计算机网络之WPAN 和 WLAN

上一篇文章内容：无线局域网

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1.WPAN（无线个人区域网）

WPAN 是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速率和低价格的电缆替代技术。

（1）  蓝牙系统(Bluetooth)

（2）  低速 WPAN：ZigBee

WLAN 是同时为许多用户服务的无线局域网，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。

1.1蓝牙系统(Bluetooth)

最早使用的 WPAN 是 1994 年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是 IEEE 802.15.1 。 蓝牙的数据率为 720 kb/s，通信范围在 10 米左右。 蓝牙使用 TDM 方式和扩频跳频 FHSS 技术组成不用基站的皮可网(piconet)。

Piconet 直译：“微微网”，覆盖面积非常小。

每一个皮可网有一个主设备(Master)和最多7个工作的从设备(Slave)。

蓝牙系统中的皮可网和扩散网

通过共享主设备或从设备，可以把多个皮可网链接起来，形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。 主从工作方式的个人区域网实现起来价格比较便宜。  

1.2低速 WPAN

主要用于工业监控组网、办公自动化与控制等领域，其速率是 2 ~ 250 kb/s。

标准： IEEE 802.15.4。新修订的标准是 IEEE 802.15.4-2006。

典型的低速 WPAN ： ZigBee。

ZigBee 技术主要用于各种电子设备（固定的、便携的或移动的）之间的无线通信，其主要特点是通信距离短（10 ~ 80 m），传输数据速率低，并且成本低廉。

ZigBee 的特点

（1）功耗非常低，省电。    

工作时：信号的收发时间很短；    

非工作时：ZigBee 结点处于休眠状态，非常省电。

对于某些工作时间和总时间之比小于 1% 的情况，电池的寿命甚至可以超过10 年。

（2）网络容量大。

一个 ZigBee 的网络最多包括有255 个结点，其中一个是主设备，其余则是从设备。若是通过网络协调器，整个网络最多可以支持超过 64000 个结点。

ZigBee 的标准

在 IEEE 802.15.4 标准基础上发展而来的。ZigBee 产品也是 802.15.4 产品。 IEEE 802.15.4 只是定义了 ZigBee 协议栈的最低的两层（物理层和 MAC 层），而上面的两层（网络层和应用层）则是由 ZigBee 联盟定义的。

ZigBee 的组网方式

     一个全功能设备 FFD (Full Function Devic)充当网络的协调器。许许多多精简功能设备 RFD(Reduced Function Device)  结点。

                                                              ZigBee 网络中的端设备

ZigBee 技术的主要应用：家庭自动化、楼宇自动化

 ZigBee 技术低成本、低功耗、低传输率、安全性好的特点，使它很适合应用于家用电器和小型电子设备的无线控制领域。

家庭自动化：  ZigBee 技术通过无线方式将各种电子和电器产品连接起来,用户只需使用一个遥控器在规定范围内就可以操控各种家用电器。   家庭防盗和报警系统。

楼宇自动化:  通过建立完备的 ZigBee 网络，智能建筑可以感知火灾隐患，自动控制中央空调，及时掌握酒店房内客人出入信息等等。

工业领域：通过 ZigBee 网络实现各种多区域温度湿度监控；自动收集资料，并将信息反馈到基站进行数据分析和处理；照明系统感测；生产流程控制；生产环境监控，对环境进行实时检测。   

农业生产：通过 ZigBee 网络可实现土壤酸碱度监测，湿度和温度监测和控制，农作物生长过程实时监测等。    

医疗领域：通过 ZigBee 网络搜集病人的信息和检查结果,进行身体状况适时测量；人体内消化道疾病探测等。

2.WLAN（无线城域网）

2002 年 4 月通过了 802.16 无线城域网的标准。欧洲的 ETSI 也制订类似的无线城域网标准 HiperMAN。 WMAN 可提供“最后一英里”的宽带无线接入（固定的、移动的和便携的）。

在许多情况下，无线城域网可用来代替现有的有线宽带接入，有时又称为无线本地环路。  

WiMAX：表示无线城域网 WMAN，              

Wi-Fi ：    表示无线局域网 WLAN 。

IEEE 的 802.16 工作组：无线城域网标准制订， 两个正式标准 802.16d（802.16-2004），是固定宽带无线接入空中接口标准。 802.16 的增强版本：802.16e，是支持移动性的宽带无线接入空中接口标准，它向下兼容 802.16-2004。  

802.16 无线城域网服务范围的示意图

几种无线网络的比较

局域网媒体访问控制

局域网工作原理

 LLC(逻辑链路控制)子层

逻辑链路控制子层（LLC）:  其目的是屏蔽不同的媒体访问控制方法，以向高层（网络层）提供统一的服务和接口。

LLC/网络层接口服务规范

LLC子层提供的服务和服务原语 (1) 类型1（Type1）：基本的面向无连接的服务。    

数据传输之前，无需进行对等实体之间的连接；数据传输时，不提供差错恢复、流量控制和排序功能；数据传输可以是点到点、一点到多点，或广播方式进行； 提供数据报服务，适用于对数据传输可靠性要求不高，或者可由高层采取措施保证数据传输可靠性的环境。

面向无连接的数据传输服务原语:    

L-DATA.req(LA,RA,LS,SC)，    

L-DATA.ind(LA,RA,LS,SC)，    

LA/RA：本地和远程的结点地址，    

LS：被传输的LSDU，    

SC：有关的传输控制信息（例如：优先级）。

                                   

ＬＬＣ：基本的面向连接的服务。

数据传输之前，需建立对等实体之间的连接； 数据传输在点到点之间发生，提供DL的差错恢复、流量控制和排序等功能。 每次通信都要经历连接建立、数据传输和释放连接的过程。可以进一步地提高数据传输的可靠性。

面向连接的数据传输服务原语

建立连接

L-CONNECT.req(LA,RA,SC)，

L-CONNECT.ind(LA,RA,S,SC)，

L-CONNECT.cnf(LA,RA,S,SC)，

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连接复位

L-RESET.req(LA,RA)，

L-RESET.ind(LA,RA,R)，

L-RESET.cnf(LA,RA,S)，

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数据传输

L-DATA.req(LA,RA,LS)，

L-DATA.ind(LA,RA,LS)，

L-DATA.cnf(LA,RA,S)，

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连接释放

L-DISCONNECT.req(LA,RA)，  

L-DISCONNECT.ind(LA,RA,R)，  

L-DISCONNECT.cnf(LA,RA,S)，

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流量控制：     L-CONNECT-FLOWCONTROL.req(LA,RA,A)，高层实体向LLC实体请求控制来自LLC子层的数据流量；    

L-CONNECT-FLOWCONTROL.ind(LA,RA,A)，LLC实体向高层实体指示控制来自网络层的数据流量。    

A：允许通过的数据流量信息。

R: 释放原因，

S: 成功程度。

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LLC/LLC对等协议规程

定义LLC实体之间交换的帧（LLC PDU）的格式，以及双方交换帧的时序。

                 

 LLC PDU格式

支持LLC子层实体之间交换LLC PDU（LLC帧）时，MAC子层应向LLC子层提供的服务，该服务与使用的媒体和采用的媒体访问控制方法无关。

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MAC服务原语  

MAC-DATA.req(RA,LP,SC)，请求发送一个LLC PDU。    

MAC-DATA.ind(RA,LA,S,SC)，MAC实体向LLC实体指示一个LLC PDU的到来    

MAC-DATA.cnf(S,SC)，MAC实体向源发LLC实体报告LLC PDU的发送结果。      

LP：LLC PDU；

SC：控制信息

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局域网特点

采用广播技术，一个结点发送的信息可以被另本网内的所有结点所感知，并且只有接收结点才真正接收。  媒体访问控制简单。  

统一的LLC层对高层服务：使得高层（网络层）无需考虑对应的是什么类型的局域网。  

不同类型的局域网之间需要有专门的设备互连才能通信。