基于HomeRF的家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)

【摘　要】討論了HomeRF技術(shù)的原理和機(jī)制，并與其它幾種家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作了比較。
關(guān)鍵詞：家庭網(wǎng)絡(luò) 共享無線接入?yún)f(xié)議 HomeRF技術(shù)
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--關(guān)鍵EN(結(jié)束)←-->1 引　言
　　為了解決消費(fèi)類電子設(shè)備（如PC機(jī)、可視電話、無繩電話、PDA等）之間互聯(lián)的問題，使它們之間能實(shí)現(xiàn)信息共享，各種家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
　　目前最引人注目的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有HomeRF、Bluetooth、IEEE802．11(b)及HomePAN等。由ITU贊助，在Compaq、Intel、Philips、HP、IBM和Microsoft等幾大公司的參與下，HomeRF工作小組致力于實(shí)現(xiàn)PC與其它來自不同國度、不同制造商的家用電器設(shè)備之間的數(shù)字通信。它制定的共享無線接入?yún)f(xié)議（Share Wirle ss Access Protocol，SWAP）結(jié)合了DECT和IEEE802．11的特點(diǎn)，提供了對語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持，非常適合家居環(huán)境中的組網(wǎng)。
2 HomeRF技術(shù)
HomeRF的SWAP協(xié)議模型見圖1，其協(xié)議層次與OSI網(wǎng)絡(luò)模型有一定的映射關(guān)系，但不是完全一一對應(yīng)。在SWAP中，MAC（介質(zhì)訪問層）對應(yīng)數(shù)據(jù)鏈路層，在其上的協(xié)議層則根據(jù)開展的業(yè)務(wù)不同而有所差異，它用TCP/IP承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、UDP/IP承載流業(yè)務(wù)（諸如視頻數(shù)據(jù)流等），同時，為了提供高質(zhì)量的語音業(yè)務(wù)，還集成了DECT協(xié)議。

2．1 物理層
　　HomeRF工作在2.4GHz頻段，它采用數(shù)字跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，速率為50跳/s，共有75個帶寬為1MHz的跳頻信道。調(diào)制方式為恒定包絡(luò)的FSK調(diào)制，分為2FSK與4FSK兩種。采用調(diào)頻調(diào)制可以有效地抑制無線環(huán)境下的干擾和衰落。
在2FSK方式下，最大的數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s，4FSK方式下，速率可達(dá)2Mb/s。最新版HomeRF2.x中，采用了WBFH（Wide BandFrequency Hopping）技術(shù)來增加跳頻帶寬，由原來的1MHz增加到3MHz、5MHz，跳頻的速率也增加到75跳/s，當(dāng)然其數(shù)據(jù)峰值也高達(dá)10Mb/s，接近IEEE802．11b標(biāo)準(zhǔn)的11Mb/s，能滿足未來的家庭寬帶通信。它能根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率動態(tài)調(diào)整跳頻帶寬，當(dāng)傳輸速率較低（＜2Mb／s）時，采用1MHz的帶寬，當(dāng)速率為10Mb／s時，則用5MHz的帶寬進(jìn)行通信，如圖2所示。

　　SWAP系統(tǒng)的功耗非常低，100mPW就能覆蓋40米左右的范圍，可以實(shí)現(xiàn)一般用戶居室和花園的無縫覆蓋 。
2．2 介質(zhì)訪問層（MAC）
　　SWAP的MAC層就相當(dāng)于OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層，因此它的功能主要是完成數(shù)據(jù)幀的封裝、拆封等。
　　如圖3所示，HomeRF將一個跳頻點(diǎn)上的大部分時間用于數(shù)據(jù)通信，同時根據(jù)激活的話音信道數(shù)目，動態(tài)地為語音業(yè)務(wù)預(yù)留一部分資源，這符合了未來家庭通信以數(shù)據(jù)為主的發(fā)展趨勢。為了滿足實(shí)時通信的要求，SWAP為流業(yè)務(wù)（Stream Meadia）定義了高級別的優(yōu)先權(quán)，可以隨時占用信道資源。丟失的語音數(shù)據(jù)包，SWAP將在下一個跳頻點(diǎn)的起始時刻進(jìn)行重傳。

　　對于數(shù)據(jù)通信，SWAP采用了IEEE802．11中的CSMA／CA（帶沖突避免的載波偵聽多路訪問）方式，而語音業(yè)務(wù)則采用基于DECT系統(tǒng)的TDMA方式。
　　SWAP定義了兩種類型的幀結(jié)構(gòu)，一種是20ms的超幀（Superframe），另一種是10ms的子幀(Subfram　e)，這兩種幀分別用于不同的場合。參見圖4(a)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中只有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，HomeRF將使用超幀，在一個跳頻點(diǎn)上的通信時間為20ms，并且采用異步方式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有語音業(yè)務(wù)時，采用10ms的子幀，并增加了一個標(biāo)志位（圖4中的B標(biāo)志），以同步方式進(jìn)行通信。圖4描述了同時進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)通信時，幀結(jié)構(gòu)的變化情況。

2．3 網(wǎng)絡(luò)層
　　如圖1所示，SWAP采用了Internet的TCP／IP協(xié)議，TCP協(xié)議應(yīng)用于一般的數(shù)據(jù)通信，而UDP協(xié)議用于開展流業(yè)務(wù)（Stream Media）。
　　SWAP組網(wǎng)的形式非常靈活，既可以采用ad－h(huán)oc網(wǎng)絡(luò)，也可以作為控制網(wǎng)絡(luò)使用。在ad－h(huán)oc結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，所有的接入點(diǎn)之間都是平等的，既可以作為主機(jī)也可以作為路由器，由各點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式控制，不過這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只支持?jǐn)?shù)據(jù)通信，而對于對時間有要求的業(yè)務(wù)（例如語音通信等），則必須采用控制網(wǎng)絡(luò)，這時就要有一個專門的控制點(diǎn)（Control Point，CP）對整個系統(tǒng)進(jìn)行管理與協(xié)調(diào)，它通過標(biāo)準(zhǔn)的接口如USB與PC機(jī)相連，就可以成為一個接入PSTN的網(wǎng)關(guān)，同時 ，在這個CP點(diǎn)中加入功率管理模塊，合理安排網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備的喚醒和輪詢時間，就可以延長電池使用的壽命。
　　在SWAP中，一個子網(wǎng)有一個24bit的ID號，最多能容納256個接入設(shè)備。這些接入設(shè)備主要分為四種類型：
·連接點(diǎn)（Connection Point），相當(dāng)于控制點(diǎn)CP，能支持語音和數(shù)據(jù)通信。
　　·語音終端設(shè)備，采用TDMA方式進(jìn)行語音通信。
　　·數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，采用CSMA／CA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
　 ·其它能同時支持語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。
　　HomeRF1．x的終端實(shí)際上就已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)真正意義上的漫游，但是在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中對越區(qū)切換和多地址沖突的問題沒有詳細(xì)的描述。新版的HomeRF2．0協(xié)議中對漫游機(jī)制進(jìn)行了規(guī)范性的描述，可以實(shí)現(xiàn)終端在相鄰接入點(diǎn)之間的無縫切換。