話顯著增長的原因有很多：首先是移動電話的便捷性，它們可以隨使用者移動；此外，其特性決定了它們是位置感知的；再有，移動電話是與處于固定位置的地區(qū)基站進(jìn)行通信的。5.1無線通信技術(shù)概述1．蜂窩革命移動電話僅是這場蜂窩革命中較為明顯的一個方面。隨著新型無線設(shè)備的引進(jìn)，這些新型設(shè)備可以接入到Internet上。它們除具有可對個人信息進(jìn)行組織管理以及電話功能外，現(xiàn)在又有了Web接入、即時消息、E-mail和其他在Internet上可獲得的服務(wù)。汽車中的無線設(shè)備可以根據(jù)需要為用戶下載地圖和導(dǎo)向。移動電話僅是這場蜂窩革命中較為明顯的一個方面。隨著新型無無線技術(shù)帶來的第一個高潮是話音方面，現(xiàn)在，人們的注意力在數(shù)據(jù)上。這一市場比較大的一塊是“無線”Internet。無線用戶使用Internet不同于固定用戶，與典型的固定設(shè)備(諸如PC)相比，無線設(shè)備受顯示和輸入能力方面的限制，采用事務(wù)處理和消息會話，而不是冗長的瀏覽會話。無線設(shè)備由于具有位置感知能力，因而可以根據(jù)用戶的地理位置對信息做適當(dāng)?shù)募舨?。信息有能力找到用戶，而不需用戶去搜索信息。無線技術(shù)帶來的第一個高潮是話音方面，現(xiàn)在，人們的注意力在

2．全球蜂窩網(wǎng)絡(luò)今天的蜂窩網(wǎng)不再是單一的。然而，設(shè)備僅能支持眾多技術(shù)中的一兩種，且通常只能在某一個運營商的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)運行。國際電信聯(lián)盟已開發(fā)出下一代無線設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。新的標(biāo)準(zhǔn)會使用更高的頻率以增加其容量，新的標(biāo)準(zhǔn)也致力于消除過去人們在開發(fā)和使用的第一代、第二代網(wǎng)絡(luò)時產(chǎn)生的不兼容性。

2．全球蜂窩網(wǎng)絡(luò)在北美，使用較廣泛的第一代數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)是先進(jìn)移動電話系統(tǒng)(AdvancedMobilePhoneSystem，AMPS)。該網(wǎng)絡(luò)使用蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CellularDigitalPacketData，CDPD)覆蓋網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，它提供19.2kb/s的數(shù)據(jù)速率。CDPD在規(guī)則的話音通道上使用空閑期提供數(shù)據(jù)服務(wù)。在北美，使用較廣泛的第一代數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)是先進(jìn)移動電話系統(tǒng)第二代無線系統(tǒng)有全球移動通信系統(tǒng)(GlobalSystemforMobileCommunications，GSM)、個人通信服務(wù)(PersonalCommunicationService，PCS)IS-136和PCSIS-95。PCSIS-136使用時分多點接入(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA)，PCSIS-95使用碼分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)。GSM和PCSIS-136使用專用信道以9.6kb/s的速率交付數(shù)據(jù)服務(wù)。第二代無線系統(tǒng)有全球移動通信系統(tǒng)(GlobalSyst

ITU已開發(fā)出新的標(biāo)準(zhǔn)(InternationalMobileTelecommunication-2000，IMT-2000)。該系列標(biāo)準(zhǔn)致力于提供無縫的全球網(wǎng)，標(biāo)準(zhǔn)是圍繞著2GHz頻帶開發(fā)的。新的標(biāo)準(zhǔn)和頻帶提供的數(shù)據(jù)速率可達(dá)到2Mb/s。除定義頻率使用、編碼技術(shù)和傳輸以外，標(biāo)準(zhǔn)還需要定義移動設(shè)備如何與Internet交互。有幾個標(biāo)準(zhǔn)工作組和工業(yè)聯(lián)盟正在致力于實現(xiàn)這樣的目標(biāo)。無線應(yīng)用協(xié)議(WirelessApplicationProtocol，WAP)論壇已開發(fā)出一個通用協(xié)議，該協(xié)議準(zhǔn)許具有有限顯示和輸入能力的設(shè)備存取Internet。因特網(wǎng)工程任務(wù)組(InternetEngineeringTaskForce，IETF)已開發(fā)出一個移動IP標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)可以使無處不在的IP協(xié)議在一個移動環(huán)境下工作。

ITU已開發(fā)出新的標(biāo)準(zhǔn)(InternationalMo

3．寬帶

Internet上有越來越多的多媒體應(yīng)用。在萬維網(wǎng)(WorldWideWeb，WWW)的網(wǎng)頁上有大量的圖片、視頻和音頻信息，商業(yè)通信也呈現(xiàn)同樣的趨勢。例如，E-mail常常包含了大量的多媒體附件。為了能夠完全參與到通信中，要求無線網(wǎng)絡(luò)具有與其進(jìn)行通信的固定設(shè)備同樣高的數(shù)據(jù)速率。通過寬帶無線技術(shù)可以得到更高的數(shù)據(jù)速率。3．寬帶寬帶無線服務(wù)具有所有無線服務(wù)同樣的優(yōu)點：便利和廉價。運營商的服務(wù)可以比固定服務(wù)更快地交付，且沒有鋪設(shè)線路設(shè)備的成本。這樣的服務(wù)也是移動的，幾乎能夠在任一地方交付。圍繞著很多不同的應(yīng)用，有許多開發(fā)寬帶無線標(biāo)準(zhǔn)的嘗試。這些標(biāo)準(zhǔn)幾乎覆蓋了從無線局域網(wǎng)到小型無線家庭網(wǎng)絡(luò)的所有方面。數(shù)據(jù)傳輸率也由2Mb/s到100Mb/s，甚至100Mb/s以上。這其中的很多技術(shù)現(xiàn)在就可獲得，更多的技術(shù)在未來幾年內(nèi)也可獲得。無線局域網(wǎng)(WLAN)在架設(shè)固定網(wǎng)絡(luò)很困難或太昂貴的地方提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。主要的WLAN標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11，它提供高達(dá)54Mb/s的數(shù)據(jù)速率。寬帶無線服務(wù)具有所有無線服務(wù)同樣的優(yōu)點：便利和廉價。運營

IEEE802.11的一個潛在問題是與藍(lán)牙技術(shù)的兼容性。藍(lán)牙是一個無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范，它定義了諸如膝上型計算機(Laptop)、個人數(shù)字助理(PersonalDigitalAssistant，PDA)和移動電話設(shè)備之間的無線通信。藍(lán)牙和IEEE802.11的某些版本使用相同的頻帶，如果在同一個設(shè)備上配置，這兩種技術(shù)很可能會相互干擾。IEEE802.11的一個潛在問題是與藍(lán)牙技術(shù)的兼容性5.2藍(lán)牙技術(shù)5.2.1藍(lán)牙技術(shù)概述

藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)是由愛立信、諾基亞、Intel、IBM和東芝五家公司于1998年5月共同提出并開發(fā)的。藍(lán)牙技術(shù)的本質(zhì)是設(shè)備間的無線連接，主要用于通信與信息設(shè)備。近年來，在電聲行業(yè)中也開始使用藍(lán)牙技術(shù)。一般情況下，工作范圍是10m半徑之內(nèi)。在此范圍內(nèi)，可進(jìn)行多臺設(shè)備間的互聯(lián)。但對于某些產(chǎn)品，設(shè)備間的連接距離甚至遠(yuǎn)隔100m也照樣能建立藍(lán)牙通信與信息傳遞。5.2藍(lán)牙技術(shù)5.2.1藍(lán)牙技術(shù)概述有了藍(lán)牙技術(shù)，存儲于手機中的信息可以在電視機上顯示出來，也可以將其中的聲音信息數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便在PC(個人電腦)上聆聽。東芝公司已開發(fā)了一種藍(lán)牙無線Modem和PC卡，將兩張卡中的一張插入Modem的主機上，另一張插入PC(個人電腦)，這樣用戶就成功實現(xiàn)了與因特網(wǎng)的無線聯(lián)網(wǎng)。有了藍(lán)牙技術(shù)，存儲于手機中的信息可以在電視機上顯示出來，藍(lán)牙技術(shù)的特點如下：

(1)采用跳頻技術(shù)，數(shù)據(jù)包短，抗信號衰減能力強；

(2)采用快速跳頻和前向糾錯方案以保證鏈路穩(wěn)定，減少同頻干擾和遠(yuǎn)程傳輸噪聲；

(3)使用2.4GHzISM頻段，無須申請許可證；

(4)可同時支持?jǐn)?shù)據(jù)、音頻、視頻信號；

(5)采用FM調(diào)制方式，降低設(shè)備的復(fù)雜性。

藍(lán)牙技術(shù)的特點如下：藍(lán)牙技術(shù)的傳輸速率設(shè)計為1MHz，以時分方式進(jìn)行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。一個跳頻頻率發(fā)送一個同步分組，每個分組占用一個時隙，使用擴(kuò)頻技術(shù)也可擴(kuò)展到五個時隙。同時，藍(lán)牙技術(shù)支持一個異步數(shù)據(jù)通道或三個并發(fā)的同步話音通道，或一個同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每一個話音通道支持64kb/s的同步話音；異步通道支持最大速率為721kb/s、反向應(yīng)答速率為57.6kb/s的非對稱連接，或者是432.6kb/s的對稱連接。藍(lán)牙技術(shù)的傳輸速率設(shè)計為1MHz，以時分方式進(jìn)行全雙工5.2.2藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙技術(shù)的一個主要目的就是使符合該規(guī)范的各種設(shè)備能夠互通，這就要求本地設(shè)備和遠(yuǎn)端設(shè)備使用相同的協(xié)議。不同的應(yīng)用，其使用的協(xié)議?？赡懿煌?，但它們都必須使用藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。完整的藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。當(dāng)然，不是任何應(yīng)用都必須使用全部協(xié)議，可以只采用部分協(xié)議，例如語音通信時，只需經(jīng)過基帶協(xié)議(Baseband)，而不用通過L2CAP。5.2.2藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)圖5.1藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)圖5.1藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)圖5.1所示中的藍(lán)牙協(xié)議體系又可以分為以下四層：核心協(xié)議：Baseband、LMP、L2CAP、SDP；電纜替代協(xié)議：RFCOMM；電話控制協(xié)議：TCSBinary、AT-Commands；選用協(xié)議：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard/vCal、WAE。圖5.1所示中的藍(lán)牙協(xié)議體系又可以分為以下四層：除了上述協(xié)議層外，規(guī)范還定義了主機控制器接口(HCI)，它為基帶控制器、連接控制器、硬件狀態(tài)和控制寄存器等提供命令接口。這些協(xié)議又可以分為藍(lán)牙專有協(xié)議和非專有協(xié)議，此區(qū)分主要是在藍(lán)牙專有協(xié)議的基礎(chǔ)上盡可能地采用和借鑒現(xiàn)有的各種高層協(xié)議(即非專有協(xié)議)，使得現(xiàn)有的各種應(yīng)用能移植到藍(lán)牙上來，如UDP/TCP/IP等。除了上述協(xié)議層外，規(guī)范還定義了主機控制器接口(HCI)，藍(lán)牙核心協(xié)議都是藍(lán)牙專有的協(xié)議，絕大部分的藍(lán)牙設(shè)備都需要這些協(xié)議。而RFCOMM和TCSBinary協(xié)議是SIG分別在ETSITS07.10和ITURecommendationQ.931協(xié)議的基礎(chǔ)上制定的。選用協(xié)議則主要是各種已經(jīng)廣泛使用的高層協(xié)議?？傊娎|替代協(xié)議、電話控制協(xié)議和選用協(xié)議在核心協(xié)議的基礎(chǔ)上構(gòu)成了面向應(yīng)用的協(xié)議。藍(lán)牙核心協(xié)議都是藍(lán)牙專有的協(xié)議，絕大部分的藍(lán)牙設(shè)備都需要

1．核心協(xié)議

1)基帶協(xié)議(Baseband)藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5.2所示。它首先由一個個微微網(wǎng)(Piconet)構(gòu)成。一個微微網(wǎng)中，只有一個藍(lán)牙設(shè)備是主設(shè)備(Master)，可以有七個從設(shè)備(Slave)，它們是由3位的MAC地址區(qū)分的。主設(shè)備的時鐘和跳頻序列用于同步同一個微微網(wǎng)中的從設(shè)備。多個獨立的非同步的微微網(wǎng)又可以形成分布式網(wǎng)絡(luò)(Scatternet)，一個微微網(wǎng)中的主/從設(shè)備可以是另外一個微微網(wǎng)中的主/從設(shè)備，但是各個微微網(wǎng)通過使用不同的跳頻序列來加以區(qū)分。1．核心協(xié)議圖5.2藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖5.2藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

基帶協(xié)議就是確保各個藍(lán)牙設(shè)備之間的物理射頻連接，以形成微微網(wǎng)。藍(lán)牙的射頻系統(tǒng)是一個跳頻系統(tǒng)，其任一分組在指定時隙、指定頻率上發(fā)送，它使用查詢(Inquiry)和尋呼(Page)進(jìn)程同步不同設(shè)備間的發(fā)送頻率和時鐘，可為基帶數(shù)據(jù)分組提供兩種物理連接方式：同步面向連接(SCO)和異步非連接(ACL)?；鶐f(xié)議就是確保各個藍(lán)牙設(shè)備之間的物理射頻連接，以形成微

SCO既能傳輸語音分組(采用CVSD編碼)，也能傳輸數(shù)據(jù)分組；而ACL只能傳輸數(shù)據(jù)分組。所有的語音和數(shù)據(jù)分組都附有不同級別的前向糾錯(FEC)或循環(huán)冗余校驗(CRC)編碼，并可進(jìn)行加密，以保證數(shù)據(jù)傳輸可靠。此外，對于不同的數(shù)據(jù)類型都會分配一個特殊的信道，可以傳遞連接管理信息和控制信息等。SCO既能傳輸語音分組(采用CVSD編碼)，也能傳輸數(shù)據(jù)

2)連接管理協(xié)議(LMP)連接管理協(xié)議負(fù)責(zé)藍(lán)牙各設(shè)備間連接的建立。首先，它通過連接的發(fā)起、交換、核實，進(jìn)行身份認(rèn)證和加密；其次，它通過設(shè)備間協(xié)商以確定基帶數(shù)據(jù)分組的大?。涣硗?，它還可以控制無線部分的電源模式和工作周期，以及微微網(wǎng)內(nèi)各設(shè)備的連接狀態(tài)。2)連接管理協(xié)議(LMP)

3)邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP)邏輯鏈路控制和適配協(xié)議是基帶的上層協(xié)議，可以認(rèn)為它是與LMP并行工作的，它們的區(qū)別在于當(dāng)數(shù)據(jù)不經(jīng)過LMP時，則L2CAP將采用多路技術(shù)、分割和重組技術(shù)、群提取技術(shù)等為上層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。雖然基帶協(xié)議提供了SCO和ACL兩種連接類型，但是L2CAP只支持ACL，并允許高層協(xié)議以64KB/s的速度收發(fā)數(shù)據(jù)分組。

3)邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP)

4)服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)使用服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，可以查詢到設(shè)備信息和服務(wù)類型，之后，藍(lán)牙設(shè)備之間的連接才能建立。

4)服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)

2．電纜替代協(xié)議(RFCOMM)

RFCOMM是基于ETSI07.10規(guī)范的串行線仿真協(xié)議，它在藍(lán)牙基帶協(xié)議上仿真RS-232控制和數(shù)據(jù)信號，為使用串行線傳送機制的上層協(xié)議(如OBEX)提供服務(wù)。2．電纜替代協(xié)議(RFCOMM)

3．電話控制協(xié)議

1)二元電話控制協(xié)議(TCSBinary)二元電話控制協(xié)議是面向比特的協(xié)議，它定義了藍(lán)牙設(shè)備間建立語音和數(shù)據(jù)呼叫的控制信令，定義了處理藍(lán)牙TCS設(shè)備群的移動管理進(jìn)程。

2)?AT命令集電話控制協(xié)議(AT-Commands)在ITU2TV.250和ETS300916(GSM07.07)的基礎(chǔ)之上，SIG定義了控制多用戶模式下，移動電話、調(diào)制解調(diào)器和可用于傳真業(yè)務(wù)的AT命令集。3．電話控制協(xié)議

4．選用協(xié)議

1)點對點協(xié)議(PPP)

PPP是IETF(InternetEngineeringTaskForce)制定的，在藍(lán)牙技術(shù)中，它運行于RFCOMM之上，完成點對點的連接。

2)?UDP/TCP/IP協(xié)議

UDP/TCP/IP協(xié)議也是由IETF制定的，是互聯(lián)網(wǎng)通信的基本協(xié)議。在藍(lán)牙設(shè)備中使用這些協(xié)議，是為了與互聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備進(jìn)行通信。4．選用協(xié)議

3)對象交換協(xié)議(OBEX)

OBEX是IrOBEX的簡寫，是由紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(IrDA)制定的會話層協(xié)議，它采用簡單和自發(fā)的方式來交換對象。其基本功能類似于HTTP，采用客戶機/服務(wù)器模式，而獨立于傳輸機制和傳輸應(yīng)用程序接口(API)。另外，OBEX專門提供了一個文件夾列表對象，用于瀏覽遠(yuǎn)端設(shè)備上的文件夾內(nèi)容。在我國目前使用的藍(lán)牙協(xié)議有1.0和2.0版本，歐洲使用的藍(lán)牙協(xié)議多為2.2版本。在藍(lán)牙1.0協(xié)議中，RFCOMM是OBEX唯一的傳輸層，在以后的版本中，有可能也支持TCP/IP作為傳輸層。3)對象交換協(xié)議(OBEX)

4)無線應(yīng)用協(xié)議(WAP)

WAP是由無線應(yīng)用協(xié)議論壇(WAPForum)制定的，它融合了各種廣域無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其目的是將互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容和電話傳送的業(yè)務(wù)傳送到數(shù)字蜂窩電話或者其他無線終端。選用WAP，可以充分利用無線應(yīng)用環(huán)境(WAE)開發(fā)的高層應(yīng)用軟件。4)無線應(yīng)用協(xié)議(WAP)5.2.3藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的主要功能藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)用于辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的藍(lán)牙移動終端通過無線方式訪問局域網(wǎng)以及Internet；跟蹤、定位辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有藍(lán)牙設(shè)備，在兩個屬于不同匹配網(wǎng)的藍(lán)牙設(shè)備之間建立路由連接，并在設(shè)備之間交換路由信息。5.2.3藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的主要功能藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的主要功能如下：

(1)實現(xiàn)藍(lán)牙協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，完成辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部藍(lán)牙移動終端的無線上網(wǎng)功能。

(2)在安全的基礎(chǔ)上實現(xiàn)藍(lán)牙地址與IP地址之間的地址解析，它利用自身的IP地址和TCP端口來唯一地標(biāo)識辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部沒有IP地址的藍(lán)牙移動終端，比如藍(lán)牙打印機等。藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的主要功能如下：

(3)通過路由表來對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的藍(lán)牙移動終端進(jìn)行跟蹤、定位，使得辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的藍(lán)牙移動終端可以通過正確的路由，訪問局域網(wǎng)或者另一個匹配網(wǎng)中的藍(lán)牙移動終端。

(4)在兩個屬于不同匹配網(wǎng)的藍(lán)牙移動終端之間交換路由信息，從而完成藍(lán)牙移動終端通信的漫游與切換。在這種通信方式中，藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)在數(shù)據(jù)包路由過程中充當(dāng)中繼作用，相當(dāng)于藍(lán)牙網(wǎng)橋。(3)通過路由表來對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的藍(lán)牙移動終端進(jìn)行跟蹤、定5.2.4藍(lán)牙移動終端(MT)藍(lán)牙移動終端是普通的藍(lán)牙設(shè)備，能夠與藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)以及其他藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行通信，從而實現(xiàn)辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部移動終端的無線上網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部文件、資源的共享。各個功能模塊關(guān)系如圖5.3所示。

5.2.4藍(lán)牙移動終端(MT)圖5.3功能模塊關(guān)系圖5.3功能模塊關(guān)系如果目的端位于單位內(nèi)部的局域網(wǎng)或者Internet，則需要通過藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)進(jìn)行藍(lán)牙協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換。如果該MT沒有IP地址，則由藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)來提供，其通信方式為MT—BG—MT。如果目的端位于辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的另一個匹配網(wǎng)，則通過藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)來建立路由連接，從而完成整個通信過程的漫游，其通信方式為MT—BG—M_MT(為主移動終端)—MT。采用藍(lán)牙技術(shù)也可使辦公室的每個數(shù)據(jù)終端互相連通。例如，多臺終端共用1臺打印機，可按照一定的算法登錄打印機的等待隊列，依次執(zhí)行。如果目的端位于單位內(nèi)部的局域網(wǎng)或者Internet，則需5.2.5藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和藍(lán)牙系統(tǒng)的組成

1．藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)微微網(wǎng)是實現(xiàn)藍(lán)牙無線通信的最基本方式。每個微微網(wǎng)只有一個主設(shè)備。一個主設(shè)備最多可以同時與七個從設(shè)備同時進(jìn)行通信。多個藍(lán)牙設(shè)備組成的微微網(wǎng)如圖5.4所示。散射網(wǎng)是多個微微網(wǎng)相互連接所形成的比微微網(wǎng)覆蓋范圍更大的藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，其特點是不同的微微網(wǎng)之間有互聯(lián)的藍(lán)牙設(shè)備，如圖5.5所示。5.2.5藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和藍(lán)牙系統(tǒng)的組成圖5.4多個藍(lán)牙設(shè)備組成的微微網(wǎng)圖5.4多個藍(lán)牙設(shè)備組成的微微網(wǎng)圖5.5多個微微網(wǎng)組成的散射網(wǎng)圖5.5多個微微網(wǎng)組成的散射網(wǎng)雖然每個微微網(wǎng)只有一個主設(shè)備，但從設(shè)備可以基于時分復(fù)用機制加入不同的微微網(wǎng)，而且一個微微網(wǎng)的主設(shè)備可以成為另外一個微微網(wǎng)的從設(shè)備。每個微微網(wǎng)都有其獨立的跳頻序列，它們之間并不跳頻同步，由此避免了同頻干擾。雖然每個微微網(wǎng)只有一個主設(shè)備，但從設(shè)備可以基于時分復(fù)用機

2．藍(lán)牙系統(tǒng)的組成藍(lán)牙系統(tǒng)由無線單元、鏈路控制單元、鏈路管理器三部分組成。

1)無線單元藍(lán)牙是以無線LAN的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)為基礎(chǔ)的，使用2.45GHzISM全球通自由波段。藍(lán)牙天線屬于微帶天線，空中接口是建立在天線電平為0dBm基礎(chǔ)上的，遵從FCC(美國聯(lián)邦通信委員會)有關(guān)0dBm電平的ISM頻段的標(biāo)準(zhǔn)。2．藍(lán)牙系統(tǒng)的組成當(dāng)采用擴(kuò)頻技術(shù)時，其發(fā)射功率可增加到100mW。頻譜擴(kuò)展功能是通過起始頻率為2.402GHz、終止頻率為2.480GHz、間隔為1MHz的79個跳頻頻點來實現(xiàn)的。其最大的跳頻速率為1660跳/秒。系統(tǒng)設(shè)計通信距離為10cm～10m，如增大發(fā)射功率，其距離可長達(dá)100m。當(dāng)采用擴(kuò)頻技術(shù)時，其發(fā)射功率可增加到100mW。頻譜擴(kuò)

2)鏈路控制單元鏈路控制單元(即基帶)描述了硬件—基帶鏈路控制器的數(shù)字信號處理規(guī)范?；鶐ф溌房刂破髫?fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其他一些低層常規(guī)協(xié)議。2)鏈路控制單元

(1)建立物理鏈路。微微網(wǎng)內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備之間的連接被建立之前，所有的藍(lán)牙設(shè)備都處于待命(Standby)狀態(tài)。此時，未連接的藍(lán)牙設(shè)備每隔1.28s就周期性地“監(jiān)聽”信息。每當(dāng)一個藍(lán)牙設(shè)備被激活，它就將監(jiān)聽劃給該單元的32個跳頻頻點。跳頻頻點的數(shù)目因地理區(qū)域的不同而異(32這個數(shù)字只適用于使用2.400GHz～2.4835GHz波段的國家)。作為主藍(lán)牙設(shè)備，首先初始化連接程序，如果地址已知，則通過尋呼(Page)消息建立連接；如果地址未知，則通過一個后接尋呼消息的查詢(Inquiry)消息建立連接。(1)建立物理鏈路。微微網(wǎng)內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備之間的連接被建立

在最初的尋呼狀態(tài)，主單元將在分配給被尋呼單元的16個跳頻頻點上發(fā)送一串16個相同的尋呼消息。如果沒有應(yīng)答，主單元則按照激活次序在剩余16個頻點上繼續(xù)尋呼。從單元收到從主單元發(fā)來的消息的最大延遲時間為激活周期的2倍(2.56s)，平均延遲時間是激活周期的一半(0.6s)。查詢消息主要用來尋找藍(lán)牙設(shè)備。查詢消息和尋呼消息很相像，但是查詢消息需要一個額外的數(shù)據(jù)串周期來收集所有的響應(yīng)。在最初的尋呼狀態(tài)，主單元將在分配給被尋呼單元的16個跳頻

(2)差錯控制?；鶐Э刂破饔腥N糾錯方式：1/3比例前向糾錯(1/3FEC)碼，用于分組頭；2/3比例前向糾錯(2/3FEC)碼，用于部分分組；數(shù)據(jù)的自動請求重發(fā)方式(ARQ)，用于帶有CRC(循環(huán)冗余校驗)的數(shù)據(jù)分組。差錯控制用于提高分組傳送的安全性和可靠性。(2)差錯控制?；鶐Э刂破饔腥N糾錯方式：1/3比例前

(3)驗證和加密。藍(lán)牙基帶部分在物理層為用戶提供保護(hù)和信息加密機制。驗證基于“請求-響應(yīng)”運算法則，采用口令/應(yīng)答方式，在連接進(jìn)程中進(jìn)行，它是藍(lán)牙系統(tǒng)中的重要組成部分。它允許用戶為個人的藍(lán)牙設(shè)備建立一個信任域，比如只允許主人自己的筆記本電腦通過主人自己的移動電話通信。

(3)驗證和加密。藍(lán)牙基帶部分在物理層為用戶提供保護(hù)和加密采用流密碼技術(shù)，適用于硬件實現(xiàn)。它被用來保護(hù)連接中的個人信息。密鑰由程序的高層來管理。網(wǎng)絡(luò)傳送協(xié)議和應(yīng)用程序可以為用戶提供一個較強的安全機制。加密采用流密碼技術(shù)，適用于硬件實現(xiàn)。它被用來保護(hù)連接中的

3)鏈路管理器鏈路管理器(LM)軟件模塊設(shè)計了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其他一些協(xié)議。鏈路管理器能夠發(fā)現(xiàn)其他藍(lán)牙設(shè)備的鏈路管理器，并通過鏈路管理協(xié)議(LMP)建立通信聯(lián)系。鏈路管理器提供的服務(wù)項目包括發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、設(shè)備號請求(LM能夠有效地查詢和報告名稱或者長度最大可達(dá)16位的設(shè)備ID)、鏈路地址查詢、建立連接、驗證、協(xié)商并建立連接方式、確定分組類型、設(shè)置保持方式及休眠方式。3)鏈路管理器5.2.6藍(lán)牙技術(shù)的硬件設(shè)計從目前藍(lán)牙產(chǎn)品來看，其硬件上都采用了兩塊芯片構(gòu)成一個芯片組，一塊是射頻芯片，另外一塊是基帶控制芯片，如朗訊公司的W7020和W7400、飛利浦的UAA3558和PCD87750等，這兩塊芯片再加上外加的Flash、天線和電源芯片就可以構(gòu)成一個藍(lán)牙模塊(BluetoothModule)，用于各種藍(lán)牙產(chǎn)品之中。

5.2.6藍(lán)牙技術(shù)的硬件設(shè)計以朗訊公司的W7020和W7400為例，來說明如何構(gòu)造和使用一個藍(lán)牙模塊，如圖5.6所示。W7020是采用BiCOMS工藝制造的高集成度射頻芯片，外接特征阻抗為50Ω的天線，和一個13MHz的晶振。從圖5.6中可以看出，它通過串行接口總線(SerialInterfaceBus)和選通信號(StrobeSignals)和W7400接口。這樣就構(gòu)成一個完整的藍(lán)牙模塊。W7400最大的特點是包含了一個ARM7TDMI的RISC核，能滿足藍(lán)牙1.0的各個協(xié)議棧，并且提供了USB和UART/PCM兩個主機控制器接口(HostControllerInterface，HCI)，極大方便了硬件設(shè)計。以朗訊公司的W7020和W7400為例，來說明如何構(gòu)造和

另外，在當(dāng)今對芯片功耗要求日益苛刻的情況下，W7020和W7400均采用2.7V工作電壓，以保證降低功耗，延長電池壽命，特別適合各種便攜設(shè)備。利用主機控制器接口HCI，采用兩種方式，可很方便地把它嵌入到各種產(chǎn)品之中。另外，在當(dāng)今對芯片功耗要求日益苛刻的情況下，W7020和圖5.6藍(lán)牙模塊圖5.6藍(lán)牙模塊

1)采用UART/PCM方式這種方式利用UART作為數(shù)據(jù)(Data)通信接口，而PCM作為語音(Voice)通信接口，如圖5.7所示。當(dāng)用UART進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，藍(lán)牙模塊是作為一個數(shù)字電路終端設(shè)備(DataCircuit-terminalEquipment，DCE)，其串行傳輸速度可以達(dá)到460.8kb/s。當(dāng)用PCM進(jìn)行語音通信時，其采用的編碼格式很靈活，可以采用CVSD、A律(歐洲)和μ律(美國)三種格式，方便了藍(lán)牙語音產(chǎn)品的開發(fā)。1)采用UART/PCM方式

2)采用USB方式

USB方式如圖5.8所示，是把藍(lán)牙模塊當(dāng)做一個USB從設(shè)備來和主機通信，它滿足USB1.1規(guī)范，最高速度可以達(dá)到12Mb/s。2)采用USB方式圖5.7UART/PCM方式圖5.7UART/PCM方式

圖5.8USB方式圖5.8USB方式5.3

Wi-Fi技術(shù)5.3.1

Wi-Fi技術(shù)的概念

Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設(shè)備(如PDA、手機)等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。簡單來說，Wi-Fi其實就是IEEE802.11b的別稱，是由一個名為“無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”(WirelessEthernetCompatibilityAlliance，WECA)的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語，它是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號。5.3Wi-Fi技術(shù)5.3.1Wi-Fi技術(shù)的概念隨著技術(shù)的發(fā)展，以及IEEE802.11a及IEEE802.11g等標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，現(xiàn)在IEEE802.11這個標(biāo)準(zhǔn)已被統(tǒng)稱為Wi-Fi。它可以幫助用戶訪問電子郵件、Web和流式媒體。它為用戶提供了無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問。同時，它也是人們在家里、辦公室或在旅途中快速上網(wǎng)的便捷的途徑。Wi-Fi是由AP(AccessPoint)和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡(luò)。在開放性區(qū)域，通信距離可達(dá)305m；在封閉性區(qū)域，通信距離為76m～122m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)絡(luò)整合，組網(wǎng)的成本更低。隨著技術(shù)的發(fā)展，以及IEEE802.11a及IEEE

Wi-Fi的優(yōu)點如下：

(1)無線電波的覆蓋范圍廣。Wi-Fi的半徑可達(dá)100m，適合辦公室及單位樓層內(nèi)部使用。而藍(lán)牙技術(shù)只能覆蓋15m內(nèi)。

(2)速度快，可靠性高。IEEE802.11b無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范是IEEE802.11網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的擴(kuò)展，最高帶寬為11Mb/s，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可調(diào)整為5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s，帶寬的自動調(diào)整，有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。Wi-Fi的優(yōu)點如下：

(3)無需布線。Wi-Fi最主要的優(yōu)勢在于不需要布線，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要，具有廣闊的市場前景。目前它已經(jīng)從傳統(tǒng)的醫(yī)療保健、庫存控制和管理服務(wù)等特殊行業(yè)向更多行業(yè)拓展開去，逐步進(jìn)入家庭以及教育機構(gòu)等領(lǐng)域。(3)無需布線。Wi-Fi最主要的優(yōu)勢在于不需要布線，

(4)健康安全。IEEE802.11規(guī)定的發(fā)射功率不可超過100mW，實際發(fā)射功率約60mW～70mW(而手機的發(fā)射功率約為200mW～1W，手持式對講機高達(dá)5W)，而且無線網(wǎng)絡(luò)使用方式并非像手機直接接觸人體，是絕對安全的。(4)健康安全。IEEE802.11規(guī)定的發(fā)射功率不目前使用的IP無線網(wǎng)絡(luò)存在一些不足之處，如帶寬不高、覆蓋半徑小、切換時間長等，并且無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對上層業(yè)務(wù)開發(fā)不開放，使得適合IP移動環(huán)境的業(yè)務(wù)難以開發(fā)。目前使用的IP無線網(wǎng)絡(luò)存在一些不足之處，如帶寬不高、覆蓋由于Wi-Fi的頻段在世界范圍內(nèi)是無需任何電信運營執(zhí)照的免費頻段，因此WLAN無線設(shè)備提供了一個世界范圍內(nèi)可以使用的，費用極其低廉且數(shù)據(jù)帶寬極高的無線空中接口。用戶可以在Wi-Fi覆蓋區(qū)域內(nèi)快速瀏覽網(wǎng)頁，隨時隨地接聽、撥打電話。有了Wi-Fi功能，我們打長途電話(包括國際長途)、瀏覽網(wǎng)頁、收發(fā)電子郵件、下載音樂、傳遞數(shù)碼照片等，再無需擔(dān)心速度慢和花費高的問題。由于Wi-Fi的頻段在世界范圍內(nèi)是無需任何電信運營執(zhí)照的現(xiàn)在Wi-Fi的覆蓋范圍在國內(nèi)越來越廣泛了，高級賓館、豪華住宅區(qū)、飛機場以及咖啡廳之類的區(qū)域都有Wi-Fi接口。當(dāng)我們?nèi)ヂ糜位蜣k公時，就可以在這些場所使用我們的掌上設(shè)備盡情網(wǎng)上沖浪了?，F(xiàn)在Wi-Fi的覆蓋范圍在國內(nèi)越來越廣泛了，高級賓館、豪隨著3G時代的來臨，越來越多的電信運營商將目光投向了Wi-Fi技術(shù)，Wi-Fi覆蓋小、帶寬高，3G覆蓋大、帶寬低，兩種技術(shù)有著相互對立的優(yōu)缺點，取長補短相得益彰。Wi-Fi技術(shù)低成本、無線、高速的特征非常符合3G時代的應(yīng)用要求。在手機的3G業(yè)務(wù)方面，目前支持Wi-Fi的智能手機可以輕松地通過AP實現(xiàn)對互聯(lián)網(wǎng)的瀏覽。隨著VoIP軟件的發(fā)展，以Skype為代表的VoIP軟件已經(jīng)可以支持多種操作系統(tǒng)。在裝有Wi-Fi模塊的智能手機上裝上相應(yīng)的VoIP軟件后就可以通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)語音通話。所以3G與Wi-Fi是不矛盾的，而Wi-Fi可以作為3G的高效有利的補充。隨著3G時代的來臨，越來越多的電信運營商將目光投向了Wi5.3.2

Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和原理

Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)是基于IEEE802.11定義的一個無線網(wǎng)絡(luò)通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，利用這些標(biāo)準(zhǔn)來組成網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木钟蚓W(wǎng)，由于支持無線上網(wǎng)，只要移動終端具有這種功能就可無線上網(wǎng)。

1．Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖5.9所示，主要包括以下六部分：5.3.2Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和原理圖5.9Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖5.9Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

(1)站點(Station)：網(wǎng)絡(luò)最基本的組成部分。

(2)基本服務(wù)單元(BasicServiceSet，BSS)：網(wǎng)絡(luò)最基本的服務(wù)單元。最簡單的服務(wù)單元可以只由兩個站點組成。站點可以動態(tài)地連接到基本服務(wù)單元中。

(3)分配系統(tǒng)(DistributionSystem，DS)：用于連接不同的基本服務(wù)單元。分配系統(tǒng)使用的媒介(Medium)邏輯上和基本服務(wù)單元使用的媒介是截然分開的，盡管它們物理上可能會是同一個媒介，例如同一個無線頻段。(1)站點(Station)：網(wǎng)絡(luò)最基本的組成部分。

(4)接入點(AccessPoint，AP)：既有普通站點的身份，又有接入到分配系統(tǒng)的功能。

(5)擴(kuò)展服務(wù)單元(ExtendedServiceSet，ESS)：由分配系統(tǒng)和基本服務(wù)單元組合而成。這種組合是邏輯上，并非物理上的—不同的基本服務(wù)單元也有可能在地理位置上相去甚遠(yuǎn)。分配系統(tǒng)也可以使用各種各樣的技術(shù)。

(6)關(guān)口(Portal)：也是一個邏輯成分，用于將無線局域網(wǎng)和有線局域網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。(4)接入點(AccessPoint，AP)：既有普網(wǎng)絡(luò)中有三種媒介：站點使用的無線的媒介、分配系統(tǒng)使用的媒介以及和無線局域網(wǎng)集成在一起的其他局域網(wǎng)使用的媒介。物理上它們可能互相重疊。IEEE802.11只負(fù)責(zé)在站點使用的無線的媒介上的尋址(Addressing)。分配系統(tǒng)和其他局域網(wǎng)的尋址不屬于無線局域網(wǎng)的范圍。網(wǎng)絡(luò)中有三種媒介：站點使用的無線的媒介、分配系統(tǒng)使用的媒

IEEE802.11沒有具體定義分配系統(tǒng)，只是定義了分配系統(tǒng)應(yīng)該提供的服務(wù)(Service)。整個無線局域網(wǎng)定義了九種服務(wù)，其中有五種服務(wù)屬于分配系統(tǒng)的任務(wù)，分別是連接(Association)、結(jié)束連接(Diassociation)、分配(Distribution)、集成(Integration)、再連接(Reassociation)，四種服務(wù)屬于站點的任務(wù)，分別為鑒權(quán)(Authentication)、結(jié)束鑒權(quán)(Deauthentication)、隱私(Privacy)、MAC數(shù)據(jù)傳輸(MSDUdelivery)。IEEE802.11沒有具體定義分配系統(tǒng)，只是定義了分

2．Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的工作原理

Wi-Fi的設(shè)置至少需要一個AP和一個或一個以上的Client(Hi)。AP每100ms將SSID(ServiceSetIdentifier)經(jīng)由Beacons(信號臺)封包廣播一次，Beacons封包的傳輸速率是1Mb/s，并且長度相當(dāng)?shù)亩蹋赃@個廣播動作對網(wǎng)絡(luò)效能的影響不大。因為Wi-Fi規(guī)定的最低傳輸速率是1Mb/s，所以可確保所有的Wi-FiClient端都能收到這個SSID廣播封包，Client可以借此決定是否要和這一個SSID的AP連線。使用者可以設(shè)定要連線到哪一個SSID。Wi-Fi總是對客戶端開放其連接標(biāo)準(zhǔn)，并支持漫游。但亦意味著，一個無線適配器有可能在性能上優(yōu)于其他的適配器。由于Wi-Fi是通過空氣傳送信號，所以和非交換以太網(wǎng)有相同的特點。2．Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的工作原理

3．Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的使用一般架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)的基本配備就是無線網(wǎng)卡及一個AP，如此便能以無線的模式，配合既有的有線架構(gòu)來分享網(wǎng)絡(luò)資源，架設(shè)費用和復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)。如果只是幾臺電腦的對等網(wǎng)，也可不要AP，只需要每臺電腦配備無線網(wǎng)卡。AP主要在媒體接入控制(MAC)層中扮演無線工作站及有線局域網(wǎng)絡(luò)的橋梁。有了AP，就像一般有線網(wǎng)絡(luò)的Hub一樣，無線工作站可以快速且輕易地與網(wǎng)絡(luò)相連。特別是對于寬帶的使用，Wi-Fi更顯優(yōu)勢，有線寬帶網(wǎng)絡(luò)(ADSL、小區(qū)LAN等)到戶后，連接到一個AP，然后在電腦中安裝一塊無線網(wǎng)卡即可。普通的家庭有一個AP已經(jīng)足夠，甚至用戶的鄰里得到授權(quán)后，則無需增加端口，也能以共享的方式上網(wǎng)。

3．Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的使用

Wi-Fi的工作距離不大，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完備的情況下，IEEE802.11b的真實工作距離可以達(dá)到100m以上，而且解決了高速移動時數(shù)據(jù)的糾錯問題、誤碼問題，Wi-Fi設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與基站之間的切換和安全認(rèn)證都得到了很好的解決。Wi-Fi的工作距離不大，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完備的情況下，IEE

Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的使用方法如下：

1)設(shè)置方法

(1)確定移動終端設(shè)備具有Wi-Fi功能以及移動終端設(shè)備可以接收到信號；

(2)在“開始”→“設(shè)置”→“連線”中點選“連接”，然后選擇“高級”，在“選擇自動使用的網(wǎng)絡(luò)”下方點選“選擇網(wǎng)絡(luò)”；

(3)看到兩個下拉空格，第一個是“在程序自動連接到Internet時，使用：”，點選“新建”；

(4)新窗口里有“請為這些設(shè)置輸入名稱”，在下方空格處編輯“Internet設(shè)置”或者其他名字；

(5)“調(diào)制解調(diào)器”里面不要填寫任何東西，勾選“代理服務(wù)器設(shè)置”中的“此網(wǎng)路連接到Internet”，點選“OK”即可。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的使用方法如下：

2)網(wǎng)卡設(shè)置

(1)在“開始”→“設(shè)置”→“連接”中點選“無線網(wǎng)絡(luò)管理員”；

(2)在彈出頁面的右下方點選“菜單”，然后點選上彈菜單中的“開啟Wi-Fi”，如果無線路由器設(shè)置正常的話，這時點選“網(wǎng)絡(luò)搜尋”；

(3)點選“配置無線網(wǎng)絡(luò)”下方的品牌名字，彈出新的窗口，在“要訪問的網(wǎng)絡(luò)”下方選擇“所有可用的”；

(4)在“網(wǎng)絡(luò)適配器”的“我的網(wǎng)卡連線到”項目中選擇“默認(rèn)Internet設(shè)置”，在“點擊適配器以修改設(shè)置”下方點選“AUSU802.11b+gWirelessCard”；2)網(wǎng)卡設(shè)置

(5)在新窗口中點選“使用服務(wù)器分配的IP地址”，并在“IP地址”欄填入公司或者單位分配給的IP；

(6)在“子網(wǎng)掩碼”中填入子網(wǎng)掩碼，在“網(wǎng)關(guān)”中填入網(wǎng)關(guān)，再點選“名稱服務(wù)器”，在新窗口的“DNS”和“備用DNS”中填入相應(yīng)的DNS，然后一直點選“OK”即可。通過上面的步驟，就可以使移動終端設(shè)備自動地匹配網(wǎng)絡(luò)，可以上網(wǎng)做我們想做的事情，如瀏覽網(wǎng)頁、看視頻、聽音樂等。

(5)在新窗口中點選“使用服務(wù)器分配的IP地址”，并在5.4

ZigBee技術(shù)5.4.1

ZigBee技術(shù)概述

ZigBee主要應(yīng)用在短距離范圍之內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。ZigBee聯(lián)盟成立于2001年8月。2002年下半年，Invensys、Mitsubishi、Motorola以及Philips半導(dǎo)體公司四大巨頭共同宣布加盟ZigBee聯(lián)盟，研發(fā)ZigBee的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，該聯(lián)盟已有27家成員企業(yè)。所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開發(fā)ZigBee物理和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.15.4工作組。ZigBee協(xié)議比藍(lán)牙、高速率個人區(qū)域網(wǎng)或IEEE802.11x無線局域網(wǎng)更簡單、實用。5.4ZigBee技術(shù)5.4.1ZigBee技術(shù)概述

Zigbee使用2.4GHz波段，采用跳頻技術(shù)。它的基本速率是250kb/s，當(dāng)降低到28kb/s時，傳輸范圍可擴(kuò)大到134m，并獲得更高的可靠性。另外，它可與254個節(jié)點聯(lián)網(wǎng)，可以比藍(lán)牙更好地支持游戲、消費電子、儀器和家庭自動化應(yīng)用。Zigbee使用2.4GHz波段，采用跳頻技術(shù)。它的基

ZigBee技術(shù)具有如下主要特點：

(1)數(shù)據(jù)傳輸速率低：只有10kb/s～250kb/s，專注于低傳輸應(yīng)用。

(2)功耗低：在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通5號干電池可使用6個月以上。這也是ZigBee的支持者所一直引以為豪的獨特優(yōu)勢。ZigBee技術(shù)具有如下主要特點：

(3)成本低：因為ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本；積極投入ZigBee開發(fā)的Motorola以及Philips，均已在2003年正式推出芯片，飛利浦預(yù)估，應(yīng)用于主機端的芯片成本和其他終端產(chǎn)品的成本比藍(lán)牙更具價格競爭力。

(4)網(wǎng)絡(luò)容量大：每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個設(shè)備。也就是說，每個ZigBee設(shè)備可以與另外254臺設(shè)備相連接。(3)成本低：因為ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單

(5)有效范圍小：有效覆蓋范圍為10m～75m之間，具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境。

(6)工作頻段靈活：使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz(歐洲)及915MHz(美國)，均為免執(zhí)照頻段。

(5)有效范圍?。河行Ц采w范圍為10m～75m之間根據(jù)ZigBee聯(lián)盟目前的設(shè)想，ZigBee的目標(biāo)市場主要有PC外設(shè)(鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿)、消費類電子設(shè)備(TV、VCR、CD、VCD、DVD等設(shè)備上的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計量控制及報警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(hù)(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動控制設(shè)備)等。根據(jù)ZigBee聯(lián)盟目前的設(shè)想，ZigBee的目標(biāo)市場主5.4.2

ZigBee協(xié)議棧

ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖5.10所示，是基于標(biāo)準(zhǔn)OSI七層模型的，包括高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入層和物理層。5.4.2ZigBee協(xié)議棧圖5.10ZigBee協(xié)議棧圖5.10ZigBee協(xié)議棧

IEEE802.15.4定義了兩個物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩者均基于直接序列擴(kuò)頻(DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS)技術(shù)。868MHz只有一個信道，傳輸速率為20kb/s；902MHz～928MHZ頻段有10個信道，信道間隔為2MHz，傳輸速率為40kb/s。以上這兩個頻段都采用BPSK調(diào)制。2.4GHz～2.4835GHz頻段有16個信道，信道間隔為5MHz，能夠提供250kb/s的傳輸速率，采用O-QPSK調(diào)制。為了提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，IEEE802.15.4定義的媒體接入控制(MAC)層采用了CSMA-CA和時隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手協(xié)議。應(yīng)用匯聚層主要負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，包括安全與鑒權(quán)、多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。IEEE802.15.4定義了兩個物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是25.4.3

ZigBee的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1．ZigBee網(wǎng)絡(luò)配置低數(shù)據(jù)速率的WPAN中包括兩種無線設(shè)備：全功能設(shè)備(FFD)和精簡功能設(shè)備(RFD)。其中，F(xiàn)FD可以和FFD、RFD通信，而RFD只能和FFD通信，RFD之間是無法通信的。RFD的應(yīng)用相對簡單，例如在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，它們只負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給它的協(xié)調(diào)點，并不具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等功能。RFD占用資源少，需要的存儲容量也小，成本比較低。

5.4.3ZigBee的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，至少存在一個FFD充當(dāng)整個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)點，即PAN協(xié)調(diào)點(ZigBee中也稱做ZigBee協(xié)調(diào)點)。一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)只有一個PAN協(xié)調(diào)點。通常，PAN協(xié)調(diào)點是一個特殊的FFD，它具有較強大的功能，是整個網(wǎng)絡(luò)的主要控制者，它負(fù)責(zé)建立新的網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、管理網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點以及存儲網(wǎng)絡(luò)信息等。FFD和RFD都可以作為終端節(jié)點加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)。此外，普通FFD也可以在它的個人操作空間(POS)中充當(dāng)協(xié)調(diào)點，但它仍然受PAN協(xié)調(diào)點的控制。ZigBee中每個協(xié)調(diào)點最多可連接255個節(jié)點，一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納65535個節(jié)點。在一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，至少存在一個FFD充當(dāng)整個網(wǎng)絡(luò)

2．ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有三種，星形網(wǎng)、網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)和混合網(wǎng)。星形網(wǎng)如圖5.11(a)所示，是由一個PAN協(xié)調(diào)點和一個或多個終端節(jié)點組成的。PAN協(xié)調(diào)點必須是FFD，它負(fù)責(zé)發(fā)起建立和管理整個網(wǎng)絡(luò)，其他的節(jié)點(終端節(jié)點)一般為RFD，分布在PAN協(xié)調(diào)點的覆蓋范圍內(nèi)，直接與PAN協(xié)調(diào)點進(jìn)行通信。星形網(wǎng)通常用于節(jié)點數(shù)量較少的場合。

2．ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖5.11ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)星形網(wǎng)；(b)網(wǎng)狀網(wǎng)；(c)混合網(wǎng)圖5.11ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

Mesh網(wǎng)如圖5.11(b)所示，一般是由若干個FFD連接在一起形成，它們之間是完全的對等通信，每個節(jié)點都可以與它的無線通信范圍內(nèi)的其他節(jié)點通信。Mesh網(wǎng)中，一般將發(fā)起建立網(wǎng)絡(luò)的FFD節(jié)點作為PAN協(xié)調(diào)點。Mesh網(wǎng)是一種高可靠性網(wǎng)絡(luò)，具有“自恢復(fù)”能力，它可為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包提供多條路徑，一旦一條路徑出現(xiàn)故障，則存在另一條或多條路徑可供選擇。Mesh網(wǎng)如圖5.11(b)所示，一般是由若干個FFD

Mesh網(wǎng)可以通過FFD擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，組成Mesh網(wǎng)與星形網(wǎng)的混合網(wǎng)，如圖5.11(c)所示。混合網(wǎng)中，終端節(jié)點采集的信息首先傳到同一子網(wǎng)內(nèi)的協(xié)調(diào)點，再通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點上傳到上一層網(wǎng)絡(luò)的PAN協(xié)調(diào)點?；旌暇W(wǎng)適用于覆蓋范圍較大的網(wǎng)絡(luò)。Mesh網(wǎng)可以通過FFD擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，組成Mesh網(wǎng)與星形網(wǎng)

3．ZigBee組網(wǎng)技術(shù)

ZigBee中，只有PAN協(xié)調(diào)點可以建立一個新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)ZigBee的PAN協(xié)調(diào)點希望建立一個新網(wǎng)絡(luò)時，首先掃描信道，尋找網(wǎng)絡(luò)中的一個空閑信道來建立新的網(wǎng)絡(luò)。如果找到了合適的信道，ZigBee協(xié)調(diào)點會為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個PAN標(biāo)識符(PAN標(biāo)識符是用來標(biāo)識整個網(wǎng)絡(luò)的，所選的PAN標(biāo)識符必須在信道中是唯一的)。3．ZigBee組網(wǎng)技術(shù)一旦選定了PAN標(biāo)識符，就說明已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)，此后，如果另一個ZigBee協(xié)調(diào)點掃描該信道，這個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)點就會響應(yīng)并聲明它的存在。另外，這個ZigBee協(xié)調(diào)點還會為自己選擇一個16bit的網(wǎng)絡(luò)地址。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都有一個64bit的IEEE擴(kuò)展地址和一個16bit的網(wǎng)絡(luò)地址，其中，16bit的網(wǎng)絡(luò)地址在整個網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，也就是IEEE802.15.4中的MAC短地址。

一旦選定了PAN標(biāo)識符，就說明已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)，此后，如果

ZigBee協(xié)調(diào)點選定了網(wǎng)絡(luò)地址后，就開始接受新的節(jié)點加入其網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個節(jié)點希望加入該網(wǎng)絡(luò)時，它首先會通過信道掃描來搜索它周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，如果找到了一個網(wǎng)絡(luò)，它就會進(jìn)行關(guān)聯(lián)過程加入網(wǎng)絡(luò)，只有具備路由功能的節(jié)點可以允許別的節(jié)點通過它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系后想要重新加入網(wǎng)絡(luò)，它可以通過孤立通知過程重新加入網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中每個具備路由器功能的節(jié)點都維護(hù)一個路由表和一個路由發(fā)現(xiàn)表，它可以參與數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)，以及關(guān)聯(lián)其他節(jié)點來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。ZigBee協(xié)調(diào)點選定了網(wǎng)絡(luò)地址后，就開始接受新的節(jié)點加

ZigBee網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可分為三類：周期性數(shù)據(jù)，例如傳感器網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率根據(jù)不同的應(yīng)用而確定；間歇性數(shù)據(jù)，例如電燈開關(guān)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率根據(jù)應(yīng)用或者外部激勵而確定；反復(fù)性的、反應(yīng)時間低的數(shù)據(jù)，例如無線鼠標(biāo)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)的傳輸速率是根據(jù)時隙分配而確定的。為了降低ZigBee節(jié)點的平均功耗，ZigBee節(jié)點有激活和睡眠兩種狀態(tài)，只有當(dāng)兩個節(jié)點都處于激活狀態(tài)時才能完成數(shù)據(jù)的傳輸。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可分為三類：周期性數(shù)據(jù)，例如在有信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee協(xié)調(diào)點通過定期地廣播信標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點提供同步；在無信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，終端節(jié)點定期睡眠，定期醒來，除終端節(jié)點以外的節(jié)點要保證始終處于激活狀態(tài)，終端節(jié)點醒來后會主動詢問它的協(xié)調(diào)點是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送給它。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)點負(fù)責(zé)緩存要發(fā)送給正在睡眠的節(jié)點的數(shù)據(jù)包。在有信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee協(xié)調(diào)點通過定期地廣播信標(biāo)為5.4.4

ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用

ZigBee具有的低功耗、低成本、使用便捷等顯著的技術(shù)優(yōu)勢，必將有著廣闊的應(yīng)用前景。下面介紹基于ZigBee技術(shù)的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。5.4.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用

1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5.12所示，該系統(tǒng)由監(jiān)護(hù)基站設(shè)備和ZigBee傳感器節(jié)點構(gòu)成一個微型監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點上使用中央控制器對需要監(jiān)測的生命指標(biāo)傳感器進(jìn)行控制并采集數(shù)據(jù)，通過ZigBee無線通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)護(hù)基站設(shè)備，并由該基站裝置將數(shù)據(jù)傳輸至所連接的PC或者其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，通過Internet網(wǎng)絡(luò)可以將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心，由專業(yè)醫(yī)療人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計觀察，提供必要的咨詢服務(wù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療。1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在救護(hù)車中的急救人員還可通過GPRS實現(xiàn)將急救病人的信息實時傳送，以利于醫(yī)院搶救室及時做好準(zhǔn)備工作。醫(yī)療傳感器節(jié)點可以根據(jù)不同的需要而設(shè)置，因此該系統(tǒng)具有極大的靈活性和擴(kuò)展性。同時，將該系統(tǒng)接入Internet網(wǎng)絡(luò)，可以形成更大的社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)乃至整個城市和全國的醫(yī)療監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)。在救護(hù)車中的急救人員還可通過GPRS實現(xiàn)將急救病人的信息圖5.12遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖5.12遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2．監(jiān)護(hù)傳感器節(jié)點

1)監(jiān)護(hù)傳感器的組成及工作原理監(jiān)護(hù)傳感器節(jié)點的主要功能是采集人體生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，或?qū)δ承┽t(yī)療設(shè)備的狀況以及治療過程情況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，并通過射頻通信的方式，將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)護(hù)基站設(shè)備。監(jiān)護(hù)傳感器節(jié)點框圖如圖5.13所示，主要包括醫(yī)療傳感器模塊、ZigBee通信模塊、處理器單元和電源四部分。2．監(jiān)護(hù)傳感器節(jié)點圖5.13監(jiān)護(hù)傳感器節(jié)點框圖圖5.13監(jiān)護(hù)傳感器節(jié)點框圖處理器單元如圖5.14所示，主要分為CPU、存儲器、AD轉(zhuǎn)換、測試帶和數(shù)碼顯示屏五部分。根據(jù)低功耗和處理能力的需要，采用TI公司的MSP430系列單片機，存儲器部分主要用于存儲傳感器所采集的臨時數(shù)據(jù)，在處理器將數(shù)據(jù)傳輸之后，傳感器節(jié)點內(nèi)不做數(shù)據(jù)的大量存儲。處理器單元如圖5.14所示，主要分為CPU、存儲器、AD圖5.14處理器單元圖5.14處理器單元監(jiān)護(hù)傳感器的工作原理如下：首先由控制單元發(fā)出開始監(jiān)測某項生理參數(shù)的指令，然后通過無線數(shù)據(jù)通信單元把指令發(fā)給生理信息與數(shù)據(jù)采集單元，對人體生理信號(體溫、血壓、脈搏、血糖、血氧等)進(jìn)行采集，最后通過無線數(shù)據(jù)通信單元將數(shù)據(jù)傳給控制和顯示單元中的信息處理模塊，一方面對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示，另一方面將結(jié)果數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供檢索和回放。節(jié)點的核心是無線數(shù)據(jù)通信單元和生理信息與數(shù)據(jù)采集單元。監(jiān)護(hù)傳感器的工作原理如下：首先由控制單元發(fā)出開始監(jiān)測某項

2)無線數(shù)據(jù)通信單元在醫(yī)院里，所應(yīng)用的醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備對電磁輻射的要求很高。對于設(shè)備來講，輻射的電磁波既不能干擾其他設(shè)備正常工作，同時也應(yīng)具有一定的抗干擾能力，不受其他設(shè)備輻射出的電磁波干擾。因此，在醫(yī)院或者使用無線通信的家庭中使用的醫(yī)療設(shè)備，設(shè)計中必須對此進(jìn)行充分考慮。2)無線數(shù)據(jù)通信單元在本系統(tǒng)中，所使用的射頻通信為全球公開的免費2.4GHz的ISM頻段，采用的通信標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.15.4/ZigBee標(biāo)準(zhǔn)。它是一種低復(fù)雜度、低功耗和低成本的無線通信技術(shù)，可在10m～75m范圍內(nèi)，以20kb/s～250kb/s的傳輸速率來傳輸醫(yī)療數(shù)據(jù)。它依據(jù)IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需少量能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳至另一個傳感器，因此，通信效率非常高。在本系統(tǒng)中，所使用的射頻通信為全球公開的免費2.4GH

FFD可以在三種不同模式下工作：個人網(wǎng)絡(luò)(PersonalAreaNetwork，PAN)協(xié)調(diào)者、協(xié)調(diào)者和設(shè)備。RFD作為從設(shè)備不需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，且只占用很少的資源。用一個FFD加上一個RFD就可組建一個最簡單的WPAN，其中FFD作為PAN協(xié)調(diào)者來執(zhí)行通信功能，因此，在任何一個星形網(wǎng)絡(luò)中都必須至少有一個FFD來作為PAN協(xié)調(diào)者。在本系統(tǒng)中，ZigBee設(shè)備通常以星形網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)兩種結(jié)構(gòu)存在。星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的通信是以FFD作為PAN協(xié)調(diào)者完成與設(shè)備之間的通信，在該網(wǎng)絡(luò)中PAN協(xié)調(diào)者的功能是初始化網(wǎng)絡(luò)、中止和路由信息。星形網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于自動化家居、個人醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)和醫(yī)院病房等小區(qū)域。FFD可以在三種不同模式下工作：個人網(wǎng)絡(luò)(Persona

3)生理信息與數(shù)據(jù)采集單元系統(tǒng)中，醫(yī)療傳感器模塊主要實現(xiàn)體溫、血壓、血氧和血糖的測量等功能。其中，體溫測量集成了北京邁創(chuàng)公司所生產(chǎn)的YSI體溫探頭，血壓測量集成了北京邁創(chuàng)公司的KNM無創(chuàng)血壓測量模塊，血氧測量集成了北京邁創(chuàng)公司的SWS01血氧測量模塊。無線節(jié)點為傳感器的擴(kuò)展留出了豐富的接口，如果需要其他類型的生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，如體溫、心電圖等數(shù)據(jù)，則只需將相應(yīng)的傳感器接入預(yù)留的接口，形成新的無線傳感器節(jié)點，開發(fā)相應(yīng)的嵌入式控制及處理軟件，就可將節(jié)點直接加入到該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。3)生理信息與數(shù)據(jù)采集單元

3．GPRS/UMTSWLAN網(wǎng)關(guān)相對于WLAN高傳輸速率、低覆蓋范圍而言，GPRS/UMTS具有低傳輸速率和高覆蓋范圍的特點。本系統(tǒng)利用GPRS/UMTSWLAN網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)UMTS與WLAN之間的無縫連接，使得配有UMTS和WLAN接口的設(shè)備可自由地在這兩個網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行切換。一般來說，WLAN和UMTS融合的方式有兩種：緊耦合和松耦合。在緊耦合體系中，WLAN網(wǎng)關(guān)直接連接到UMTS網(wǎng)絡(luò)。而在松耦合體系中，WLAN網(wǎng)關(guān)并不是直接連接到UMTS網(wǎng)絡(luò)中，而是通過Internet或是IP骨干網(wǎng)作為中介。在本系統(tǒng)中，利用松耦合體系實現(xiàn)手持移動設(shè)備與UMTS網(wǎng)絡(luò)之間的通信。WLAN和UMTS的松耦合體系結(jié)構(gòu)如圖5.15所示。3．GPRS/UMTSWLAN網(wǎng)關(guān)圖5.15

WLAN和UMTS的松耦合體系結(jié)構(gòu)圖5.15WLAN和UMTS的松耦合體系結(jié)構(gòu)5.5超寬帶(UWB)技術(shù)5.5.1

UWB技術(shù)的概念超寬帶(UltraWideband，UWB)技術(shù)是一種無線載波通信技術(shù)，它不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。5.5超寬帶(UWB)技術(shù)5.5.1UWB技術(shù)的概念

UWB可在非常寬的帶寬上傳輸信號，美國FCC對UWB的規(guī)定為：在3.1GHz～10.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬。由于UWB可以利用低功耗、低復(fù)雜度的收發(fā)機實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，因此UWB技術(shù)得到了迅速發(fā)展。它在非常寬的頻譜范圍內(nèi)采用低功率脈沖傳送數(shù)據(jù)而不會對常規(guī)窄帶無線通信系統(tǒng)造成大的干擾，并可充分利用頻譜資源?；赨WB技術(shù)而構(gòu)建的高速率數(shù)據(jù)收發(fā)機有著廣泛的用途。

UWB可在非常寬的帶寬上傳輸信號，美國FCC對UWB的規(guī)

UWB技術(shù)具有系統(tǒng)復(fù)雜度低，發(fā)射信號功率譜密度低，對信道衰落不敏感，截獲能力低，定位精度高等優(yōu)點，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入，非常適合于建立一個高效的無線局域網(wǎng)或無線個域網(wǎng)(WPAN)。

UWB主要應(yīng)用在小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達(dá)和圖像系統(tǒng)中。除此之外，這種新技術(shù)適用于對速率要求非常高(大于100Mb/s)的LAN或PAN。UWB技術(shù)具有系統(tǒng)復(fù)雜度低，發(fā)射信號功率譜密度低，對信道

UWB最具特色的應(yīng)用是視頻消費娛樂方面的無線個人局域網(wǎng)(PAN)?，F(xiàn)有的無線通信方式，IEEE802.11b和藍(lán)牙的速率太慢，不適合傳輸視頻數(shù)據(jù)；54Mb/s速率的IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)可以處理視頻數(shù)據(jù)，但費用昂貴。而UWB有可能在10m范圍內(nèi)，支持高達(dá)110Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，不需要壓縮數(shù)據(jù)，可以快速、簡單、經(jīng)濟(jì)地完成視頻數(shù)據(jù)處理。UWB最具特色的應(yīng)用是視頻消費娛樂方面的無線個人局域網(wǎng)(具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的優(yōu)點使得UWB較適合家庭無線消費市場的需求，UWB尤其適合近距離內(nèi)高速傳送大量多媒體數(shù)據(jù)以及可以穿透障礙物的突出優(yōu)點，讓很多商業(yè)公司將其看做是一種很有前途的無線通信技術(shù)，將其應(yīng)用于諸如將視頻信號從機頂盒無線傳送到數(shù)字電視等家庭場合。當(dāng)然，UWB未來的前途還取決于各種無線方案的技術(shù)發(fā)展、成本、用戶使用習(xí)慣和市場成熟度等多方面的因素。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的優(yōu)點使得UWB較適5.5.2

UWB無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

UWB技術(shù)與極短脈沖、無載波、時域、非正弦、正交函數(shù)和大相對帶寬無線/雷達(dá)信號是同義的。UWB脈沖通信由于其優(yōu)良、獨特的技術(shù)特性，將會在無線多媒體通信、雷達(dá)、精密定位、穿墻透地探測、成像和測量等領(lǐng)域獲得日益廣泛的應(yīng)用。5.5.2UWB無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)UWB的主要指標(biāo)如下：頻率范圍：3.1GHz～10.6GHz；系統(tǒng)功耗：1mW～4mW；脈沖寬度：0.2ns～1.5ns；重復(fù)周期：25ns～1ms；發(fā)射功率：＜-41.3dBm/MHz；數(shù)據(jù)速率：幾十到幾百Mb/s；分解多路徑時延：≤1ns；多徑衰落：≤5dB；系統(tǒng)容量：大大高于3G系統(tǒng)；空間容量：1000kb/m2。UWB的主要指標(biāo)如下：

1．脈沖信號的產(chǎn)生從本質(zhì)上講，產(chǎn)生極短脈沖寬度(ns級)的信號源是研究UWB技術(shù)基本的前提條件，例如單個無載波窄脈沖信號，有兩個突出的特點：一是激勵信號的波形為具有陡峭前沿的單個短脈沖；二是激勵信號包括很寬的頻譜，從直流(DC)到微波波段。目前產(chǎn)生脈沖源的方法有兩種：1．脈沖信號的產(chǎn)生

(1)光電方法，基本原理是利用光導(dǎo)開關(guān)導(dǎo)通瞬間的陡峭上升沿獲得脈沖信號。由于作為激發(fā)源的激光脈沖信號可以有很陡的前沿，所以得到的脈沖寬度可達(dá)到ps(10-12)量級。另外，由于光導(dǎo)開關(guān)是采用集成方法制成的，可以獲得很好的一致性，因此光電方法是最有發(fā)展前景的一種方法。(1)光電方法，基本原理是利用光導(dǎo)開關(guān)導(dǎo)通瞬間的陡峭上

(2)電子方法，基本原理是對半導(dǎo)體PN結(jié)反向加電，使其達(dá)到雪崩狀態(tài)，并在導(dǎo)通的瞬間，取陡峭的上升沿作為脈沖信號。這種方法目前應(yīng)用得最廣泛，但是缺點是：由于采用電脈沖信號作為觸發(fā)，其前沿較寬，觸發(fā)精度受到限制，特別是在要求精確控制脈沖發(fā)生時間的場合，達(dá)不到控制的精度。另外，由于受晶體管耐壓特性的限制，這種方法一般只能產(chǎn)生幾十伏到上百伏的脈沖，當(dāng)然，脈沖寬度還可以達(dá)1ns以下。(2)電子方法，基本原理是對半導(dǎo)體PN結(jié)反向加電，使其

2．UWB調(diào)制技術(shù)調(diào)制方式是指信號以何種方式承載信息，它不但決定著通信系統(tǒng)的有效性和可靠性，同時也影響信號的頻譜結(jié)構(gòu)和接收機的復(fù)雜度。對于多址技術(shù)解決多個用戶共享信道的問題，合理的多址方案可以在減小用戶間干擾的同時極大地提高多用戶容量。2．UWB調(diào)制技術(shù)

1)脈位調(diào)制和脈幅調(diào)制在UWB系統(tǒng)中采用的調(diào)制方式有單脈沖調(diào)制和多脈沖調(diào)制。

(1)單脈沖調(diào)制。對于單個脈沖，脈沖的幅度、位置和極性變化都可以用于傳遞信息。適用于UWB的主要單脈沖調(diào)制技術(shù)包括脈沖幅度調(diào)制(PAM)、脈沖位置調(diào)制(PPM)、通斷鍵控(OOK)、二相調(diào)制(BPM)和跳時/直擴(kuò)二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制TH/DS-BPSK等。1)脈位調(diào)制和脈幅調(diào)制

PAM是通過改變脈沖幅度的大小來傳遞信息的一種脈沖調(diào)制技術(shù)。PAM既可以改變脈沖幅度的極性，也可以僅改變脈沖幅度的絕對值大小。通常所講的PAM只改變脈沖幅度的絕對值。BPM和OOK是PAM的兩種簡化形式。BPM通過改變脈沖的正、負(fù)極性來調(diào)制二元信息，所有脈沖幅度的絕對值相同。OOK通過脈沖的有無來傳遞信息。在PAM、BPM和OOK調(diào)制中，發(fā)射脈沖的時間間隔是固定不變的。實際上，可以通過改變發(fā)射脈沖的時間間隔或發(fā)射脈沖相對于基準(zhǔn)時間的位置來傳遞信息，這就是PPM的基本原理。在PPM中，脈沖的極性和幅度都不改變。PAM是通過改變脈沖幅度的大小來傳遞信息的一種脈沖調(diào)制技

PAM、OOK和PPM共同的優(yōu)點是可以通過非相干檢測恢復(fù)信息。PAM和PPM還可以通過多個幅度調(diào)制或多個位置調(diào)制提高信息傳輸速率。然而，PAM、OOK和PPM都有一個共同的缺點：經(jīng)過這些方式調(diào)制的脈沖信號將出現(xiàn)線譜。線譜不僅會使UWB脈沖系統(tǒng)的信號難以滿足一定的頻譜要求(例如，F(xiàn)CC關(guān)于UWB信號頻譜的規(guī)定)，而且還會降低功率的利用率。PAM、OOK和PPM共同的優(yōu)點是可以通過非相干檢測恢復(fù)綜合考慮可靠性、有效性和多址性能等因素，目前廣泛受關(guān)注的是TH-PPM和TH/DS-BPSK兩種調(diào)制方式。兩者的區(qū)別在于，當(dāng)采用匹配濾波器的單用戶檢測時，TH/DS-BPSK的性能要優(yōu)于TH-PPM。對TH/DS-BPSK而言，在速率較高時，應(yīng)優(yōu)先選擇DS-BPSK方式；速率較低時，由于TH-BPSK受遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響較小，應(yīng)選擇TH-BPSK方式。在采用最小均方誤差(MMSE)檢測方式的多用戶接收機應(yīng)用情況時，兩者差別不大；但在速率較高時，TH/DS-BPSK的性能還是要優(yōu)于TH-PPM系統(tǒng)。而BPM則可以避免線譜現(xiàn)象，并且是功率效率最高的脈沖調(diào)制技術(shù)。對于功率譜密度受約束和功率受限的UWB脈沖無線系統(tǒng)，為了獲得更好的通信質(zhì)量或更高的通信容量，BPM是一種比較理想的脈沖調(diào)制技術(shù)。綜合考慮可靠性、有效性和多址性能等因素，目前廣泛受關(guān)注的

(2)多脈沖調(diào)制。為了降低單個脈沖的幅度或提高抗干擾性能，在UWB脈沖無線系統(tǒng)中，往往采用多個脈沖傳遞相同的信息，這就是多脈沖調(diào)制的基本思想。當(dāng)采用多脈沖調(diào)制時，把傳輸相同信息的多個脈沖稱為一組脈沖，那么，多脈沖調(diào)制過程可以分為兩步：第一步為每組脈沖內(nèi)部單個脈沖的調(diào)制；第二步為每組脈沖作為整體被調(diào)制。在第一步中，每組脈沖內(nèi)部的單個脈沖通常采用PPM或BPM調(diào)制；在第二步中，每組脈沖作為整體通常可以采用PAM、PPM或BPM調(diào)制。(2)多脈沖調(diào)制。為了降低單個脈沖的幅度或提高抗干擾性

一般把第一步稱為擴(kuò)譜，而把第二步稱為信息調(diào)制。因而在第一步中，把PPM