無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)導(dǎo)論

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)導(dǎo)論第1頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五內(nèi)容提要4.1WPN概述4.2IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)4.3藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介4.4IrDA技術(shù)簡(jiǎn)介4.5HomeRF技術(shù)簡(jiǎn)介4.6WUSB4.7UWB技術(shù)簡(jiǎn)介4.8ZigBee第2頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.1

概述無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN，簡(jiǎn)稱無(wú)線個(gè)域網(wǎng))技術(shù)就是一種小范圍內(nèi)無(wú)線連接、微小網(wǎng)、自主組網(wǎng)的通信技術(shù)。

WPAN可實(shí)現(xiàn)不同功能單一設(shè)備的互聯(lián)，提供小范圍內(nèi)設(shè)備的自組網(wǎng)機(jī)制，并通過一定的安全接口完成自組小網(wǎng)與廣域大網(wǎng)的互通。第3頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第4頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線個(gè)域網(wǎng)技術(shù)藍(lán)牙(BlueTooth)

IrDAHomeRFWUSBUWBZigbee第5頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五PAN的實(shí)現(xiàn)技術(shù)藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)是一種支持點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。它由愛立信、諾基亞、英特爾、IBM和東芝等公司提出與推廣。從1998年以來(lái)，推出了1.0A、1.0B標(biāo)準(zhǔn)并將推出2.0標(biāo)準(zhǔn)。它極大地推動(dòng)了PAN技術(shù)的發(fā)展，IEEE專門成立了IEEE802.15小組負(fù)責(zé)研究基于藍(lán)牙的PAN技術(shù)。IrDA技術(shù)是目前四種技術(shù)中市場(chǎng)份額最大的，已經(jīng)安裝了至少5000萬(wàn)個(gè)單元。它采用紅外線作為通信媒介，支持各種速率的點(diǎn)到點(diǎn)的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，主要應(yīng)用在嵌入式的系統(tǒng)和設(shè)備中。HomeRF是由微軟、英特爾、惠普、摩托羅拉和康柏等公司開發(fā)的。它的工作頻段為2.4GHz，話音通信采用DECT標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)通信采用TCP／IP。UWB是一種新技術(shù)。其概念類似于雷達(dá)，在很寬的頻段內(nèi)傳送短脈沖，將信息調(diào)制到脈沖的時(shí)間和頻率上。UWB的高性能和低功耗的優(yōu)點(diǎn)使得它將成為未來(lái)市場(chǎng)上強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者之一。

第6頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.2

WPAN的標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15

IEEE802.15工作組是IEEE針對(duì)無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)而成立的，開發(fā)有關(guān)短距離范圍的WPAN標(biāo)準(zhǔn)。第7頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.2.1標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成802.15.1是以既有藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，制定藍(lán)牙無(wú)線通信規(guī)范的一個(gè)正式標(biāo)準(zhǔn)。802.15.2工作組目的是要802.11和802.15開發(fā)共存的推薦規(guī)范。802.15.3工作組的興趣在開發(fā)對(duì)比于802.11設(shè)備是低成本和低功耗的設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)上。802.15.3a的目標(biāo)是要在使用同樣的MAC層上提供比802.15.3更高的數(shù)據(jù)率802.15.4工作組則開發(fā)了一個(gè)非常低成本、非常低功耗的比802.15.1數(shù)據(jù)率要低的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。第8頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

IEEE802.15協(xié)議體系結(jié)構(gòu)第9頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五WLAN與WPAN第10頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線個(gè)域網(wǎng)技術(shù)藍(lán)牙(BlueTooth)

IrDAHomeRFUWBWUSBZigbee第11頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.3

藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介

4.3.1藍(lán)牙技術(shù)的誕生與發(fā)展第12頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五為什么叫藍(lán)牙第13頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15.1的基礎(chǔ)，源于1994年愛立信公司的一項(xiàng)研究，旨在在移動(dòng)電話及其附件之間探求一種新的低功耗、低成本的空中接口。1998年5月，4家公司聯(lián)合成立藍(lán)牙特殊利益集團(tuán)(SIG)1999年7月SIG公布了藍(lán)牙規(guī)范1.0版1999年12月公布了藍(lán)牙規(guī)范1.0b版2001年4月公布了1.1版2003年11月公布了1.2版本2004年8月公布了2.0版本第14頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五基本概念第15頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙的應(yīng)用第16頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五連接計(jì)算機(jī)和其它設(shè)備第17頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五支持自組織第18頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五充當(dāng)Internet的訪問點(diǎn)第19頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五構(gòu)建家居網(wǎng)絡(luò)環(huán)境第20頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五運(yùn)動(dòng)中的連接第21頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五計(jì)算機(jī)產(chǎn)品中的藍(lán)牙第22頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五電話和消費(fèi)類中的藍(lán)牙第23頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙技術(shù)優(yōu)點(diǎn)(1)可以隨時(shí)隨地地用無(wú)線接口代替有線電纜連接；(2)具有很強(qiáng)的移植性，可應(yīng)用于多種通信場(chǎng)合，如WAP、GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))、DECT(歐規(guī)數(shù)字無(wú)繩通信)等，引入身份識(shí)別后可以靈活地實(shí)現(xiàn)漫游；(3)低功耗，對(duì)人體傷害?。坏?4頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五優(yōu)點(diǎn)（續(xù)）(4)藍(lán)牙集成電路簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)現(xiàn)容易，易于推廣。(5)支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸；采用無(wú)線電技術(shù)，傳輸范圍大，可穿透不同物質(zhì)以及在物質(zhì)間擴(kuò)散；(6)采用跳頻展頻技術(shù)，抗干擾性強(qiáng)，不易竊聽；使用在各國(guó)都不受限制的頻譜，理論上說(shuō)，不存在干擾問題。第25頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙技術(shù)缺點(diǎn)藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信（一般是10m之內(nèi)）的無(wú)線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換。藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15.1，工作在2.4GHz頻帶，帶寬為1Mb/s。藍(lán)牙技術(shù)的劣勢(shì)：傳輸速度慢。第26頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙系統(tǒng)第27頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙傳輸特性第28頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第29頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一個(gè)主單元和一個(gè)或多個(gè)從單元組成自組網(wǎng)——微微網(wǎng)（piconet）。多個(gè)微微網(wǎng)結(jié)合形成了散射網(wǎng)（scatternet）。藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

第30頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（續(xù)）第31頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙的Piconet第32頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五微微網(wǎng)構(gòu)成藍(lán)牙支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信?；揪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是匹克網(wǎng)（微微網(wǎng)），是一種個(gè)人網(wǎng)絡(luò)以個(gè)人區(qū)域（辦公室)為應(yīng)用環(huán)境。匹克網(wǎng)由主設(shè)備和從設(shè)備構(gòu)成。主設(shè)備負(fù)責(zé)提供時(shí)鐘同步信號(hào)和跳頻系列，而從設(shè)備一般是受控同步的設(shè)備，并接收主設(shè)備的控制。一個(gè)微微網(wǎng)只有一個(gè)主設(shè)備，而最多只可以有7個(gè)從單元。第33頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五Bluetooth的scatternet第34頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙工作原理

藍(lán)牙使用國(guó)際上無(wú)需授權(quán)的2.4Ghz的ISM頻段。藍(lán)牙設(shè)備之間可互相探查，進(jìn)行連接形成Ad-hoc自組網(wǎng)，而不需人為設(shè)置。每個(gè)設(shè)備都是對(duì)等的，具有相同的硬件和軟件配置，并以48位的設(shè)備地址BD_ADDR來(lái)區(qū)別。主單元發(fā)起并控制連接，從單元被暫時(shí)分配一個(gè)3位的活躍成員地址AM_ADDR以減少通信過程中的信息流量。第35頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五為了避免ISM頻帶的干擾，藍(lán)牙采用了多種技術(shù)自動(dòng)重傳應(yīng)答（ARQ）循環(huán)冗余校驗(yàn)”（CRC）前向糾錯(cuò)（FEC）時(shí)分雙工和分組交換技術(shù)。跳頻技術(shù)藍(lán)牙工作原理—相關(guān)技術(shù)第36頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)通信過程藍(lán)牙設(shè)備沒有建立連接的時(shí)，處于睡眠狀態(tài)——待機(jī)模式（Standby）。這種模式下，它將每1.28s或2.56s醒過來(lái)一次，選擇一個(gè)信道偵聽發(fā)送給它的信息。由一個(gè)設(shè)備發(fā)起連接，這個(gè)設(shè)備以后就成為微微網(wǎng)的主單元。發(fā)起連接時(shí)，主單元可能并不知道其余設(shè)備的存在以及它們的地址。這時(shí)主單元需要先執(zhí)行查詢（Inquiry）操作。有了其它各設(shè)備的地址，就可進(jìn)行尋呼（Page），真正建立起連接。第37頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)通信過程連接完成后，就可通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通信時(shí)，主單元和從單元交替進(jìn)行收和發(fā)。主單元根據(jù)從單元的數(shù)據(jù)流量來(lái)決定從單元何時(shí)收發(fā)。如果從單元暫時(shí)不需收發(fā)數(shù)據(jù)，它就切換入保持模式（Hold）直到主單元下次發(fā)信息給它，在這期間主單元定期給它發(fā)送信息以使得從單元對(duì)跳頻信道同步，其余時(shí)間它不需要偵聽信道。數(shù)據(jù)傳輸完成后，可使用斷連（Detach）命令來(lái)結(jié)束連接，這樣，單元又回到待機(jī)模式。第38頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙連接狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖沒有連接的待機(jī)狀態(tài)連接進(jìn)行中狀態(tài)活躍狀態(tài)低能耗狀態(tài)釋放成員地址保持成員地址查詢(不知道地址時(shí))尋呼(知道地址時(shí))建立連接?？勘３中崽酱龣C(jī)傳輸數(shù)據(jù)斷開連接第39頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙設(shè)備連接狀態(tài)下的三種低能耗模式嗅探（Sniff）模式

該模式下從單元收發(fā)信息的周期變長(zhǎng)，主單元只在指定的時(shí)隙才能發(fā)送信息。保持（Hold）模式

該模式下從單元只有內(nèi)部時(shí)鐘在運(yùn)行，但一旦切換出該模式，從單元能立即開始收發(fā)信息。處于該模式時(shí)，從單元可以參加別的微微網(wǎng)，所以可用來(lái)連接幾個(gè)微微網(wǎng)。?？浚≒ark）模式

當(dāng)從單元不參與通信，但仍想保持和跳頻信道的同步時(shí)，就進(jìn)入該模式。

第40頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五常見的藍(lán)牙設(shè)備第41頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.3.3藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)文檔構(gòu)成核心規(guī)范(corespecifications):描述了從無(wú)線電接口到鏈路控制的不同層次藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。概要規(guī)范(profilespecifications):考慮使用藍(lán)牙技術(shù)支持不同的應(yīng)用。每個(gè)概要規(guī)范討論在核心規(guī)范中定義的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)特定的應(yīng)用模型(UsageModel)。第42頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.3.4藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)第43頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙的無(wú)線電層第44頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙采用跳頻技術(shù)第45頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙的基帶第46頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五M設(shè)備和S設(shè)備間的鏈路第47頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五鏈路（續(xù)）第48頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五全雙工和半雙工通信第49頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五鏈路管理規(guī)范第50頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙的信道控制第51頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五微網(wǎng)的建立inquiry模式第52頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五微網(wǎng)的建立模式第53頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙的節(jié)能模式第54頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙設(shè)備的基帶狀態(tài)第55頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖第56頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙的L2CAP層第57頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五L2CAP信道三種類型的邏輯信道：(1)無(wú)連接(connectionless)：支持無(wú)連接服務(wù)。每個(gè)信道是單向的，該信道類型一般用于主站向多個(gè)從站廣播。(2)面向連接(connection-oriented)：支持面向連接的服務(wù)。每個(gè)信道是雙向的(全雙工)。每個(gè)方向中定義一個(gè)服務(wù)質(zhì)量(qualityofservice，QoS)的流規(guī)范。(3)信令(signaling)：提供L2CAP實(shí)體問信令報(bào)文的交換。第58頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五實(shí)例第59頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

L2CAP分組第60頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五信令命令碼描述參數(shù)0x01命令拒絕理由0x02連接請(qǐng)求PSM、源CID0x03連接響應(yīng)目的CID、源CID、結(jié)果、狀態(tài)0x04配置請(qǐng)求目的CID、標(biāo)志、選項(xiàng)0x05配置響應(yīng)源CID、標(biāo)志、結(jié)果、選項(xiàng)0x06取消連接的請(qǐng)求目的CID、源CID0x07取消連接的響應(yīng)目的CID、源CID0x08回送請(qǐng)求數(shù)據(jù)(可選)0x09回送響應(yīng)數(shù)據(jù)(可選)0x0A信息請(qǐng)求信息類型0x0B信息響應(yīng)信息類型、結(jié)果、數(shù)據(jù)(可選)第61頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五服務(wù)質(zhì)量L2CAP中的QoS參數(shù)定義一個(gè)基于RFC1363的通信流規(guī)范。一個(gè)流規(guī)范是一套參數(shù)，指出發(fā)送站點(diǎn)試圖達(dá)到的性能級(jí)別。當(dāng)被包含在配置請(qǐng)求中時(shí)，此選項(xiàng)描述了從發(fā)送請(qǐng)求設(shè)備發(fā)往接收請(qǐng)求設(shè)備的通信流。當(dāng)被包含在正配置響應(yīng)中時(shí)，此選項(xiàng)從發(fā)送響應(yīng)的設(shè)備的觀點(diǎn)描述了進(jìn)入的通信流契約。當(dāng)被包含在負(fù)配置響應(yīng)中時(shí)，此選項(xiàng)從發(fā)送響應(yīng)的設(shè)備的觀點(diǎn)描述了優(yōu)先進(jìn)入的通信流。第62頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙的SDP第63頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙的串口仿真第64頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五RFCOMM第65頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五Bluetooth與IP第66頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五Bluetooth與IP第67頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五Bluetooth的協(xié)議棧第68頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.3.5應(yīng)用模型大量應(yīng)用模型定義在藍(lán)牙的概要規(guī)范文檔中。本質(zhì)上，一個(gè)應(yīng)用模型是一套實(shí)施特定的基于藍(lán)牙的應(yīng)用的協(xié)議。每個(gè)概要文件定義了支持一特定應(yīng)用模型的協(xié)議和協(xié)議特性。第69頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五Bluetooth的Profile第70頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五Bluetooth的語(yǔ)音應(yīng)用第71頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五藍(lán)牙的個(gè)人信息同步管理第72頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五文件傳輸?shù)?3頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線個(gè)域網(wǎng)技術(shù)藍(lán)牙(BlueTooth)

IrDAHomeRFUWBWUSBZigbee第74頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.4IrDAIrDA是國(guó)際紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的英文縮寫，IrDA相繼制定了很多紅外通信協(xié)議，有側(cè)重于傳輸速率方面的，有側(cè)重于低功耗方面的，也有二者兼顧的。

IrDA是一種低成本、低功耗的串行數(shù)據(jù)連接標(biāo)準(zhǔn)，支持半雙工、點(diǎn)到點(diǎn)連接，覆蓋范圍至少1m，數(shù)據(jù)率最大達(dá)115kbps的通信標(biāo)準(zhǔn)。在2.4G頻段，工作波長(zhǎng)只有1um，而藍(lán)牙的工作波長(zhǎng)為12.5cm。第75頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五概述IrDA是紅外數(shù)據(jù)組織（InfraredDataAssociation）的簡(jiǎn)稱，目前廣泛采用的IrDA紅外連接技術(shù)就是由該組織提出的.到目前為止，全球采用IrDA技術(shù)的設(shè)備超過了5000萬(wàn)部。IrDA已經(jīng)制訂出物理介質(zhì)和鏈路層規(guī)格，以及2個(gè)支持IrDA標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可以相互監(jiān)測(cè)對(duì)方并交換數(shù)據(jù)。初始的IrDA1.0標(biāo)準(zhǔn)制訂了一個(gè)串行，半雙工的同步系統(tǒng)，傳輸速率為2400bps到115200bps，傳輸范圍1m，傳輸半角度為15度到30度。最近IrDA擴(kuò)展了其物理層規(guī)格使數(shù)據(jù)傳輸率提升到4Mbps。第76頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五紅外線通信波長(zhǎng)

紅外線是波長(zhǎng)在750nm至1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。紅外通訊一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長(zhǎng)在0.75um至25um之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（IRDA）成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通訊效果，紅外通訊協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通訊所采用的光波波長(zhǎng)的范圍限定在850nm至900nm之內(nèi)。

目前無(wú)線電波和微波已被廣泛地應(yīng)用在長(zhǎng)距離的無(wú)線通訊之中，但由于紅外線的波長(zhǎng)較短，對(duì)障礙物的衍射能力差，所以更適合應(yīng)用在需要短距離無(wú)線通訊的場(chǎng)合，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線數(shù)據(jù)傳輸。第77頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五紅外通信技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生的背景紅外通訊有著成本低廉、連接方便、簡(jiǎn)單易用和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，因此在小型的移動(dòng)設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。這些設(shè)備包括筆記本電腦、掌上電腦、機(jī)頂盒、游戲機(jī)、移動(dòng)電話、計(jì)算器、尋呼機(jī)、儀器儀表、MP3播放機(jī)、數(shù)碼相機(jī)以及打印機(jī)之類的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等等。試想一下，如果沒有紅外通訊，連接這其中的兩個(gè)設(shè)備就必須要有一條特制的連線，如果要使它們能夠任意地兩兩互聯(lián)傳輸數(shù)據(jù)，該需要多少種連線呢？而有了紅外口，這些問題就都迎刃而解了。第78頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五IrDA的優(yōu)勢(shì)IrDA是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)，其相應(yīng)的軟件和硬件技術(shù)都已比較成熟。它在技術(shù)上的主要優(yōu)點(diǎn)有：

1．無(wú)需專門申請(qǐng)?zhí)囟l率的使用執(zhí)照，這一點(diǎn)，在當(dāng)前頻率資源匱乏，頻道使用費(fèi)用增加的背景下是非常重要的。

2．具有移動(dòng)通信設(shè)備所必需的體積小、功率低的特點(diǎn)。HP公司目前已推出結(jié)合模塊應(yīng)用的約從2.5×8.0×2.9mm3到5.3×13.0×3.8mm3的專用器件，與同類技術(shù)相比，耗電量也是最低的。

3．傳輸速率在適合于家庭和辦公室使用的微微網(wǎng)（Piconet）中是最高的，由于采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接，數(shù)據(jù)傳輸所受到的干擾較少，速率可達(dá)16Mb/s。

第79頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)除了在技術(shù)上有自己的技術(shù)特點(diǎn)外，IrDA的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)也是十分明顯的。目前，全世界有5000萬(wàn)臺(tái)設(shè)備采用IrDA技術(shù)，并且仍然每年以50%的速度增長(zhǎng)。有95%的手提電腦安裝了IrDA接口。在成本上，紅外線LED及接收器等組件遠(yuǎn)較一般RF組件來(lái)得便宜，IrDA端口的成本在5美元以內(nèi)，如果對(duì)速度要求不高甚至可以低到1.5美元以內(nèi)，相當(dāng)于日前藍(lán)牙產(chǎn)品的十分之一。

第80頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五IrDA的局限性

（1）IrDA是一種視距傳輸技術(shù)，也就是說(shuō)兩個(gè)具有IrDA端口的設(shè)備之間如果傳輸數(shù)據(jù)，中間就不能有阻擋物，這在兩個(gè)設(shè)備之間是容易實(shí)現(xiàn)的，但在多個(gè)電子設(shè)備間就必須彼此調(diào)整位置和角度等。（2）IrDA設(shè)備中的核心部件-紅外線LED不是一種十分耐用的器件，對(duì)于不經(jīng)常使用的掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備雖然游刃有余，但如果經(jīng)常用裝配IrDA端口的手機(jī)上網(wǎng)，可能很快就不堪重負(fù)了。

第81頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五紅外通信標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的背景要使各種設(shè)備能夠通過紅外口隨意連接，一個(gè)統(tǒng)一的軟硬件規(guī)范是必不可少的。但在紅外通訊發(fā)展早期，恰恰就存在著這樣的規(guī)范不統(tǒng)一問題：許多公司都有著自己的一套紅外通訊標(biāo)準(zhǔn)，同一個(gè)公司生產(chǎn)的設(shè)備自然可以彼此進(jìn)行紅外通訊，但卻不能與其它公司有紅外功能的設(shè)備進(jìn)行紅外通訊。當(dāng)時(shí)比較流行的紅外通訊系統(tǒng)有惠普的HPSIR，夏普的ASKIR和GeneralMagic的MagicBeam等，雖然它們的通訊原理比較相似，但卻不能互相感知。混亂的標(biāo)準(zhǔn)給用戶帶來(lái)了很大的不便，并給人們?cè)斐闪艘环N紅外通訊不太實(shí)用的錯(cuò)覺。

為了建立一個(gè)統(tǒng)一的紅外數(shù)據(jù)通訊的標(biāo)準(zhǔn)，1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(InfraredDataAssociation,簡(jiǎn)稱IRDA)，1993年6月28日，來(lái)自50多家企業(yè)的120多位代表出席了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的首次會(huì)議，并就建立統(tǒng)一的紅外通訊標(biāo)準(zhǔn)問題達(dá)成了一致。一年以后，第一個(gè)IRDA的紅外數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，即IRDA1.0。第82頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五IrDA標(biāo)準(zhǔn)IrDA標(biāo)準(zhǔn)：IrDA1.0:簡(jiǎn)稱為SIR(SerialInfraRed)，異步的、半雙工的紅外通訊方式。SIR以系統(tǒng)的異步通訊收發(fā)器(UART)為依托，由于受到UART通訊速率的限制，SIR的最高通訊速率只有115.2Kbps。IrDA1.1:即FastInfraRed，簡(jiǎn)稱為FIR。與SIR相比，由于FIR不再依托UART，通訊速率大幅度，可達(dá)到4Mbps的水平。繼FIR之后，IrDA又發(fā)布了通訊速率高達(dá)16Mbps的VFIR(VeryFastInfraRed)技術(shù)，并將它作為補(bǔ)充納入IrDA1.1標(biāo)準(zhǔn)之中。第83頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五IrDA協(xié)議IrDA數(shù)據(jù)協(xié)議由物理層，鏈路接入層和鏈路管理層三個(gè)基本層協(xié)議組成鏈路管理協(xié)議（IrLMP）鏈路接入?yún)f(xié)議（IrLAP）物理層（IrPHY）第84頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五IrDA紅外串行物理層協(xié)議

IrPHY定義了4Mb/s以下速率的半雙工連接標(biāo)準(zhǔn)。在IrDA物理層中，將數(shù)據(jù)通信按發(fā)送速率分為三類：SIR、MIR和FIR。串行紅外（SIR）的速率覆蓋了RS-232端口通常支持的速率（9600bps～1152Kbps）；MIR可支持0.576Mbps和1.152Mbps的速率；高速紅外（FIR）通常用于4Mbps的速率，有時(shí)也可用于高于SIR的所有速率；4Mb/s連接使用4PPM編碼，1.152Mb/s連接使用歸零OOK編碼，編碼脈沖的占空比為0.25。115.2kb/s以及以下速率的連接使用占空比為0.1875的歸零OOK編碼。第85頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五IrLAP紅外鏈路接入?yún)f(xié)議

IrLAP定義了鏈路初始化、設(shè)備地址發(fā)現(xiàn)、建立連接（其中包括比特率的統(tǒng)一）數(shù)據(jù)交換、切斷連接、鏈路關(guān)閉以及地址沖突解決等操作過程。它是從異步數(shù)據(jù)

通信標(biāo)準(zhǔn)高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）協(xié)議演化而來(lái)的。IrLAP使用了HDLC中定義的標(biāo)準(zhǔn)禎類型，可用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多的應(yīng)用。IrLAP的最大特點(diǎn)是，由一種協(xié)商機(jī)制來(lái)確定一個(gè)設(shè)備為主設(shè)備，其他設(shè)備為從設(shè)備。主設(shè)備探測(cè)它的可是范圍，尋找從設(shè)備，然后從那些相應(yīng)它的設(shè)備中選擇一個(gè)并試圖建立連接。在建立連接的過程中，兩個(gè)設(shè)備彼此協(xié)調(diào)，按照它們共同的最高通信能力確定最后的通信速率。以上所說(shuō)的尋找和協(xié)調(diào)過程都是在9.6kbps的波特率下進(jìn)行的。第86頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五IrLMP紅外鏈路管理協(xié)議

IrLMP是IrLAP之上的一層鏈路管理協(xié)議，主要用于管理IrLAP所提供的鏈路連接中的鏈路功能和應(yīng)用程序以及評(píng)估設(shè)備上的服務(wù)，并管理如數(shù)據(jù)速率、BOF的數(shù)量（幀的開始）及連接轉(zhuǎn)換向時(shí)間等參數(shù)的協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)傳輸?shù)?。?7頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五IrDA的未來(lái)與發(fā)展面對(duì)其他技術(shù)的挑戰(zhàn)，IrDA并沒有停滯不前。除了傳輸速率由原來(lái)的FIR（FastInfrared）的4Mb／s提高到最新VFIR的16Mb／s標(biāo)準(zhǔn)；接收角度也由傳統(tǒng)的30度擴(kuò)展到120度。這樣，在臺(tái)式電腦上采用低功耗、小體積、移動(dòng)余度較大的含有IrDA接口的鍵盤、鼠標(biāo)，就有了基本的技術(shù)保障。同時(shí)，由于Internet的迅猛發(fā)展和圖形文件逐漸增多，IrDA的高速率傳輸優(yōu)勢(shì)在掃描儀和數(shù)碼相機(jī)等圖形處理設(shè)備中更可大顯身手。對(duì)于要求傳輸速率高、使用次數(shù)少、移動(dòng)范圍小、價(jià)格比較低的設(shè)備，如打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼像機(jī)等，IrDA技術(shù)是首選。第88頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.5HomeRF（家庭射頻技術(shù)）HomeRF是專門針對(duì)家庭住宅環(huán)境而開發(fā)出來(lái)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，借用了802.11規(guī)范中支持TCP/IP傳輸?shù)膮f(xié)議；而其語(yǔ)音傳輸性能則來(lái)自DECT(無(wú)繩電話)標(biāo)準(zhǔn)。HomeRF定義的工作頻段為2.4GHz，這是不需許可證的公用無(wú)線頻段。HomeRF使用了跳頻空中接口，每秒跳頻50次，即每秒鐘信道改換50次。收發(fā)信機(jī)最大功率為100mW，有效范圍約50m，其速率為1Mbps至2Mbps。

第89頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五HomeRF的共享無(wú)線應(yīng)用協(xié)議（SWAP)家庭射頻（HomeRF）技術(shù)是無(wú)繩電話技術(shù)（DECT：DigitalEnhancedCordlessTelephone）和無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)相互融合發(fā)展的產(chǎn)物。無(wú)線局域網(wǎng)IEEE802.11采用CSMA/CA（載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/沖突避免）方式，特別適合于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；而DECT使用TDMA（時(shí)分多路復(fù)用）方式，特別適合于話音通信.將二者進(jìn)行融合構(gòu)成家庭射頻使用的共享無(wú)線應(yīng)用協(xié)議（SWAP：SharedWirelessAccessProtocol）。第90頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五SWAPSWAP使用TDMA＋CSMA/CA方式，適合話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，TDMA用于傳送交互式話音和其它時(shí)間敏感性業(yè)務(wù)，而CSMA/CA用于傳送高速分組數(shù)據(jù),并且特地為家庭小型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化。家庭射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的就是為了在家用電器設(shè)備之間傳送話音和數(shù)據(jù)，并且能夠與公眾交換電話網(wǎng)（PSTN）和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交互式操作。第91頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五HomeRF的未來(lái)SWAP規(guī)范問世以后，除了擴(kuò)展高性能、多波段無(wú)繩電話技術(shù)以外，還極大地促進(jìn)了低成本無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。但是，HomeRF占據(jù)了與802.11b和Bluetooth相同的2.4G頻率段，并且在功能上過于局限家庭應(yīng)用，再考慮到802.11b在辦公領(lǐng)域已取得的地位，恐怕在今后難以有較大的作為。第92頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.6無(wú)線USB為了適應(yīng)各領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)傳輸和接口技術(shù)的需要，USB技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)從1.0發(fā)展到了2.O，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室矎淖畛醯?.5Mbit/s提高到了480Mbit/s。在傳輸速度大幅度提高的同時(shí)，USB更是緊跟通信技術(shù)的無(wú)線化趨勢(shì)，將傳統(tǒng)基于線纜的USB擴(kuò)展為基于無(wú)線傳輸平臺(tái)的無(wú)線USB。這種新的高速無(wú)線個(gè)人互連技術(shù)，在繼承傳統(tǒng)有線USB2.0標(biāo)準(zhǔn)所具有的較高傳輸速率優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，充分利用無(wú)線傳輸技術(shù)的靈活性與極高的自由度，免除了有線USB需要線纜連接所帶來(lái)的各種麻煩。第93頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五WUSB準(zhǔn)化組織與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程無(wú)線USB促進(jìn)組織(WirelessUSBPromoterGroup)是無(wú)線USB標(biāo)準(zhǔn)的制定機(jī)構(gòu)。該組織成立于2004年初，由英特爾(Intel)發(fā)起，成員包括了杰爾系統(tǒng)(AgereSystems)、惠普(HewlettPackard)、微軟(Mircosoft)、NEC、飛利浦半導(dǎo)體(PhilipsSemiconductor)和三星(Samsung)這幾家業(yè)界領(lǐng)先的公司。

由于無(wú)線USB促進(jìn)組織所制定的無(wú)線USB標(biāo)準(zhǔn)只涉及到較高層次協(xié)議規(guī)范的制定，物理層和MAC(mediaaccesscontrol，媒體訪問控制)層則采用了由MBOA(MultiBandOFDMAlliance，正交頻分多路復(fù)用聯(lián)盟)和WiMedia聯(lián)盟(WirelessMultimediaAlliance，無(wú)線多媒體聯(lián)盟)共同制定的UWB(ultrawideband，超寬帶)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)第94頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線USB的體系結(jié)構(gòu)

2005年5月發(fā)布了WUSB1.0。無(wú)線USB系統(tǒng)由一個(gè)無(wú)線USB主機(jī)和多個(gè)無(wú)線USB設(shè)備，以及主機(jī)和設(shè)備之間的互連機(jī)制這三部分共同構(gòu)成。其中，USB互連機(jī)制是USB主機(jī)與USB設(shè)備之間進(jìn)行連接和通信所使用的一系列策略的總稱，涉及到三個(gè)方面的內(nèi)容：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流模型、總線調(diào)度。第95頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)線USB系統(tǒng)中主機(jī)和設(shè)備的連接采用了如圖1所示的“hubandspoke(連接段）”模型。無(wú)線USB主機(jī)以hub的角色處在模型的正中央，理論上一個(gè)USB主機(jī)能夠支持最多127個(gè)USB設(shè)備，各無(wú)線USB設(shè)備處于每段spoke的末端，每段spoke代表著一個(gè)無(wú)線USB主機(jī)到一個(gè)無(wú)線USB設(shè)備之間點(diǎn)到點(diǎn)的連接。如圖1所示。第96頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五WUSB的基本連接原理是網(wǎng)絡(luò)集線器和拓?fù)?，如圖所示。在所有的通過主機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，都會(huì)連接上WUSB

Host(WUSB主機(jī))，然后分配給每個(gè)設(shè)備不同的地址和帶寬，這些設(shè)備和主機(jī)之間的關(guān)系被稱為群。它們是通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)來(lái)傳輸?shù)模琖USB主機(jī)和WUSB設(shè)備之間定向的傳輸。

第97頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)流模型其中，功能層與有線USB2.0標(biāo)準(zhǔn)幾乎保持一致，只在同步傳輸模式增強(qiáng)上作了極小的改動(dòng)；設(shè)備層增加了一些安全性擴(kuò)展和無(wú)線媒介設(shè)備管理的控制命令，改動(dòng)較小；總線接口層是改動(dòng)較大的一層，主要針對(duì)無(wú)線傳輸增加了一個(gè)高效安全的通信服務(wù)機(jī)制，規(guī)定了無(wú)線USB主機(jī)和設(shè)備通信之前，必須先建立一個(gè)安全關(guān)聯(lián)圈，之后加密的數(shù)據(jù)才能通過無(wú)線通道傳輸，很大程度上保證了無(wú)線傳輸?shù)目煽啃?。如圖2所示。第98頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五WUSB的總線調(diào)度類似于有線USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的總線調(diào)度，無(wú)線USB標(biāo)準(zhǔn)采用的也是基于TDMA(timedivisionmultipleaccess，時(shí)分多路復(fù)用)輪詢方式的總線調(diào)度協(xié)議。協(xié)議規(guī)定了由主機(jī)控制器發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，每次傳輸過程由三類分組構(gòu)成：令牌分組、數(shù)據(jù)分組和握手分組。為了提高無(wú)線傳輸?shù)男诺览眯?，無(wú)線USB標(biāo)準(zhǔn)去除了有線USB2.0標(biāo)準(zhǔn)中原有的一些發(fā)送和接收之間低效的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程，將多個(gè)令牌信息放到一個(gè)特定分組中傳輸，主機(jī)同時(shí)指示相應(yīng)設(shè)備發(fā)送、接收或參與握手的恰當(dāng)時(shí)機(jī)，極大的提高了無(wú)線物理層的傳輸效率。第99頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線USB的技術(shù)特點(diǎn)充分考慮了與有線USB的兼容采用了MBOA制定的UWB超寬帶物理層標(biāo)準(zhǔn)保留了原有USB任務(wù)的劃分模型提供了高效的電源管理機(jī)制提供了安全機(jī)制更加易于使用第100頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五WUSB發(fā)展與未來(lái)隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定完成，在Intel、微軟等業(yè)界領(lǐng)先公司的大力推廣下，無(wú)線USB技術(shù)在計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、移動(dòng)通信、工業(yè)自動(dòng)化控制等眾多領(lǐng)域?qū)?huì)得到快速應(yīng)用與發(fā)展。目前基于無(wú)線USB技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)起步上市。與現(xiàn)有的USB技術(shù)相比，WUSB加入了對(duì)流媒體的支持。作為第一個(gè)支持流媒體的多媒體互聯(lián)方案，WUSB必將得到生產(chǎn)電腦、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)以及MP3播放器產(chǎn)品的眾多廠商的支持?，F(xiàn)今的許多設(shè)備，像手機(jī)、PDA、電腦、打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)甚至鍵盤和鼠標(biāo)都使用了藍(lán)牙技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，還有一部分設(shè)備則采用了其他的無(wú)線傳輸技術(shù)。其中的一部分產(chǎn)品對(duì)傳輸速度提出了比較高的要求，現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足。Intel公司的WUSB技術(shù)便是針對(duì)這一情況所設(shè)計(jì)。高速的傳輸與靈活性必將使Intel的這項(xiàng)技術(shù)被業(yè)內(nèi)所接受，并最終成為藍(lán)牙技術(shù)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

第101頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五采用MBOAMAC和UWB技術(shù)后，未來(lái)的WUSB數(shù)據(jù)傳輸速率將增加到1Gbps。除現(xiàn)有的USB應(yīng)用外，WUSB將實(shí)現(xiàn)許多全新的應(yīng)用，如家用定位（homeposition），家用搜索（homeranging）及家用網(wǎng)絡(luò)（homenetworking）等應(yīng)用。

.WUSB未來(lái)應(yīng)用第102頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.7UWB技術(shù)UWB(UltraWideBand，超寬帶無(wú)線技術(shù))“技術(shù)。正如其名稱一樣，UWB技術(shù)是一種使用1GHz以上帶寬的最先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)，被認(rèn)為是未來(lái)五年電信熱門技術(shù)之一。但是UWB不是一個(gè)全新的技術(shù)，它實(shí)際上是整合了業(yè)界已經(jīng)出現(xiàn)的技術(shù)如無(wú)線USB、無(wú)線1394等連接技術(shù)。第103頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五頻譜與傳統(tǒng)通信技術(shù)不同的是，UWB是一種無(wú)載波通信技術(shù)，即它不采用載波，而是利用納秒至微微秒級(jí)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。UWB是利用納秒級(jí)窄脈沖發(fā)射無(wú)線信號(hào)的技術(shù)，適用于高速、近距離的無(wú)線個(gè)人通信。按照FCC的規(guī)定，從3.1GHz到10.6GHz之間的7.5GHz的帶寬頻率為UWB所使用的頻率范圍。第104頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五UWB的帶寬從頻域來(lái)看，超寬帶有別于傳統(tǒng)的窄帶和寬帶，它的頻帶更寬。窄帶是指相對(duì)帶寬(信號(hào)帶寬與中心頻率之比)小于1%，相對(duì)帶寬在1%到25%之間的被稱為寬帶，相對(duì)帶寬大于25%，而且中心頻率大于500MHz的被稱為超寬帶。

信號(hào)帶寬/中心頻率窄帶≤1%寬帶%1≤…≤25%超寬帶（UWB）≥25%或帶寬≥500Mbps第105頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五從時(shí)域上講，超寬帶系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)。一般的通信系統(tǒng)是通過發(fā)送射頻載波進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，而UWB是利用起、落點(diǎn)的時(shí)域脈沖(幾十ns)直接實(shí)現(xiàn)調(diào)制，超寬帶的傳輸把調(diào)制信息過程放在一個(gè)非常寬的頻帶上進(jìn)行，而且以這一過程中所持續(xù)的時(shí)間，來(lái)決定帶寬所占據(jù)的頻率范圍。由于UWB發(fā)射功率受限，進(jìn)而限制了其傳輸距離，據(jù)資料表明，UWB信號(hào)的有效傳輸距離在10m以內(nèi)，故而在民用方面，UWB普遍地定位于個(gè)人局域網(wǎng)范疇。第106頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五UWB的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單：當(dāng)前的無(wú)線通信技術(shù)所使用的通信載波是連續(xù)的電波，載波的頻率和功率在一定范圍內(nèi)變化，從而利用載波的狀態(tài)變化來(lái)傳輸信息。而UWB則不使用載波，它通過發(fā)送納秒級(jí)脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。UWB發(fā)射器直接用脈沖小型激勵(lì)天線，不需要傳統(tǒng)收發(fā)器所需要的上變頻，從而不需要功用放大器與混頻器，因此，UWB允許采用非常低廉的寬帶發(fā)射器。同時(shí)在接收端，UWB接收機(jī)也有別于傳統(tǒng)的接收機(jī)，不需要中頻處理，因此，UWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。(2)高速的數(shù)據(jù)傳輸：民用商品中，一般要求UWB信號(hào)的傳輸范圍為10m以內(nèi)，再根據(jù)經(jīng)過修改的信道容量公式，其傳輸速率可達(dá)500Mbit/s，是實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信和無(wú)線局域網(wǎng)的一種理想調(diào)制技術(shù)。UWB以非常寬的頻率帶寬來(lái)?yè)Q取高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且不單獨(dú)占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無(wú)線技術(shù)使用的頻帶。在軍事應(yīng)用中，可以利用巨大的擴(kuò)頻增益來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低截獲率、低檢測(cè)率、高安全性和高速的數(shù)據(jù)傳輸。第107頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五(3)功耗低：UWB系統(tǒng)使用間歇的脈沖來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖持續(xù)時(shí)間很短，一般在0.20ns～1.5ns之間，有很低的占空因數(shù)，系統(tǒng)耗電可以做到很低，在高速通信時(shí)系統(tǒng)的耗電量?jī)H為幾百μW～幾十mW。民用的UWB設(shè)備功率一般是傳統(tǒng)移動(dòng)電話所需功率的1/100左右，是藍(lán)牙設(shè)備所需功率的1/20左右。軍用的UWB電臺(tái)耗電也很低。因此，UWB設(shè)備在電池壽命和電磁輻射上，相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)線設(shè)備有著很大的優(yōu)越性。(4)安全性高：作為通信系統(tǒng)的物理層技術(shù)具有天然的安全性能。由于UWB信號(hào)一般把信號(hào)能量彌散在極寬的頻帶范圍內(nèi)，對(duì)一般通信系統(tǒng)，UWB信號(hào)相當(dāng)于白噪聲信號(hào)，并且大多數(shù)情況下，UWB信號(hào)的功率譜密度低于自然的電子噪聲，從電子噪聲中將脈沖信號(hào)檢測(cè)出來(lái)是一件非常困難的事。采用編碼對(duì)脈沖參數(shù)進(jìn)行偽隨機(jī)化后，脈沖的檢測(cè)將更加困難。第108頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五5)多徑分辨能力強(qiáng)：由于常規(guī)無(wú)線通信的射頻信號(hào)大多為連續(xù)信號(hào)或其持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于多徑傳播時(shí)間，多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。由于超寬帶無(wú)線電發(fā)射的是持續(xù)時(shí)間極短的單周期脈沖且占空比極低，多徑信號(hào)在時(shí)間上是可分離的。假如多徑脈沖要在時(shí)間上發(fā)生交疊，其多徑傳輸路徑長(zhǎng)度應(yīng)小于脈沖寬度與傳播速度的乘積。由于脈沖多徑信號(hào)在時(shí)間上不重疊，很容易分離出多徑分量以充分利用發(fā)射信號(hào)的能量。大量的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)常規(guī)無(wú)線電信號(hào)多徑衰落深達(dá)10～30dB的多徑環(huán)境，對(duì)超寬帶無(wú)線電信號(hào)的衰落最多不到5dB。(6)定位精確：沖激脈沖具有很高的定位精度，采用超寬帶無(wú)線電通信，很容易將定位與通信合一，而常規(guī)無(wú)線電難以做到這一點(diǎn)。超寬帶無(wú)線電具有極強(qiáng)的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位，而GPS定位系統(tǒng)只能工作在GPS定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)；與GPS提供絕對(duì)地理位置不同，超短脈沖定位器可以給出相對(duì)位置，其定位精度可達(dá)厘米級(jí)，此外，超寬帶無(wú)線電定位器更為便宜。第109頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五(7)工程簡(jiǎn)單造價(jià)便宜：在工程實(shí)現(xiàn)上，UWB比其它無(wú)線技術(shù)要簡(jiǎn)單得多，可全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。它只需要以一種數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生脈沖，并對(duì)脈沖產(chǎn)生調(diào)制，而這些電路都可以被集成到一個(gè)芯片上，設(shè)備的成本將很低。第110頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五UWB的局限超寬帶系統(tǒng)應(yīng)用中存在一個(gè)與現(xiàn)有其他無(wú)線通信系統(tǒng)的共存問題。由于超寬帶系統(tǒng)使用很寬的頻譜，因此與很多其他的無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜重疊。雖然從理論上說(shuō)超寬帶系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度很低，應(yīng)能和其他無(wú)線通信系統(tǒng)兼容，但在實(shí)際應(yīng)用中，超寬帶系統(tǒng)對(duì)其他無(wú)線通信系統(tǒng)的兼容性還需要實(shí)驗(yàn)證明，特別是超寬帶系統(tǒng)的工作機(jī)理還有很多不清楚的方面，比如超寬帶系統(tǒng)的帶外干擾問題，即超寬帶設(shè)備有可能對(duì)其工作頻段之外的無(wú)線系統(tǒng)產(chǎn)生一定的干擾，這部分干擾還很難用理論計(jì)算的方法準(zhǔn)確估計(jì)，如對(duì)GPS的干擾、對(duì)個(gè)人通信系統(tǒng)900/1800MHzGSM的干擾、對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)IEEE802.11的干擾等，特別是當(dāng)某特定區(qū)域有很多超寬帶設(shè)備時(shí)，其集中干擾必須認(rèn)真考慮。與之對(duì)應(yīng)的問題是，來(lái)自于其他無(wú)線通信系統(tǒng)的信號(hào)對(duì)UWB接收機(jī)的帶內(nèi)干擾。UWB設(shè)備發(fā)射功率譜密度很低，UWB接收機(jī)中容易受到噪聲和干擾影響，特別是來(lái)自窄帶無(wú)線系統(tǒng)的阻塞干擾。第111頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五迄今為止，超寬帶理論體系還不完善，關(guān)于其工作機(jī)理和特性還有很多疑問，如超寬帶信號(hào)傳播特性、信道模型、超寬帶天線設(shè)計(jì)理論以及超寬帶信號(hào)處理理論等，而這對(duì)超寬帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用至關(guān)重要。

第112頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五UWB應(yīng)用與未來(lái)

UWB技術(shù)可以提供高達(dá)1Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可用在數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)或辦公網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)近距離、高速率數(shù)據(jù)傳輸。例如，利用UWB技術(shù)可以在家用電器設(shè)備之間提供高速的音頻、視頻業(yè)務(wù)傳輸。在數(shù)字辦公環(huán)境中，應(yīng)用UWB技術(shù)可以減少線纜布放的麻煩，提供無(wú)線高速互聯(lián)。另外，利用UWB技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)軍用通信、雷達(dá)探測(cè)、精確定位等等。

UWB技術(shù)起源于脈沖通信，最初主要用于軍事領(lǐng)域。近年來(lái)，超寬帶技術(shù)開始用于民用高速、近距離無(wú)線通信領(lǐng)域，并取得了較快發(fā)展，產(chǎn)生了MB-OFDM、DS-UWB兩種技術(shù)方案。目前，國(guó)際上對(duì)UWB技術(shù)的研究正在如火如荼地進(jìn)行。憑借高速率、低功耗、低成本等優(yōu)勢(shì)，超寬帶技術(shù)必將得到廣泛應(yīng)用。第113頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.8ZigBee技術(shù)

ZigBee是一種新興的短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。主要用于近距離無(wú)線連接。它依據(jù)IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。

ZigBee是一組基于IEEE批準(zhǔn)的

802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的、有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)。IEEE802.15.4僅處理MAC層和物理層協(xié)議，ZigBee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化第114頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee聯(lián)盟簡(jiǎn)介ZigBee聯(lián)盟組成成立于2001年9月成員為半導(dǎo)體廠商、無(wú)線IP供應(yīng)商、OEM廠商及終端用戶擁有150個(gè)成員，包括飛思卡爾、菲利普、三菱、三星、IBM及華為等ZigBee聯(lián)盟的宗旨在一個(gè)開放式全球標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上使穩(wěn)定的、低成本的、低功耗的、無(wú)線聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控和控制產(chǎn)品成為可能……第115頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五為何需要ZigBee技術(shù)專門為遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)存在的實(shí)用性？ZigBee技術(shù)應(yīng)具備的特性低成本：只需幾美元就可以添加進(jìn)產(chǎn)品低功耗：典型應(yīng)用普通電池應(yīng)能工作約1年低復(fù)雜度：必須非常容易使用快速、可靠、安全不同廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品可兼容第116頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee技術(shù)目標(biāo)市場(chǎng)和應(yīng)用ZigBee簡(jiǎn)單有效的無(wú)線控制手段車輛監(jiān)控電子消費(fèi)產(chǎn)品電視錄像機(jī)DVD/CD無(wú)線遙控器電腦設(shè)備工業(yè)自動(dòng)控制資產(chǎn)監(jiān)控管理生產(chǎn)過程監(jiān)控環(huán)境及能源管理保健樓宇自動(dòng)化保安系統(tǒng)大型空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)讀表系統(tǒng)照明控制門禁系統(tǒng)病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)健身監(jiān)察系統(tǒng)第117頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五采用ZigBee技術(shù)的條件設(shè)備成本很低、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊沒有充足的電源支持，只能使用一次性電池頻繁地更換電池或者反復(fù)地充電無(wú)法做到或者很困難需要較大范圍的通信覆蓋，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備非常多，但僅僅用于監(jiān)測(cè)或控制第118頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五低速無(wú)線設(shè)備·

TV·

VCR·

DVD·

CD

·

鼠標(biāo)·

鍵盤·

操作桿

·

保安·

HVAC·

照明·

門禁

·

玩具·

游戲器具

·

監(jiān)視·

診斷·

傳感器工業(yè)、農(nóng)業(yè)和商業(yè)消費(fèi)電子個(gè)人健康監(jiān)護(hù)·

監(jiān)視·

傳感器·

自動(dòng)化·控制玩具和游戲家庭自動(dòng)化PC機(jī)的外圍設(shè)備ZigBee適應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)合第119頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域

消費(fèi)性電子設(shè)備家庭和樓宇自動(dòng)化設(shè)備工業(yè)控制裝置農(nóng)業(yè)自動(dòng)化電腦外設(shè)醫(yī)用傳感器玩具和游戲機(jī)等設(shè)備支持小范圍的基于無(wú)線通信的控制和自動(dòng)化等領(lǐng)域第120頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五家居監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)示意圖第121頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)功耗低：發(fā)射功率僅1mW，還可采用休眠模式；兩節(jié)5號(hào)電池可工作1~2年。成本低：由于傳輸速率低，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)單，成本較低，而且ZigBee協(xié)議免專利費(fèi)。時(shí)延短：典型搜索設(shè)備時(shí)延為30ms，休眠激活時(shí)延為15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms。網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)可容納65,000個(gè)設(shè)備。傳輸可靠：采用碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的業(yè)務(wù)預(yù)留專用時(shí)隙。安全：采用AES-128加密算法，各個(gè)應(yīng)用可靈活確定其安全屬性。第122頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五有效范圍?。河行Ц采w范圍10~75米，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率大小和各種不同的應(yīng)用模式而定工作頻段靈活：使用頻段為2.4GHz、868MHz（歐洲）和915MHz（美國(guó)），均為免執(zhí)照（免費(fèi)）的頻段第123頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五IEEE802.15WPAN工作組負(fù)責(zé)制定無(wú)線個(gè)人網(wǎng)WPAN的通信標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15下面有4個(gè)分標(biāo)準(zhǔn)：

802.15.1為BlueTeeth（藍(lán)牙），

802.15.2為共存性

802.15.3為高數(shù)據(jù)傳輸率的WPAN，

802.15.4為低數(shù)據(jù)傳輸率的WPAN。802.15.1、802.15.2、802.15.3和802.15.4均正式公布。短程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)第124頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第125頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

頻帶

使用范圍

數(shù)據(jù)傳輸率

信道數(shù)2.4GHzISM 全世界250kbps16868MHz 歐洲 20kbps1915MHzISM北美 40kbps10ZigBee的頻帶和數(shù)據(jù)傳輸率第126頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee協(xié)議模型第127頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五物理層(1)遵循IEEE802.15.4協(xié)議。物理層是協(xié)議的最底層，承付著和外界直接作用的任務(wù)。主要目的：控制RF收發(fā)器工作。調(diào)制方式：擴(kuò)頻通信信號(hào)傳輸距離：~50m（室內(nèi)），~150m（室外）。第128頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五物理層(2)

頻率

頻帶 覆篕范圍

數(shù)據(jù)傳輸速度

信道數(shù)量2.4GHzISM 全球 250kbps

16

915MHzISM 美洲

40kbps 10868MHzISM

歐洲

20kbps 1第129頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五物理層(3)第130頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五媒體接入控制層(1)遵循IEEE802.15.4協(xié)議負(fù)責(zé)設(shè)備間無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)和結(jié)束確認(rèn)模式的數(shù)據(jù)傳送和接收可選時(shí)隙，實(shí)現(xiàn)低延遲傳輸支持各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備為16位地址尋址第131頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五媒體接入控制層(2)全功能器件FFD可工作于所有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可與網(wǎng)絡(luò)中任何節(jié)點(diǎn)通信簡(jiǎn)化功能器件RFD僅可和網(wǎng)絡(luò)中的FFD通信不能作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器第132頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五媒體接入控制層(3)周期性的數(shù)據(jù)通信由用戶決定周期的長(zhǎng)短如：煙霧傳感器間歇性的數(shù)據(jù)通信由用戶或外界事件引發(fā)決定間歇長(zhǎng)短如：電燈開關(guān)重復(fù)而快速反應(yīng)的數(shù)據(jù)通信指定固定的時(shí)隙進(jìn)行通信如：鼠標(biāo)、鍵盤第133頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五網(wǎng)絡(luò)及安全層建立新的網(wǎng)絡(luò)處理節(jié)點(diǎn)的進(jìn)入和離開網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型設(shè)置節(jié)點(diǎn)的協(xié)議堆棧使網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器對(duì)節(jié)點(diǎn)分配地址保證節(jié)點(diǎn)之間的同步提供網(wǎng)絡(luò)的路由保證數(shù)據(jù)的完整性使用可選的AES-128對(duì)通信加密第134頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五應(yīng)用層應(yīng)用支持層維持器件的功能屬性應(yīng)用支持層發(fā)現(xiàn)該器件工作空間中其他器件的工作應(yīng)用支持層根據(jù)服務(wù)和需求使多個(gè)器件之間進(jìn)行通信應(yīng)用層主要根據(jù)具體應(yīng)用由用戶開發(fā)第135頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee與其他無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比第136頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)娜悢?shù)據(jù)

周期性數(shù)據(jù)：如家庭中水、電、氣三表數(shù)據(jù)的傳輸；煙霧傳感器

間斷性數(shù)據(jù)：如電燈、家用電器的控制等數(shù)據(jù)的傳輸

反復(fù)性的低反應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)：如鼠標(biāo)、操作桿傳輸?shù)臄?shù)據(jù)第137頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備類型網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，是設(shè)備類型中最復(fù)雜的一種，存儲(chǔ)容量最大、計(jì)算能力最強(qiáng)。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息、尋找一對(duì)節(jié)點(diǎn)間的路由消息、不斷地接收信息。全功能設(shè)備(FFD)：可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其它的FFD或是精簡(jiǎn)功能裝置（RFD）連結(jié)，F(xiàn)FD具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。附帶由標(biāo)準(zhǔn)指定的全部802.15.4功能和所有特征更多的存儲(chǔ)器、計(jì)算能力可使其在空閑時(shí)起網(wǎng)絡(luò)路由器作用。也能用作終端設(shè)備第138頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五設(shè)備類型精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD)：RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。附帶有限的功能來(lái)控制成本和復(fù)雜性,在網(wǎng)絡(luò)中通常用作終端設(shè)備。ZigBee相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)自然節(jié)省了費(fèi)用。RFD由于省掉了內(nèi)存和其他電路，降低了ZigBee部件的成本，而簡(jiǎn)單的8位處理器和小協(xié)議棧也有助于降低成本。設(shè)備類型拓?fù)漕愋涂煞癯蔀榫W(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通話對(duì)象全功能器件（FFD）星形，樹形，網(wǎng)狀可以任何ZigBee設(shè)備簡(jiǎn)化功能器件（RFD）星形不可以只能與協(xié)調(diào)器通話第139頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ途W(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器全功能設(shè)備(FFD,Router):可以支持任何一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者和普通協(xié)商者，并且可以和任何一種設(shè)備進(jìn)行通信

精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD)：只支持星型結(jié)構(gòu)，不能成為任何協(xié)商者，可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。

星型網(wǎng)狀型簇狀型第140頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線組網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)掃描裝置掃描16個(gè)信道，以確定可占用的最佳信道。組建/連接一個(gè)PAN裝置可在自由信道上組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（協(xié)調(diào)器）或連接到一個(gè)已存在的網(wǎng)絡(luò)上。裝置搜尋裝置詢問網(wǎng)絡(luò)，以在活動(dòng)信道中搜尋相符的裝置。服務(wù)搜尋裝置在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)搜尋可對(duì)裝置提供支持的服務(wù)。綁定裝置間通過命令/控制信息實(shí)現(xiàn)通信。第141頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五形成ZigBee網(wǎng)絡(luò)的方法一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的形成，必須由FFD率先擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，建立網(wǎng)絡(luò)，再由其它的FFD或是RFD加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，不過RFD只能和FFD連結(jié)。

根據(jù)裝置在網(wǎng)絡(luò)中的功能，預(yù)先對(duì)裝置編制好程序協(xié)調(diào)器的功能是通過掃描搜索，以發(fā)現(xiàn)一個(gè)未用的信道來(lái)啟動(dòng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。路由器(一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的mesh設(shè)備)的功能是通過掃描搜索，以發(fā)現(xiàn)一個(gè)激活的信道并將其連接，然后允許其它裝置連接。終端裝置的功能總是試圖連接到一個(gè)已存在的網(wǎng)絡(luò)。裝置搜索網(wǎng)絡(luò)中能提供完整服務(wù)的其它裝置允許網(wǎng)絡(luò)中的任何裝置可對(duì)服務(wù)搜索進(jìn)行初始化。將裝置與可提供完整服務(wù)的其它裝置進(jìn)行綁定

綁定可為指定相符的設(shè)備集提供命令和控制特征。第142頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一個(gè)完整的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括數(shù)據(jù)捕獲網(wǎng)和數(shù)據(jù)分配網(wǎng)兩部分。

第143頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee解決方案在ZigBeeAlliance的成員中，有不少是提供ZigBee解決方案的業(yè)者。在硬件部分，以RF芯片為代表性。

目前在2.4GHz的RF芯片，以國(guó)外的Chipcon市場(chǎng)占有率較高，其RF芯片CC2420搭配AtmelAVR8bits微處理器的平臺(tái)，也是大多數(shù)人接觸到ZigBee的第一個(gè)開發(fā)平臺(tái)。

Chipcon已在2005年第3季度推出一顆型號(hào)為CC2430的系統(tǒng)芯片（SoC），包含RF與微處理器，大大降低了未來(lái)ZigBee相關(guān)產(chǎn)品的成本，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)產(chǎn)品周期。

另外一家2.4GHz的RF芯片廠商Freescale，也有漸漸迎頭趕上的趨勢(shì)。其RF芯片共分3種型號(hào)：MC13191、MC13192與MC13193，搭配不同的協(xié)議軟件，提供給廠商進(jìn)行不同產(chǎn)品的開發(fā)。第144頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五在軟件部分，國(guó)際上已經(jīng)有許多公司有提供ZigBeeStack，例如：Ember、AirBee、Figure8Wireless等，其中以Figure8Wireless(F8W)所設(shè)計(jì)的Z-Stack最富盛名。

Chipcon把F8W買下來(lái)后，使得Chipcon成為ZigBee的完全解決方案的提供者。Freescale，也是搭配F8W的Z-Stack。這樣，ChipconCC2420+Z-Stack以及Freescale13193+Z-Stack都已成為認(rèn)證時(shí)的黃金平臺(tái)。第145頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee芯片架構(gòu)第146頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五無(wú)線收發(fā)器等器件或嵌入式模塊

ZigBee芯片模塊方面，則內(nèi)含RF、PHY與MAC做成一單芯片，未來(lái)ZigBee芯片則將會(huì)整合處理器，形成SoC。

第147頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五Chipcon公司日前發(fā)布首款單芯片ZigBee解決方案。這款型號(hào)為CC2430的系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)延用了該公司以往CC2420的架構(gòu)結(jié)構(gòu)，在單個(gè)芯片上集成了ZigBeeRF前端、內(nèi)存和微控制器，廣泛應(yīng)用于汽車、工控系統(tǒng)和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。CC2430同樣適用于ZigBee之外的2.4GHz頻率設(shè)備。

CC2430使用一個(gè)80518位MCU內(nèi)核，并具備128KB閃存和8KBRAM，可用于各種ZigBee或類似ZigBee的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括調(diào)諧器、路由器和終端設(shè)備。另外，CC2430還包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、若干個(gè)定時(shí)器、AES-128協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器、32KHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(Power-On-Reset)、掉電檢測(cè)電路(Brown-out-detection)，以及21個(gè)可編程I/O引腳。Chipcon的CC2430芯片預(yù)期1百萬(wàn)片批量訂購(gòu)時(shí)，單價(jià)不超過4美元。

第148頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第149頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五開發(fā)支持由于很多廠商都推出了基于ZigBee的開發(fā)平臺(tái)提供幾乎全部開放的軟件協(xié)議棧硬件設(shè)計(jì)參考指南越來(lái)越多的開發(fā)者加入到ZigBee陣營(yíng)第150頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五舉例網(wǎng)關(guān)ZigBee終端結(jié)構(gòu)示意圖第151頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五ZigBee節(jié)點(diǎn)的硬件組成MCU+RF收發(fā)器MCU:FreescaleGT60；AtmelMega128；TIMSP430…RF：Freescale13192；ChipconCC2420；EmberEM240…SOCEmber:EM250Chipcon：CC2430第152頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五典型應(yīng)用系統(tǒng)的接口電路第153頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2月20日，星期五典型應(yīng)用系統(tǒng)的接口電路RF芯片提供SPI接口與MCU通訊MCU連接鍵盤、顯示等人機(jī)交互界面?zhèn)鞲衅骺刂破鳌?54頁(yè)，共172頁(yè)，2023年，2