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(wú)線(xiàn)接入協(xié)議 HomeRF技術(shù)
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--關(guān)鍵EN(結束)←-->1 引　言
　　為了解決消費類(lèi)電子設備（如PC機、可視電話(huà)、無(wú)繩電話(huà)、PDA等）之間互聯(lián)的問(wèn)題，使它們之間能實(shí)現信息共享，各種家庭網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應運而生。
　　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PC與其它來(lái)自不同國度、不同制造商的家用電器設備之間的數字通信。它制定的共享無(wú)線(xiàn)接入協(xié)議（Share Wirle ss Access Protocol，SWAP）結合了DECT和IEEE802．11的特點(diǎn)，提供了對語(yǔ)音和數據業(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(jiàn)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。在SWAP中，MAC（介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層）對應數據鏈路層，在其上的協(xié)議層則根據開(kāi)展的業(yè)務(wù)不同而有所差異，它用TCP/IP承載數據業(yè)務(wù)、UDP/IP承載流業(yè)務(wù)（諸如視頻數據流等），同時(shí)，為了提供高質(zhì)量的語(yǔ)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，它采用數字跳頻擴頻技術(shù)，速率為50跳/s，共有75個(gè)帶寬為1MHz的跳頻信道。調制方式為恒定包絡(luò )的FSK調制，分為2FSK與4FSK兩種。采用調頻調制可以有效地抑制無(wú)線(xiàn)環(huán)境下的干擾和衰落。
在2FSK方式下，最大的數據傳輸速率為1Mb/s，4FSK方式下，速率可達2Mb/s。最新版HomeRF2.x中，采用了WBFH（Wide BandFrequency Hopping）技術(shù)來(lái)增加跳頻帶寬，由原來(lái)的1MHz增加到3MHz、5MHz，跳頻的速率也增加到75跳/s，當然其數據峰值也高達10Mb/s，接近IEEE802．11b標準的11Mb/s，能滿(mǎn)足未來(lái)的家庭寬帶通信。它能根據數據傳輸速率動(dòng)態(tài)調整跳頻帶寬，當傳輸速率較低（＜2Mb／s）時(shí)，采用1MHz的帶寬，當速率為10Mb／s時(shí)，則用5MHz的帶寬進(jìn)行通信，如圖2所示。

　　SWAP系統的功耗非常低，100mPW就能覆蓋40米左右的范圍，可以實(shí)現一般用戶(hù)居室和花園的無(wú)縫覆蓋 。
2．2 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層（MAC）
　　SWAP的MAC層就相當于OSI模型中的數據鏈路層，因此它的功能主要是完成數據幀的封裝、拆封等。
　　如圖3所示，HomeRF將一個(gè)跳頻點(diǎn)上的大部分時(shí)間用于數據通信，同時(shí)根據激活的話(huà)音信道數目，動(dòng)態(tài)地為語(yǔ)音業(yè)務(wù)預留一部分資源，這符合了未來(lái)家庭通信以數據為主的發(fā)展趨勢。為了滿(mǎn)足實(shí)時(shí)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，可以隨時(shí)占用信道資源。丟失的語(yǔ)音數據包，SWAP將在下一個(gè)跳頻點(diǎn)的起始時(shí)刻進(jìn)行重傳。

　　對于數據通信，SWAP采用了IEEE802．11中的CSMA／CA（帶沖突避免的載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)）方式，而語(yǔ)音業(yè)務(wù)則采用基于DECT系統的TDMA方式。
　　SWAP定義了兩種類(lèi)型的幀結構，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(chǎng)合。參見(jiàn)圖4(a)，當網(wǎng)絡(luò )中只有數據業(yè)務(wù)時(shí)，HomeRF將使用超幀，在一個(gè)跳頻點(diǎn)上的通信時(shí)間為20ms，并且采用異步方式，當網(wǎng)絡(luò )中有語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)，采用10ms的子幀，并增加了一個(gè)標志位（圖4中的B標志），以同步方式進(jìn)行通信。圖4描述了同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音、數據通信時(shí)，幀結構的變化情況。

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)議應用于一般的數據通信，而UDP協(xié)議用于開(kāi)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結構的網(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(guò)這種網(wǎng)絡(luò )結構只支持數據通信，而對于對時(shí)間有要求的業(yè)務(wù)（例如語(yǔ)音通信等），則必須采用控制網(wǎng)絡(luò )，這時(shí)就要有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的控制點(diǎn)（Control Point，CP）對整個(gè)系統進(jìn)行管理與協(xié)調，它通過(guò)標準的接口如USB與PC機相連，就可以成為一個(gè)接入PSTN的網(wǎng)關(guān)，同時(shí) ，在這個(gè)CP點(diǎn)中加入功率管理模塊，合理安排網(wǎng)絡(luò )中各種設備的喚醒和輪詢(xún)時(shí)間，就可以延長(cháng)電池使用的壽命。
　　在SWAP中，一個(gè)子網(wǎng)有一個(gè)24bit的ID號，最多能容納256個(gè)接入設備。這些接入設備主要分為四種類(lèi)型：
·連接點(diǎn)（Connection Point），相當于控制點(diǎn)CP，能支持語(yǔ)音和數據通信。
　　·語(yǔ)音終端設備，采用TDMA方式進(jìn)行語(yǔ)音通信。
　　·數據節點(diǎn)設備，采用CSMA／CA方式進(jìn)行數據通信。
　 ·其它能同時(shí)支持語(yǔ)音和數據業(yè)務(wù)的節點(diǎn)設備。
　　HomeRF1．x的終端實(shí)際上就已經(jīng)能實(shí)現真正意義上的漫游，但是在標準協(xié)議中對越區切換和多地址沖突的問(wèn)題沒(méi)有詳細的描述。新版的HomeRF2．0協(xié)議中對漫游機制進(jìn)行了規范性的描述，可以實(shí)現終端在相鄰接入點(diǎn)之間的無(wú)縫切換。