无线个域网技术及相关协议 (1)

无线个域网技术和应用简介无线通信的最大优点就是自由方便，无线网络让人们在摆脱了线缆的束缚之后，更加便捷自由地相互随时沟通，在网上享受冲浪的乐趣。

近年来无线网络的应用日渐增加，无论在军事领域、仓储物流业还是在制造业、区域办公环境、家庭组网等方面，无线网络扮演着越来越重要的角色。

如今无线网络技术与Internet （互联网）相结合，向我们迸发出极其诱人的活力。

无线个域网WPAN （Wireless Personal Area Network ）是一种新兴的无线通信网络，如果把接入网称为迈向用户数字家庭的“最后一公里”，那么，那么无线个域网则可称为“最后的几十米”。

当计算机的外围设备如打印机、扫描仪、调制解调器、音频播放器、数码相机等逐渐增多后，用户不仅需在自己的主机上连接诸多外设，又要通过USB （通用串行总线）接口将一些数据来回传输并存储到硬盘中去或从硬盘中读取。

频繁地插拔某个接口、计算机前后面板上缠绕着的各种接线，是用户在体验新技术、新快乐、新用途的同时，又不得不忍受的“烦恼。

”此外，公司办公大楼内部、企业各部门之间的信息短距离快速传递也显得十分迫切和必要。

在一间不大的办公室里因有线局域组网带来的密密麻麻的布线令使用者心烦不已，且某个设备一旦需要“搬家，”还会“牵动株连”其它设备。

无线个域网就是为了解决这些问题而诞生的。

WPAN 是一种与无线广域网WWAN ( Wireless Wide Area Network )、无线城域网WMAN ( Wireless Metropolitan Area Network )、无线局域网WLAN (Wireless Local Area Network) 并列但覆盖范围相对较小的无线网络，是一种为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定使用群体、无线无缝连接而提出的新兴无线通信网络组网技术。

它能够有效地解决“最后几米至几十米电缆连接”的问题，进而将无线联网进行到底。

无线个域网（四）无线个域网就是在个人周围空间形成的无线网络，现通常指覆盖范围在10m半径以内的短距离无线网络，尤其是指能在便携式消费者电器和通信设备之间进行短距离特别连接的自组织网。

WPAN被定位于短距离无线通信技术，但根据不同的应用场合又分为高速WPAN （HR－WPAN）和低速WPAN（LR－WPAN）两种。

发展高速WPAN是为了连接下一代便携式消费者电器和通信设各，支持各种高速率的多媒体应用，包括高质量声像配送、多兆字节音乐和图像文档传送等。

这些多媒体设各之间的对等连接要提供20Mb／s以上的数据速率以及在确保的带宽内提供一定的服务质量（QoS）。

高速率WPAN在宽带无线移动通信网络中占有一席之地。

发展低速WPAN是因为在我们的日常生活中并不是都需要高速应用。

在家庭、工厂与仓库自动化控制，安全监视、保健监视、环境监视，军事行动、消防队员操作指挥、货单自动更新、库存实时跟踪以及在游戏和互动式玩具等方面都可以开展许多低速应用。

有许多低速应用比高速应用对我们的生活更为重要，甚至能够挽救我们的生命。

例如，当你忘记关掉煤气炉或者睡前忘锁门的时候，有了低速WPAN就可以使你获救或免于财产损失。

从网络构成上来看，WPAN位于整个网络架构的底层，用于很小范围内的终端与终端之间的连接，即点到点的短距离连接。

WPAN是基于计算机通信的专用网，工作在个人操作环境，把需要相互通信的装置构成一个网络，且无须任何中央管理装置及软件。

用于无线个域网的通信技术有很多，如蓝牙、红外、HomeRF等，下面就几种主要的技术进行讲述。

①蓝牙。

蓝牙是由爱立信、英特尔、诺基亚、IBM和东芝等公司于1998年5月联合主推的一种短距离无线通信技术，它可以用于在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备或移动设各之间的网络互联，从而在各种数字设各之间实现灵活、安全、低功耗、低成本的语音和数据通信。

蓝牙技术的一般有效通信范围为10m，强的可以达到100m左右，其最高速率可达lMb／s。

无线局域网安全技术解析由于无线局域网是以射频方式在开放的空间进行工作的，因而其开放性特点增加了确定无线局域网安全的难度，所以说相对于传统有线局域网而言，无线局域网的安全问题显得更为突出。

其安全的内容主要体现在访问控制与信息保密两部分，目前已经有一些针对无线局域网的安全问题的解决方法，但仍须不断改善。

下面一起来学习无线局域网安全技术知识。

1无线局域网中不安全因素无线局域网攻击可分为主动攻击和被动攻击两类。

主动攻击是入侵者能够针对数据和通信内容进行修改，主动攻击主要有：(1)信息篡改：网络攻击者能够针对网络通信数据进行删除、增加或改动。

(2)数据截获：是利用TCP/IP网络通信的弱点进行的，该方法会掠夺合法使用者的通信信道，进而获得系统的操作权限，截获数据。

(3)拒绝服务攻击：网络攻击者通过各种可能的方法使网络管理者无法获得系统资源及服务。

(4)重传攻击：网络攻击者从网络上获取某些通信内容，然后重新发送这些内容，以对服务器认证系统实施欺骗。

被动攻击主要是指网络入侵者取得对通信资源的存取权限，但是并不对数据内容进行篡改。

主要有：(1)非法窃听：入侵者针对通信数据进行侦听。

(2)流量分析：入侵者可以得知诸如网络服务器位置及网络通信模式等相关信息。

2IEEE802.11标准的安全性IEEE802.11b标准定义了两种方法实现无线局域网的接入控制和加密:系统ID(SSID)认证和有线对等加密(W-EP)。

2.1认证当一个站点与另一个站点建立网络连接之前，必须首先通过认证，执行认证的站点发送一个管理认证帧到一个相应的站点，IEEE802.11b 标准详细定义了两种认证服务:一是开放系统认证是802.11b默认的认证方式，是可用认证算法中简单的一种，分为两步，首先向认证另一站点的站点发送个含有发送站点身份的认证管理帧;然后，接收站发回一个提醒它是否识别认证站点身份的帧。

另一是共享密钥认证，这种认证先假定每个站点通过一个独立于802.11网络的安全信道，已经接收到一个秘密共享密钥，然后这些站点通过共享密钥的加密认证，加密算法是有线等价加密(WEP)。

⽆线⽹络：⽆线个域⽹、⽆线体域⽹和⽆线家居⽹⽬录⽆线个域⽹WPAN 的概念个域⽹（Personal Area Network, PAN），是⼀种范围较⼩的计算机⽹络，主要⽤于计算机设备间的通信，包括电话和个⼈设备等。

PAN 的通信范围往往仅⼏⽶，也可连接多个⽹络。

PAN 可进⼀步接⼊更⼤的⽹络，也可作为最后⼀⽶的解决⽅案。

⽆线个域⽹（Wireless PAN，WPAN）采⽤⽆线介质代替传统有线电缆，实现个⼈信息终端的互连，组建个⼈信息⽹络。

WPAN 是为了实现活动半径⼩(如⼏⽶)、业务类型丰富、⾯向特定群体的连接⽽提出的新型⽆线⽹络技术。

WPAN 主要应⽤于个⼈⽤户⼯作空间，WPAN 系统通常可分为以下 4 个层次：WPAN 系统层次说明应⽤软件和程序由驻留在主机上的软件模块组成,控制⽹络模块的运⾏固件和软件栈负责管理连接建⽴,并规定和执⾏ QoS 要求基带装置负责数据处理，定义装置运⾏的状态，并与主控制器接⼝交互⽆线电收发负责经数/模和模/数转换处理所有的输⼊输出数据WPAN 的特点WPAN 的主要有价格便宜、体积⼩、易操作和功耗低等优点，主要特点有：1. ⾼数据速率并⾏链路：>100Mbps；2. 邻近终端之间的短距离连接：典型 1~10m；3. 标准⽆线或电缆与外部因特⽹或⼴域⽹的连接；4. 典型的对等式拓扑结构；5. 中等⽤户密度。

WPAN 的分类WPAN 按传输速率分为低速、⾼速和超⾼速三类：PAN 的分类说明低速 WPAN主要为近距离⽹络互联⽽设计，结构简单、数据率低、距离近、功耗低、成本低，可⼴泛⽤于⼯业、办公和家庭⾃动化及农业等⾼速 WPAN适合⼤量多媒体⽂件、短时的⾳视频流传输。

⽽动态拓扑结构能使便携式装置在短时间内加⼊或脱离⽹络超宽带WPAN速率可达 110~480 Mbps，⽀持 IP 语⾳、⾼清电视、家庭影院、数字成像和位置感知等信息的⾼速传输WPAN 的应⽤WPAN 技术的应⽤范围⾮常⼴泛，如智能家居的照明、温控、安全和家电控制等，⼯业领域的⽣产流程、现场监测和安保等，智能交通的定位、导航和提⽰等，医疗领域的体征监测、诊断管理和病患监护等。

无线网络技术无线个域网及其技术研究摘要：无线个域网(WPAN)是一种与无线广域网fWWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WEAN)并列但覆盖范围相对较小的无线网络。

WPAN所覆盖的范围一般在10m半径以内，必须运行于许可的无线频段。

WPAN能够有效地解决“最后的几米电缆”的问题，进而将无线联网进行到底。

阐述了无线个域网基本概念、网络分类及特点。

并将其与无线局域网进行简单比较’同时对相关技术进行了分析。

关键词：无线个域网，无线局域网，红外数据标准协会；蓝牙；超宽带；ZigBee 正文：随着新兴的无线通讯技术、低价位的无线设施、网际网络的普及化，无线网络变得愈来愈普及。

目前无线通信技术从涵盖范围划分主要分为四大类，即无线个域网(WPAN)、无线局域网何LAN)、无线城域网(WMAN)、无线广域网(WWAN)，其中WPAN是为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定群体、无线无缝的连接而提出的新兴无线通信网络技术。

WPAN能够有效地解决“最后的几米电缆”的问题，进而将无线联网进行到底。

无线个域网指的是在便携式消费电器和通信设备之间进行短距离自组连接的网络覆盖范围一般在10m半径以内这里的自组连接有两层含义(1)设备可以承担主控功能又可以承担被控功能(2)设备可以很容易地加入或者离开现有网络[1]目前使用较为广泛的近距离无线通信技术包括红外数据传输和蓝牙还有一些非常具有发展潜力的技术标准如超宽带和Zigbee等它们都有各自的特点或基于传输速度距离耗电量的特殊要求或着眼于功能的扩充性目前，无线个域网(PAN)的主要技术有红外技术(IrDA)、家庭射频(HomeRF)、蓝牙(Bluetooth)、超带宽(I珊璐)、ZigBee、射频识别(RFID)等。

其共同的特点是短距离、低功耗、低成本和个人专用，但是这些技术在功耗、成本、传输速率、传输距离、组网能力、应用等方面各有特点，没有一种技术能够完美到可以满足所有的需求。

IEEE 802协议各个标准的介绍(1)IEEE 802协议的各类标准的针对类型不同，有的是在之前的演进版本，有的则是特定用户所需要的一个网络协议，下面就这个方面来总结一下。

无线网络的使用已经是司空见惯了。

那么对于IEEE 802协议下的各类标准，你是否清晰呢？现在就让小编在此在为大家总结一下吧。

首先还是来了解一下这个协议的基本含义。

无线局域网最通用的标准是IEEE定义的无线网络通信工业标准——IEEE802.11系列。

开始之前，让我们先来了解什么是IEEE?IEEE是电子和电气工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers)的简写，于1963年1月1日由AIEE(美国电气工程师学会)和IRE(美国无线电工程师学会)合并而成，是美国规模最大的专业学会，亦是世界上最大的专业技术组织之一，拥有来自175个国家的36万会员。

目前IEEE在工业界所定义的标准有着极大的影响。

IEEE定位在“科学和教育，并直接面向电子电气工程、通讯、计算机工程、计算机科学理论和原理研究的组织，以及相关工程分支的艺术和科学”。

为了实现这一目标，IEEE承担者多个科学期刊和会议组织者的角色，它也是一个广泛的工业标准开发者。

IEEE制定了全世界电子和电气还有计算机科学领域30%的文献，另外它还制定了超过900个现行工业标准。

每年它还发起或者合作举办超过300次国际技术会议。

IEEE由37个协会组成，还组织了相关的专门技术领域，每年本地组织有规律的召开超过300次会议。

IEEE 出版广泛的同级评审期刊，是主要的国际标准机构(900现行标准，700研发中标准)。

IEEE 802协议定义的常见标准IEEE 802.1──高级接口High Level Interface(Internetworking)IEEE 802.1d──生成树协议(Spanning Tree)IEEE 802.1p──General Registration ProtocolIEEE 802.1q──虚拟局域网(Virtual LANs;VLAN)IEEE 802.1x──基于端口的访问控制(Port Based Network Access Control)IEEE 802.2──逻辑链路控制(Logical Link Control)IEEE 802.3──带冲突检测的载波侦听多路访问协议CSMA/CD(半双工以太网)IEEE 802.3u──快速以太网(Fast Ethernet)IEEE 802.3z──千兆以太网(Gigabit Ethernet)IEEE 802.3ae──万兆以太网(10 Gigabit Ethernet)IEEE 802.4──令牌环总线(Token-Passing Bus)IEEE 802.5──令牌环(Token-Passing Ring)IEEE 802.6──城域网(Metropolitan Area Networks，MAN)IEEE 802.7──宽带局域网(Brandband LAN)IEEE 802.8──光纤局域网IEEE 802.9──集成数据和语音网络(Integrated Voice and Data Networks，VoIP IEEE 802.9a──IsoENET(proposed)IEEE 802.10──网络安全(Network Security)IEEE 802.11──无线以太网IEEE 802.12──100VG-AnyLAN(Voice Grade - Sprache geeignet)IEEE 802.14──有线电视(CATV)IEEE 802.15──无线个人局域网路(Wireless Personal Area Network，WPAN)IEEE 802.17──弹性分组环(Resilient Packet Ring)802.11是IEEE 802协议在1997年为无线局域网(Wireless LAN)定义的一个无线网络通信的工业标准。

了解⽆线⽹络的分类⽆线⽹络是采⽤⽆线通信技术实现的⽹络，根据⽹络覆盖范围、传输速率和启途的差异，⽆线⽹络⼤体可分为⽆线⼴域⽹、⽆线城域⽹、⽆线局域⽹、⽆线个域⽹和⽆线体域⽹。

1.⽆线⼴域⽹(WWAN) 主要通过通信卫星把物理距离极为分散的局域⽹(LAN)连接起来，它连接地理范围较⼤，常常是⼀个国家或是⼀个洲。

其⽬的是为了让分布较远的各局域⽹互连，它的结构分为末端系统(两端的⽤户集合)和通信系统(中间链路)两部分。

代表技术有传统的GSM⽹络、GPRS⽹络以及正在实现的3G⽹络和LTE(LongTermEvolution)等类似系统。

由于使⽤的通信技术不尽相同，不同⽆线⽹络的接⼊速度也有很⼤差异，从2GGSMlCDMA的9.6Kbps，到2.5GCDMA的 70Kbps~153.6Kbps，再到3GWCDMAlCDMA2OOO/TD-SCDMA的384Kbps~2Mbps，数据的传输速率在不断提⾼。

在技术标准⽅⾯，IEEE802.20 是WWAN 的重要标准。

2. ⽆线城域⽹(WMAN) 主要通过移动电话或车载装置进⾏移动数据通信，可覆盖城市中的⼤部分地区。

代表技术是IEEE802.20标准，主要针对移动宽带⽆线接⼊(MobileBroadband WirelessAccess,MBWA)。

该标准强调移动性(⽀持速度可⾼达时速250km) ，由IEEE802.16宽带⽆线接⼊(BroadbandWirelessAccess，BWA) 发展⽽来。

另⼀个代表技术是IEEE802.16标准体系，主要有802.16、802等。

3. ⽆线局域⽹(WLAN) 覆盖范围较⼩。

⽆线局域⽹是⾼速发展的现代⽆线通信技术在计算机⽹络中的应⽤，利⽤⽆线技术在空中传输数据、话⾳和视频信号。

作为传统布线⽹络的⼀种替代⽅案或延伸，WLAN把个⼈从办公桌边解放了出来，使他们可以随时随地获取信息，提⾼了员⼯的办公效率。

此外，WLAN还有其他⼀些优点:它能够⽅便地联⽹，因为WLAN可以便捷、迅速地接纳新加⼊的雇员，⽽不必对⽹络的⽤户管理配置进⾏过多的变动:WLAN 在有线⽹络布线困难的地⽅⽐较容易实施，使⽤WLAN⽅案，则不必再实施打孔铺线等作业，因⽽不会对建筑设施造成任何损害。

1.目前无线局域网主要有哪两种标准体系？简述各自特点？答：目前无线局域网主要有两个主要标准：IEEE802.11和HPERLAN（High Perf ormance Radio Local Area Network ）。

802.11是IEEE（电气和电子工程师协会）最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。

由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE（电气和电子工程师协会）随后又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准，2001年11月，第三个新的标准802.11g业已面世。

尽管目前802.11a 和802.11g倍受业界关注，但从实际的应用上来讲，802.11b已成为无线局域网（WLAN）的主流标准，被多数厂商所采用，并且已经有成熟的无线产品推向市场。

（1）802.11标准802.11a标准工作频率为5GHz，物理层速率可达54Mb/s，传输层可达25Mbps。

可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TD MA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

802.11b标准采用2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11Mb/s，无须直线传播。

当射频情况变差时，动态速率转换可将数据传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。

支持的范围是在室外为300 米，在办公环境中最长为100米。

802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。

802.11g802.11g其实是一种混合标准，它既能适应传统的802.11b标准，在2.4GHz频率下提供每秒11Mbit/s数据传输率，也符合802.11a 标准在5GH z频率下提供54Mbit/s数据传输率。

基于IEEE802.15.4无线个域网的研究与实现的开题报告Introduction近年来，无线个域网（Wireless Personal Area Network, WPAN）得到了广泛的关注和研究，它是一种用于短距离（一般在10米以内）通信的无线网络，通常应用于个人设备之间的数据传输。

WPAN在医疗、家庭娱乐、物联网等领域中有着广泛的应用前景。

IEEE802.15.4是WPAN的一种无线通信标准，它定义了物理层和媒体访问控制（MAC）层，可提供低功耗、低数据速率、低复杂性和低成本的通信。

目前，IEEE802.15.4已经被广泛应用于物联网领域中。

本文旨在进行基于IEEE802.15.4无线个域网的研究与实现，通过对相关技术的研究和实现，探究如何在WPAN中建立可靠的通信，并应用于实际场景中。

Research content本文的主要研究内容如下：1. WPAN的概述：介绍WPAN的概念、特点和分类，分析WPAN与其他无线网络的区别。

2. IEEE802.15.4标准的研究：介绍IEEE802.15.4标准的体系结构、协议栈、MAC层、物理层等内容，分析其优劣势。

3. WPAN中的路由技术：介绍WPAN中的路由协议，包括基于层次结构、基于集群等路由技术，分析其特点和适用场景。

4. WPAN中的安全技术：介绍WPAN中的安全机制，包括密钥管理、加密和认证等技术，分析其保护机制和使用注意事项。

5. 实验设计与实现：设计WPAN的拓扑结构，搭建IEEE802.15.4标准的环境，利用ContikiOS进行编程实现。

6. 实验结果分析：分析实验结果，并验证WPAN建立的可靠通信，讨论不同参数对通信性能的影响。

Conclusion本文在对WPAN的概述、IEEE802.15.4标准、路由技术和安全技术进行分析的基础上，进行了实验设计与实现，探究如何建立可靠的WPAN通信。

实验结果表明，IEEE802.15.4标准的优势在于通信距离短、能耗低、成本低，同时提供了良好的通信质量和低延迟。

0引言太赫兹超高速无线网络[1]是一种新型的无线网络,与传统的无线网络不同,它工作在太赫兹频段,可支持10Gb/s~1Tb/s的数据传输速率。

目前对太赫兹无线个域网的研究大部分是考虑网内设备天线采用全向传输的方式[2-3],太赫兹无线个域网内,在一定的功率范围内,太赫兹的全向传输范围小于1m;发送端采用定向发送的方式,而接收端采用全向接收的方式,通信范围仅为2m;发送端采用定向发送,接收端采用定向接收的方式,可使通信距离达到十多米[4]。

为了增大节点的通信距离,在太赫兹无线个域网中,收发设备都需要采用定向天线进行波束赋形。

现有的超高速无线MAC协议标准中,适用于高载波频率的协议有IEEE802.15.3和IEEE802.11.ad,它们都用于载波频率为60GHz的无线通信。

PRIEBE S[5]在对太赫兹无线通信MAC层技术进行深入研究后,指出了IEEE802.15.3c开销相对较少,更适用于太赫兹无线通信。

IEEE802.15.3c标准提出了基于码本的波束赋形,该波束赋形方法分为3个阶段,3个阶段的定向增益依次增大,而覆盖范围依次减小。

由于太赫兹波波束较窄的特性[6],太赫兹无线个域网内收发设备只能进行波束级别的扫描,波束赋形时间过长是个亟待解决的问题。

目前的太赫兹无线个域网MAC协议更多是对网内设备的处于动态的场景进行考虑,然而对于网内设备是静态的场景,如服务器机房内大型服务器间的数据传输、家庭影院设备间的数据传输等,仍然采用动态场景下的MAC协议是不合适的。

动态场景下的MAC协议应用在静态场景下会造成过多的控制开销,针对这些问题,本一种快速高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议邱钟维,任智,葛利嘉(重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆400065)摘要:太赫兹无线个域网是一种新型的无需基础设施的中心式网络,支持10Gb/s~1Tb/s的数据传输速率,具有广泛的应用前景。

针对现有太赫兹无线个域网MAC协议和高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议ED-MAC(Ef⁃ficient Directional MAC protocol)存在节点间波束赋形训练开销大、耗时长的问题,对无线个域网内设备处于静止状态下的场景,提出一种快速高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议FE-MAC(Fast and Efficient MAC protocol)。