個域網(PersonalAreaNetwork,PAN)是為人們在個人工作空間實現設備互聯的技術，通常在1～10m距離內。無線個域網的目標：實現這種互聯，并且提供更靈活、更具移動性及更自由的連接以擺脫電纜的束縛。WPAN不同于WLAN，無論在工作范圍還是目前的數據容量或WLAN服務種類，都不能取代以太網類型的本地網。WPN關注的是個人的信息和連接需求，包括將數據從臺式電腦同步到便攜式設備，便攜式設備之間的數據交換，以及為便攜式設備提供Internet連接等。實現WPAN在技術上不像WLAN那么復雜。通常能夠快速建立連接，而且對特定配置的要求很少甚至沒有要求。第10章WPAN標準10.1前言10.2藍牙(IEEE802.15.1)10.3無線USB10.4ZigBee(IEEE802.15.4)10.5IrDA10.6近場通信10.7本章小結10.1前言用來連接日益增多的各種個人設備的纜線會使連接中斷、會破損或丟失，這些都會妨礙個人產品的工作。如何消除這些影響已成為發展個域網的主要動力，自20世紀90年代末以來很多工作組和其他組織都致力于個域網標準的研究。在IEEE內部，成立于1999年3月的802.15工作組致力于提供支持具有互操作的低復雜度、低功耗的設備標準的研究，這些設備能夠隨身攜帶或者安置在個人工作場所(PersonalOperatingSpace,POS)，個人工作場所是指一個活動或靜止的人周圍10m范圍內。下表描述了由IEEE802.15工作組開發的WPAN標準。IEEE802.15WPAN標準和任務組

10.2藍牙(IEEE802.15.1)10.2.1起源及其主要特征10.2.2協議棧10.2.3藍牙無線通信10.2.4基帶層10.2.5高層協議10.2.6藍牙的實際應用10.2.7藍牙的發展現狀和展望10.2.1起源及其主要特征對移動電話及其附件間無線連接的研究由愛立信公司在1994年開始的，但是直到四年后，由愛立信、IBM、諾基亞和東芝等公司成立藍牙特殊利益集團(SpecialInterestGroup,SIG)后，這種概念才開始不僅應用于移動電話，而且也開始用于PC和其他設備的連接。1999年，IEEE802.15工作組成立，其任務是開發WPAN標準，之后，藍牙SIG成為唯一響應802.15的組織，藍牙和IEEE802.15.1不久后成了同一個概念。自從2000年藍牙無線耳機問市，其價格和功耗都大大地降低后。藍牙已成為很多移動電話和PDA的普遍附加特性。藍牙1.1版本是PAN標準：它工作于2.4GHzISM頻段物理層數據速率達到1Mbps具有有效的非對稱的721/56kbps的傳輸速率或432kbps的全雙工通信。2004年11月份發布了藍牙2.0版本：該版本引入了增強數據速率(EDR)，使得物理層數據速率達到1、2或3Mbps。在一個微微網中，藍牙PAN最多可支持8個藍牙設備，其中一個作為主設備，其他七個設備作為從設備。因為一個藍牙設備既可以成為一個微微網中的主設備又可以成為另一個主設備的從設備，因此微微網可以通過共享公共的設備鏈接形成分散式網絡。每個設備管理微微網的720kbps容量，而一個分散式網絡因為由多個主控設備控制可以達到更高的分布式數據容量。藍牙系統中的皮可網和擴散網MMSSPSSSSSP皮可網2擴散網皮可網1M——主設備S——從設備P——擱置的設備主要藍牙框架

10.2.2協議棧應用藍牙主機協議棧（軟件）邏輯鏈路控制和適配協議（L2CAP）主機控制器接口（HCI）主機控制器接口固件（HCI）鏈路管理協議（LMP）基帶/鏈路控制（LC）藍牙無線電（PHY）音頻藍牙主機控制器（固件和硬件）10.2.3藍牙無線通信在物理層：藍牙技術使用IEEE802.15.1無線頻率802.15.1中規定了每秒跳1600次的跳頻擴頻系統，在2.40～2.48GHzISM頻段之間有79個信道。跳頻模式由主設備的48比特MAC地址控制。在一些國家，為了遵守本國的使用規定，跳頻模式減少到只覆蓋23個信道。

藍牙RF發射功率級別

對于第1級設備：必須強制性的要求其具有功率控制能力（第2，3級功率控制則是可選的）為了降低干擾，要求發射設備具有動態調整發射功率的能力。這同時也有助于降低功耗，增加便攜設備的電池壽命。功率控制：是通過接收信號強度指示器(RSSI)實現的RSSI判別接收信號是否在定義的“黃金接收功率范圍”內，該范圍一般是6～20dB，高于接收機的靈敏度基準。如果接收功率在這個范圍以外，接收機發送鏈路管理協議(LMP)指令給發射機，使其調整發射功率。10.2.4基帶層在藍牙協議棧（參見圖10.2）中，藍牙基帶層：在物理層之上管理物理信道和鏈路：包括藍牙設備的發現鏈路連接與管理功率控制。藍牙基帶定義了13種分組類型：其中4種：專門用做傳輸高質量的語音和語音+數據。每個分組包括：一個68～72比特的接入碼：接入碼用在藍牙設備發現期間以及接入到微微網時。一個54比特的分組頭：分組頭攜帶了從設備的地址以及分組的確認、編號和檢錯等信息。最高2745比特的有效載荷。10.2.4基帶層通過查詢程序和尋呼程序，基帶控制設備發現過程。查詢程序：能使得藍牙設備發現一定范圍內的其他設備，并判斷它們的地址和時鐘偏移量；尋呼程序：使得主從設備之間建立連接，并將從設備的時鐘與主設備同步。一旦建立連接，藍牙設備將處于以下四種狀態中的一種（表10.4給出了簡要描述）：激活呼吸保持及休眠（為了降低功耗）。表10.4藍牙連接狀態10.2.5高層協議鏈路管理器協議主機控制接口邏輯鏈路控制與適配協議(L2CAP)RFCOMMSDP

鏈路管理器協議鏈路管理器協議(LMP)：用來建立和管理基帶連接，包括：鏈路配置認證功率管理功能。這些功能：通過兩個已配對設備的鏈路管理器之間交換協議數據單元(PDU)來實現。協議數據單元包括：配對控制、認證、初始化呼吸、保持和休眠模式、功率增加或降低請求，首選的分組編碼的選擇以及優化的數據吞吐量的大小。

主機控制接口主機控制接口(HostControllerInterface,HCI):為鏈路管理器和基帶層提供了統一的命令接口，允許在兩個硬件之間劃分協議棧:例如:一個處理器主機高層軟件和一個藍牙模塊。主設備:執行高層協議軟件的功能；藍牙模塊:主要是完成LMP、基帶層及物理層的功能。這兩部分通過主機控制器傳輸層連接，可以是UART、RS232或USB接口。

邏輯鏈路控制與適配協議(L2CAP)邏輯鏈路控制與適配協議:能夠產生高層協議與基帶協議之間的邏輯連接;它給信道的每個端點分配信道標識符(ChannelIdentifier,CID)。L2CAP也為高層協議管理數據的分段與重組，高層協議數據包要大于341字節的基帶最大傳輸單元(MTU)。連接建立的過程包括:設備之間期望的QoS信息交換。L2CAP監控資源的使用來確保達到QoS要求。RFCOMM藍牙RFCOMM協議:基于ETSITS07.10標準的子集，在L2CAP協議層之上為電纜替代應用提供串口仿真。RFCOMM將串行的比特流組裝成字節和數據分組，提供可靠的排序的串行比特流傳輸;使用請求發送/清除發送(RTS/CTS)和數據終端準備就緒/數據設置準備就緒(DataTerminalReady/DataSetReady,DTR/DSR)控制信號。應用到RFCOMM中的ETSI的標準的一個修改:是基于信譽的流量控制機制。該機制：限制幀的傳輸速率來保證接收設備的輸入緩沖區不會溢出。如果一個連接的信譽計數到0，RFCOMM將停止并等待直到它從接收設備中得到更多的信譽量，表明輸入緩沖區能夠接收數據。SDP服務發現協議(SDP，servicediscoveryprotocol)：在微微網中用來發現藍牙設備中的可用服務，并確定這些可用服務的屬性。服務發現：可以通過請求/響應模式來完成。一個應用在特定的L2CAP連接上，針對可用的服務發出協議數據單元請求信息；然后等待目標設備的響應。服務發現：可以針對特定要求的服務通過搜索、請求信息來實現；也可以針對所有的可用服務中通過瀏覽、請求信息來實現。10.2.6藍牙的實際應用藍牙微微網的建立：是通過設備發現過程和主設備與被發現的從設備的配對實現。不斷的重復上述過程，可以建立含有7個激活的從設備的藍牙PAN，在休眠狀態下可以有255個從設備可保持與微微網的連接。在配對過程中，從設備會收到一個跳頻同步數據包，該數據包基于主設備的48比特MAC地址，目的是讓從設備遵循這種跳頻模式。一旦這種低等級的連接形成，那么主設備將會建立起服務發現協議(SDP)連接：用來確定采用哪個應用模型與從設備建立連接。而后LMP協議：依據特定服務要求來配置鏈路。藍牙PAN（微微網）和相關應用模型的實例

如果上面的例子中的移動電話和藍牙耳機建立了配對：它將在另外一個微微網中成為主設備，如此這般就形成了散射網。這個移動電話在這兩個微微網中將會時間共享。第一個微微網中，由主設備為其分配時隙；在第二個微微網中，移動電話輪流為藍牙耳機和其他的配對設備分配時隙。因為在兩個微微網中，跳頻模式由不同的主設備的MAC地址決定，因此它們不能相互協調工作，當選擇同一個頻率時還會導致數據的碰撞。但這種情況并不經常發生（統計表明，每79×79=6241個數據包才發生一次），因此它對數據吞吐量并沒有實際意義的影響。下面通過一個應用實例來理解藍牙在實際中的應用，給出從開始建鏈到不同的應用等一步一步的工作過程，理解這些步驟對于實際工作是非常有用的。(1)藍牙同步PDA應用模式：PDA同步

(2)PDA通過藍牙與Internet的連接應用模式：PDA與Internet的連接(3)藍牙移動電話撥號上網應用模式：通過藍牙移動電話撥號上網

10.2.7藍牙的發展現狀和展望在與其他基于PAN標準的無線USB和UWB等較高的數據速率競爭時，藍牙的FHSS物理層規范限制了藍牙的應用范圍。在藍牙2.0中的數據傳輸速率已經達到了3Mbps，但是隨著兩個設備之間所傳輸數據容量的不斷增加，用戶期望得到更高的數據傳輸速率。在2005年5月，藍牙SIG聲明，正與UWB開發者們協作增強藍牙的功能，以達到更高的數據傳輸速率來適應需要高傳輸速率的應用：如在PAN內與便攜式設備傳輸數字視頻信號。這個發展的目的是要加強藍牙品牌的效應。藍牙品牌被認為具有市場實力，但從消費者的觀點看，后向兼容還是非常昂貴的，因為UWB和目前的2.4GHzFHSS物理層是不能互操作的。10.2.7藍牙的發展現狀和展望——續V3.0(2009年):核心是“GenericAlternateMAC/PHY”(AMP)，這是一種全新的交替射頻技術，允許藍牙協議棧針對任一任務動態地選擇正確射頻。傳輸速率更高功耗更低。V4.0(2010年):包括三個子規范，即傳統藍牙技術、高速藍牙和新的藍牙低功耗技術。藍牙4.0的改進之處主要體現在：電池續航時間和節能：使用標準紐扣電池可運行一年乃至數年有效傳輸距離：最大范圍可超過100米。健壯性：所有數據包都使用24-bitCRC校驗，確保最大程度抵御干擾。安全：使用AES-128CCM加密算法進行數據包加密和認證。延遲：最短可在3毫秒內完成連接設置并開始傳輸數據。10.3無線USB10.3.1起源和主要特征10.3.2協議棧10.3.3WUSB無線技術10.3.4媒體接入控制層10.3.5無線USB信道10.3.6無線USB的應用10.3.7現狀和未來發展10.3.1起源和主要特征無線USB：是USB實現者論壇推動的結果，目的是為了將已經很成功的有線USB接口推進到無線領域。無線USB設計的核心：保持與有線USB之間強大的連接功能。為了促進無線USB的發展，無線USB推廣組于2004年2月成立，目標是：將USB的簡單易用、兼容性好以及低成本的原理應用到高速的無線技術。使得無線USB(WirelessUSB,WUSB)能在WPAN中處于領先地位。該技術發展的資本：USB強大的工業支持和品牌效應。無線USB設計目標WUSB（無線USB）規范的1.0版本在2005年5月發行：使用超寬帶(UWB)無線通信技術，使物理層數據速率達到了480Mbps（3m內）；3-10米內110Mb/s功耗低；傳輸范圍可達10m。這使得無線UWB可用來：向多媒體消費者電子設備傳輸較好的視頻數據；提供與PC外圍設備和其他移動設備之間的高速連接。WUSB設備：通過基于媒體接入協議的主機安排TDMA方式共享帶寬。使用集線器和星形拓撲結構，每個主機支持最多127個設備；與有線USB一樣，需要設計出系統軟件來處理任何時候設備與主機之間的連接或斷開。“雙重”身份的設備：同樣能夠被定義啟用點對點的連接。10.3.2協議棧無線USB協議棧的基礎：是由MBOA-SIG開發的PHY層和MAC層規范。自從2005年3月MBOA-SIG和WiMedia聯盟合并以后，這些規范被最后確定，并由WiMedia-MBOA聯盟繼續發展。無線USB協議棧

介質訪問控制器（UWBMAC）無線USB驅動主機控制器接口IP網絡無線1394其他在USB無線電上運行的技術匯聚層應用超寬帶無線電（UWBPHY）UWB無線電平臺介質訪問控制器（UWBMAC）無線USB驅動主機控制器接口IP網絡無線1394其他在USB無線電上運行的技術匯聚層應用超寬帶無線電（UWBPHY）UWB無線電平臺10.3.3WUSB無線技術WUSB物理層：應用了MB-OFDM聯盟(MBOA)的UWB無線技術，工作在3.1～10.06GHz的頻段上。支持無線USB設備上強制使用的53.5Mbps,106.7Mbps和200Mbps數據速率；附加的高達480Mbps的數據速率在設備上是可選項，而在主機上是強制使用的。支持所有的無線USB設備:強制使用的1～3頻段（信道1，如圖10.4），支持可選的其他頻段組。必須支持每個頻段組的所有時頻碼(TFC)。10.3.3WUSB無線技術信道2信道4信道5信道3頻段頻段頻段頻段頻段頻段頻段頻段頻段頻段頻段頻段頻段頻段信道1528MHz寬帶無線USBMBOA頻段10.3.4媒體接入控制層WiMediaMAC關鍵設計特性

在下圖所示的超幀結構中定義了MAC層時隙。每65ms的超幀被劃分成256個媒體接入時隙(MediaAccessSlot,MAS)，每個時隙持續256s。每個超幀中的前導MAS作為信標期:在信標期:設備根據他們的能力和資源請求和主機交換信息。在信標期:設備可以使用分配預留協議(DistributedReservationProtocol,DRP),預留一個或多個媒體接入時隙。使得應用時可以保證與數據流同步的媒體接入。65ms超幀N-1超幀N超幀N+1信標期間介質訪問時隙（MAS）256微秒WiMediaMAC層的超幀結構10.3.5無線USB信道WUSB規范:定義了無線USB信道的超幀結構;定義了超幀結構中相關的MAS預留;控制機制中建立的方法。無線USB信道的產生方法：主機通過DRP預留媒體接入時間的時隙。這樣的時隙可以被集群中的所有設備用來通信。主機使用一個被稱為微調度管理指令(Micro-ScheduledManagementCommand,MMC)的控制包序列來控制信道，MMC在預留的媒體接入時隙中發送。這些命令用來為集群中主機和設備之間的通信，動態地規劃及控制信道時間。10.3.5無線USB信道MMC（微調度管理指令）：是一個包含集群ID的廣播數據包，使得設備能夠識別其所屬集群的控制包。每一個MMC規定了直到下一個MMC時，預留時間的微調度信道時間分配(MS-CTA)的分類。在前一個MMC規定的每個MS-CTA的指導和應用下，這些分配可以用來在集群中進行數據通信。超幀N-1超幀N超幀N+1DRP信息預留的MAS下一個MMC下一個MMC下一個MMC處理組1處理組3處理組2圖10.6MAC層超幀中的無線USB信道表10.11無線USB設備類型

受主機引導的信標設備要具備以下性能：1.捕獲集群外設備發送的控制協議信息；能夠檢查覆蓋范圍外的WimediaMAC設備是否出現。2.能通過WUSB信道將信息傳回主機。

受主機引導的信標設備要具備這些性能，必須支持以下三個功能：1.數據包計數功能：在信標周期內，通過周期地計算數據包數目，主機能夠確認一個受引導的信標設備是否有隱藏鄰點。2.數據包捕獲功能：通過捕獲隱藏鄰點的信標，主機可以確認DPR預留，如果需要,它會調整自己的預留。3.數據包傳輸功能：在傳輸數據時，通過提供適當的信標數據和引導受引導信標，主機可以通知當前的隱藏鄰點和集群中附近設備的DPR預留。這些控制機制同時也能確保多個無線USB集群能夠在空間上以最小的干擾交疊。10.3.6無線USB的應用無線USB的一個設計目標：就是它應該保持有線USB“即插即用”的快捷方便的功能。無線概念中的“開機即用”。要求無線USB設備在第一次使用時，能夠自動地安裝驅動和安全特性，同時能夠以最小的用戶輸入認證來識別并和其他設備連接。無線USB的功能：使用星形拓撲結構能讓一個主機可以控制多達127個終端設備；允許具有雙重角色設備(DualRoleDevice,DRD)的功能，即同時具有主機和設備的功能。10.3.6無線USB的應用無線USB的功能：允許同時具有主機和設備的功能。這就使得兩個雙重角色設備可以通過簡單的點到點方式連接，每一個作為主機角色的設備通過公用的MAC層信道來管理單獨的無線USB信道（稱之為默認反向鏈接）。DRD還可以作為設備角色連接到一個或多個無線USB信道，同時作為主機角色為其他設備提供無線USB信道。例如，無線USB打印機對于筆記本電腦來說是設備，對于數碼相機來說是主機。10.3.7現狀和未來發展盡管無線USB還處于發展的初始階段，但是，無線USB很可能很快成為PC外圍設備以及其他消費電子設備的無線連接標準。打印機，掃描機,外接硬盤和數碼相機等等，都將沒有任何的電線直接連接到你電腦上。未來最好的選擇：藍牙與WUSB聯袂實現完美的UWB連接：藍牙可以用作高速（如：文件傳輸）及低速（如：耳機至手機的語音信道）傳輸的應用接口。此外，它還可以用于控制與網絡維護任務。實現高速傳輸的最底層(underlyinglayer)是WUSB/UWB組合物理層。利用WUSB作為實現基礎，根據PAN傳輸的對端設備具有的功能，高速數據傳輸可以由WUSB處理。

10.4ZigBee(IEEE802.15.4)10.4.1起源和主要特征10.4.2協議棧10.4.3ZigBeePHY層10.4.4媒體接入和鏈路控制層10.4.5ZigBee的實際應用10.4.6現狀和未來發展10.4.1起源和主要特征ZigBee(IEEE802.15.4)：是基于處理遠程監控和控制以及傳感器網絡需求的技術標準。ZigBee主要用于傳輸低數據速率的通信：傳輸速率最高為250kbps。工作范圍：30m左右；具有超低的功率損耗：它的目標是提供設備控制信道，而不像無線USB技術是以高速率數據流信道為目的。ZigBee網絡所需功率：一般只相當于藍牙PAN功率的1%，所以電池壽命可長達數月到數年。

為了實現超低功率損耗，采取了以下的一些具體步驟：減少包括報頭（地址和其他的頭部信息）在內的傳輸數據量；減少收發機的任務周期，包括斷電和睡眠模式中的功率管理機制。ZigBee定義了兩種設備：一種是完全功能設備：它實現全部的協議棧，能夠與節點同步，具備控制器的功能，能與任何拓撲結構的任意類型的設備相連；另一種是簡化功能的設備：它實現簡化的協議集，在簡單的連接拓撲結構中（星形或點到點結構）只能作為端節點從FFD發送/接收信息。ZigBee技術非常適合于無線監控和控制應用：目標成本（1～5美元）非常低：例如，個人住宅和商業樓的自動化（智能家居）以及工業生產過程的控制。在家庭應用中，ZigBee可以用來建立家庭網絡(HomeAreaNetwork,HAN)，允許在單個控制單元的命令下用擴散的非協調遠程控制器去控制多個設備。10.4.2協議棧圖10.7ZigBee協議棧概要ZigBee應用框架應用支持層（APS）APS安全管理器信息格式端點多路復用網絡應用層（NWK）NWK安全管理器NWK消息代理路由管理器網絡管理器邏輯鏈路控制邏輯鏈路控制網絡/安全層的主要作用：建立新網絡，保證數據的傳輸。對數據進行加密，保證數據的完整性。支持/應用層的主要作用：根據服務和需求使多個器件之間進行通信。主要根據具體應用由用戶開發。邏輯網絡控制、網絡安全和應用層：都為實時要求高的應用進行了優化，優化措施有：設備喚醒速度快；Zigbee的響應速度較快,網絡連接時間短，一般分別在15ms和30ms的范圍內。相比較,藍牙需要3～10s、WiFi需要3s。網絡層：負責網絡的啟動、關聯、斷開關聯、設備地址的分配、網絡安全、幀路由等一般工作。網絡層可以支持多重的網絡拓撲結構，如圖10.8所示。通過使用ZigBee路由器，網狀拓撲結構可使網絡達到64000個節點，通過請求－響應算法達到高效路由，而不是通過路由表。星形連接ZibBee協調器網絡鏈接ZibBee路由器ZibBee端設備圖10.8支持ZigBee的拓撲結構ZibBee端設備與藍牙相似，在協議棧的頂層，Zigbee應用層應用模型定義為支持特定的應用模式。例如，照明應用模型包括：表示光線等級和覆蓋范圍的傳感器負載控制器的開關和變暗。10.4.3ZigBeePHY層表10.12IEEE802.15.4的無線頻段和數據速率2.4GHzISM頻段中的16個非重疊信道允許16個PAN同時工作。物理層：是協議的最底層，承付著和外界直接作用的任務。主要目的：控制RF收發器工作ZigBee的物理信道

10.4.4媒體接入和鏈路控制層媒體接入和鏈路控制層的主要作用：負責設備間無線數據鏈路的建立、維護和結束；接入方式分兩種：基于競爭的：CSMA/CA無競爭的：由PAN協調器按TDMA分配時隙確認模式的數據傳送和接收；收不到確認，會重傳。10.4.4媒體接入和鏈路控制層表10.13ZigBee設備類型10.4.5ZigBee的實際應用表10.14ZigBee的應用領域ZigBee應用實例基于ZigBee技術的無線三表遠程抄表系統采用MESH網狀網絡結構，保證數據傳輸的可靠性。每幢單元樓設置一個ZigBee遠端節點；一個小區設置一個ZigBee中心節點ZigBee中心節點數據通過GPRS/CDMA或ADSL上傳到集抄中心10.4.6現狀和未來發展ZigBee：是傳感器網絡和遠程控制領域有競爭力的技術中的一種。ZigBee的優勢：基于IEEE標準；廣泛的工業聯盟，保證了它在大量產品中的互操作性。ZigBee聯盟未來發展目標中包括了ZigBee2.0規范，該規范基于目前由IEEE802.15TGa開發的增強的低數據速率規范。這個工作小組致力于基于802.15.4標準的可選物理層規范，目標是1m或者更好的定位精確度、更高的數據吞吐量、超低的功率、更遠的范圍以及更低成本。10.4.6現狀和未來發展——續目前，ZigBee的開發以大廈自動化設備、產業、醫療等領域為目標。尤其在自動儀表領域，ZigBee擁有很高的關注度。但在家電市場，由于競爭技術較多，ZigBee得以普及的可能性很低，發展前景難以預料。10.5IrDA10.5.1起源和主要特征10.5.2協議棧10.5.3IrDA物理層10.5.4數據鏈接層10.5.5IrDA可選協議棧10.5.6IrDA的實際應用10.5.7IrDA的現狀和未來發展10.5.1起源和主要特征

紅外數據協會(IrDA)：作為一個非盈利組織機構成立于1993年，其目標是通過發展和支持一些保證硬件和軟件協同工作的標準，來促進PC與其他設備之間的紅外線通信鏈路的使用。IrDA：一種低成本、低功耗的串行數據連接標準；支持半雙工、點到點的連接；覆蓋范圍至少1m；數據速率最大達115kbps（SIR和標準功率模式）。在2.4GHz頻段，IrDA的工作波長只有1m，而藍牙的工作波長則為12.5cm。與射頻發射機全方位覆蓋不同的是，IrDA點到點的連接模式要求：Ir收發機的校準要在±30度的范圍內，以便接收機能在要求的最小功率密度啟動（參見圖10.10）。這種物理的要求：使得IrDA非常適合一些應用，如安全的簡單對象交換；但是也不適合一些其他的應用，如Ad-Hoc網絡、支持音頻或電話的耳機。圖10.10IrDA設備校準IrDA端口IrDA設備半角15°可以；角度未對準，但在波束內不可以；角度未對準，但在波束外10.5.2協議棧IrDA棧：支持數據鏈路的初始化、關閉、連接啟動、斷開連接。設備地址發現和沖突解決、數據速率協商以及信息交換。312物理層數據鏈路層網絡層鏈路管理協議（IrLMP）鏈路接入協議（IrLAP）物理層（IrPHY）圖10.11IrDA強制協議棧和OSI模型10.5.3IrDA物理層IrDA紅外物理規范(IrPHY)包括紅外光束的許多方面：波長：規定紅外線波長為0.85～0.90m；這種波長的光發射二極管和光學的檢測器容易制造而且成本低。最大最小功率等級；發光功率mW/sr（毫瓦每弧度），同時規定了兩種功率模式：在低功耗模式中，鏈路距離可以達到0.2m，最大功率強度可以達到28.2mW/sr；在標準模式中，鏈路距離可以達到1m，最大功率強度可以達到500mW/sr。光束角度；光學組件的物理配置。表10.16IrDA數據率和調制方法時鐘16×比特速率數據比特（NRZ）差分歸零制（RZI）比特期間7關3開6關16時鐘周期/比特期間圖10.12IR短脈沖（SIRRZI調制）10.5.4數據鏈接層IrDA的兩個強制協議：鏈接接入協議(IrLAP)：IrLAP建立了設備到設備的連接；用于在一定范圍內控制設備發現和設備尋址。關于設備發現，是設備隨機的選擇和交換32位的IrLAP地址。IrLAP連接中的設備擁有主從關系，主設備負責發送命令幀、初始化連接以及傳輸、組織和控制數據流，包括處理數據鏈路的錯誤。建立最佳的公共數據傳輸速率。鏈接管理協議(IrLMP)：將IrLAP建立的鏈接中的服務和應用多元化；IrLMP還用于解決：當發現一臺新的設備要求同樣的IrLAP地址時的地址沖突。10.5.5IrDA可選協議棧信息訪問服務（LM-IAS）微傳輸協議（Tiny-TP）Ir鏈路管理協議（IrLMP）Ir鏈路訪問協議（IrLAP）物理層（IrPHY）圖10.13IrDA可選協議棧Tiny-TP（微傳輸協議）是中間協議層，提供簡單的傳輸協議來控制IrLMP連接上的流量。它同時還提供了分割-重組服務，來阻止由于有限的設備緩沖空間而導致的死鎖情況。紅外線電纜替代(IrCOMM)：可以仿真傳統的串行（并行）端口連接，應用于像打印這類的服務。IrOBEX：是一種可選擇的應用層協議，用來使應用能夠交換大量的專用數據對象，如文件、電子商務卡片和數字圖像。它定義任何文件轉換為一般對象；提供工具,使得這些對象在鏈路的接收端可以被正確識別和處理。IrOBEX:扮演類似因特網協議中超文本傳輸協議(HypertextTransferProtocol,HTTP)的角色。通過仿真低級別的包括TCP/IP在內的以太網連接，IrLAN允許設備接入局域網。10.5.6IrDA的實際應用IrDA是當今應用最為廣泛的無線網絡技術。該技術提供了一種簡單而又安全的方法，用于個人計算機和通信設備之間的文件傳輸，并且一些應用緊密相關：如PDA和筆記本電腦的同步、商務卡和移動電話的數據交換等。10.5.7IrDA的現狀和未來發展用戶要求：在設備之間傳輸壓縮的視頻文件，能在不到10秒鐘的時間內傳輸播放1小時（100～200MB）的MPEG2（MovingPicturesExpertsGroup，動態圖像專家組）。消費者能使用移動電話從街上的自動機器上下載視頻內容。2003年以來，IrDAIrBurst和超快IR(UltraFastIR,UFIR)特別興趣小組都致力于下一代IrDA規范的研究：IrDAIrBurst的目標是數據速率：達到100Mbps；UFIR的目標是數據速率：達到500Mbps。突破目前1m的傳輸范圍的限制，增加IrDA有效的覆蓋范圍。這就使得“移動電話可以作為數字錢包使用”的應用模式能夠在室外使用，能夠應用在例如汽車高速公路的收費系統。10.6近場通信10.6.1起源和主要特征10.6.2NFC物理層10.6.3協議棧10.6.4NFC的實際應用10.6.5NFC的現狀及未來發展10.6.1起源和主要特征近場通信(NFC)：是一個超短范圍的無線通信技術。它是用磁場感應使得兩個物理上接觸的，或者是在幾厘米范圍內的設備能互相通信。目標：通過自動連接和配置實現簡單的點到點的連接。由于距離非常短，NFC設備之間的通信只需要極低的電場或磁場強度，完全低于正常的噪聲發射門限，因此它對于使用的頻帶不受授權限制。

10.6.1起源和主要特征NFC和標準RF無線通信的本質區別在于：RF信號：是在收發設備之間傳送的。近場通信：是基于兩個設備之間的直接磁場或者電場的耦合來實現的，而不是通過無線電波在自由空間的傳播。ECMA340標準：由ECMA共同組織在2004年12月采用，定義了NFC的通信模式，該模式使用工作在13.56MHz中心頻率的感應耦合設備。10.6.2NFC物理層ECMA340規定:磁場感應接口工作在13.56MHz;數據速率為106kbps、212kbps和424kbps，它與飛利浦公司的MIFARE?和索尼公司的FeliCa非接觸式智能卡接口相兼容。遠場RF通信中:測量傳輸功率和接收判決門限使用dBm；NFC測量磁場強度(H)：用安培/米(A/m)表示。表10.17ECMA340NFC磁場強度標準ECMA340標準定義了兩種通信模式，主動式和被動式。在主動模式中，通信是由起始設備（發起者）產生的RF場發起的，目標設備（目標）也產生一個調制RF場來響應發起者的命令。表10.18列出了主動模式的調制方式及比特編碼方案。表10.18ECMA340主動模式的調制和比特編碼方案在被動模式中（表10.19）：發起者通過RF場開始通信，但是目標設備通過負載調制（而不是產生電磁場）進行響應。負載調制（如4.8.4節所述），發起設備的RF場施加到目標設備從而調制其負載，這將在初始載波頻率(13.56MHz)兩旁產生邊頻，從而能夠被檢測。表10.19ECMA340被動模式調制和比特編碼方法10.6.3協議棧因為NFC沒有提供OSI模型中全部的網絡特性，因此協議棧很有限，只有一個簡單傳輸協議，它定義了：NFC鏈路的激活；數據交換；解除激活。單個發起設備可以和多個目標設備相互作用，每個目標設備在設備選擇進程的開始階段產生一個40比特的ID。發現目標設備ID的過程包括一個解決沖突的進程。當多個目標設備在同一個時間內響應時，就可能會產生沖突，特別是在被動模式中（參見圖10.14）。數據比特（響應者1）數據比特（響應者2）結合的響應曼切斯特編碼檢測的比特（發起者）隨機重發延時隨機重發延時前兩個比特被成功檢測磁撞檢測發起者傳輸重傳請求下兩個比特被成功檢測磁撞檢測重傳請求圖10.14NFC多響應設備的碰撞檢測通過使用曼切斯特編碼，可以進行比特級的碰撞檢測。因為在一個完全比特周期，沒有感知到電平的轉變時就檢測到了碰撞。這種情況僅僅發生在當一個目標設備發送的0比特與另外一個目標設備發送的1比特沖突時。沖突發生之前接收的比特可被恢復，目標設備被要求從不可恢復的比特開始重發數據。響應的目標設備，使用隨機延時來確保這個過程不會陷入重復的碰撞循環中。10.6.4NFC的實際應用表10.20NFC的使用模式10.6.4NFC的實際應用表10.20NFC的使用模式10.6.5NFC的現狀及未來發展商業應用的NFC：在德國Hanau的公交車系統的運輸票務和付費；臺灣的“臺北密集運輸系統”。這些試驗是基于諾基亞NFC構架，被嵌入在諾基亞3220移動電話里。目前的規劃：是未來的數據速率達到1.7Mbps，接近藍牙2.0的3Mbps。10.7本章小結物理層數據速率（Mbps）WUSB（可選的）WUSB（強制的）藍牙類1藍牙類3藍牙類2圖10.15PAN技術：范圍對比數據速率第11章無線個域網實現11.1無線PAN的技術選擇11.2試驗測試11.3無線PAN安全11.4第四部分總結11.1無線PAN的技術選擇11.1.1確定用戶需求11.1.2確定技術需求11.1.3評估現有的技術11.1.1確定用戶需求

11.1.1確定用戶需求

11.1.2確定技術需求

11.1.2確定技術需求

11.1.3評估現有的技術

表11.3PAN技術特性比較11.2試驗測