有线网络(网关等)和无线网络通信(蓝牙跳频通信等)讲解

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有线通信

  有线通信是指传输媒质为架空明线电缆光缆波导等形式的通信,其特点是媒质能看得见,摸得着。

传统的有线通信分为并行通信串行通信。并行通信是指所传送数据的各位同时发送和接收,一个并行数据占多少位二进制数就需要连接多少根数据传输线。这种传输的特点是通信速度快,但传输线较多,价格较贵,适合近距离传输。串行通信是一位一位的传输数据,所以传送速度较慢,但是由于一位一位的传输数据,串行通信仅需要两根或2N数据传输线即可,故在长距离传送数据时,比较经济。串行通信由于价格低廉,其应用远多于并行通信。


无线通信

  无线通信主要包括微波通信卫星通信微波是一种无线电波,它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽,通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。


蓝牙跳频通信

        Bluetooth采用跳频扩频(FHSS)技术,使用79个信道,每个信道占用1MHz,信号不断以1600Hz(赫兹是国际单位制中频率的单位,它是每秒中的周期性变动重复次数的计量。1赫兹=1次/秒)的速率在79个调频点间随机跳跃,蓝牙信号实际上占用79MHz频带。

 

        跳频通信系统的核心部分是跳频序列发生器、频率合成器和跳频同步器 。跳频通信系统的主要工作原理是 :在发送端 ,信息首先被调制到频率为 fs的载波上 ,得到带宽为 R 的调制信号。跳频序列从跳频频率表中取出频率控制码 ,控制频率合成器在不同的时隙内输出频率跳变的本振信号 。 用它对调制信号进行变频处理 ,使变频后射频信号频率按照跳频序列跳变 , 即为跳频信号
。 跳频信号带宽 W 与调制信号带宽 R 的比值(W/R )就是跳频通信系统的处理增益 Gp 。在接收端 ,与发射机跳频序列一致的本地跳频序列从跳频频率表中取出频率控制码控制频率合成器 , 使输出的本振信号频率按照跳频序列相应地跳变 。跳变的本振信号 ,对接收到的跳频信号进行变频 ,将频率搬回到 fs ,实现解跳 。解跳后的调制信号 , 在本地载波作用下 ,经相干解调后,恢复出原基带信息。


 

        FH(调频自适应)是通过测量信道质量实现的,在蓝牙的通信信道内,某些信道可能由于干扰而不适于蓝牙传输,因此不应该出现在蓝牙通信时的跳频序列内,蓝牙判断是否为坏信道基本上是两个手段,一个是数据包丢失率PLR,一个是测量信号强度RSSI,后者容易实现,只需要把接收端载波频率调整到该信道,测量信号强度即可,强度高则说明这个信道内存在其他无线技术的通信,高于某个阈值便认为该信道已坏。PLR是对数据传输质量的量化测量,对它的测量是由主从设备共同完成的,有一个周期性的统计值,即在一段时间内该信道上的丢包率平均是多少,超过阈值就认为是坏信道。显然主从设备都会建立一个这样的表,然后主从设备会通过沟通建立一致的信道质量表。

 

蓝牙AFH的步骤

由设备识别、信道分类、分类信息交换、自适应跳频4部分组成


设备识别

当一个从设备接入微微网,通信之前首先通过链路管理协议(LMP)交换信息,以确定通信双方是否支持AFH模式。LMP信息中包含了二者通信应使用的最小信道数。主机按LMP协议先询问从设备是否支持AFH,从设备回答后再进行AFH通信。


信道分类

  按传输质量对信道进行分类。以LMP的格式形成一个分类表,在主设备和从设备之间交换信息后,用该分类表做为依据进行自适应跳频。分类方法采用时分的形式,以保证能够处理瞬间的干扰。按信道的质量,把信道分成“好”信道与“坏”信道。


信道信息交换

  通过LMP命令通知微微网中的成员,交换AFH的消息。主设备通过分类,把信道分为好信道、坏信道、未用信道,然后把信道分类情况通知从设备。同时,从设备把自己的情况通知主设备。主从设备之间建立联系,确定哪些信道可用,哪些不可用,为下一步自适应频率的产生做准备。


执行AFH

  选择合适的跳频频率进行通信。

  由于微微网中经常有新的通信建立或撤消,信道在不断变化,所以必须进行信道维护,周期性地重新对信道进行估计,及时发现不能用的信道。当微微网中工作设备较少时,还能自动调整功率,节省能量。

 

WiFi总共有14个信道,如下图所示:


 1)IEEE 802.11b/g标准工作在2.4G频段,频率范围为2.400—2.4835GHz,共83.5M带宽

 2)划分为14个子信道

 3)每个子信道宽度为22MHz
 4
)相邻信道的中心频点间隔5MHz 
 5)相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频率重叠)
 6)整个频段内只有3个(1、6、11)互不干扰信道


智能家居网关

智能家居网关是家居智能化的心脏,通过它实现系统信息的采集、信息输入、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。

智能家居网关在智能家居系统中有着举足轻重的作用。一方面,智能家居网关将家庭网络与外部网络连接,实现两者之间的信息交换;另一方面,智能家居网关自动收集各种在线设备的相关信息,生成设备描述文件,对各种设备进行集中控制和管理,是智能家居的核心。


 网关

网关(Gateway)就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。

TCP/IP协议里的网关是最常用的,在这里我们所讲的“网关”均指TCP/IP协议下的网关。  

网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。


如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中,就把数据包转发给它自己的网关,再由网关转发给网络B的网关,网络B的网关再转发给网络B的某个主机。网络B向网络A转发数据包的过程也是如此。


那么这个IP地址是哪台机器的IP地址呢?网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地址,具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器(实质上相当于一台路由器)、代理服务器(也相当于一台路由器)。


路由器

    路由器(Router)是一种负责寻径的网络设备,路由器利用路由表为数据传输选择路径,路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单,路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。路由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息传递的路径,如果某一网络路径发生故障或堵塞,路由器可选择另一条路径,以保证信息的正常传输。路由器可进行数据格式的转换,成为不同协议之间网络互连的必要设备。   


一台主机可以有多个网关。默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关,就把数据包发给默认指定的网关,由这个网关来处理数据包。现在主机使用的网关,一般指的是默认网关。
一台电脑的默认网关是不可以随随便便指定的,必须正确地指定,否则一台电脑就会将数据包发给不是网关的电脑,从而无法与其他网络的电脑通信。默认网关的设定有手动设置和自动设置两种方式。

 

默认网关必须是电脑自己所在的网段中的IP地址,而不能填写其他网段中的IP地址。


自动设置就是利用DHCP服务器来自动给网络中的电脑分配IP地址子网掩码和默认网关。这样做的好处是一旦网络的默认网关发生了变化时,只要更改了DHCP服务器中默认网关的设置,那么网络中所有的电脑均获得了新的默认网关的IP地址。这种方法适用于网络规模较大、TCP/IP参数有可能变动的网络。


 dhcp租约问题

        动态主机配置协议(DHCP)是一个局域网的网络协议。指的是由服务器控制一段IP地址范围,客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码

  win7系统如果本地连接采用指定获取ip地址方式,就会出现dhcp租约问题。
  1、自动获取ip地址方式适用于通过路由器连接到internet;目前路由器普遍集成dhcp服务器功能;
  2、所谓dhcp服务器是指带有一个ip地址地址池,用户计算机发出请求时,服务器从地址池取出ip地址分配给主机;
  3、为了更有效利用ip,分配的ip地址是有时间限制的,这就是dhcp租约;
  4、租约到期后如果主机仍然处于连接状态,计算机和服务器会自动进行续约处理(重新分配一个IP地址,这个IP地址可能和之前的一样),不影响用户上网,用户无须参与。

        两台连接到互联网上的电脑相互之间通信,必须有各自的IP地址,由于IP地址资源有限,宽带接入运营商不能做到给每个报装宽带的用户都能分配一个固定的IP地址(所谓固定IP就是即使在你不上网的时候,别人也不能用这个IP地址,这个资源一直被你所独占),所以要采用DHCP方式对上网的用户进行临时的地址分配。也就是你的电脑连上网,DHCP服务器才从地址池里临时分配一个IP地址给你,每次上网分配的IP地址可能会不一样,这跟当时IP地址资源有关。当下线的时候,DHCP服务器可能就会把这个地址分配给之后上线的其他电脑。这样就可以有效节约IP地址,既保证了网络通信,又提高IP地址的使用率。

 

        它是TCP/IP协议簇中的一种,主要是用来给局域网客户机分配动态的IP地址。缺点:DHCP存在较多的广播开销,对于用户量较多的城域网会造成网络运行效率下降和配置困难;另一方面,仍然无法解决用户自行配置IP地址的问题。

公有ip地址的动态分配主要通过PPPoE


 DNS服务器


DNS(Domain Name Server,域名服务器)是进行域名(domain name)和与之相对应的IP地址 (IP address)转换的服务器。DNS中保存了一张域名(domain name)和与之相对应的IP地址 (IP address)的表,以解析消息的域名。 域名是Internet上某一台计算机或计算机组的名称,用于在数据传输时标识计算机的电子方位(有时也指地理位置)。域名是由一串用点分隔的名字组成的,通常包含组织名,而且始终包括两到三个字母的后缀,以指明组织的类型或该域所在的国家或地区。将域名映射为IP地址的过程就称为“域名解析”。


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