[科普中国]-无线个人网

无线个人网(WPAN)是在小范围内相互连接数个装置所形成的无线网络，通常是设备可及的范围内。无线个人网是利用蓝牙的开放性、短距离无线通信技术。

简述无线个人网(Wireless Personal Area Net，WPAN)是一种短距离无线通信技术，它的基本思想是用无线电或红外线代替传统的有线电缆，实现个人信息终端的智能化互联，组建个人化的信息网络。在网络构成上，WPAN位于整个网络链的末端，用于解决同一地点终端与终端间的连接，如连接手机和蓝牙耳机等。WPAN是基于计算机通信的专用网，是在个人操作环境下需要相互通信的装置构成的一个网络，无需任何中央管理装置。对于单个设备而言，要求既能提供主控功能又具有从属功能的能力。除此之外，还要求设备能够很容易地接入或离开现有网络。系统要适合运行图像、MP3和视频剪辑等多种类型的文件。

这是一种小范围的无线通信系统，覆盖半径仅10m左右，可用来代替电脑、手机、PDA、数码相机等智能设备的通信电缆，或者构成无线传感器网络和智能家庭网络等。WPAN并不是一种与无线局域网(WLAN)竞争的技术，WLAN可替代有线局域网，而WPAN无须基础网络连接的支持，只能提供少量小型设备之间的低速率连接。

分类WPAN分为低速无线个人网和高速无线个人网。

1．低速无线个人网

IEEE 802.15.4(Low Rate Wireless Personal Area Network)网络设备分为两类：第一类完整功能设备(Full Functional Device，FFD)支持所有的网络功能，是网络的核心部分：第二类是部分功能设备(Reduced Functional Device，RFD)只支持最少的必要的网络功能，网络中一般大部分是此类设备。

无线个人网一般有两种组网形式：星型网络，以一个完整功能设备为网络中心；簇型网络，在若干星型网络基础上，中心的完整功能设备再互相连接起来，组成一个树型网络。物理层主要特性为：868 MHz，915 MHz，2.4GHz ISM频段上的共27个信道。其中，信道0，868～868.6 MHz中心频率868.3 Hz，BPSK调制，提供20Kb/s的数据通路；信道1～10中心频率为906+2x(信道号-1)MHz，BPSK调制，每信道提供40Kb/s的数据通路；信道11～26中心频率=2405+5x(信道号-11)MHz，O-QPSK调制，每信道提供250Kb/s的数据通路。媒体接入控制层主要特性为CSMA/CA接入，以及可选的超级帧(Supefframe)分时机制。

2．高速无线个人网

高速无线个人网(WPAN)工作在不需许可证的2.4GHz频段，最高速率可达55 Mb/s。

(1)高速率无线个人网的分类：高速率WPAN的应用可以分为两大类，第一类涉及大宗(多兆字节)数据文档传送；第二类涉及实时视像和高质量声音。

(2)高速率无线个人网的应用：在第一类应用中是以数字格式存储多兆字节照片文档及视像流的数字照相机和摄像机方面的应用。对消费者心理的研究表明，通常当传送时间超过7～15s时用户就不满意了。利用蓝牙技术，把一个含有3MB图像或视像流的数据文档从一架照相机传到一台PC机大约需要1min。如果需要传送多个这样的文档，蓝牙技术提供的1Mb/s数据速率显然是不够的，至少要高一个数量级。另一种应用跟MP3或CD格式的音乐文档的配送相关，我们希望可以在PC机和MP3播放机或CD机之间传送这些文档。但是一个只含一首歌的MP3文档的信息量往往大于3MB，如果想在7～15S内传送完毕，就要求物理层数据速率必须超过1Mb/s。1

标准IEEE 802.15.1是IEEE提出的第一个取代有线连接的WPAN技术标准，以蓝牙技术为基础，传输的有效数据速率为500～700Kb/s，可以支持语音和数据服务，提供多级安全机制。蓝牙系统的基本单元是一个微微网(piconet)，微微网包含一个主节点以及10米距离内最多7个活动的从节点。而多个微微网可以通过桥接点连接起来，形成一个分散网(scattemet)。由于工作于ISM频段，为了提高信道的抗干扰能力，蓝牙采用了快跳频、短分组的通信技术。蓝牙还通过前向纠错编码(FEC)和快速自动重传请求(ARQ)实现链路差错控制。蓝牙协议的层结构并不遵守OSI模型或TCP/IP模型。

IEEE 802.15.2标准在2003年8月推出，旨在解决WPAN与WLAN之间的共存问题，从而推动IEEE 802.15无线个人网的应用。所谓共存，是指它可以与其他工作在开放频率波段的无线设备(如IEEE 802.11设备)在共同空间同时工作，相互间不产生干扰。而且该标准为其他802.15标准提出修改意见以提高这种共存性能。

在2003年8月通过的IEEE 802.15.3标准，目标在于得到更高的数据传输率，同时还能与蓝牙兼容，它的数据传输速率可高达55 Mb/s。高速WPAN可支持110～480Mb/s的数据率，适合于大量的多媒体文件、短时间内视频和MP3等音频文件的传送。

在2003年10月公布的IEEE 802.15.4标准定义了一种低功耗低速率的无线连接技术，旨在延迟电池寿命，降低器件成本，其速率可低至9.6Kb/s，但不支持语音服务。2

特点无线个人局域网大部分都工作在2.4GHz频段上(HiperLAN2，UWB，IrDA不工作在2.4GHz频段上)，这些技术都具有以下优势：

1)支持移动联网，用户可以像使用移动电话那样灵活地移动计算设备的位置，保持持续的网络连接。

2)不需要使用物理线路，安装非常简便。因为无线网络所使用的高频率无线电波可以穿透墙壁或玻璃窗，所以网络设备可以在有效范围内任意放置。

3)多层安全防护措旆可以充分确保用户隐私。

4)改动网络结构或布局时，不需要对网络进行重新设置。1

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学