【文章內(nèi)容簡介】 網(wǎng)絡(luò)中更適合采用擴頻通訊方式。使用電力線的最大優(yōu)點在于不用改動家庭 布線，利用現(xiàn)有的插座就可以實現(xiàn)家用電器的方便聯(lián)網(wǎng)。但對于家庭中所使用的手持移動設(shè)備來說就無法采用電力線連入家庭網(wǎng)絡(luò)，它的缺點還在于傳輸速率僅有 300Kbps，不能滿足數(shù)字視頻和音頻信號的傳輸，保密性較差，而且沒有統(tǒng)一的標準。目前國際上采用電力線作為聯(lián)網(wǎng)介質(zhì)推出的解決方案有 X10, CEBUS等。推出的解決方案有 X10, CEBUS等。 (2) 電話線 近年來計算機廠商與消費電子廠商成立了一個名為 HomePNA(家庭電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟 )的組織來推廣利用電話線聯(lián) 立家庭網(wǎng)絡(luò)。它是通過在電話線上加載高頻載波信號來實 現(xiàn)信息的傳遞， 可同時滿足 XDSL、電話業(yè)務(wù)、家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，且互不干擾。通過系統(tǒng)的調(diào)整和改善可以達到 1Mbit/s的傳輸速率。該方案采用 ，支持 QoS機制， HomePNA在 MAC層制訂了八種優(yōu)先級，改進了沖突解決技術(shù)，可將語音等實時性數(shù)據(jù)的延遲控制在1020ms。利用家里墻壁上預(yù)留的電話插座，可以避免重新布線的煩惱，但是家庭中不可能隨處都安裝有電話插座，當買來新家電時還是會面臨重新布線的煩惱。 (3) 以太網(wǎng) 以太網(wǎng) (Ether)是需要重新布線的組網(wǎng)技術(shù)。它必須采用專門鋪設(shè)的線纜布網(wǎng)， 數(shù)據(jù)傳輸率相當高，可達到 10Mbit/s或 100Mbit/s，能夠傳輸電話、數(shù)據(jù)、視頻和家電控制信息， 主要用于基于個人電腦的有線局域網(wǎng)和高速因特網(wǎng)。它的優(yōu)勢在于技術(shù)己經(jīng)十分成熟，以 8 太網(wǎng)的組網(wǎng)設(shè)備在市場上可以很容易買到。以太網(wǎng)本身的實現(xiàn)成木并不高，但專門布線需要花費大量的費用。家庭中的用戶可能更愿意使用 家居己布好的電纜和電話線，而不愿意另外重新安裝，因此就目前來說 ,以太網(wǎng)可能是家庭網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期的首選方案，但不是家庭網(wǎng)絡(luò)的最終選擇方案。 (4) USB USB的出現(xiàn)是為了解決日益增加的 PC外設(shè)與有限的主板插槽 和端口間的矛盾。 USB有高速和低速兩種運行方式，速率分別為 12Mbps和 。并且所有的 USB設(shè)備都支持熱拔插。 USB共有四種傳輸模式 :控制傳輸 (Control)、同步傳輸 (Synchronization)、中斷傳輸(Interrupt)、 批量傳輸 (Bulk)。目前 USB己經(jīng)成為 PC外設(shè)連接的一種標準接口， PC上一般都安裝了 USB接口， USB外設(shè)也越來越多。但由于 USB技術(shù)本身的制約，一個 USB拓撲結(jié)構(gòu)中只能有一個主設(shè)備，兩個主 USB設(shè)備之間無法直接通信，因此在家庭網(wǎng)絡(luò)中 USB主要適合與 PC相關(guān)的 局部應(yīng)用， 比如低速或中速外設(shè)與 PC的連接。 (5) IEEE1394 IEEE1394是目前獲得眾多家電企業(yè)、計算機企業(yè)支持的家庭娛樂電器聯(lián)網(wǎng)方案。它是由蘋果電腦公司提出的 Fire wire標準衍變而來，也稱 iLink或“火線”。 IEEE1394是一項具有視頻數(shù)據(jù)傳輸速度的串行接口標 準，它的定位目標是消費電子和高速計算機外設(shè)。IEEE1394也支持外設(shè)的熱插拔，同時可為外設(shè)提供電源。目前它的傳輸速率可達 40OMbps。由于 IEEE1394的數(shù)據(jù)傳輸速率在現(xiàn)有的有線互連標準中是最高的，所以特別適用于家庭中視頻 設(shè)備和音頻設(shè)備的互連。但它的缺點是成本比較高。 無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 家庭環(huán)境不可能像企業(yè)環(huán)境那樣布置大量的電纜連線，因此可以說無線技術(shù)是一種非常理想的家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。采用無線通信技術(shù)可以免去在家庭內(nèi)部布線的煩惱，無法重新布線的舊住宅用戶 可 以同新住宅用戶一樣享受到家庭聯(lián)網(wǎng)的便利，同時對家庭用戶來說，新增的家電設(shè)備也可以很方便的加入家庭網(wǎng)絡(luò)之中，從而解決了移動設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)問題。目前，關(guān)于家庭無線聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)已有一些產(chǎn)品和標準。 (1) 紅外技術(shù) 9 紅外技術(shù)是由 IrDA (Infrared Data Association，紅外線數(shù)據(jù)標準協(xié)會 )提出并推行的。這種通信方式采 用 850nm的紅外線來傳輸數(shù)據(jù)。采用該技術(shù)的設(shè)備，無需專門申請?zhí)囟l率的使用執(zhí)照，并且體積小、功耗低。紅外技術(shù)的傳輸速率可達 16Mb/s，特別適合于傳輸容量較大的數(shù)據(jù)文件和多媒體信息流 [8]。紅外技術(shù)只能 實現(xiàn)點對點的連接，這雖然會使數(shù)據(jù)傳輸受到干擾較少，但卻無法靈活地構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。另外 紅外技術(shù)必須在視線可達 的范圍內(nèi)定向傳輸，中間不能有任何阻擋，并容易受 到光線干擾，同時要求通信設(shè)備的位置現(xiàn)對固定，無法用于移動設(shè)備。 (2) b 技術(shù)標準，由 IEEE主持制訂。 。 WiFi，全名為 Wireless Fidelity。 2. 4GHz的 ISM頻段， 其物理層支持 5. 5Mb/s和 11Mb/s兩個 速率，并支持數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)。它支持異步傳輸，不支持同步傳輸，因此對語音通信這類業(yè)務(wù)。同時它的設(shè)備較昂貴，點對點連接不經(jīng)濟，不太適合小型設(shè)備。 (3) HomeRF HomeRF(家庭無線電射頻 )是專門為家庭無線局域網(wǎng)而設(shè)計的開發(fā) 性工 業(yè)標準。HomeRF產(chǎn)品使用的是共享無線局域網(wǎng)技術(shù) (SWAP) [9]。它采用每秒 50跳的跳頻擴譜方式、時分多址 (TDMA)和載波監(jiān)聽多重訪問 /沖突避免 (CSMA/CA)等技術(shù)，通過家庭中的一臺主機在移動數(shù)據(jù)和語音設(shè)備之間實現(xiàn)通信。采用 2FSK調(diào)制方式時 ， HomeRF的傳輸速率為1Mbit/s,采用 4FSK調(diào)制方式時傳輸速率為 2Mbit/s。同時， HomeRF提供了與 TCP/IP良好的集成，支持廣播、多播和 48位 IP地址。但是 HomeRF最大的缺點是開放性不好，它的技術(shù)規(guī)范沒有對外公布，而且其技 術(shù)本身還存在抗干 擾性差等缺點，這些都對 HomeRF未來的發(fā)展造成了不利影響。 (4) Bluetooth 藍牙 (Bluetooth)技術(shù)是一項開放 性 的全球統(tǒng)一的短距離無線通信協(xié)議標準，其目的是取代現(xiàn)有的各種電子設(shè)備 (如 PC、打印機、傳真機、移動電話和個人數(shù)字助理 PDA 等 )上的 10 有線接口。在技術(shù)上，藍牙采用調(diào)頻擴譜 (FHSS)和時分多址 (TDMA)等先進技術(shù)來建立各種信息系統(tǒng)間的信息傳輸。它的傳輸速率為 1Mbit/s。藍牙采用 了 1600次 /s的快速跳頻， 因 而具有很強的抗干擾性。另外，藍牙的功耗小、成本低、體積小 (27mm13mm2mm) ，可用于多種設(shè)備和場合。 FCC（ Federal Communications Commission 聯(lián)邦通訊委員會 ） 規(guī)定，在 ISM頻段中不采用擴頻技術(shù)的無線通信設(shè)備的最大發(fā)射功率不能超過 0dBm(即 1mW),要獲得更高的發(fā)射功率，必須采用擴頻技術(shù)。采用擴頻技術(shù)后，發(fā)射功率可增加到 20dBm(即 100mW),使傳輸距離可達到 100m。按照藍牙規(guī)范中最大發(fā)射功率的不同，可把藍牙設(shè)備分為 3個功率 等級，見表 。其中，傳輸功率最小的第二類等級是藍牙設(shè)備制造商最常采用的方案。對于一類設(shè)備必須強制地要求其具有功率控制能力，而對于二、三類設(shè)備的功率控制則是可以選擇的，不做強制要求。 表 功率等級 最大輸出功率 最小輸出功率 最大傳輸距離 功率控制要求 1 100mW(20dBm) 1mW (0dBm) 100m +4～ 20dBm(強制 ) 30～ 4dBm(可選 ) 2 (4dBm) (6dBm) _ 30～ 4dBm(可選 ) 3 1mW(0dBm) _ 10m 30～ 4dBm(可選 ) 實際的功率控制是通過接收機隨時監(jiān)測它自身的接收信號強度指示器（ RSSI， Received Signal Strength Indication）實現(xiàn)的。接收機如果發(fā)現(xiàn) RSSI的值高于標準值，它就發(fā)送一個鏈路管理協(xié)議 （ LMP）命令給發(fā)射機，要求發(fā)射機將發(fā)射功率降低到允許值。如果發(fā)現(xiàn) RSSI值太低，接收機會要求增加發(fā)射功率。藍牙規(guī)范要求發(fā)射功率的控制精度在 2～ 8dB之間，形成一個單調(diào)系列， RSSI在 60dB量的指示準確度為 +4dB，最小操作范圍為 20+6dB,起點 為60dB。本系統(tǒng)中采用的藍牙設(shè)備是二類功率等級的，既能達到傳輸功率的要求，并且也不會造成電磁波污染，對居住環(huán)境沒有影響。 無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)比較 11 表 (Bluetooth)和紅外技術(shù)、 , HomeRF在技術(shù)規(guī)格、成本和實現(xiàn)功能等方面的比較數(shù)據(jù)。 表 無線通信技術(shù)比較 性能 紅外通信 HomeRF Bluetooth 工作頻率（ GHz） 105 數(shù)據(jù)速率峰值（ Mbps） 16 11 調(diào)制方式 PWM FHSS(50跳 /S) OFDM FHSS(1600跳 /S) 傳輸距離（ m） 13 50 50 10100 連接拓撲 對等 對等或主從 中心對基站 對等或主從 實時性 無 有 無 有 方向性 有 無 無 無 系統(tǒng)成本 低 中 高 低 傳輸類型 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)、語音 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)、語音 應(yīng)用領(lǐng)域 PC外設(shè) PC外設(shè)、移動終端 IP數(shù)據(jù)傳輸 PC外設(shè)、移動便攜式終端 通過藍牙和紅外技術(shù)的比較，可見藍牙相對于紅外無線通信技術(shù)在很多方面都占有優(yōu)勢。紅外技術(shù) 的各種技術(shù)因素限制了它的進一步發(fā)展，相比之下，藍牙技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢更適合家庭環(huán)境的應(yīng)用。 , HomeRF和藍牙技術(shù)都是利用微波的無線通信技術(shù)。通過表 可以看出這三種通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域各有優(yōu)勢和不足。 不同的無線通信技術(shù)之間的區(qū)別主要在于通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率。 HomeRF技術(shù)日前普遍被認為是無線局域網(wǎng) (WLAN)的代表 ，它 的無線連接距離在 50100m 左右，傳輸速率也遠比現(xiàn)在的廣域網(wǎng) (WAN)高。藍牙技術(shù)則被認為是構(gòu)造個人區(qū)域網(wǎng) (PAN)的首 選技術(shù)，它的無線連接距離為 10m左右，加射頻功率放大器后可達 100m，傳輸速率介于 WAN和 WLAN之間。 家庭聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的選擇 對于上節(jié)提到的各種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從它們各自不同的技術(shù)特點考慮， 術(shù)對于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與終端設(shè)備的無線接入更為適用。雖然它的數(shù)據(jù) 12 傳輸速率相對較高，但是它的設(shè)備比較昂貴，不適合普通家庭用戶使用。 HomeRF技術(shù)雖然是為家庭用戶設(shè)計的無線局域網(wǎng)技術(shù)，但是它主要用于基于電腦的家庭局域網(wǎng)，并且價格也比較高，這對于沒有電腦的用戶顯然沒有太大的優(yōu)勢。比 起 b和 HomeRF， 藍牙技術(shù)更加適合應(yīng)用在基于家用電器設(shè)備的家庭局域網(wǎng)。在家庭局域網(wǎng)中使用藍牙技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面 : (1) 藍牙適用于在短距離 (大約 10m)范圍內(nèi)替代電纜，如果增大發(fā)射功率， 它的傳輸距離可達 100m，而家庭中各個家電之間的相隔距離一般不會超過此距離。 (2) 藍牙的傳輸速率雖然不高，但對于家庭網(wǎng)絡(luò)中各種家電間中等速率的數(shù)據(jù)傳輸，完全可以滿足 ； (3) 相對于其它無線組網(wǎng)技術(shù)而言，藍牙的抗干擾能力更強，它的快速跳頻使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，它的前向糾錯能力可以限制噪 聲的影響，這樣家庭中的各種藍牙家電可以互不干擾地正常工作 ； (4) 藍牙系統(tǒng)具有連接的普遍性、標準的開放性以及很強的擴展性，可以滿足家庭網(wǎng)絡(luò)中更多的需要 ； (5) 藍牙芯片的成本相對較低，而且還有進一步下降的趨勢， 因而可以大大降低網(wǎng)絡(luò)家電的成本 ； (6) 中國無線電管理委員會已對藍牙技術(shù)開放了相應(yīng)的頻段， 為大面積的推廣應(yīng)用提供了前提和條件。 13 3 藍牙技術(shù)研究 藍牙是一種短距 離的無線通信技術(shù)標準的代稱 [10]，其實質(zhì)就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。藍牙技術(shù)主要面向網(wǎng) 絡(luò)中各類數(shù)據(jù)及語音設(shè)備 (如信息家電、 PC、撥號網(wǎng)絡(luò)、打印機、數(shù)碼相機、移動電話和高品質(zhì)耳機等 )，通過無線方式將它們連成一個微微網(wǎng) (Pico)，多個微微網(wǎng)之間也可以互連形成分布式網(wǎng)絡(luò) (Scatter)，從而方便、快速地實現(xiàn)各類設(shè)備之間的通信。它是實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_放性規(guī)范，是一種低成本、短距離的無線連接技術(shù)。其無線收發(fā)器是很小的一塊芯片， 大約有 9mmx9mm，可方便地嵌入到便攜式設(shè)備中，從而增加設(shè)備 的通信選擇性。藍牙技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)備的無連接工作， 提供了接入數(shù)據(jù)網(wǎng)的功能，并且具有外圍設(shè)備接 口，可以組成一個特定的小網(wǎng)絡(luò)。 藍牙技術(shù)的特點包括 :采用跳頻技術(shù)，抗信號衰落 ； 采用快跳頻和短分組技術(shù)，減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃?； 采用前向糾錯 (FEC)編碼技術(shù)，減少遠距離傳輸時的隨機噪聲影響 ； 使用 ISM頻段，無需申請許可證 ； 采用 FM調(diào)制方式，降低設(shè)備的復(fù)雜性。該技術(shù)的傳輸速率設(shè)計為 1MHz，以時分方式進行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。一個跳頻頻率發(fā)送一個同步分組，每個分組占用一個時隙，也可擴展到 5個時隙。藍牙技術(shù)支持一個異步數(shù)據(jù)通道，或 三 個并發(fā) 的同步話音通道，或一個同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每一個話音通道支持 64kbps的同步話音 ； 異步通道支持最大速率 721kbps、反向應(yīng)答速率為 ，或者是 。 藍牙無線通信技術(shù) 藍牙射頻通信 藍牙無線通信使用無線射頻 (Radio Frequency, RF )技術(shù)，通過無線電波實現(xiàn)空中傳輸， 與無線電廣播或電視廣播的基本工作方式相類似。 (1) RF技術(shù) RF技術(shù)使用接收機和發(fā)射機，它們分別調(diào)諧在一個給定頻段的無線電波