1、WPAN -無線個域網無線個域網班級：班級： 姓名：姓名： 學號：學號： 指導老師：指導老師： 時時 間：間： 09 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個域網（WPAN）第 1 頁/共 14 頁摘要摘要如今，便攜式技術產品的發展和應用需求迅速增長，繼無線局域網（Wireless Local Area Network，WLAN）和無線城域網（Wireless Metropolitan Area Network，WMAN）之后，促進了無線個人區域網（Wireless Personal Area Network，WPAN）的誕生，并使得無線接入的產業鏈更加完善。如果把用戶接入網（RAN）成

2、為邁向數字家庭的“最后 1000 米” ，那么，個域網就是“最后的 50 米” 。WPAN 是一種與無線廣域網、無線城域網、無線局域網并列，但是覆蓋范圍相對較小的無線網絡，是為了實現活動半徑小、業務類型豐富、面向特定群體、無線無縫連接而提出的新興無線通信網絡技術。它有效的解決了“最后幾米電纜”的問題，進而講無線聯網進行到底。關鍵字：關鍵字：WPANWPAN，分類，關鍵技術，發展趨勢，分類，關鍵技術，發展趨勢09 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個域網（WPAN）第 2 頁/共 14 頁目錄目錄 第一章 WPAN 的基本概念.3第二章 WPAN 的分類.42.1 低速 WPAN.52

3、.2 高速 WLAN.52.3 超高速 WPAN.5第三章 WPAN 的關鍵技術. 63.1 IrDA 技術.63.2 HomeRF 技術.73.3 INSTEON 技術.83.4 藍牙技術 .83.5 其他關鍵技術 .9第四章 WPAN 的發展. . .114.1 無線個域網標準進展.114.2 無線個域網技術的發展趨勢 .12結束語. . .13參考文獻.1409 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個域網（WPAN）第 3 頁/共 14 頁第一章第一章 WPAN 的基本概念的基本概念 人們在享受一系列電子產品帶來方便的過程中也逐漸感覺到電子產品功能的局限性。如：隨著外圍設備的逐漸

4、增多，用戶不僅在自己的計算機上連接打印機、掃描器、調制解調器等外圍設備，還會使用 USB 接口傳輸數據，頻繁地拔插某一接口、在計算機上纏繞無序的各種接線，密密麻麻的布線令使用者心煩不已。希望能有一種短距離、低成本、小功耗的無線通信方式實現不同設備的互聯，為了應用的需求以及解決這些問題，就產生了無線個域網。無線個人區域網（Wireless Personal Area Network，WPAN） ，簡稱無線個域網，是一種采用無線連接的個人局域網。它被用在諸如電話、計算機、附屬設備以及小范圍（個人局域網的工作范圍一般是在 10 米以內）內的數字助理設備之間的通訊。支持無線個人局域網的技術包括：藍牙、

5、ZigBee、超頻波段（UWB） 、IrDA、HomeRF 等，其中藍牙技術在無線個人局域網中使用的最廣泛。每一項技術只有被用于特定的用途、應用程序或領域才能發揮最佳的作用。WPAN 設備具有價格便宜、體積小、易操作和功耗低的優點，將取代線纜成為連接包括移動電話、筆記本電腦和掌上設備在內的各類個人便攜設備的工具。WPAN 可以隨時隨地為用戶實現設備間的無縫通信，并使用戶能夠通過移動電話、局域網或廣域網的接入點接入互聯網。這種專用網絡最重要的特征是采用動態拓撲以適應網絡節點的移動性，其優點是按需建網、容錯力強、連接不受限制。因此，WPAN 有巨大的市場潛力，它和大范圍快速移動情況下的通信應用相輔

6、相成，互為補充，所以從某種意義上來說，WPAN 的市場潛力可能更為巨大，以為這種應用可在小范圍內實現各種移動通信設備、固定通信設備、計算機以及其他設備、各種數字數據系統甚至各種家用電器的互聯，而且價格更為低廉。隨著互聯網和多媒體通信的發展，人們對寬帶無線通信的需求也也越來越迫切。雖然有關 WPAN 的各種的標準目前還在不斷的修改，但已展現出強大的生命力，國際上一流的通信、計算機和軟件企業正在如火如荼地對此展開研究，醞釀著更大的技術突破。09 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個域網（WPAN）第 4 頁/共 14 頁第二章第二章 WPAN 的分類的分類無線個域網的應用范圍越來越廣泛，

7、設計的關鍵技術也越來越豐富，WPAN 被定位于短距離無線通信技術，但根據不同的應用場合又分為低速 WPAN（LRWPAN） 、高速WPAM（HRWPAN）和超高速 WPAN 技術。2.12.1 低速低速 WPANWPAN低速 WPAN 是按照 IEEE802.15.4，為近距離聯網設計的，包括工業監控和組網、辦公和家庭自動化與控制、庫存管理、人機接口裝置以及無線傳感器網絡等。LR-WPAN 的出現完全是由于市場需要，與 WLAN 和其他 WPAN 相比，LR-WPAN 結構簡單、數據率較低、通信距離近、功耗低，因此 LR-WPAN 的成本自然也低。在家庭、工廠與倉庫自動化控制，安全監視、保健監

8、視、環境監視，軍事行動、消防隊員操作指揮、貨單自動更新、庫存實時跟蹤以及在游戲和互動式玩具等方面都可以開展許多低速應用。有許多低速應用比高速應用對我們的生活更為重要，甚至能夠挽救我們的生命。例如，當你忘記關掉煤氣爐或者睡前忘鎖門的時候，有了低速WPAN 就可以使你獲救或免于財產損失。2.22.2 高速高速 WLANWLAN高速 WLAN 是按照 IEEE802.15.3 建立的 WPAN 數據傳輸速率高達 55Mbit/s 以上。高速 WLAN 適合大量多媒體文件、短時間內視頻流和 MP3 等音頻文件的傳送，并在確保的帶寬內提供一定的服務質量（QoS） 。例如：傳送一幅圖片，高速 WLAN 只

9、需 1s。高速率 WPAN 在寬帶無線移動通信網絡中占有一席之地。09 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個域網（WPAN）第 5 頁/共 14 頁2.32.3 超高速超高速 WPANWPAN在日常生活中，無線通信裝置急劇增長，對更高速率和更快的內容傳送的需求與日俱增，這一需求將把網絡中各種信息傳送速率推向更高，IEEE802.15.3 高速 WPAN將來不能滿足這些需求。為此，IEEE802.15.3a 工作組提出了更高速率的物理層標準，用以替代高速 WPAN 的物理層，從而構成超高速 WPAN 的或超寬帶（UWB）WPAN。并且超高速 WPAN 可支持 110-480Mbit/s

10、 的數據率。第三章第三章 WPAN 的關鍵技術的關鍵技術WPAN 是隨著短距離無線移動網絡技術的發展而產生的，能夠在近距離為設備建立連接，而且 WPAN 設備是運動的，這意味著 WPAN 的技術標準應該具有良好的操作性，無論是在汽車、輪船或飛機中，都能不受干擾地傳送語音和數據。最初的時候，這個領域主要涉及三個標準技術：紅外技術（IrDA） 、家庭射頻（HomeRF）和藍牙（Bluetooth） 。3.13.1 IrDAIrDA 技術技術IrDA 技術是一種利用紅外線進行點對點通信的技術。隨著 IrDA 技術的誕生，紅外線數據標準協會 IrDA 也隨之成立，并發布了紅外數據通信標準，即 IrDA

11、 1.0。它是一種異步、半雙工的紅外通信方式，紅外通信一般采用波段內的近紅外線，波長在 0.75-25um 之間，最高的通信速率只有 115.2 Kbit/s。為了保證不同廠商的紅外產品能夠獲得最佳的通信效果，紅外通信將紅外數據通信所采用的光波波長的范圍限定在 850-900nm。當前，IrDA 技術的軟件和硬件都已經比較成熟，主要的技術優勢有：1. 無需專門申請特定頻率的使用執照。2. 具有移動通信設備所必須的體積小、功率低的特點。3. 數據傳輸速率在適用于家庭和辦公室使用的微微網中是比較高。由于采用點到點的連接，所以數據傳輸所受干擾較少。09 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個

12、域網（WPAN）第 6 頁/共 14 頁除在技術上的特點，IrDA 的市場優勢也十分明顯。IrDA 紅外技術已經發展成熟，并為人們所熟知，目前，全世界約有 5000 萬臺設備采用 IrDA 技術，并且每年按 50%的速度增長。并且在成本上，紅外線 LED 及接收器等組件遠較一般 RF（Radio Frequency）組件便宜，只是藍牙產品的 1/10，因此在這樣的情形下，也導致了 IrDA技術的普及應用，所以不會退出市場。對于傳輸數率高、使用次數少、移動范圍小、價格比較低的設備（如：打印機、掃描儀、數碼相機等） ，IrDA 技術將是首選。但 IrDA 也有它的局限性。首先，IrDA 技術是一種

13、視距傳輸技術，也就是說兩個具有 IrDA 端口的設備之間如果要傳輸數據，中間就不能有阻擋物，這也是 IrDA 技術的短板。其次，核心部件紅外線 LED 也不是十分耐用，對不經常使用的掃描儀、數碼相機等設備雖然游刃有余，但對于經常使用裝配 IrDA 端口的手機上網，可能很快就不堪重負了。最后，IrDA 沒有提供鏈接級別的安全措施，而是依靠上層協議提供的授權與安全功能。技術上的缺點造成紅外技術終究不能成為無線網絡的標準。3.23.2 HomeRFHomeRF 技術技術HomeRF 技術是無繩電話技術（DECT）和無線局域網（WLAN）技術融合發展的產物。1997 年家庭射頻工作組成立，它主旨是在消

14、費者能夠承受的前提下，建設家庭中的、能互操作的語音和數據網絡。HomeRF 基于共享無線接入協議（shared wireless access protocol，SWAP） 。HomeRF 的特點是安全可靠、成本低廉、簡單易行、不受墻壁和樓層的影響、傳輸交互式語音數據采用 TDMA 技術、傳輸高速數據分組則采用CSMA/CA 技術、無線電干擾影響小、支持流媒體。HomeRF 由微軟、英特爾、惠普、摩托羅拉和康伯等公司提出，使用開放的 2.4GHz頻段，采用跳頻擴頻技術，跳頻速率為 50 跳/秒，共有 75 個寬帶為 1MHz 的跳頻信道。SWAP 使用 TDMA+CSMA/CA 方式，適合語音

15、和數據業務。在進行語音通信時，它采用數字增強無繩電話（DECT）標準，DECT 使用 TDMA 時分多址技術，適合于傳送交互式語音和其他時間敏感性業務。在進行數據通信時它采用 IEEE802.11 的 CSMA/CA，CSMA/CA 適合于傳送高速分組數據。HomeRF 的最大功率為 100mV，有效范圍 50m。調制方式分為09 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個域網（WPAN）第 7 頁/共 14 頁2FSK 和 4FSK 兩種，在 2FSK 方式下，最大的數據傳輸速率為 1Mbps；在 4FSK 方式下，速率可達 2Mbps。 HomeRF 是對現有無線通信標準的綜合和改進：

16、當進行數據通信時，采用IEEE802.11 規范中的 TCP/IP 傳輸協議；當進行語音通信時，則采用數字增強型無繩通信標準。但是，該標準與 802.11b 不兼容，并占據了與 802.11b 和 Bluetooth 相同的2.4GHz 頻率段，所以在應用范圍上會有很大的局限性，更多的是在家庭網絡中使用。HomeRF 無線家庭網絡不僅支持家庭娛樂、家庭自動控制，而且支持遠程醫療等功能。隨著無線家庭網絡技術的日益成熟和完善，更多的網絡環境將能夠協同工作。如果無線家庭網絡與公用電話交換網（PATN）和以太網進行無縫通信，會使得無線家庭網絡成為連接家用計算機、信息家電、家庭安全系統和數字化娛樂中心的

17、骨干網。3.33.3 INSTEONINSTEON 技術技術INSTEON 是一個功能強大的無線家庭控制網絡技術，它是一種簡單、低成本、可靠的整合系統，能夠使家庭更加舒適、安全、方便和高效。INSTEON 使用最新的技術建立一個真實的點到點的網狀網絡，每種設備都是一個點，利用聯發轉發機制，所以不需要網絡的管理，所以負責的網絡控制器和路由器并不需要，省略路由，簡化設備，提高報文傳輸的可靠性。并且 INSTEON 通過電力線和無線構成了雙線網狀網絡，改善了單一介質傳輸中的問題，提高了網絡的可靠性。INSTEON 網絡工作在 131.65kHz 的電力線和 904MHz 的 ISM 頻段上，采用 C

18、SMA 實現 MAC層的訪問。根據 INSTEON 的空中接口規范，用電力線上的零交叉點可實現電力線設備和無線設備全網同步。INSTEON 雖簡單，但功能并不單一，基于 INSTEON 的設備可以通過網絡橋接實現與基于 Wi-Fi、藍牙等設備組成的網絡進行互聯通信。INSTEON 的技術特征決定了它是一種成本低廉、功能完善的智能家居應用方案，深受制造商和用戶喜愛。3.43.4 藍牙技術藍牙技術藍牙（Bluetooth）技術，實際上是一種短距離無線通信技術，利用“藍牙”技09 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個域網（WPAN）第 8 頁/共 14 頁術，能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本

19、電腦和移動電話手機等移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化以上這些設備與 Internet 之間的通信，從而使這些現代通信設備與因特網之間的數據傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。說得通俗一點，就是藍牙技術使得現代一些輕易攜帶的移動通信設備和電腦設備，不必借助電纜就能聯網，并且能夠實現無線上因特網，其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費電子產品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網絡。藍牙技術的特點可歸納為：1.使用全世界通用的頻段和跳頻技術，不需要申請；2.采用 TDMA(時分多址)技術；3.支持語音和數據的同時傳輸；4.短距離、低功耗、低成本；5.最大傳輸速率為 1M

20、bit/s。通過以下 Bluetooth 連接，您可以從家庭辦公的線路束縛中解脫出來，讓您的生活多一份輕松、多一份樂趣：從計算機向打印機無線發送文件； 將您的計算機無線連接至鼠標和鍵盤，免去了桌上一堆的雜亂電線；通過連接手機至揚聲器召開免提電話會議； 從拍照手機向打印機發送圖片，并進行打印；通過無線立體聲耳機收聽從家庭音響或其它類似音頻設備傳送的流音樂；通過 Bluetooth 連接從膝上型計算機或手機向媒體查看器發送圖片，在電視上查看數碼照片等等。但是藍牙是一種還沒有完全成熟的技術，盡管被描述得前景誘人，但還有待于實際使用的嚴格檢驗。藍牙的通訊速率也不是很高，在當今這個數據爆炸的時代，可能也

21、會對它的發展有所影響。目前主流的軟件和硬件平臺均不提供對藍牙的支持，這使得藍牙的應用成本升高，普及難度增大。ISM 頻段是一個開放頻段，可能會受到諸如微波爐、無繩電話、科研儀器、工業或醫療設備的干擾。因為有效距離太近了，一般是 10 米左右。藍牙技術是繼互聯網熱、第三代移動通信熱之后的又一熱門新技術，它所提供的低成本、低功耗的短距離無線通信具有著廣闊的應用前景和巨大的技術潛力。并且，藍牙可靠的安全性既可以保證通信雙方身份的可靠性，又能保證通信數據的安全性，這使得藍牙在電子商務領域擁有巨大的應用前景，可以說，藍牙技術必將給我們每個09 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個域網（WPAN

22、）第 9 頁/共 14 頁人未來的生活方式帶來巨大的變革。3.53.5 其他關鍵技術其他關鍵技術1.Wibree 技術Wibree，超低功耗藍牙無線技術，又被稱作是“小藍牙” ，是一種能夠方便快捷的接入手機和一些諸如翻頁控件，個人掌上電腦(PDA)，無線計算機外圍設備，娛樂設備和醫療設備等便攜式設備的一種低能耗無線局域網(WLAN)互動接入技術。并且突破了藍牙固有的能量局限，功耗僅為藍牙的 1/10，所以，Wibree 將作為藍牙的超低耗電通信標準進行從新定義。2.超帶寬（UWB）技術超帶寬（UWB）是一種基于 IEEE 802.15.3 的超高速，短距離無線接入技術。它在較寬的頻譜上傳送極低

23、功率的信號，能在 10m 左右的范圍內實現每秒數百兆比特的數據傳輸速率，具有抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬及寬、消耗電能低、保密性好、發送功率小等諸多優勢，目前已成為無線個域網領域的人們技術之一。3ZigBee 技術ZigBee 是一種新興的短距離、低功耗、低速率無線接入技術。它是基于 IEEE 802.15.4 研制開發的關于組網、安全和應用軟件等方面的技術標準。ZigBee 工作在2.4GHz 頻段共有 27 個無線信道，數據傳輸速率為 20-250kbit/s，傳輸距離為 10-75m。4Z-Wave 技術Z-Wave 是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網絡的短距離無線

24、通信技術。數據傳輸速率為 9.6 kbps，信號的有效覆蓋范圍在室內是 30m，室外可超過 100m，適合于窄帶寬應用場合。隨著通信距離的增大，設備的復雜度、功耗以及系統成本都在增加，相對于現有的各種無線通信技術，Z-Wave 技術將是最低功耗和最低成本的技術，有力地推動著低速率無線個人區域網。目前 Z-Wave 主要專注于家庭自動化領域，力求為用戶提供一個更加舒適、方便和更具人性化的智能家居環境。5.RFID 技術09 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個域網（WPAN）第 10 頁/共 14 頁RFID 俗稱電子標簽，是一種非接觸式的自動化識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并

25、獲得相關數據。RFID 是由標簽、讀寫器和數據管理系統 3 個基本要素組成，可廣泛的用于物流業、交通運輸、醫藥等各個領域，但由于成本、標準等問題的局限，RFID 技術和應用環境還不成熟。6NFC 技術NFC，即近距離無線通訊技術。由飛利浦公司和索尼公司共同開發的 NFC 是一種非接觸式識別和互聯技術，可以在移動設備、消費類電子產品、PC 和智能控件工具間進行近距離無線通信。使用雙方只需互相接近就可以完成信息交換并訪問內容和服務。所以，NFC 提供了一種簡單、觸控式的解決方案，可以讓消費者簡單直觀地交換信息、訪問內容與服務。第四章第四章 WPAN 的發展的發展 隨著信息化建設的進程的加快，我國的

26、通信技術獲得了越來越快的發展，技術標準一直是國產通信產品產業化的“瓶勁” 。目前，IEEE、ITU 和 HomeRF 等國際組織都致力于 WPAN 標準的研究，其中 IEEE 研究的 WPAN 技術標準主要集中在 IEEE 802.15 系列，是目前國際上最權威的無線個域網標準。過去，雖然國家標準大部分外國現成的標準，但現在已經達成了要大力發展具有自主知識產權技術的標準。標準化不僅促進國內產業聯盟的發展，還提升產業國際競爭力。4.14.1 無線個域網標準進展無線個域網標準進展1.1.IEEE 802.15.1 標準是由 IEEE 與藍牙特別興趣小組（SIG）合作共同完成的。2.2.IEEE 8

27、02.15.2 ，目前，WPAN 所使用的無線技術主要使用 2.4 GHz ISM 頻段，此外執行 IEEE 802.11 的 WLAN 設備也和 WPAN 設備共享統一頻段，可預見，這些在同一環境下應用的技術將在互相之間廣泛的應用。3.3.IEEE 802.15.3 是針對高速無線個域網制定的無線媒體訪問控制層和物理層范09 網絡 2 班 092189230 陳潔 無線個域網（WPAN）第 11 頁/共 14 頁圍，它允許無線個域網在家中連接多達 245 個無線應用設備，傳輸速度可達 11-55 Mbit/s，適合多媒體傳輸，有效距離可達 100m。1） IEEE 802.15.3a 采用

28、UWB 技術來提高速度，最高數據傳輸速率達 480 Mbit/s。2） IEEE 802.15.3b 主要對 MAC 層的進行維護改善其兼容性與可實施性。3） IEEE 802.15.3c 工作在毫米頻段，包括免許可證的 57-64GHz。基于毫米波的WPAN 系統能夠與基于微波的其他 WPAN 系統很好的共存。新標準將提供超過 2 Gbit/s 的數據傳輸率，可用于高速互聯網接入和流媒體傳輸等，是今后 IEEE 802.15 工作的研究重點。4.4.IEEE 802.15.4 是經濟、高效、低數據率、工作在 2.4GHz 的無線技術，用于個域網和對等網狀網絡。支持傳感器、遠端控制和家用自動化

29、等，不適合傳輸語音，通常連接距離小于 100m。 1）IEEE 802.15.4a，使用基于 UWB 的物理層，被視為 WPAN 內 UWB 核心應用之一，數據傳輸速率為 2Mbit/s，室內傳輸距離 60m、室外為 900m，IEEE 802.15.4a 除提供通信功能以外，還提供高精度測距和定位功能。2）IEEE 802.15.4b 主要改良包括解決標準，提高彈性并思考新的頻段分配等，它可以有效簡化架構并改善互通性，進而提高系統的穩定度。3）IEEE 802.15.4c 用于研究各個頻段在 WPAN 中的應用。4）IEEE 802.15.4d 目的是定義一個新的物理層和 MAC 層來滿足日本所分配的頻率應用方案。5）IEEE 802.15.4e 主要是通過定義改進的 MAC 來增強 IEEE 802.15.4-2006的 MAC 層功能，以更好地支持工業市場，并于中國 WPAN 的修訂政策協調發展。 5.5. IEEE 802.1