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PAN是Personal Area Network的縮寫，是指個人局域網。無線個人局域網（WPAN）是一種采用無線連接的個人局域網。它被用在諸如電話、計算機、附屬設備以及小范圍（個人局域網的工作范圍一般是在10米以內）內的數字助理設備之間的通訊。
1 基本定義
近年來，隨著各種短距離無線通信技術的發展，人們提出了一個新的概念，即個人局域網（Personal Area Network， PAN）。
PAN核心思想是，用無線電或紅外線代替傳統的有線電纜，實現個人信息終端的智能化互聯，組建個人化的信息網絡。從計算機網絡的角度來看，PAN是一個局域網；從電信網絡的角度來看，PAN是一個接入網，因此有人把PAN稱為電信網絡“最后一米”的解決方案。
PAN定位在家庭與小型辦公室的應用場合，其主要應用范圍包括話音通信網關、數據通信網關、信息電器互聯與信息自動交換等。
無線個人域網（Wireless Personal Area Network，WPAN）是為了實現活動半徑小、業務類型豐富、面向特定群體、無線無縫的連接而提出的新興無線通信網絡技術。WPAN能夠有效地解決“最后的幾米電纜”的問題，進而將無線聯網進行到底。
WPAN是一種與無線廣域網（WWAN）、無線城域網（WMAN）、無線局域網（WLAN）并列但覆蓋范圍相對較小的無線網絡。在網絡構成上，WPAN位于整個網絡鏈的末端，用于實現同一地點終端與終端間的連接，如連接手機和藍牙耳機等。WPAN所覆蓋的范圍一般在10m半徑以內，必須運行于許可的無線頻段。WPAN設備具有價格便宜、體積小、易操作和功耗低等優點。
2 原理與方法
PAN的實現技術主要有：Bluetooth、IrDA、Home RF、ZigBee與UWB（Ultra-Wideband Radio）四種。
支持無線個人局域網的技術包括：藍牙、 ZigBee、超頻波段（UWB）、IrDA、HomeRF等，其中藍牙技術在無線個人局域網中使用的最廣泛。每一項技術只有被用于特定的用途、應用程序或領域才能發揮最佳的作用。此外，雖然在某些方面，有些技術被認為是在無線個人局域網空間中相互競爭的，但是他們常常相互之間又是互補的。
美國電子與電器工程師協會（IEEE）802.15工作組是對無線個人局域網做出定義說明的機構。除了基于藍牙技術的802.15之外，IEEE還推薦了其他兩個類型：低頻率的802.15.4（TG4，也被稱為ZigBee）和高頻率的802.15.3（TG3，也被稱為超波段或UWB）。TG4 ZigBee針對低電壓和低成本家庭控制方案提供20 Kbps或250 Kbps的數據傳輸速度，而TG3 UWB則支持用于多媒體的介于20 Mbps和1Gbps之間的數據傳輸速度。
3 四種指標
* 對于要求傳輸速率高、使用次數少、移動范圍小、價格比較低的設備，如打印機、掃描儀、數碼像機等，IrDA技術是首選。
* 如果設備是屬于那種活動范圍比較廣、要求能和多種設備迅速互聯，如，筆記本電腦、數字無繩電話、個人數字助理（PDA）、手機等，采用藍牙或WPAN是十分理想的。
* HomeRF技術對于小型公司或者類似別墅的家庭是再方便不過的了，因為這兩種環境的活動半徑都比Bluetooth和WPAN規定的活動范圍大，同時，一般又小于無線局域網的半徑。但這也并非是說HomeRF的地位是高枕無憂的。因為，一項技術如果想要成為國際認可的標準，其獨特性是必不可少的。 HomeRF在傳輸距離方面的優勢很有可能被藍牙所擊敗。
4 藍牙最熱門
藍牙技術是一種支持點到點、點到多點的話音、數據業務的短距離無線通信技術。藍牙技術的發展極大地推動了PAN技術的發展，藍牙的設計初衷就是利用一種小型化、低成本和低功率的無線通信技術，形成一種個人身邊的網絡，使得其覆蓋范圍之內各種信息化的移動或固定設備都能“無縫”地實現資源共享。其實質內容是要建立通用的無線電空中接口及其控制軟件的公開標準，使通信和計算機進一步結合，使不同廠家生產的這類設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，也能在近距離范圍內具有互用、互操作的性能。因為藍牙技術可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中，因此它特別適用于小型的移動通信設備。
5 ZigBee倍受關注
ZigBee技術的安全性很高，至今全球尚未出現一起破解先例。其安全性源于其系統性的設計：采用AES加密（高級加密系統），嚴密程度相當于銀行卡加密技術的12倍；其次，Zigbee采用蜂巢結構組網，每個設備均能通過多個方向與網關通信，網絡穩定性高；另外，其網絡容量理論節點為65300個，足夠滿足家庭網絡覆蓋需求，即便是智能小區、智能樓宇等仍能全面覆蓋；最后，Zigbee具備雙向通訊的能力，不僅能發送命令到設備，同時設備也會把執行狀態反饋回來，這對終端使用體驗至關重要，尤其是安防設備，倘若你點擊了關門，卻不知道門是否真的已經鎖上，將會帶來多大的安全隱患；此外，Zigbee采用了極低功耗設計，可以全電池供電，理論上一節電池能使用10年以上，節能環保。
總的來講，IrDA對于要求傳輸速率高、使用次數少、移動范圍小、價格比較低的設備，如打印機、掃描儀、數碼像機等比較適合；IEEE802．11傳輸距離長，速度快，比較適于公司企業中距離較大的無線網絡。HomeRF技術比較適于家居環境的通信，因為這種環境的活動半徑大于藍牙技術規定的活動范圍，而且一般又小于IEEE 802．1l的半徑。藍牙技術跳頻快．功耗低、靈活性強，因而在移動設備互連方面更具有優勢，尤其適合于那種活動范圍比較廣、要求能和多種設備迅速互聯的設備，如：筆記本電腦、數字無繩電話、PDA、手機等，從而在新興的個人局域網領域也更具有吸引力和競爭力。
TI用于個人局域網的6LoWPAN解決方案
TI 的低于 1 GHz 和 2.4 GHz 6LoWPAN 解決方案為遠程、低成本無線傳感器提供了與互聯網及有線 IP 基礎設施無線擴展進行順利連接的通道。TI 的 6LoWPAN 解決方案能夠工作在低于 1GHz 頻段，相對于基于 2.4 GHz 的傳統 6LoWPAN 產品，能夠以更低功率級別提供更長的無線距離。6LoWPAN 解決方案支持大規模自愈式網狀網絡，適用于智能電表、智慧城市之類的應用，其中包括街道照明、家庭和樓宇自動化和其他無線傳感器網絡。TI 的 6LoWPAN 解決方案完全基于互聯網協議 （IP） 和開放的 IEEE 與 IETF 標準。
相關解決方案
1.CC2538：經濟高效型低功耗 6LoWPAN 解決方案的可擴展平臺
它包含一個強大的基于 ARM Cortex M3 的微控制器 （MCU） 系統，此系統具有高達 32K 片載 RAM 和 512K 片載閃存 這使得它能夠處理具有安全性，包含要求嚴格的應用以及無線下載的復雜網絡堆棧。 32 個通用輸入和輸出 （GPIO） 以及串行外設接口可實現到電路板其它部分的簡單連接。 強大的安全加速器可在 CPU 處理應用任務的同時實現快速且高效的認證和加密。 具有保持功能的低功耗模式可實現從睡眠狀態中的快速喚醒并且大大降低了執行周期任務時的能耗。 為了實現順利平穩開發，CC2538xFnn 包括一個強大的調試系統和一個綜合性驅動器庫。 為了減少應用閃存封裝尺寸，CC2538xFnn ROM 包含一個實用功能庫和一個串行引導加載器。
詳細資料：CC2538：經濟高效型低功耗 6LoWPAN 解決方案的可擴展平臺
CC2592 器件是一款針對低功率和低壓 2.4GHz 無線應用的經濟高效且高性能的 RF 前端。CC2592 器件是一款針對德州儀器 （TI） 所有 CC25XX 2.4GHz 低功率 RF 收發器、發射器和片上系統產品的范圍擴展器。 為了增加鏈路預算，CC2592 器件提供一個可增加輸出功率的功率放大器，以及一個具有低噪聲系數的 LNA，以提升接收器靈敏度。CC2592 器件提供一個極小尺寸，高輸出功率 RF 設計，此設計采用 4mm x 4mm 四方扁平無引線 （QFN）-16 封裝。CC2592 器件包含高性能無線應用簡單設計所需的 PA，LNA，開關，RF 匹配和不平衡變壓器。
3.CC1180:低于1GHz的6LoWAPN網絡處理器
CC1180 是一款劃算的，低功耗，低于 1GHz的 6LoWPAN 網絡處理器，此處理器用最少的開發成本實現 6LoWPAN 的功能性。
由于在微處理器的選擇方面提供了很大的靈活性，CC1180 使同時向全新的或者現有的產品添加 6LoWPAN 功能性變得十分容易。 在用戶指南SWRU298中描述了如何使用 Sensinode NanoStack 2.0 協議棧。 CC1180 通過UART接口與幾乎所有的微處理器進行連接。 例如，CC1180 能與 MSP430聯合使用。
詳細資料：CC1180：低于1GHz的6LoWAPN網絡處理器
4.CC1200:低功率高性能射頻收發器
CC1200 是一款完全集成的單芯片無線電收發器，此無線電收發器設計用于在為經濟高效的無線系統中的極低功耗和低電壓操作上實現高性能。 所有濾波器都已集成，因此無需昂貴的外部聲表面波（SAW）和中頻（IF）濾波器。 該器件主要用于 164-192MHz，410-480MHz 和 820-960MHz 頻帶上的 ISM（工業、科學和醫療）應用以及 SRD（短程器件）頻帶。
詳細資料：CC1200：低功率高性能射頻收發器
5.CC1120：面向窄帶系統的超低功耗收發器
功能框圖
6.CC1190：850 - 950MHz 射頻前端
功能框圖
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TI用于家庭網絡的Zigbee解決方案
作為 ZigBee 聯盟的長期促進者，TI 是 ZigBee 解決方案的領先供應商。TI 提供完整的硬件和軟件 ZigBee 兼容平臺。
主要特性
完整的硬件和軟件解決方案經 ZigBee 聯盟認可的測試機構認證，是符合 Zigbee 的平臺
免費的 IEEE 802.15.4 MAC 軟件和最高業內水平的協議棧實施 （Z-Stack?）
可出色兼容 WLAN、藍牙?和其它 2.4GHz 解決方案的高性能無線電
世界范圍的應用支持
開發套件和工具
ZigBee 應用框圖
完整ZigBee解決方案
詳細資料：
CC2538：經濟高效型低功耗 6LoWPAN 解決方案的可擴展平臺
CC2520：符合2.4 GHz IEEE802.15.4/ ZigBee射頻收發器
ZigBee相關工具與軟件
Atmel用于個人局域網的無線解決方案
隨著物聯網不斷深入人們的生活，無線連接性比以往任何時候都更加重要。隨著無線產品從計算機外設和家庭娛樂應用領域擴展到智能網絡及下一代應用領 域，消費者需求也在迅速膨脹。為支持這些復雜的應用，Atmel 提供了完整系列的符合 IEEE 802.15.4 標準、基于 IPv6/6LoWPAN、經過 ZigBee 認證的無線解決方案。這些解決方案基于 Atmel 豐富的射頻接收器系列、8 位和 32 位 AVR 以及 ARM 微控制器。為簡化開發過程并加快面市時間，Atmel 提供各種免費軟件棧、參考設計、無線模塊和開發工具包。而且，Atmel 解決方案和工具提供了可以滿足低成本、低功耗、無線控制和傳感器網絡應用等獨特需求的一切。
關鍵特性
單芯片解決方案 — Atmel 的符合 IEEE 802.15.4 標準的單芯片解決方案將基于 ARM? Cortex?-M0+ 的微控制器或行業領先的 AVR 微控制器與一流的 2.4GHz 射頻收發器結合使用。它是要求最小電路板空間和最低成本但又不希望降低 MCU 和射頻性能的應用的理想選擇。
收發器 — 我們種類齊全的高性能、低功耗、符合 IEEE 802.15.4 標準的收發器支持地區性 700/800/900MHz 頻帶（中國、歐洲、日本和北美）以及 2.4GHz 頻帶（全球）。為最大限度地提高靈活性，這些獨特的射頻收發器可以通過 SPI 接口與 Atmel 任何屢獲大獎的微控制器整合在一起。
模塊 — ZigBits 是緊湊型 802.15.4/ZigBee 模塊，具有破紀錄的距離性能和異常簡便的集成性。ZigBits 還將完整的、經過 FCC/CE/ARIB 驗證的、可以減少射頻開發成本和時間的射頻設計打包，可以將您的產品按時按預算推向市場。
相關器件
詳細資料：
基于AT86RF230 ZigBee的WPAN網絡設備設計
1硬件電路設計
一般情況下IEEE802．15．4網絡設備的基本構成如圖l所示。系統的電源通常由電池提供，也可以由穩壓模塊供給。RF收發芯片負責射頻信號的產 生和接收解調，其基準時鐘由外部高精度的晶體振蕩器提供；同時要實現一些物理層和 MAC層的基本功能，例如編解碼、信道選擇、功率控制、接收機能量檢測（RSSI）、鏈路質量指示（LQI）、空閑信道評估（CCA）和硬件CRC校驗 等。在實現這些基本功能的前提下，RF芯片應該盡量做到低功耗、高靈敏度和較小封裝。微控制器要有豐富的資源來完成對RF芯片的控制，以及對傳感器、各類 應用接口和用戶接口的實時響應。通常協議棧需要占用32KB左右的存儲空間。
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1.1AT86RF230性能和內部結構
Atmel公司的AT86RF230是與ZigBee／IEEE802．15．4兼容的無線射頻收發芯片。它工作在2.4GHzISM頻段，擁有 104dB鏈路預算，-101dB的接收靈敏度和3 dB的傳輸功率，從而減少網絡中所需節點設備的總數，大大降低了IEEE 802．15．4系統的組網成本。所有RF關鍵器件（除了天線、晶振、去耦電容外）都集成在一塊芯片中，封裝形式采用32引腳、5 mm×5mm×0．9mm大小的QFN封裝。由該芯片所構成的設備僅需6個外部組件，功能框圖如圖2所示。終端節點通常是電池供電，發射模式下電流消耗為 17 mA，接收模式下為15 mA，睡眠模式下僅為O．7μA；工作電壓可達1．8～3．6V，內部有集成的1．8V LDO。AT86RF230內部有35個可以通過SPI控制時序訪問的8位寄存器，工作時有8個基本狀態（可以根據需要擴展為14個）。片內發送數據和接收數據的緩沖分別為129字節和130字節，正好可以滿足IEEE802．15．4協議規定的最大幀長度127字節的要求。發送時需要加2字節的 CRCl6校驗碼，接收時還要多加1字節的鏈路質量指示。
2軟件設計
軟件開發環境為AVRSTUDIO+AVRGCC。這兩個軟件均是免費的。軟件設計主要包括射頻驅動、外圍電路控制和ZigBee協議棧設計3個部分?；贗EEE802．15．4協議的WPAN網絡中的協調器和網絡節點的軟件流程基本相同，只是網絡協調器要承擔網絡建立的功能，網絡節點則要承擔一些控制或測量的功能。為了與其他ZigBee產品相兼容，軟件設計必須嚴格遵守IEEE802．15．4協議。本設計建立的網絡拓撲是非超幀結構的星形網絡，具體軟件流程如圖5所示。
基本過程為：網絡協調器首先初始化WPAN信息數據庫，建立ZigBee網絡，分配網絡ID號和16位網絡地址，初始化鄰居設備表，然后等待其他節點連接；網絡節點上電后，初始化內部資源、網絡節點的WPAN信息數據庫，發送掃描信號請求連接，連接成功后，記錄下網絡ID和分配好的16位網絡地址，按功能設定向協調器發送信息。因為網絡節點一般為電池供電，所以在空閑時要進入休眠節能狀態。外圍電路控制主要是針對傳感器、開關等器件的控制，可根據不同需求對軟件進行相應的修改。
文章詳情：基于AT86RF230 ZigBee的WPAN網絡設備設計
藍牙無線個人局域網的組建方案解析
藍牙技術作為一種小范圍無線連接技術，能夠在設備間實現方便快捷、靈活安全、低成本、低功耗的數據和語音通信，是目前實現無線個人局域網的主流技術之一。
1藍牙組網機制
1.1藍牙個域網的網絡特性
藍牙PAN網絡具有以下Ad Hoc網絡的共同特點：
（1）獨立組網能力
?。?）多跳路由
?。?）拓撲動態變化
?。?）特殊的信道特征
（5）節點的局限性
（6）安全性
1.2藍牙網絡的拓撲結構
藍牙系統采用一種靈活的無基站的組網方式，使得一個藍牙設備可與7個其他的藍牙設備相連接。藍牙系統的網絡結構的拓撲結構有2種形式：微微網（Piconet）和散射網（Scatternet）。
微微網是通過藍牙技術以特定方式連接起來的一種微型網絡，一個微微網可以只是2臺相連的設備，比如一臺便攜式電腦和一部移動電話，也可以是8臺連在一起的設備。在一個微微網中，所有設備的級別是相同的，具有相同的權限。藍牙采用自組式組網方式（Ad Hoc），微微網主設備（Master）單元（發起鏈接的設備）和從設備（Slave）單元構成，有一個主設備單元和最多7個從設備單元，如圖1所示。主設備單元負責提供時鐘同步信號和跳頻序列，從設備單元一般是受控同步的設備單元，受主設備單元控制。
1.3藍牙散射網拓撲構建的規則
在一個藍牙WPAN拓撲結構中，主設備或從設備只是節點的一個邏輯狀態。一個單元只能是一個微微網的主設備，但可以參與多個相互重疊的微微網。一個主設備或一個參與多個微微網的活動從設備稱為橋；允許微微網構成一個被稱為散射網的較大網絡。由于使用了跳頻技術，一個橋在同一時間不能作為多個微微網的活動設備；橋必須在一個時分基上的2個微微網間進行轉換，轉換時必須與當前的微微網再同步，這會帶來一個嚴重影響系統性能的重要開銷。
1.4藍牙散射網拓撲構建的關鍵問題
藍牙散射網拓撲構建就是將一組彼此分離的藍牙節點連接起來，因此藍牙節點的互相發現過程和節點的角色分配等問題對藍牙網絡的構建以及網絡負載均衡影響很大。
藍牙微微網通過M/S橋連接而形成的藍牙散射網的拓撲為分級結構，如圖4示：
圖4 牙散射網的分級拓撲結構
分級結構中，網絡拓撲表現為樹形，假設樹的根節點所在的微微網為根微微網，其他的微微網為葉微微網，則葉微微網的主節點為根微微網的從節點。各微微網的內部通信可獨立進行，但微微網之間的通信要通過根微微網。因為葉微微網的主節點為橋節點，當它參與根微微網的通信時，所有葉微微網的通信將被掛起，嚴重降低了系統的吞吐量。
藍牙微微網通過S/S橋連接而形成的藍牙散射網的拓撲為平面結構，如圖5所示：
圖5 藍牙散射網的平面拓撲結構
2藍牙散射網拓撲構建算法
藍牙散射網拓撲構建算法就是將一組彼此分離的，對相鄰節點信息一無所知的節點連接起來，確定每個節點在網絡中的角色，從而形成一個連通的藍牙散射網。本節提出的算法可以對微微網數目進行合理控制，并能有效減少微微網間的冗余通信鏈接，減輕橋設備的負載，從而提高藍牙散列網的性能。
藍牙散射網拓撲構建算法就是將一組彼此分離的，對相鄰節點信息一無所知的節點連接起來，確定每個節點在網絡中的角色，從而形成一個連通的藍牙散射網。本節提出的算法可以對微微網數目進行合理控制，并能有效減少微微網間的冗余通信鏈接，減輕橋設備的負載，從而提高藍牙散列網的性能。
2.1主節點的選擇
算法采用分布式機制，在組網空間內選出部分權值較高的設備為主節點。每個藍牙節點都有變量WEIGHT、變量BACK和變量TIMEOUT，其中變量WEIGHT代表節點的權值（電力等級、剩余能量、數據處理能力等資源狀況），這個值表示節點作為主設備的適合度，軟件模擬時，每個節點的WEIGHT值由程序隨即設為（1－255）之間的整數；變量BACK代表節點是否需要備份，初始值為0，當節點角色確定為主節點和橋節點時，變量BACK變為1，變量TIMEOUT為超時設定值。
2.2.橋節點的選擇
各個已選出的主節點根據選橋策略確定互連各微微網的橋節點，并且優先使用權值較高的設備作橋。
2.3組成散射網
每個主節點尋呼各自所發現的設備。通過互連各個微微網，形成藍牙散列網。
第二、三階段程序流程圖如圖6所示：
圖6逐級構建微微網從而構成散射網
3.對于算法的節點插入和移除的兩個過程
對于一個被給定的藍牙WPAN拓撲，討論兩種分布式過程來處理拓撲變化。第一個過程是允許在WPAN中插入一個新的節點;第二個過程是從網絡中去除一個節點，這兩個過程要達到的主要目標是滿足藍牙規范的限制條件，即全網絡連通性，有高的吞吐流量，降低控制信息的開銷等。當然，可以加入一個新節點到網絡中去，也意味著可以同時加入幾個節點。因此，根據這個，我們可以依靠最初給定的一系列藍牙設備用來建立一個可增長的BT--WPAN或者形成一個網絡拓撲。
文章詳情：藍牙無線個人局域網的組建方案解析
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