Лекция. Беспроводные сети

1. Беспроводные интерфейсы

Интерфейсы пользователя
Беспроводные интерфейсы

2. Таблица 3.4 – Общая классификация основных стандартов беспроводной передачи данных

Общая классификация основных стандартов
беспроводной передачи данных
Наименов
ZigBee Bluetooth
ание
Wi-Fi
nRF24 434/86 GSM/GPR
L01 8 МГц S/EDGE
3G
4G
5G
Частотный
диапазон, МГц
2400–2483
2400–2483
2412–2484
2400
434/868
900/1800
1885–2025;
2110–2200
1800–2600
4400–4990
Скорость
передачи
данных, кбит/с
250
721
11000/54000
250kbps/
1Mbps/2
Mbps
500
14,4/171/473
144/384/2048
100 Mbps
10 Gbs
100
150
1000
во всей зоне
покрытия
во всей зоне
покрытия
во всей зоне
покрытия
во всей зоне
покрытия
класс 1 —
100;
Дальность
связи, м
200
класс 2 — 10;
класс 3 — 1
Потребление
тока, active
мА/sleep мкА
30/1
70/20
450
36/19
30/1
350/3500
350/3500
350/3500
350/3500
Модуляция,
доступ к среде
DSSS
FHSS
DSSS
GFSK
FHSS
TDMA/ FDMA
TDMA/
FDMA/CDMA
TDMA/
FDMA/CDMA
TDMA/
FDMA/CDMA
«точка–
точка»,
«точка–
точка»,
сотовая сеть
сотовая сеть
сотовая сеть
сотовая сеть
«звезда»,
сеть
«точка–
точка»,
звезда
«точка–
точка»,
«звезда»,
сеть
«точка–
точка»,
звезда
Топология
системы
«звезда»,
сеть
(точкамноготочка)
GPS: 1176.45 МГц (L5), 1227.60 МГц (L2), 1381.05 МГц (L3), и 1575.42 МГц (L1). Сигналы разрабатываемой европейской системы Галилео: 1164-1214 МГц и 1563-1591
МГц для гражданского сигнала и 1260-1300 МГц для кодированного сигнала.

3. м

4. Модули nRF24L01

NFR24L01 можно встретить в таких устройствах, как:
• Беспроводная клавиатура, мышь, джойстик;
• Система беспроводного доступа;
• Сетевая система сбора данных;
• Беспроводные охранные системы;
• Домашняя автоматика;
• Всевозможные системы наблюдения и мониторинга;
• Системы автоматики и телемеханики;
• И многое другое.

5. Подключение nRF24L01 к плате Arduino

Подключение радиомодуля NRF24L01 к Arduino осуществляется по SPI-интерфейсу, что предполагает
использование 5 проводов не считая выводов питания. Для разных линеек Arduino номера выводов, на которые
завязан аппаратный SPI-интерфейс, могут отличаться.

6.

7.

8.

Каждый идентификатор представляет из себя произвольное число, состоящее
из 5 байт, но он должен задаваться по определённым правилам, а именно:
• На одном и том же канале идентификатор каждого передатчика должен быть
обязательно уникальным;
• Чтобы приёмник мог принимать данные от передатчиков, ему должны быть
указаны их идентификаторы;
• Идентификаторы труб Pipe0 и Pipe1 должны отличаться всеми пятью байтами,
например Pipe0 = 0x7878787878, а Pipe1 = 0xB4B5B6B7F1;
• Идентификаторы труб Pipe2 – Pipe5 должны отличаться от Pipe1 только
последним байтом, например: Pipe1 = 0xB4B5B6B7F1; Pipe2 =
0xB4B5B6B7CD; Pipe3 = 0xB4B5B6B7A3; Pipe4 = 0xB4B5B6B70F; Pipe5 =
0xB4B5B6B705.

9. Bluetooth

Согласно алгоритму FHSS, в Bluetooth несущая частота сигнала скачкообразно
меняется 1600 раз в секунду (всего выделяется 79 рабочих частот шириной в 1
МГц, в Японии, Франции и Испании полоса - 23 частотных канала).
Последовательность переключения между частотами для каждого соединения
является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые
каждые 625 мкс синхронно перестраиваются с одной несущей частоты на другую.
Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмник-передатчик, то они
не мешают друг другу. Этот алгоритм является также составной частью системы
защиты конфиденциальности передаваемой информации: переход происходит по
псевдослучайному алгоритму и определяется отдельно для каждого соединения.
При передаче цифровых данных и аудиосигнала (64 кбит/с в обоих направлениях)
используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется (как
правило), а цифровые данные в случае утери пакета информации будут переданы
повторно.

10. Стандарты IEEE 802.11

11.

• В стандарте IEEE 802.11b благодаря высокой скорости
передачи данных (до 11 Мбит/с), практически
эквивалентной пропускной способности обычных
проводных локальных сетей Ethernet, а также ориентации
на диапазон 2,4 ГГц, этот стандарт завоевал наибольшую
популярность у производителей оборудования для
беспроводных сетей.
• Стандарт IEEE 802.11a имеет большую ширину полосы из
семейства стандартов 802.11 при скорости передачи
данных до 54 Мбит/с.
• Стандарт IEEE 802.11g является логическим развитием
802.11b и предполагает передачу данных в том же
частотном диапазоне.

12.

Набор стандартов 802.11 определяет целый ряд
технологий реализации физического уровня (Physical
Layer Protocol - PHY), которые могут быть использованы
подуровнем 802.11 MAC.
• Уровень PHY стандарта 802.11 со скачкообразной
перестройкой частоты (FHSS) в диапазоне 2,4 ГГц.
• Уровень PHY стандарта 802.11 с расширением спектра
методом прямой последовательности (DSSS) в диапазоне
2,4 ГГц.
• Уровень PHY стандарта 802.11b с комплементарным
кодированием в диапазоне 2,4 ГГц.
• Уровень PHY стандарта 802.11а с ортогональным
частотным мультиплексированием (OFDM) в диапазоне 5
ГГц.
• Расширенный физический уровень (Extended Rate Physical
Layer - ERP) стандарта 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц.

13.

Каждый из физических уровней стандарта 802.11 имеет два
подуровня:
• Physical Layer Convergence Procedure (PLCP). Процедура
определения состояния физического уровня.
• Physical Medium Dependent (PMD). Подуровень
физического уровня, зависящий от среды передачи.
Подуровни уровня PHY

14.

Преамбула PLCP состоит из двух подполей:
•Подполе Sync размером 80 бит. Строка, состоящая из чередующихся 0 и 1,
начинается с 0.
•Подполе флага начала фрейма (Start of Frame Delimiter, SFD) размером 16 бит.
Состоит из специфической строки 0000 1100 1011 1101
Заголовок фрейма PLCP состоит из трех подполей:
•Слово длины служебного элемента данных PLCP (PSDU),
PSDU Length Word (PLW) размером 12 бит.
•Сигнальное поле PLCP (Signaling Field PLCP - PSF) размером 4 бит.
•HEC (Header Error Check). Контрольная сумма фрейма.

15.

Формат фрейма DSSS подуровня PLCP
Преамбула PLCP состоит из двух подполей:
• Подполе Sync шириной 128 бит, представляющее собой строку, состоящую из единиц.
Задача этого подполя - обеспечить синхронизацию для приемной станции.
• Подполе SFD шириной 16 бит; в нем содержится специфичная строка ОхF3A0; его
задача - обеспечить тайминг (timing) для приемной станции
Заголовок PLCP состоит из четырех подполей:
• Подполе Signal шириной 8 бит, указывающее тип модуляции и скорость
передачи для данного фрейма.
• Подполе Service шириной 8 бит зарезервировано. Это означает, что во время
разработки спецификации стандарта оно осталось неопределенным;
предполагается, что оно пригодится в будущих модификациях стандарта.
• Подполе Length шириной 16 бит, указывающее количество микросекунд (из
диапазона 16-216 _ 1), необходимое для передачи части MAC-фрейма.
• Подполе CRC. 16-битная контрольная сумма.

16. IEEE 802.11b

Структура кадров сети IEEE 802.11b
физического уровня

17. В стандарте IEEE 802.11b предусмотрено два типа заголовков: длинный и короткий

18.

Общая схема РВСС-модуляции

19.

Структура заголовка физического уровня стандарта IEEE
802.11а
Функциональная схема трактов приема/передачи стандарта IEEE 802.11а

20. IEEE 802.11g

Стандарт IEEE 802.11g по сути представляет собой перенесение
схемы модуляции OFDM, прекрасно зарекомендовавшей себя в
802.11а, из диапазона 5 ГГц в область 2,4 ГГц при сохранении
функциональности устройств стандарта 802.11b. Это возможно,
поскольку в стандартах 802.11 ширина одного канала в диапазонах
2,4 и 5 ГГц схожа - 22 МГц

21. Информация в сетях 802.11 передается кадрами. Каждый информационный кадр включает два основных поля: преамбулу с заголовком и

информационное поле

22. Зависимость скорости передачи от расстояния для различных технологий передачи. Расстояние приведено в процентах, 100% -

дальность передачи с модуляцией ССК на скорости 11 Мбит/с

23. Подключение ESP8266 к плате Arduino

24.

25. Infrared Data Association 

Infrared Data Association
Infrared Data Association — IrDA, ИК-порт, Инфракрасный порт — группа стандартов, описывающая
протоколы физического и логического уровня передачи данных с использованием инфракрасного
диапазона световых волн в качестве среды передачи.
Является разновидностью оптической линии связи ближнего радиуса действия.
Была особо популярна в конце 1990-х начале 2000-х годов. В данное время практически вытеснена более
современными способами связи, такими как WiFi и Bluetooth. Основные причины отказа от IrDA были:
Усложнение сборки корпусов устройств, в которых монтировалось ИК-прозрачное окно.
Ограниченная дальность действия и требования прямой видимости пары приемник-передатчик.
Относительно низкая скорость передачи данных первых реализаций стандарта. В последующих
ревизиях стандарта этот недостаток исправили: скоростные возможности немного превышают,
например, возможности самой распространенной, на сегодняшний момент, версии протокола
Bluetooth (спецификация 4.0). Однако широкого распространения скоростные варианты IrDA
получить уже не успели.
IrDA спецификации включают в себя:
Спецификацию физического уровня IrPHY (с разновидностями SIR, MIR, FIR, VFIR, UFIR)
Протокольные спецификации IrLAP, IrLMP, IrCOMM, Tiny TP, IrOBEX, IrLAN, IrSimple и IrFM
(находится в разработке)