物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)_第4章_物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù)

1、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)信息工程系 韋崇順 4.1以太網(wǎng)以太網(wǎng)是一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)，在20世紀(jì)70年代由施樂公司發(fā)明，由于其具有靈活性和簡(jiǎn)單性，在局域網(wǎng)領(lǐng)域占據(jù)了絕大部分份額。以太網(wǎng)技術(shù)今天仍然在不斷發(fā)展，其技術(shù)正在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)領(lǐng)域擴(kuò)展。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.1以太網(wǎng)工作原理以太網(wǎng)主要解決局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)的互聯(lián)問題，主要分兩類：傳統(tǒng)的共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)，這兩類的工作原理有一定差別。 第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.1以太網(wǎng)工作原理1.共享式以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)是早期的以太網(wǎng)工作模式，有兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線型網(wǎng)絡(luò)和星形網(wǎng)絡(luò)，如圖4-1和圖4-2所示。第

2、4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.1以太網(wǎng)工作原理1.共享式以太網(wǎng)總線型網(wǎng)絡(luò)最早出現(xiàn)，使用同一根同軸電纜將計(jì)算機(jī)連接在一起，計(jì)算機(jī)共享通信介質(zhì)。為了避免共享介質(zhì)而發(fā)生的矛盾沖突，總線型使用了以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問 (CSMA/CD)機(jī)制來共享通信介質(zhì)。 第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.1以太網(wǎng)工作原理1.共享式以太網(wǎng)星形網(wǎng)絡(luò)使用雙絞線和集線器，計(jì)算機(jī)通過集線器進(jìn)行互聯(lián)。使用集線器的星形網(wǎng)絡(luò)在布線和網(wǎng)絡(luò)范圍的擴(kuò)展方面進(jìn)行了改進(jìn)，但本質(zhì)上同原先的總線型網(wǎng)絡(luò)無根本區(qū)別，也使用帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD)機(jī)制。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)

3、鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.1以太網(wǎng)工作原理1.共享式以太網(wǎng)星形網(wǎng)絡(luò)的核心是集線器，通過集線器將計(jì)算機(jī)進(jìn)行互聯(lián)，集線器工作于物理層，僅僅對(duì)數(shù)據(jù)起中繼的作用，將一個(gè)端口接收的數(shù)據(jù)復(fù)制分發(fā)給其他端U,這樣能夠擴(kuò)展傳輸?shù)木嚯x。所有連接到集線器的設(shè)備共享同一介質(zhì)、廣播和帶寬。一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，會(huì)通過集線器傳播給所有同它相連的集線器或計(jì)算機(jī)。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.1以太網(wǎng)工作原理1.共享式以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)的工作機(jī)制決定了它簡(jiǎn)單易用，但同時(shí)在性能和可擴(kuò)展性方面有很大局限。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.1以太網(wǎng)工作原理2.交換式以太網(wǎng)交換式

4、以太網(wǎng)就是為了解決共享式以太網(wǎng)的局限性而產(chǎn)生的。交換式以太網(wǎng)使用交換機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行互聯(lián)。交換機(jī)將沖突隔絕在每一個(gè)端口（每個(gè)端口都是一個(gè)沖突域)，避免了沖突的擴(kuò)散。連接交換機(jī)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以使用全部的帶寬，而不是各個(gè)節(jié)點(diǎn)共享帶寬，解決了共享以太網(wǎng)因?yàn)楣蚕斫橘|(zhì)帶來的問題。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.1以太網(wǎng)工作原理2.交換式以太網(wǎng)在交換式以太網(wǎng)中，交換機(jī)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)幀中的MAC地址決定數(shù)據(jù)幀應(yīng)發(fā)向交換機(jī)的哪個(gè)端口。因?yàn)槎丝陂g的幀傳輸彼此屏蔽，因此節(jié)點(diǎn)不用擔(dān)心自己發(fā)送的幀在通過交換機(jī)時(shí)是否會(huì)與其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的幀產(chǎn)生沖突。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.1以

5、太網(wǎng)工作原理2.交換式以太網(wǎng)交換機(jī)通過學(xué)習(xí)來獲得MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表，根據(jù)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)或過濾。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表中有映射時(shí)，它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點(diǎn)的端口而不是所有端口（如該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉(zhuǎn)發(fā)至所有端口）。當(dāng)交換機(jī)存在冗余回路時(shí)，通過生成樹協(xié)議來避免回路的產(chǎn)生，同時(shí)允許存在后備路徑。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.2 以太網(wǎng)的MAC層IEEE 802.3協(xié)議把數(shù)據(jù)鏈路層分為介質(zhì)訪問控制（MAC)子層、邏輯鏈路控制（LLC )子層及可選的MAC控制子層，其中MAC層負(fù)責(zé)對(duì)共享的信道進(jìn)行分配。邏輯鏈路控制子層涉及信息在兩個(gè)以h站點(diǎn)之間

6、的傳輸。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.2 以太網(wǎng)的MAC層IEEE 802.3協(xié)議屮MAC層的介質(zhì)訪問控制技術(shù)，是在半雙工條件下，采用載波偵聽/沖突檢測(cè)（CSMA/CD)技術(shù)。在IEEE 802.3X標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，確定了第二種全雙工通信工作模式，這種模式是在節(jié)點(diǎn)之間提供了獨(dú)有的發(fā)送與接收信道的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，從而可以在節(jié)點(diǎn)之間同時(shí)收發(fā)交換信息。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.2 以太網(wǎng)的MAC層目前，支持全雙工通信工作模式的物理層介質(zhì)規(guī)范有l(wèi)OBase-FL、lOBase-T、100Base-FX、100Base-T2、丨000Base-T等。對(duì)于發(fā)送操作，

7、全雙工發(fā)送器可以做到一旦它的發(fā)送隊(duì)列中有幀就發(fā)送，只要遵守以下兩個(gè)簡(jiǎn)單規(guī)則：(1)節(jié)點(diǎn)每次操作一個(gè)幀。(2)發(fā)送器在兩幀之間加入很短的時(shí)間間隔。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.2 以太網(wǎng)的MAC層全雙工通信工作模式比半雙工通信工作模式吞吐量增加一倍，而且由亍無競(jìng)爭(zhēng)與碰撞發(fā)生，提高了工作效率。以太網(wǎng)MAC幀格式如圖4-3所示。幀的長(zhǎng)度計(jì)算范圍是從目的地址幵始到校驗(yàn)序列之間的內(nèi)容。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.2 以太網(wǎng)的MAC層第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)1. VLAN概述VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而

8、提出的一種協(xié)議，它在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了 VLAN頭，用VLAN ID把用戶劃分為更小的工作組，限制不同工作組間的用戶互訪，每個(gè)工作組就是一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。每一個(gè)VLAN都包含一組有著相同需求的計(jì)算機(jī)工作站，與物理上形成的lan有著相同的屬性。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)1. VLAN概述由于它是從邏輯劃分，而不是從物理上劃分，所以同一個(gè)VLAN內(nèi)的各個(gè)工作站沒有限制在同一個(gè)物理范圍中，即這些工作站可以在不同物理LAN網(wǎng)段。一個(gè)VLAN內(nèi)部的廣播和單播流量都不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到其他VLAN中。VLAN的好處是可以限制廣播范圍，減少設(shè)備投資、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理、提高網(wǎng)絡(luò)的

9、安全性。IEEE于1999年頒布了用于標(biāo)準(zhǔn)化VLAN實(shí)現(xiàn)方案的802.1Q協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)1. VLAN概述第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)2. VLAN的優(yōu)點(diǎn)(1)廣播風(fēng)暴防范，限制網(wǎng)絡(luò)上的廣播。將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)VLAN可減少參與廣播風(fēng)暴的設(shè)備數(shù)量。LAN分段可以防止廣播風(fēng)暴波及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。VLAN可以提供建立防火墻的機(jī)制，防止交換網(wǎng)絡(luò)的過量廣播。(2)增強(qiáng)局域網(wǎng)的安全性。含有敏感數(shù)據(jù)的用戶組可與網(wǎng)絡(luò)的其余部分隔離，從而降低泄露機(jī)密信息的可能性。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.

10、1.3虛擬以太局域網(wǎng)2. VLAN的優(yōu)點(diǎn)(3)成本降低。成本高昂的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)需求減少，現(xiàn)有帶寬和上行鏈路的利用率更高，因此可節(jié)約成本。(4)性能提高。將第二層平面網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)邏輯工作組（廣播域）可以減少網(wǎng)絡(luò)上不必要的流量并提高性能。(5)提高IT員工效率。VLAN為網(wǎng)絡(luò)管理帶來了方便，因?yàn)橛邢嗨凭W(wǎng)絡(luò)需求的用戶將共享同一個(gè)VLAN。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)2. VLAN的優(yōu)點(diǎn)(6)方便應(yīng)用管理。VLAN將用戶和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備聚合到一起，以支持商業(yè)需求或地域上的需求。通過職能劃分，項(xiàng)目管理或特殊應(yīng)用的處理都變得十分方便，例如可以輕松管理教師的電子教學(xué)開發(fā)平臺(tái)。

11、此外，也很容易確定升級(jí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的影響范圍。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)2. VLAN的優(yōu)點(diǎn)(7)增加網(wǎng)絡(luò)連接的靈活性。借助VLAN技術(shù)，能將不同地點(diǎn)、不同網(wǎng)絡(luò)、不同用戶組合在一起，形成一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，就像使用本地LAN樣方便、靈活、有效。VLAN可以降低移動(dòng)或變更工作站地理位置的管理費(fèi)用，特別是一些業(yè)務(wù)情況有經(jīng)常性變動(dòng)的公司使用了 VLAN后，這部分管理費(fèi)用將大大降低。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)3. VLAN的劃分方法VLAN的劃分方法有很多種，包括：根據(jù)端口劃分，根據(jù)MAC地址劃分，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議或地址劃分

12、，根據(jù)IP組播劃分，基于規(guī)則的VLAN劃分，基于用戶定義、非用戶授權(quán)劃分。其中，根據(jù)端口劃分VLAN是最主要的方法。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)3. VLAN的劃分方法(1)根據(jù)端口劃分VLAN是指將交換機(jī)的端口劃分為不同VLAN的成員，被設(shè)定的端口都在同一個(gè)廣播域中。例如，一個(gè)交換機(jī)的1、2、3、4、5端口被定義為虛擬網(wǎng)VLAN1，同一交換機(jī)的6、7、8端口組成虛擬網(wǎng)VLAN2。根據(jù)端口劃分VLAN允許跨越多個(gè)交換機(jī)的多個(gè)不同端口劃分VLAN，不同交換機(jī)上的若干個(gè)端口可以組成同一個(gè)虛擬網(wǎng)。不同VLAN之間不能通信，需要通過路由才能通信。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)

13、鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)3. VLAN的劃分方法(2)根據(jù)MAC地址劃分是指根據(jù)VLAN每個(gè)主機(jī)的MAC地址來劃分，即對(duì)每個(gè)MAC地址的主機(jī)都配置它屬于哪個(gè)組。優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)用戶物理位置移動(dòng)時(shí)，即從一個(gè)交換機(jī)換到其他的交換機(jī)時(shí)，VLAN不用重新配置。缺點(diǎn)是：初始化時(shí)，所有的用戶都必須進(jìn)行配置，如果有幾百個(gè)甚至上千個(gè)用戶，配置是非常煩瑣的。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)3. VLAN的劃分方法(3)根據(jù)W絡(luò)層協(xié)議或地址劃分，是指根據(jù)每個(gè)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層地址或協(xié)議類型（如果支持多協(xié)議）劃分，雖然這種劃分方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址，如IP地址，但它不

14、是路由，與網(wǎng)絡(luò)層的路由毫無關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)是用戶的物理位置改變了，不需要重新配置所屬的VLAN,而且可以根據(jù)協(xié)議類型來劃分VLAN，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理者來說很重要，還有，這種方法不需要附加的幀標(biāo)簽來識(shí)別VLAN，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)的通信量。缺點(diǎn)是效率低。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)3. VLAN的劃分方法(4)根據(jù)IP組播劃分是指認(rèn)為一個(gè)組播組就是一個(gè)VLAN。這種劃分的方法將VLAN擴(kuò)大到了廣域網(wǎng)，因此這種方法具有更大的靈活性，而且也很容易通過路由器進(jìn)行擴(kuò)展，當(dāng)然這種方法不適合局域網(wǎng)，主要是效率不高。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域

15、網(wǎng)3. VLAN的劃分方法(5)基于規(guī)則的VLAN,又稱基于策略的VLAN。這是最靈活的VLAN劃分方法，具有自動(dòng)配置的能力，能夠把相關(guān)的用戶連成一體，在邏輯劃分上稱為“關(guān)系網(wǎng)絡(luò)”。網(wǎng)絡(luò)管理員只需在網(wǎng)管軟件中確定劃分VLAN的規(guī)則（或?qū)傩裕?，那么?dāng)一個(gè)站點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，將會(huì)被“感知”，并被自動(dòng)地包含進(jìn)正確的VLAN中。同時(shí)，對(duì)站點(diǎn)的移動(dòng)和改變也可自動(dòng)識(shí)別和跟蹤。采用這種方法，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以非常方便地通過路由器擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。自動(dòng)配置VLAN時(shí)，交換機(jī)中軟件自動(dòng)檢查進(jìn)入交換機(jī)端口的廣播信息的IP源地址，然后軟件自動(dòng)將這個(gè)端口配給一個(gè)由IP子網(wǎng)映射的VLAN。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太

16、網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)3. VLAN的劃分方法(6)基于用戶定義、非用戶授權(quán)來劃分VLAN，是指為了適應(yīng)特別的VLAN網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)用戶的特別要求來定義和設(shè)計(jì)VLAN，而且可以讓非VLAN群體用戶訪問VLAN,但需要提供用戶密碼，在得到VLAN管理的認(rèn)證后才可以加入一個(gè)VLAN。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)4. VLAN的標(biāo)準(zhǔn)1996年3月，IEEE 802.1 Internetworking委員會(huì)進(jìn)一步完善了 VLAN的體系結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一了 Frame-Tagging方式中不同廠商的標(biāo)簽格式，制定了 802.1q VLAN標(biāo)準(zhǔn)，它成為VLAN史上

17、的一個(gè)里程碑。802.lq的出現(xiàn)打破了虛擬網(wǎng)依賴于單一廠商的僵局，從一個(gè)側(cè)面推動(dòng)了 VLAN的迅速發(fā)展。另外，來自市場(chǎng)的壓力使各大網(wǎng)絡(luò)廠商立刻將新標(biāo)準(zhǔn)融合到他們各自的產(chǎn)品中。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)4. VLAN的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.1q協(xié)議為標(biāo)識(shí)帶有VLAN成員信息的以太幀建立了一種標(biāo)準(zhǔn)方法。IEEE 802.lq標(biāo)準(zhǔn)定義了 VLAN網(wǎng)橋操作，從而允許在橋接局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)定義、運(yùn)行及管理VLAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等操作。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)4. VLAN的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.1q標(biāo)準(zhǔn)主要用來解決如何將大型

18、網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)小網(wǎng)絡(luò)，如此廣播和組播流量就不會(huì)占據(jù)更多帶寬的問題。此外，IEEE 802.1q標(biāo)準(zhǔn)還提供更高的網(wǎng)絡(luò)段間安全性。IEEE 802.1q完成這些功能的關(guān)鍵在于標(biāo)簽。支持IEEE802.1q的交換端口可被配置來傳輸標(biāo)簽幀或無標(biāo)簽幀。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)4. VLAN的標(biāo)準(zhǔn)Tag為IEEE 802.1q協(xié)議定義的VLAN的標(biāo)記在數(shù)據(jù)幀中的標(biāo)示。標(biāo)簽的格式如圖4-5所示。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.1以太網(wǎng)4.1.3虛擬以太局域網(wǎng)4. VLAN的標(biāo)準(zhǔn)ISL (Inter-Switch Link)是Cisco公司的專有封裝方式，因此只

19、能用于Cisco的設(shè)備。ISL是一個(gè)在交換機(jī)之間、交換機(jī)與路由器之間及交換機(jī)與服務(wù)器之間傳遞多個(gè)VLAN信息及VLAN數(shù)據(jù)流的協(xié)議，通過在交換機(jī)直接的端口配置ISL封裝，即可跨越交換機(jī)進(jìn)行整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的VLAN分配和配置。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用射頻技術(shù)，取代舊式的雙絞線構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能。無線網(wǎng)絡(luò)所需的基礎(chǔ)設(shè)施不需再埋在地下或隱藏在墻里，并且可以隨需移動(dòng)或變化。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)系列是IEEE制

20、定的一系列不斷發(fā)展的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，目前仍然在推出新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。最早的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)于1997年6月公布，是第一代無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11工作在2.4 GHz開放頻段，支持1 Mbit/s和2 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。它定義了物理層和媒體訪問控制層規(guī)范，允許無線局域網(wǎng)及無線設(shè)備制造商建立互操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)各。標(biāo)準(zhǔn)中物理層定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)特征和調(diào)制。媒體訪問控制層定義了共享無線信道的方法。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列IEEE 802.11物理層選擇了免許可證的ISM頻帶的2.42.438 5 GHz頻段，

21、引入了新的無線傳輸技術(shù)，即擴(kuò)頻技術(shù)。FCC (美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）在開放ISM頻帶時(shí)規(guī)定，在此頻帶上工作的器件必須采用擴(kuò)頻技術(shù)，其目的是為了避免用戶之間相互干擾。擴(kuò)頻技術(shù)包括兩種基本方法：FHSS (跳頻擴(kuò)頻技術(shù)）和DSSS (直接序列擴(kuò)頻技術(shù)）。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列擴(kuò)頻傳輸A有的主要特點(diǎn)如下:(1)擴(kuò)頻信號(hào)可以在工作頻帶上已有其他下作系統(tǒng)的情況下占用同一頻帶，但彼此性能影響最小。(2)擴(kuò)頻信號(hào)占據(jù)頻帶較寬，在頻率選擇性衰落多路徑信道下具有超過傳統(tǒng)無線信號(hào)的優(yōu)良性能。在無線傳輸受到嚴(yán)重多徑干擾的環(huán)境擴(kuò)頻可以提供可靠的服務(wù)。

22、(3)擴(kuò)頻的抗干擾特性在非常惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中（如制造工地）顯得尤為重要。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列擴(kuò)頻技術(shù)的原理如下-(1) FHSS系統(tǒng)中，為了避免干擾，發(fā)送器改變發(fā)射信號(hào)的中心頻率。信號(hào)頻率的變化，或者說頻率跳躍，總是按照某種隨機(jī)的模式安排的，這種隨機(jī)模式只有發(fā)送器和接收器才了解。載波頻率的跳躍并不影響系統(tǒng)在加性噪聲情況下的性能，在無干擾情況下FHSS系統(tǒng)的性能與不采用跳頻的系統(tǒng)是一致的。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列(2) DSSS系統(tǒng)屮，每一個(gè)傳輸?shù)男畔⒈忍乇?/p>

23、擴(kuò)展（或映射）成N個(gè)更小脈沖，叫做碼片(Chip)。接下來，所有的碼片用傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制器發(fā)送出去。在接收端，收到的碼片首先被解調(diào)，然后被送到一個(gè)相關(guān)器進(jìn)行信號(hào)解擴(kuò)。解擴(kuò)器把收到的信號(hào)和與發(fā)射端相同的擴(kuò)頻信號(hào)（碼片序列）進(jìn)行相關(guān)處理。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列在DSSS系統(tǒng)里，由于發(fā)射的碼片只有數(shù)據(jù)比特的1/N,因此，DSSS信號(hào)的傳輸帶寬是未采用擴(kuò)頻的傳統(tǒng)系統(tǒng)的N倍。和FHSS相似，DSSS也可以抗多徑和抗頻率選擇性衰落。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列802.11 M

24、AC協(xié)議定義了 5類時(shí)序間隔，其中兩類是由物理層決定的基本類型：短幀空間（SIFS)和時(shí)隙（Slot Time)；其余3類時(shí)序間隔則基于以上兩種基本的時(shí)序間隔：優(yōu)先級(jí)幀間空間（PIFS)、分散幀間空間（D1FS)和擴(kuò)展幀間空M (EIFS)。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列802.11 MAC協(xié)議支持兩種操作模式：?jiǎn)吸c(diǎn)協(xié)調(diào)功能（PCF)和分散協(xié)調(diào)功能（DCF)。PCF提供了可避免競(jìng)爭(zhēng)的接入方式，而DCF則對(duì)基于接入的競(jìng)爭(zhēng)采取帶有沖突避免的載波檢測(cè)多路訪問機(jī)制。上述兩種模式可在時(shí)間上交替使用，即一個(gè)PCF的無競(jìng)爭(zhēng)周期后緊跟一個(gè)DCF的競(jìng)

25、爭(zhēng)周期。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列由于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，因此，IEEE小組又相繼推出了 802.11b和802.11a兩個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.2 IEEE 802.11 組成結(jié)構(gòu)802.11體系結(jié)構(gòu)的組成包括：無線站點(diǎn)（STA)、無線接入點(diǎn)（Access Point，AP)、獨(dú)立基本服務(wù)組（Independent Basic Service Set

26、，IBSS)、基本服務(wù)組（Basic Service Set，BSS)、分布式系統(tǒng)（Distribution System，DS)和擴(kuò)展服務(wù)組（Extended Service Set，ESS)，如圖4-7所示。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.2無線局域網(wǎng)4.2.1 IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)系列802.11在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成上采用單元結(jié)構(gòu)，將整個(gè)系統(tǒng)分成許多單元，每個(gè)單元稱為一個(gè)BSS，多個(gè)BSS構(gòu)成一個(gè)ESS，不含AP的BSS稱為IBSS。802.11定義了兩種工作模式：Ad-Hoc (對(duì)等)模式和I

27、nfrastructure (架構(gòu))模式。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.1傳感網(wǎng)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量無處不在的、具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)密集部署在監(jiān)控區(qū)域而構(gòu)成的自治測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是能根據(jù)環(huán)境自主完成指定仟?jiǎng)?wù)的智能系統(tǒng)。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.1傳感網(wǎng)概述傳感器是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵部件，它可以將物理世界中的一個(gè)物理景映射到一個(gè)定量的測(cè)量值，使人們對(duì)物理世界形成量化認(rèn)識(shí)。傳感器技術(shù)是新技術(shù)革命和信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.1傳感網(wǎng)概述傳感器裝備有一個(gè)傳感模塊（如聲、

28、光、磁、視覺等)，用于感知周圍世界中的物理量，一個(gè)數(shù)字處理模塊用于處理傳感模塊采集的信號(hào)及完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的功能，一個(gè)無線電收發(fā)模塊用于通信和一個(gè)電源模塊為傳感器的各種操作提供能量。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.1傳感網(wǎng)概述第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.1傳感網(wǎng)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征：(1)通信能力有限。傳感器節(jié)點(diǎn)的通信帶寬窄而且經(jīng)常變化，通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米。傳感器之間的通信斷接頻繁，經(jīng)常導(dǎo)致通信失敗。(2)電源能量有限。傳感器由于電源的原因經(jīng)常失效或廢棄。而在大多數(shù)應(yīng)用中，無法給電池充電或更換電池，一旦電池能量用完，這個(gè)節(jié)點(diǎn)也就失去

29、了作用。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.1傳感網(wǎng)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征：(3)計(jì)算存儲(chǔ)能力有限。傳感器節(jié)點(diǎn)都具有嵌入式處理器和存儲(chǔ)器，由于這些器件的限制，傳感器的計(jì)算和存儲(chǔ)能力十分有限。(4)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)中的傳感器、感知對(duì)象和觀察者都可能具有移動(dòng)性，并且經(jīng)常有新節(jié)點(diǎn)加入或已有節(jié)點(diǎn)失效，因此網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.1傳感網(wǎng)概述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征：(5) 自組織，無中心，多跳路由。網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無須依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)各自的行為，開機(jī)后就可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。(6)節(jié)點(diǎn)沒有統(tǒng)一的

30、標(biāo)識(shí)。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)沒有一個(gè)全局性的標(biāo)識(shí)，如IP地址等。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.2傳感網(wǎng)部署傳感器節(jié)點(diǎn)的部署和定位、跟蹤一樣，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本問題，因?yàn)樗从沉藷o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的成本和監(jiān)視能力。節(jié)點(diǎn)部署的策略很大程度地增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)感知質(zhì)量，減少成本和使能耗最小，最終延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的壽命。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.2傳感網(wǎng)部署1.傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的部署策略傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的部署策略需要解決下面的問題：(1)對(duì)于某個(gè)特定的應(yīng)用需要采用多少個(gè)節(jié)點(diǎn)。(2)對(duì)一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)數(shù)的網(wǎng)絡(luò)，如何精確部署這些節(jié)點(diǎn)，以使得網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)，能耗最小。(3)當(dāng)數(shù)據(jù)源改

31、變或網(wǎng)絡(luò)的某部分出現(xiàn)故障，如何調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)部署。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.2傳感網(wǎng)部署無線傳感器節(jié)點(diǎn)的部署隨應(yīng)用不同而不同。在某些環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)可以預(yù)先確定并手工部署，部署也可能是無法預(yù)先確定。部署必須確定最優(yōu)化的傳感器節(jié)點(diǎn)、中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)和基站的部署策略，使其保證覆蓋、連通和健壯。關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是如何確定一個(gè)感知域框架體系，使其能夠最小化開銷，提高覆蓋度時(shí)間，對(duì)節(jié)點(diǎn)失效能進(jìn)行響應(yīng)，合適的計(jì)算和通信權(quán)衡。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.2傳感網(wǎng)部署傳感器網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)部署是最簡(jiǎn)單的一種部署方式，但可能會(huì)帶來性能與需求不匹配，以及資源浪費(fèi)等問題。而高質(zhì)量的

32、部署有助于將智能從高端、遠(yuǎn)程向傳感器網(wǎng)絡(luò)自身、本地遷移，從而更好地實(shí)現(xiàn)和體現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)本身的智能性。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.2傳感網(wǎng)部署2.傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的基本方式從傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的基本策略、應(yīng)用系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)對(duì)象之間關(guān)系3個(gè)角度分析，傳感器網(wǎng)絡(luò)部署有以下3組基本方式：(1)隨機(jī)部署與確定部署。部署可能以規(guī)劃方式或者隨機(jī)方式進(jìn)行，通常表述為確定性部署隨機(jī)部署，或者非均勻部署、均勻部署。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.2傳感網(wǎng)部署2.傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的基本方式(2)對(duì)等部署與分級(jí)部署。根據(jù)實(shí)際情境和具體需求，部署的網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)等網(wǎng)絡(luò)或分級(jí)

33、/分層結(jié)構(gòu)形式存在，而分級(jí)結(jié)構(gòu)經(jīng)常以分簇結(jié)構(gòu)形式體現(xiàn)。(3)同類與異類對(duì)象部署。異類與同類對(duì)象的區(qū)別主要體現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)及部件的多樣性與移動(dòng)性兩個(gè)方面：多樣性屬于“不同對(duì)象的部署”范疇，移動(dòng)性屬于“部署手段”范疇。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.2傳感網(wǎng)部署3.傳感器網(wǎng)絡(luò)不同對(duì)象的部署傳感器網(wǎng)絡(luò)中對(duì)象種類很多，各類對(duì)象的地位與作用也各不相同。除了普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以外，一些特殊對(duì)象的部署非常重要。比較典型的是中心節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)、地標(biāo)與錨節(jié)點(diǎn)等。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.2傳感網(wǎng)部署4.傳感器網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域處理在對(duì)被監(jiān)控區(qū)域（或部署環(huán)境）的細(xì)分處理方式上，

34、目前主要有以下幾種：(1)柵格化。將感知區(qū)域處理為柵格。(2)條帶化。將感知區(qū)域劃分為條帶。(3)行列化。將感知區(qū)域進(jìn)行行列化處理其中。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.2傳感網(wǎng)部署5.傳感器網(wǎng)絡(luò)部署手段當(dāng)前的研究主要包括通過移動(dòng)自組織節(jié)點(diǎn)，以及通過相關(guān)智能對(duì)象協(xié)同部署（或者輔助部署）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)這兩方面工作。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.2傳感網(wǎng)部署5.傳感器網(wǎng)絡(luò)部署手段(1)移動(dòng)自組織節(jié)點(diǎn)部署。傳感器網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)由于初始部署不合適，或者意外的節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)等因素造成性能下降；利用節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性是修復(fù)此類問題的重要方法。(2)機(jī)器人協(xié)同部署。通過機(jī)器人R了以

35、實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點(diǎn)的逐漸擴(kuò)展式部署，這一優(yōu)勢(shì)在未知環(huán)境探索等情境下尤為重要。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.3傳感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則(1)節(jié)點(diǎn)的小型化。(2)節(jié)點(diǎn)適應(yīng)性強(qiáng)。(3)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涔芾砟芰Α?4)數(shù)據(jù)路由。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.3傳感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則(5)數(shù)據(jù)壓縮處理。(6)健壯性。(7)能源有效利用。(8)系統(tǒng)成本。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.3傳感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)(1)無線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。(2)拓?fù)涔芾怼?3)路由技術(shù)。(4)數(shù)據(jù)壓縮。(5)基站用戶界面軟

36、件。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.3傳感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)(6)其他可能出現(xiàn)的問題能量高效節(jié)能;定位技術(shù);網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議問題;第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.3傳感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.無線傳感器節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)(1)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成原理。網(wǎng)絡(luò)傳感器繼承了智能傳感器的全部功能，并且能夠和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，無線傳感器則是利用無線通信技術(shù)連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一種完全脫離連接導(dǎo)線的網(wǎng)絡(luò)傳感器。一個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)主要包括微控制器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊及接口、電源模塊以及外部存儲(chǔ)器等。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.3傳

37、感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.無線傳感器節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)(2)硬件組成。一個(gè)典型的無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件平臺(tái)包括3個(gè)子系統(tǒng)：嵌入式微處理器、無線收發(fā)器、傳感器和電源。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.4傳感網(wǎng)廣域互聯(lián)無線傳感網(wǎng)一般不以孤立網(wǎng)絡(luò)的形式存在，而是需要通過一定的方式與其他外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，以便通過外部網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備方便地對(duì)其進(jìn)行管理、控制與訪問，或借助己有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)的大規(guī)模組網(wǎng)。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.4傳感網(wǎng)廣域互聯(lián)使用TCP/IP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)是全球最人的廣域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣域互聯(lián)。實(shí)現(xiàn)無線

38、傳感網(wǎng)與IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方式主要包括對(duì)等方式、重疊方式以及全I(xiàn)P方式等，其中，全I(xiàn)P方式是發(fā)展方向。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.3無線傳感網(wǎng)4.3.4傳感網(wǎng)廣域互聯(lián)IPv6為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議，IPv6協(xié)議因?yàn)樽陨淼乃詫o線傳感器網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來已是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在WSN中應(yīng)用IPv6的有以下優(yōu)勢(shì)：(1) IPv6提供了非常大的地址空間。(2) IPv6提供了很好的安全性。(3) IPv6提供了移動(dòng)性。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.4其他鏈路層技術(shù)4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)1. 藍(lán)牙概述藍(lán)牙技術(shù)使用高速跳頻和時(shí)分多址等先進(jìn)技術(shù)，在近距離內(nèi)最廉價(jià)地將幾臺(tái)數(shù)字化設(shè)備呈網(wǎng)狀

39、鏈接起系。藍(lán)牙工作于全球可用的2.4 GHz ISM頻段，采用了跳頻技術(shù)來克服干擾和衰落，跳頻帶寬79 MHz,共79個(gè)射頻信道，其符號(hào)傳輸率為1 Mbit/s。采用時(shí)分雙工（TDD)方案進(jìn)行全雙工通信。在信道上以分組的形式交換信息，每個(gè)分組在不同的跳頻頻率上傳輸，占用15個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)625s。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.4 其他鏈路層技術(shù)4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)1. 藍(lán)牙概述藍(lán)牙協(xié)議將電路交換與分組交換相結(jié)合，可支持1個(gè)異步數(shù)據(jù)信道，最多3個(gè)同時(shí)同步話音信道，或1個(gè)同時(shí)支持異步數(shù)據(jù)和同步話音的信道。每個(gè)話音信道在每個(gè)方向支持64 kbit/s比特傳輸率，異步信道支持最大723.2

40、kbit/s的非對(duì)稱比特傳輸率，或433.9 kbit/s的對(duì)稱比特傳輸率。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.4 其他鏈路層技術(shù)4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)2. 藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)藍(lán)牙系統(tǒng)采用一種靈活的無基站的組網(wǎng)方式，使得一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可同時(shí)與7個(gè)其他的藍(lán)牙設(shè)備相連接?；谒{(lán)牙技術(shù)的無線接入簡(jiǎn)稱為BLUEPAC (Bluetooth PublicAccess),藍(lán)牙系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩種形式：微微網(wǎng)（Piconet)和分布式網(wǎng)絡(luò)(Scatternet)。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.4 其他鏈路層技術(shù)4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)3. 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)(1)全球范圍適用。(2) 同時(shí)可傳輸語音和數(shù)據(jù)。(3

41、)可以建立臨時(shí)性的對(duì)等連接。(4)具有很好的抗干擾能力。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.4 其他鏈路層技術(shù)4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)3. 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)(5)藍(lán)牙模塊體積很小、便于集成。(6) 低功耗。(7)開放的接口標(biāo)準(zhǔn)。(8)成本低。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.4 其他鏈路層技術(shù)4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)4. 藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范SIG所頒布的藍(lán)牙規(guī)范就是藍(lán)牙無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了藍(lán)牙應(yīng)用產(chǎn)品應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)和需要達(dá)到的要求。藍(lán)牙規(guī)范包括核心協(xié)議與應(yīng)用框架兩個(gè)文件。協(xié)議規(guī)范部分定義了藍(lán)牙的各層通信協(xié)議，應(yīng)用框架指出了如何采用這些協(xié)議實(shí)現(xiàn)具體的應(yīng)用產(chǎn)品。藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范遵循OSI/RM,從低到高地定義了

42、藍(lán)牙協(xié)議堆找的各個(gè)層次。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.4 其他鏈路層技術(shù)4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)4. 藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范藍(lán)牙規(guī)范的應(yīng)用模式有很多，其中4種應(yīng)用模式是所有用戶模式和應(yīng)用的基礎(chǔ)，也為以后可能出現(xiàn)的用戶模式和應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.4 其他鏈路層技術(shù)4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)4. 藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范(1)通用訪問應(yīng)用（GAP)模式：定義了兩個(gè)藍(lán)牙單元如何互發(fā)現(xiàn)和建立連接，它是用來處理連接設(shè)備之間的相互發(fā)現(xiàn)和建立連接的。它保證兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，不管是哪一家廠商的產(chǎn)品，都能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備支持何種應(yīng)用，并能夠交換信息。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.4 其他鏈路層技術(shù)4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)4. 藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范(2)服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用（SDAP)模式：定義了發(fā)現(xiàn)注冊(cè)在其他藍(lán)牙設(shè)備中的服務(wù)的過程，并且可以獲得與這些服務(wù)相關(guān)的信息。(3)串口應(yīng)用（SPP)模式：定義了在兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間基于RFCOMM建立虛擬的串口連接的過程和要求。第4章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)技術(shù) 4.4 其他鏈路層技術(shù)4.4.1 藍(lán)牙技術(shù)4. 藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范(4)通用對(duì)象交換應(yīng)用（GOEP)模式：定義了處理對(duì)象交換的協(xié)議和步驟，文件傳輸應(yīng)用和同步應(yīng)用