無線連接技術(shù)：數(shù)字化家庭的核心

　　數(shù)字家庭的各個(gè)設(shè)備可通過無線連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)互操作，與目前的家電存在應(yīng)用上的本質(zhì)區(qū)別。因此Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等能實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)傳輸速率和距離的多種技術(shù)也針對家具中不同的應(yīng)用場景而出現(xiàn)。

　　數(shù)字化家庭的概念和雛形早在數(shù)年前就由電子和IT技術(shù)的先驅(qū)們提出，其主要指代一種由家電、PC、移動(dòng)設(shè)備、傳感器和安防監(jiān)控設(shè)備等構(gòu)成的全自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)；所有終端均可通過統(tǒng)一或兼容的通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)無縫透明連接。例如各個(gè)房間內(nèi)都可以接收某臺電腦中的音視頻和圖片；整個(gè)家居環(huán)境均實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋；相機(jī)、手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中的文件可隨意發(fā)送至某臺電腦；房屋內(nèi)部無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）可根據(jù)環(huán)境中的人員密度和位置調(diào)節(jié)溫度和照明，而屋外的傳感器則可對可能的安全隱患（如非法侵入等）發(fā)出預(yù)警。數(shù)字家庭的各個(gè)設(shè)備可通過無線連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)互操作，與目前的家電存在應(yīng)用上的本質(zhì)區(qū)別。因此Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等能實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)傳輸速率和距離的多種技術(shù)也針對家具中不同的應(yīng)用場景而出現(xiàn)。

　　備受爭議的UWB

　　UWB（Ultra-Wideband，超寬帶）是一種高效的低功耗寬帶無載波通信技術(shù)，其與傳統(tǒng)無線電技術(shù)的顯著區(qū)別在于，后者通過變化正弦波的功率水平、頻率或相位等傳遞信息；而UWB不使用載波，其在特定的時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生脈沖式無線電能量，并占據(jù)較大的帶寬進(jìn)行脈沖定位（Pulse-Position）或時(shí)域調(diào)制（Time-Modulation），從而使耗電量顯著減小。UWB的傳統(tǒng)應(yīng)用是非合作式雷達(dá)（Non-Cooperative Radar）成像、傳感器數(shù)據(jù)采集、高精度定位和目標(biāo)追蹤等。在日常應(yīng)用領(lǐng)域中，由于各國對信號發(fā)射水平的限制，UWB定位于針對短距的室內(nèi)無線應(yīng)用，如無線顯示技術(shù)和攝像頭、無線打印技術(shù)、無線音頻傳輸?shù)?。?jù)稱2008年下半年會推出UWB與藍(lán)牙的整合標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)不同尺寸數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝省?/p>

　　UWB技術(shù)曾被推為IEEE 802.15.3a個(gè)人局域網(wǎng)（PAN，Personal Area Network）標(biāo)準(zhǔn)草案，但經(jīng)過數(shù)年的時(shí)間仍未見任何進(jìn)展，整個(gè)過程幾近停滯，終于在2006年，IEEE 802.15.3a工作組宣告解散。主要原因在于UWB雖然在傳輸手段上有很大優(yōu)勢，但也有其難以解決的缺陷。通過UWB實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸與同一波段內(nèi)的傳統(tǒng)窄帶方式或連續(xù)載波沒有過多的干擾，但研究顯示，大量的UWB收發(fā)器會使噪音水平顯著上升，給通訊系統(tǒng)帶來很大負(fù)擔(dān)并影響其穩(wěn)定性，而一些測試結(jié)果也顯示其無論是傳輸速率還是傳輸距離均遠(yuǎn)低于預(yù)期。2006年基于UWB技術(shù)的Belkin無線USB Hub測試中，傳輸速率未超過6.35Mbps，而且接通范圍只有幾英尺，與當(dāng)時(shí)宣稱的30英尺距離以及480Mbps速率相差甚遠(yuǎn)。博通（BroADCom）公司大中國區(qū)總經(jīng)理梁宜認(rèn)為，UWB主要困境一個(gè)是傳輸距離和速率，第二是抗干擾的問題，而且缺乏對網(wǎng)絡(luò)功能的支持，幾個(gè)方面的原因造成了這個(gè)結(jié)果。可目前又沒有其他可替代的技術(shù)出現(xiàn)，所以Wi-Fi在這方面開始逐漸被看好。但同時(shí)也有許多分析人士認(rèn)為，Belkin產(chǎn)品的測試并不是認(rèn)證性測試，其試驗(yàn)的正確性值得商榷，測試失敗也只能說明Belkin的產(chǎn)品不能達(dá)到要求，而不一定是技術(shù)本身的問題。

　　Wi-Fi是否會成為家網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

　　Wi-Fi與UWB、ZigBee、藍(lán)牙等針對PAN技術(shù)的定位不同，主要用于無線局域網(wǎng)連接。根據(jù)IEEE802.11n版草案，速度可高達(dá)200 Mbps，充足的帶寬可較容易地實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)瀏覽和在計(jì)算機(jī)之間傳送文件和數(shù)據(jù)。

　　梁宜認(rèn)為Wi-Fi在網(wǎng)絡(luò)方面的功能已經(jīng)十分成熟，傳輸速率也比較讓人滿意，當(dāng)然802.11a/b/g只有數(shù)十兆的帶寬還是明顯不夠的，即將確定正式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的802.11n和MIMO就將十分適合這種應(yīng)用；而且在商業(yè)方面，其軟件技術(shù)增加了增值服務(wù)的可能性。目前包括博通在內(nèi)的廠商都在嘗試把802.11n引至消費(fèi)電子產(chǎn)品中來，難點(diǎn)之一在于其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ诿绹@個(gè)問題還不是十分突出，因?yàn)樗麄兊姆课萁Y(jié)構(gòu)主要是木制，所以數(shù)據(jù)傳輸較簡單，而在中國和亞太地區(qū)以水泥和混凝土為主的建筑里就更困難一點(diǎn)，所以博通正在把它作為一個(gè)研究方向。不能說802.11n將來一定能成為家庭無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)在看來，與其他技術(shù)相比，802.11n處于一個(gè)十分領(lǐng)先的位置。

　　除了在不同環(huán)境的傳輸性能差異以外，功耗也是Wi-Fi面臨的困境。與PAN各技術(shù)相比，Wi-Fi的作用距離更遠(yuǎn)，因而需要的功耗也更高；而在恒定的輻射功率下，Wi-Fi設(shè)備的性能將隨距離的增加出現(xiàn)幾何級數(shù)的下降。Nordic Semiconductor產(chǎn)品經(jīng)理Thomas Embla Bonnerud表示，限制Wi-Fi的瓶頸在于其較高的功耗，雖然由于電池技術(shù)的進(jìn)步，Wi-Fi越來越多地用于便攜式設(shè)備，例如PDA和移動(dòng)電話等。不過，Wi-Fi的功耗較大帶來的問題不是僅僅對電池進(jìn)行擴(kuò)容就能解決的，如果使用頻繁，電池可能很快耗盡。

　　Wibree：藍(lán)牙的替代者？

　　藍(lán)牙（Bluetooth）是構(gòu)成PAN的重要技術(shù)之一，該技術(shù)于1998年正式推出，其目的是作為一個(gè)短程通信協(xié)議，用于取代連接便攜和固定設(shè)備的電纜，原始數(shù)據(jù)的傳輸速率為1Mbps或3Mbps（EDR，即增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率），作用距離10m左右。大批量生產(chǎn)的最新版本是藍(lán)牙2.0版+EDR（同時(shí)2.1版+EDR已接近商品化）。

　　2001年Nokia的研究人員看到藍(lán)牙技術(shù)并不能覆蓋所有的無線應(yīng)用需求，尤其是低功耗方面的應(yīng)用，于是開始了名為“Bluetooth Low End Extension（藍(lán)牙低端擴(kuò)展技術(shù)）”的研發(fā)工作。該技術(shù)仍基于藍(lán)牙，但會實(shí)現(xiàn)更低的功耗和成本。經(jīng)過與合作伙伴的一系列開發(fā)工作，其于2006年被正式推出后，商業(yè)名稱更改為Wibree并成立了相應(yīng)的聯(lián)盟。Wibree技術(shù)使應(yīng)用不再局限于較大電池（可充電或AA），并可把無線連接的范圍擴(kuò)大，包含了醫(yī)學(xué)、手表、玩具、體育用品和數(shù)以千計(jì)的其他消費(fèi)性產(chǎn)品。隨后，非營利行業(yè)組織Bluetooth SIG（藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟）于2007年將Wibree定義為ULP 藍(lán)牙（Ultra-Low-Power Bluetooth）。

　　Wibree產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)比藍(lán)牙更小的尺寸和更高效的電池利用率。CR2032是許多超低功耗應(yīng)用系統(tǒng)的首選電源，該型電池可用于Wibree產(chǎn)品，而藍(lán)牙設(shè)備卻不能，因?yàn)殡姵厝萘坑邢?，大約僅為220mAh，最大電流在20mA左右。Thomas Embla Bonnerud介紹說，藍(lán)牙技術(shù)的功耗隨運(yùn)行模式變化，對于目前的藍(lán)牙2.0 + EDR設(shè)備，如果把主機(jī)與從機(jī)之間的傳輸能力全部應(yīng)用起來，耗電會上升到約35mA~45mA；而如果簡單地保持同步，可回落至5mA~10mA；工作在靜態(tài)模式時(shí)，耗電下降到微安的數(shù)量級。在一個(gè)數(shù)據(jù)流式音頻應(yīng)用系統(tǒng)中，例如MP3播放器和耳機(jī)，可充電鋰離子電池的放電時(shí)間大約是10小時(shí)，而無線鼠標(biāo)器中的兩節(jié)AA電池可以使用大約100小時(shí)。

　　Wibree的出現(xiàn)并不是為了取代藍(lán)牙，而是藍(lán)牙技術(shù)的重要補(bǔ)充。但在Bluetooth SIG市場總監(jiān)Anders Edlund被問及該組織如何看待這一技術(shù)時(shí)表示，對于Wibree到底是藍(lán)牙的補(bǔ)充還是競爭對手的問題經(jīng)常有一些討論，我認(rèn)為這兩種可能性同時(shí)存在。Thomas Embla Bonnerud認(rèn)為，Wibree規(guī)范仍然處于起草階段，需要多久才能作為標(biāo)準(zhǔn)得到批準(zhǔn)在大眾市場使用，對此工程往往抱悲觀的態(tài)度。藍(lán)牙技術(shù)用了七年時(shí)間實(shí)現(xiàn)成熟；但我認(rèn)為基于藍(lán)牙的目前市場基礎(chǔ)，Wibree的普及應(yīng)當(dāng)會更快一些。

　　因此可以看到，雖然Wibree的創(chuàng)造者都在盡量回避與藍(lán)牙競爭的野心，但實(shí)際上如果能在同樣的頻率實(shí)現(xiàn)更好的互操作性與更低的功耗和成本，用戶和廠商最終走向Wibree而舍棄已經(jīng)過時(shí)的藍(lán)牙也是市場的必然。