短距离无线通信技术课程讲义第六七讲.ppt
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13851584809,结束放映,开始放映,目录,短距离无线通信技术的基本理论短距离无线通信技术的研究方向短距离无线通信技术的典型应用蓝牙（Bluetooth）蓝牙基本原理与蓝牙相关的九个实验：
数字基带仿真、服务发现、语音传输、数据传输、电话网接入、局域网接入、通信传输的有效性和可靠性分析、数字图像的采集传输和处理、无线多点组网无线传感器网络（WSN）无线传感器网络基本原理无线传感器网络实验GSM/GPRSGSM/GPRS接入基本原理GSM/GPRS接入实验CDMACDMA接入基本原理CDMA接入实验,基于蓝牙技术的系列实验,局域网接入,结束放映,开始放映,局域网接入应用场景,基本原理,回目录,一、串行通信与PPP协议1.串行通信2.EIA-232-E接口标准3.点对点协议PPP二、网络互连与网际协议（IP）1.网络互连设备2.IP协议及其配套协议3.IP层路由选择机制三、无线局域网技术1.无线局域网的产生2.无线局域网技术标准3.蓝牙局域网接入系统,一、串行通信与PPP协议,串行通信：
在一根传输线上一位一位的传送信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的电话网进行信息传送，特别适合于远距离传输。
EIA-232-E接口标准：
美国电子工业协会（EIA）制订的著名的物理层标准；由1962年制订的RS-232标准发展而来。
DTE与DCE之间的接口标准；,两个DTE通过DCE进行通信,数据终端设备DTE（DataTerminalEquipment）：
具备一定数据处理能力以及发送和接收数据能力的设备，PC机就是典型的DTE。
数据电路端接设备DCE（DataCircuit-terminatingEquipment）：
在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，负责建立、保持和释放数据链路的连接，拨号上网用的调制解调器就是最常见的DCE。
两台计算机相距很近的时候，可以不通过DCE用电缆直接相连，需要采用虚调制解调器（串口电缆）的方法。
点对点协议PPP（Point-to-PointProtocol）用户通过Modem拨号接入Internet，或是两台计算机通过串口电缆连接进行上层应用间的通信，都需要数据链路层协议。
目前使用最为广泛的是PPP协议，它是在串行线路网际协议（SLIP）的基础上发展起来的。
三个组成部分：
一个将IP数据报封装到串行链路的方法，即在串行链路上对数据报进行封装。
PPP既支持异步串行链路，也支持面向比特的同步串行链路；一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）。
通信双方可以协商一些选项。
一套用于建立和配置不同网络层协议的网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）。
为了在点对点连接上建立通信，每个PPP端必须首先发送LCP包以配置和检测数据链接。
在连接建立而且可选的选项都已经由LCP设置完成后，PPP必须发送NCP包用以选择和配置一个或多个网络层协议,给主机分配一个临时的IP地址。
在每层的协议被配置完成后，就可以在链路上进行通信了。
PPP协议的工作状态图链路控制协议LCP协议主要用于“建立”阶段，负责链路的建立和管理。
网络控制协议NCP协议主要用于“网络”阶段，负责配置网络层协议，给新接入的计算机分配一个临时的IP地址。
“鉴别”阶段常用的协议有密码授权协议PAP、咨询握手鉴别协议CHAPChallengeHandshakeAuthenticationProtocol等。
二、网络互连与网际协议（IP）,网络互连设备中继（relay系统：
将网络互连起来使用的一些中间设备。
不同连接设备的主要区别在于它们连接面对的网络层次不同。
根据中继系统所在的层次，有以下5种中继系统：
转发器（repeater）物理层网桥或桥接器（bridge）数据链路层路由器（router）网络层网桥和路由器的混合体桥路器（brouter）网关（gateway）网络层以上,网络层在网络互连中起着重要的作用，网络层的主要协议是IP协议及其配套协议。
网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，用于将多个包交换网络连接起来，将数据报从源地址传送到目的地址。
与IP协议配套使用的还有三个协议：
Internet控制报文协议ICMP（InternetControlMessageProtocol）：
作用是减少分组丢失，提高发送效率。
ICMP允许主机或路由器将异常情况以ICMP报的形式写入IP数据报中，向其它主机发送。
地址解析协议ARP（AddressResolutionProtocol）：
由IP地址获得物理地址。
反向地址解析协议RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）：
由物理地址获得IP地址。
IP协议及其配套协议,协议关系示意图,IP地址与物理地址IP地址：
给每一个连接在Internet上的主机分配一个在全世界范围内唯一的32bit地址。
IP地址分为五类：
即A类到E类（见下图）。
常用的A类、B类、C类地址都由网络号（net-id）和主机号（host-id）两个字段构成。
D类地址是组播地址，E类地址则为以后的用途保留。
IP地址与物理地址,IP地址与物理地址的区别,TCP/IP体系中地址的转换主机名字和IP地址间的转换对于较小的网络，使用hosts文件。
Hosts文件上存有许多主机名字到IP地址的映射，供源主机使用。
对于较大的网络，使用几个装有域名系统DNS（DomainNameSystem）的域名服务器。
DNS上面分层次放有许多主机名到IP地址转换的映射表。
当源主机需要与目的主机通信时，源主机中的名字解析软件resolver会自动找到DNS的域名服务器来完成这种转换。
主机IP地址和物理地址间的转换该转换由地址解析协议ARP（AddressResolutionProtocol）来完成。
ARP：
将IP地址（长度是32bit）与局域网的物理地址（MAC地址,长度是48bit）一一对应的协议。
每台主机都应有ARP缓存来存放IP地址到物理地址的映射；ARP缓存的内容是动态更新的，需要时自动生成，一段时间不用就被清除。
IP层的路由选择机制以目的站所在的网络号选择路由指明目的主机的路由4个A类网络通过3个路由器连接在一起：
回原理目录,三、无线局域网技术,1.无线局域网的产生计算机局域网：
将分布在数公里内的不同物理位置的计算机设备连在一起，在网络软件的支持下可以相互通信和资源共享的网络系统。
只包含了最低的两个层次，还包括对传输媒体和拓扑结构的规格说明。
其中数据链路层分为媒体接入控制MAC（MediumAccessControl）和逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）两个子层。
局域网体系结构（IEEE802参考模型）,计算机局域网在通常情况下主要是有线局域网。
有线局域网的缺陷：
布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各站点不可移动；这些问题给正迅速扩大的联网需求造成严重的瓶颈阻塞，解决此最迅速和最有效的方法是采用计算机无线通信和无线计算机网络系统。
无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork）：
是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网，是有线网络的延伸和补充。
无线局域网技术标准无线接入区别于有线接入的特点之一：
标准不统一，不同的标准有不同的应用。
下面是几种最热门的无线局域网技术标准：
IEEE802.11标准：
IEEE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，业务主要限于数据存取。
此后又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准。
HomeRF标准：
由家庭无线联网业界团体制定的标准，是专门为家庭用户设计的。
蓝牙（Bluetooth）标准蓝牙技术是一种无线个人联网技术。
作为一种开放性的标准，蓝牙可以提供在短距离内的数字语音和数据的传输，可以支持在移动设备和桌面设备之间的点对点或者点对多点的应用。
下表对它们做了简要的技术标准比较：
几种无线局域网技术标准比较,蓝牙局域网接入系统2个主要组成部分：
局域网接入点LAP（LANAccessPoint）提供接入局域网的服务（例如以太网，令牌环网络，等等）；提供PPP服务器的功能，在RFCOMM协议的基础上使用PPP连接，RFCOMM承载PPP数据报并提供对这些数据流的控制。
数据终端DT（DataTerminal）使用LAP提供的服务，典型的设备是笔记本电脑；作为PPP客户端，建立对LAP的PPP连接，以获得对LAN的访问。
场景1：
为单个数据终端提供接入服务单个数据终端通过LAP以无线方式接入局域网中。
一旦连接建立，数据终端就好像通过拨号网络接入局域网，可以访问局域网中提供的所有服务。
典型的3个应用场景：
场景2：
为多个数据终端提供接入服务多个数据终端通过LAP同时以无线方式接入到局域网中。
一旦连接建立，它们就像通过拨号接入一样来访问局域网中所提供的各种服务；另外通过LAP，数据终端之间也可以相互通信。
场景3：
PC到PC的连接两台PC之间建立一条链路，一台PC充当LAP，另一台则充当数据终端。
这种情况就象通常的PC之间通过直接电缆连接一样。
在本实验中，数据终端与接入点都是PC机，采用第一个应用场景。
LAN接入点利用蓝牙的RFCOMM协议层提供的串口，在其上叠加PPP协议和TCP/IP等网络层协议。
PPP网络将IP包从PPP层放入，并送入相应的局域网中。
蓝牙LAP设备作为PPP服务器，提供无线接入局域网的服务。
蓝牙局域网接入应用的系统结构：
蓝牙局域网接入应用的系统结构,结构图有关说明：
蓝牙的基本核心协议BCP（BasicCoreProtocols组件包括蓝牙核心协议和管理实体MEManagementEntity。
蓝牙的核心协议有：
基带协议BP（BasebandProtocol）、链路管理协议LMP（LinkManagerProtocol）、逻辑链路控制及适配协议L2CAP（LogicalLinkControlApplicationProtocol）、射频通信协议RFCOMM（RadioFrequecncyCommunication）等。
Internet协议IP（InternetProtocol）用于将多个包交换网络连接起来，将数据报从源地址传送到目的地址。
传输控制协议TCP（TransmissionControlProtocol）和用户数据报协议UDP（UserDatagramProtocol）是TCP/IP协议中的两个传输层协议，它们使用IP路由功能把数据包发送到目的地，从而为应用程序及应用层协议（包括HTTP、SMTP、SNMP、FTP和Telnet）提供网络服务。
蓝牙局域网接入的工作流程：
DT通过某个应用程序发现附近的LAP；DT向LAP请求建立基带物理链路，设备间进行蓝牙基带鉴权过程，并在所建链路上进行加密传输；DT发起PPP/RFCOMM/L2CAP的建链过程；通过适当的PPP协商机制，LAP和DT将被分配各自的IP地址；DT和LAP通过IP数据流进行网络通信通信完毕后，DT和LAP都可以主动拆除PPP链路，中止通信。
蓝牙局域网接入应用模型（LANAccessProfile）：
LAP参数配置参数包括：
基本接入参数,附加配置参数最大用户数：
不同产品的性能和资源不同，通常限制了它所能同时支持的最大用户数。
LAP的管理员要选择适当的用户数。
单用户模式：
最大用户数为1。
这种模式下LAP和DT都可以作为Master。
多用户模式：
最大用户数大于1。
这种模式下LAP必须作为微微网的Master。
安全参数配置：
蓝牙的基带PINcode（可以是一字节全零的缺省码）或者linkkey（链路密钥）；PPP鉴权参数（如：
网络用户名/密码，取决于PPP的身份验证协议）。
网络参数配置：
预留的IP缓冲池；缺省客户端网络配置（如子网掩码、网关和DNSServer等）；PPP参数（如是否进行PPP的身份验证、是否进行PPP压缩等）。
SDP数据库为使DT可以发现LAP上的网络接入服务，LAP必须预先配置好相应的SDP记录，并把它们写入LAP上的SDP服务器中。
这些记录包括：
服务类别，所用的蓝牙协议代码和相关参数，蓝牙应用模型模型代码、版本号，服务名称等等。
用户层相关操作初始化LAP服务启动LAP服务建立LAN连接通常由DT发起建立LAN连接的请求，过程如下：
DT选择适当的LAP及其提供的PPP/RFCOMM服务；蓝牙鉴权（需要提供PIN或者链路密钥）PPP身份验证（可选）启动PPP的应用程序，尝试与选定的LAP/服务进行连接LAN连接丢失拆除LAN连接,PPP相关操作初始化PPP关闭PPP建立PPP连接链路控制协议LCPLinkControlProtol；拆除PPP连接IP控制协议IPCPInternetProtocolControlProtocol；LCP；RFCOMM；PPP鉴权协议可选咨询握手鉴别协议CHAP等等。
ME的相关操作,蓝牙局域网接入系统设计方案,主机-蓝牙模块的双模块方案其结构如图所示：
主机：
高层驱动（HigherLayerDriver）主机控制器接口HCI驱动（HostControllerInterfaceDriver）物理总线驱动（PhysicalBusDriver）蓝牙模块：
射频基带HCI和物理总线接口,分别介绍：
高层驱动：
在主机端运行蓝牙协议栈、上层的网络协议及相关网络应用。
其中：
主机端的蓝牙协议栈包括RFCOMM、L2CAP、SDP和管理实体ME；它们通过HCI驱动提供的HCI接口对蓝牙模块进行访问控制；HCI接口是蓝牙标准中为主机和蓝牙基带定义的标准通信接口，保证不同蓝牙模块之间的兼容性和互通性。
HCI驱动：
为上层驱动程序提供HCI接口。
主机与蓝牙模块之间的交互信息经过HCI驱动实现的接口，在下面的物理总线上传输。
物理总线驱动：
把需要传输的HCI数据流放到适当的物理总线上，实现主机与蓝牙模块的交互。
可能的总线方式有：
UART、USB、PCMCIA等。
蓝牙模块：
以HCI接口的形式通过物理总线对主机的各种请求提供服务。
LAP的软件设计思想：
LAP基于PPP/RFCOMM，利用蓝牙的串口替代功能，对PPP协议进行承载，进而对异步传输网络模型提供底层通信支持。
实现一个LAP的主要步骤：
实现蓝牙模块的工作电路，搭建硬件平台，提供与PC的通信接口；将蓝牙协议栈移植到内核模式，以驱动的方式提供底层无线通信服务；编写串口仿真驱动程序，为操作系统提供无线的仿真串口接口；根据蓝牙技术的特点，编写相关的设备管理程序和LAP管理配置程序，和操作系统提供的网络应用程序协调工作，提供蓝牙LAP的各项服务。
LAP的软件层次结构,实验环境,每2台PC为一组。
硬件：
SEMITTTP6601两块；USB连接线两根。
软件：
服务器端（AP）：
TTP局域网接入实验服务器版软件客户机端（DT）：
TTP局域网接入实验客户机版软件OS：
Windows2000以上显示设置：
Windows标准字体分辨率：
1024768。
实验内容,利用串口电缆进行有线接入（选做）蓝牙无线接入验证地址解析协议ARP和路由选择的过程,通过直接电缆连接，在Win2K环境下进行局域网接入实验。
连接电缆；参数配置：
在服务器端指定的串口上配置拨入服务器：
配置串口参数（波特率、流控参数等）；配置网络参数（PPP用户鉴权，TCP/IP属性）；在客户端指定的串口上配置直接连接：
配置串口参数（波特率、流控参数等）；配置网络参数（PPP用户鉴权，TCP/IP属性）。
通过Windows直接电缆连接，进行各种网络应用。
观察并分析有线终端设备接入Internet的过程中，通信协议的主要工作流程。
利用操作系统提供的命令验证地址解析协议ARP和路由选择的工作过程，理解终端接入局域网时网络层路由的作用。
以蓝牙为无线平台，在Win2K环境下进行局域网接入实验。
服务器端和数据终端的实验操作：
服务器端（AP）安装硬件设备及蓝牙总线驱动枚举串口设备，安装虚拟串口驱动在虚拟串口上配置拨入服务进入实验程序向SDP注册串口服务记录客户端（DT）安装硬件设备及蓝牙总线驱动枚举串口设备，安装虚拟串口驱动建立基于虚拟串口的直接连接进入实验程序查询设备与本组中的AP建立连接（ACL和RFCOMM）拨号连接上AP，访问网络资源,利用操作系统提供的命令，在蓝牙无线接入平台上，验证地址解析协议ARP和路由选择的过程，理解终端接入局域网在网络层是如何实现的。
在AP上运行ipconfig/all（显示所有网络接口信息）记下以太网接口和PPP接口的物理地址在AP上运行routeprint（显示本机路由表）说明路由表中各项的含义在AP上运行arpa（显示本机ARP缓存）在局域网中的另一台主机上运行arpa对结果进行分析,实例说明,服务器端配置“传入的连接”服务器端“传入的连接”网络属性服务器端实验软件界面客户端“直接连接”网络部分配置客户端实验软件界面PPP连接成功后，服务器端“传入的连接”状态AP上运行ipconfig/all的结果AP上的路由表AP上的ARP缓存,服务器端配置“传入的连接”,服务器端“传入的连接”网络属性,服务器端实验软件界面,客户端“直接连接”网络部分配置,客户端实验软件界面,PPP连接成功后，服务器端“传入的连接”状态,AP上运行ipconfig/all的结果,AP上的路由表,AP上的ARP缓存局域网内另一台主机（192.168.0.9）上的ARP缓存,串行通信及其标准：
EIA-232-E接口标准PPP协议：
组成部分和工作过程网际协议与网络互连无线局域网WLAN无线局域网技术标准蓝牙局域网接入系统构成：
局域网接入点LAP和数据终端DT系统结构：
蓝牙的核心协议应用模型：
参数配置，用户层和管理实体的相关操作设计方案：
主机蓝牙双模块的结构,实验知识点,思考题,实验步骤3中，充当AP的计算机上，执行routeprint命令后输出的结果中各项是何含义？
实验步骤3中，在局域网上另一台主机的arp缓存里，AP以太网接口、AP的PPP网络接口、客户PPP网络接口的IP对应的MAC地址为什么是一样的？
结合实验原理部分的介绍和观察到的结果，说明从该台主机向客户机（数据终端）发送IP报的流程。
局域网接入实验本实验系统的软件分为服务器和客户两个版本，可辅助用户建立客户端到服务器间的蓝牙连接，并利用Windows操作系统的路由和拨号网络功能，建立PPP连接，实现局域网的无线接入。
系统需求硬件需求（本实验使用专门的硬件，请勿将其他实验设备用于本实验！
）：
PC机；内存=128MB；屏幕分辨率=800*600（推荐1024*768）USB接口；10MB硬盘空间；实验设备TTP6601，USB连接线；操作系统需求：
Windows2000Professional注意事项由于本实验需实验专门的驱动程序，因此务必在更新驱动程序（USB驱动和虚拟串口驱动）并重新启动后，再进行实验！
安装步骤安装实验软件：
1.将实验光盘放入光驱后，安装服务器版软件请执行光盘上Server文件夹中的Setup.exe，安装客户版软件请执行光盘上Client文件夹中的Setup.exe；2.软件的默认安装目录是：
:
ProgramFilesSEMITTTP局域网接入实验（客户版/服务器版），安装过程中可根据实际需要更改。
安装驱动程序（驱动程序安装的详细说明见光盘上“驱动安装指南.html”文件）：
1.安装USB驱动程序将6601插在USB接口上，如果以前从未安装过6601的驱动，WINDOWS会自动弹出“安装新硬件向导”窗口，点击“下一步”；选择“搜索适合我的设备的驱动程序（推荐）”，点击“下一步”；在“可选的搜索位置”单选“指定一个位置”，点击“下一步”；在“浏览”中选择本实验软件的安装目录“Driver”目录中，打开btbus.inf；WINDOWS会查找到驱动程序“SEMITLanAccess”，点击下一步；弹出“需要SEMITLanAccessInstallationDisk上的文件btbus.sys”，在“浏览”中选择和上面btbus.inf同一个目录，打开btbus.sys；USB的驱动程序安装完毕。
如果以前安装过6601的其它驱动程序，在“设备管理器”中展开“通用串行总线控制器”，右键点击“SEMIT*”，选择“属性”，点击“驱动程序标签”中的“更新驱动程序”。
其它操作同上。
2.安装虚拟串口驱动程序USB驱动安装完成后，运行软件安装目录中的sbtinit.exe程序，系统报告发现新硬件：
选择“搜索适合我的设备的驱动程序（推荐）”，点击“下一步”；在“可选的搜索位置”单选“指定一个位置”，点击“下一步”；在“浏览”中选择本实验软件的安装目录“Driver”目录中，打开serbt.inf；WINDOWS会查找到驱动程序“SEU蓝牙通讯端口”，点击下一步；弹出“需要SEU蓝牙通讯端口上的文件serbt.sys”，在“浏览”中选择和上面serbt.inf同一个目录下的serbt.sys；完成后在SemitLanAccess设备下可以看到一个子设备蓝牙通讯端口（COM？
）。
驱动安装完成后，请重新启动计算机。
基于蓝牙技术的系列实验,数据传输,结束放映,开始放映,数据传输的流程,返回,基本原理,分层次的网络体系结构逻辑链路与物理链路面向连接和面向无连接的服务自环、广播和组播数据链路层表示会话层,网络的协议层次概念：
规定各层如何操作的原则和规程称为协议。
网络协议：
语法、语义、同步比较有影响的网络体系标准：
系统网络体系结构SNA（SystemNetworkArchitecture），开放系统互连基本参考模型OSI/RM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel），TCP/IP协议族,分层次的体系结构,1.分层次的网络体系结构,应用层：
直接为用户的应用进程提供服务，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。
运输层：
传送“报文”，根据下面通信子网的特性最佳地利用网络资源，为上一层进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务（负责主机中两个进程的通信）。
网络层：
选择合适的路由，使发端的运输层所传下来的分组能够正确地按照目的地址找到目的终端，并交付给目的终端的运输层寻址（负责网络中不同主机的通信）。
数据链路层：
在两个相邻节点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据（差错控制，流量控制）。
物理层：
物理层的任务就是透明（经实际电路传送后的比特流没有发生变化）地传送比特流。
计算机网络的原理体系结构,数据在各层之间的传递过程,在对等层次上传送的数据，其单位称为该层的协议数据单元PDU（ProtocolDataUnit）。
层与层之间交换的数据单位为服务数据单元SDU（ServiceDataUnit）。
多个PDU可以合成一个SDU，多个SDU也可以合成一个PDU。
上层使用下层所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。
在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方，成为服务访问点SAP（ServiceAccessPoint）。
协议层相邻层间关系,为了突出协议的上下层次，实验设计了两个协议层来模拟数据传输的机制和流程：
会话层封装了上层的数据，使下层向上看起来传送的都是同样的数据包，并且提供了一个典型但是比较简单的数据交换机制，也就是会话协议。
数据链路层把一条有可能出差错的实际链路，转变为上层向下看起来不出差错的链路。
数据传输实验的协议层次,2.逻辑链路与物理链路,服务访问点及信道复用,逻辑链路：
在物理链路上加上通信规程来控制数据的传输。
服务访问点SAP：
一个逻辑接口。
数据传输时需要两种地址：
物理地址（标识主机，MAC层传输）SAP地址
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