紅外與藍牙技術(shù)的比較

　　紅外與藍牙技術(shù)的比較

　　——近年來(lái)，隨著(zhù)各種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，學(xué)術(shù)界提出了一個(gè)新的概念，個(gè)人局域網(wǎng)（Personal Area Network，PAN）。

　　——PAN的核心思想是，用無(wú)線(xiàn)電或紅外線(xiàn)代替傳統的有線(xiàn)電纜，實(shí)現個(gè)人信息終端的智能化互聯(lián)，組建個(gè)人化的信息網(wǎng)絡(luò )。從計算機網(wǎng)絡(luò )的角度來(lái)看，PAN是一個(gè)局域網(wǎng)；從電信網(wǎng)絡(luò )的角度來(lái)看，PAN是一個(gè)接入網(wǎng)，因此有人把PAN稱(chēng)為電信網(wǎng)絡(luò )“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(chǎng)合。其主要應用范圍包括：話(huà)音通信網(wǎng)關(guān)、數據通信網(wǎng)關(guān)、信息電器互聯(lián)與信息自動(dòng)交換等。

　　四種PAN技術(shù)

　　——PAN的實(shí)現技術(shù)主要有：Bluetooth、IrDA、Home RF與UWB（Ultra-Wideband Radio）四種。

　　——藍牙（Bluetooth）技術(shù)是一種支持點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的話(huà)音、數據業(yè)務(wù)的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。它由愛(ài)立信、諾基亞、英特爾、IBM和東芝等公司提出與推廣。從1998年以來(lái)，推出了1.0A、1.0B標準并將推出2.0標準。它極大地推動(dòng)了PAN技術(shù)的發(fā)展，IEEE專(zhuān)門(mén)成立了IEEE 802.15小組負責研究基于藍牙的PAN技術(shù)。

　　——IrDA技術(shù)是目前四種技術(shù)中市場(chǎng)份額最大的，已經(jīng)安裝了至少5000萬(wàn)個(gè)單元。它采用紅外線(xiàn)作為通信媒介，支持各種速率的點(diǎn)到點(diǎn)的話(huà)音和數據業(yè)務(wù)，主要應用在嵌入式的系統和設備中。

　　——Home RF是由微軟、英特爾、惠普、摩托羅拉和康柏等公司開(kāi)發(fā)的。它的工作頻段為2.4GHz，話(huà)音通信采用DECT標準，數據通信采用TCP／IP。

　　——UWB是一種新技術(shù)。其概念類(lèi)似于雷達，在很寬的頻段內傳送短脈沖，將信息調制到脈沖的時(shí)間和頻率上。UWB的高性能和低功耗的優(yōu)點(diǎn)使得它將成為未來(lái)市場(chǎng)上強有力的競爭者之一。

　　——藍牙和IrDA做為兩種主要的PAN技術(shù)，各有特點(diǎn)。

　　——藍牙技術(shù)特征

　　——藍牙技術(shù)是做為一種“電纜替代”的技術(shù)提出來(lái)的，發(fā)展到今天已經(jīng)演化成了一種個(gè)人信息網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)。它將內嵌藍牙芯片的設備互聯(lián)起來(lái)，提供話(huà)音和數據的接入服務(wù)，實(shí)現信息的自動(dòng)交換和處理。

　　——藍牙主要針對三大類(lèi)的應用：話(huà)音／數據的接入、外圍設備互聯(lián)和個(gè)人局域網(wǎng)。話(huà)音／數據的接入是將一臺計算設備通過(guò)安全的無(wú)線(xiàn)鏈路連接到一個(gè)通信設備，完成與廣域通信網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)。外圍設備互聯(lián)是指將各種外設通過(guò)藍牙鏈路連接到主機。個(gè)人局域網(wǎng)的主要應用是個(gè)人網(wǎng)絡(luò )和信息的共享和交換。

　　——IrDA技術(shù)特征

　　——IrDA是一種短距離紅外線(xiàn)通信技術(shù)，適合于低成本、跨平臺、點(diǎn)對點(diǎn)高速數據連接，尤其是嵌入式系統。

　　——IrDA的主要應用：設備互聯(lián)、信息網(wǎng)關(guān)。設備互聯(lián)后可完成不同設備內文件與信息的交換。信息網(wǎng)關(guān)負責連接信息終端和互聯(lián)網(wǎng)。

　　藍牙與IrDA的比較

　　——下面將從協(xié)議架構、基帶與射頻、應用協(xié)議與安全性四個(gè)方面對藍牙和IrDA進(jìn)行對比。

　　——1 協(xié)議架構

　　——藍牙和LDA的協(xié)議堆如圖1、圖2所示。

　　圖2 IrDA協(xié)議堆

　　——IrDA和藍牙的協(xié)議堆都可以劃分成兩部分：核心協(xié)議和可選協(xié)議。

　　——IrDA和藍牙的核心協(xié)議非常類(lèi)似，包括：物理層協(xié)議、鏈路接入協(xié)議、鏈路管理協(xié)議和服務(wù)發(fā)現協(xié)議。核心協(xié)議完成對物理傳輸媒介的監測與控制，發(fā)現設備，可靠的數據鏈路的建立與維持，高層數據包的適配，不同協(xié)議數據的復用與流量控制。IrDA與藍牙在核心協(xié)議上的區別在于實(shí)現方式的不同，原因在于物理傳輸媒質(zhì)的不同。

　　——IrDA和藍牙的可選協(xié)議中有一些相同之處：提供虛擬串口通信，支持OBEX協(xié)議，支持話(huà)音數據流和呼叫控制。由于核心協(xié)議的差異和應用的不同，導致兩者的可選協(xié)議有相當大的區別，相同功能的實(shí)現方式也不盡相同。其區別主要基于：

　　——1）核心協(xié)議的實(shí)現方式不同：藍牙的LMP負責兩個(gè)藍牙設備問(wèn)的建鏈與控制，包括狀態(tài)監測、鑒權與加密和能源管理，但不負責業(yè)務(wù)數據的傳遞；IrDA的IrLMP負責數據的復用和高級別的業(yè)務(wù)發(fā)現。IrLAP建立可靠的數據鏈路，有差錯監測、數據重傳和低級別流控；藍牙的相應功能

　　由L2CAP協(xié)議完成。

　　——2）服務(wù)發(fā)現機制不同：藍牙中設備發(fā)現和服務(wù)發(fā)現分別由基帶協(xié)議和SDP協(xié)議完成。IrDA中對應的協(xié)議為ITLAP和IrLMP，IrLMP中的信息接入服務(wù)（IAS）提供了本設備所支持的服務(wù)類(lèi)型的信息。

　　——3）話(huà)音通信的處理方式不同：在藍牙中，話(huà)音編碼數據直接通過(guò)基帶協(xié)議傳輸，呼叫控制命令（TCS-BIN和AT-Commands）建立在虛擬串口協(xié)議RFCOMM上，通過(guò)L2CAP處理后，進(jìn)入基帶傳輸。IrDA中，話(huà)音數據流和呼叫控制信令都承載于TinyTP協(xié)議上，話(huà)音數據流的處理開(kāi)銷(xiāo)比藍牙大。藍牙的TCS-BIN協(xié)議，基于ITU-T Q.931標準，IrDA和藍牙的AT-Commands都基于ITU-T V.25和GSM07.07協(xié)議。

　　——4）通信的處理方式不同。藍牙支持兩種數據通信方式：OBEX協(xié)議和PPP協(xié)議。在OBEX的基礎上，藍牙支持各種數據對象的交換與同步，如vCard、vCalendar、vNote和vMessage等。在PPP協(xié)議上，構筑了WAP／UDP／IP和TCP／IP兩種協(xié)議架構，使得藍牙有能力承載互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的各種業(yè)務(wù)數據，極大地擴展了藍牙的應用范圍，這也是藍牙相對于IrDA的優(yōu)點(diǎn)之一。未來(lái)的藍牙2.0的版本中，OBEX協(xié)議將采用TCP／IP實(shí)現，從而藍牙的數據通信將以IP作為統一網(wǎng)絡(luò )層的協(xié)議，便于藍牙設備與基于IP的通信設備的互聯(lián)。IrDA的數據通信主要建立在OBEX的基礎上，立足于各種數據對象的高速交換與處理，提供了眾多的數據對象格式和靈活的操作方式。IrDA也提供了虛擬串口和并口，供應用程序選擇使用。

　　——2 基帶與射頻

　　——由于技術(shù)目標和傳輸媒介的不同，IrDA和藍牙在基帶和射頻部分（物理層和數據鏈路層）上有很大的區別，而正是這些區別決定了高層協(xié)議的差異（見(jiàn)表1）。

　　表1 IrDA和Bluetooth基帶與射頻部分對比

　　——從表1可以看出，IrDA具有這樣一些優(yōu)點(diǎn)：數據傳輸速率高，適合于傳輸容量較大的數據文件和多媒體數據流；紅外線(xiàn)發(fā)射角度較小，有一定的物理傳輸上的安全性。主要缺點(diǎn)是：傳輸距離短，受視距影響；要求通信設備的位置固定；點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸，無(wú)法靈活地組成網(wǎng)絡(luò )。

　　——藍牙的優(yōu)勢在于：使用全向天線(xiàn)，更容易發(fā)現設備；支持終端的移動(dòng)性；信號傳輸不受視距的影響，全雙工，最適合開(kāi)展話(huà)音業(yè)務(wù)，支持點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，易于組網(wǎng)。

　　——3 應用協(xié)議

　　——從技術(shù)的角度看，藍牙的應用可以分成基于OBEX的對象交換的應用、基于PPP的互聯(lián)網(wǎng)應用和話(huà)音通信應用三種。IrDA的應用有基于OBEX的對象交換的應用、基于IrLAN的局域網(wǎng)的應用和基于IrMC的移動(dòng)通信的應用三種。

　　——IrDA和藍牙都把數據對象的交換做為基本的功能，以OBEX協(xié)議作為高層的基礎協(xié)議，應用主要有：文件傳送（File Transfer）、對象推送（Object Push）和同步（Synchronisation）等。對象的類(lèi)型有：vCard、vMessage、vNotes和vCalendar等。IrDA中、短距離通信和窄的信號角度提供了簡(jiǎn)單的安全性，無(wú)需復雜的設備搜索程序，而藍牙則必須執行耗時(shí)的設備搜索和服務(wù)搜索程序，而且必須采用鑒權和加密機制才能保證信息的保密性。藍牙設備具有一定的移動(dòng)能力，而且無(wú)線(xiàn)電波的傳輸不受視距和障礙物的影響，從而保證了數據對象自動(dòng)地、隱蔽地完成交換，易于完成數據的同步，而IrDA技術(shù)由于受紅外線(xiàn)的限制，同步時(shí)設備的位置固定，通信鏈路上不能有任何障礙物：藍牙具有自動(dòng)組成piconet的能力，便于多臺終端之間交換數據對象，IrDA只能是點(diǎn)到點(diǎn)的通信。

　　——計算機網(wǎng)絡(luò )通信方面，IrDA與藍牙的應用大致相同：LAN接入和撥號網(wǎng)絡(luò )，但是兩者的概念、實(shí)現方式和應用范圍有很大的不同。用做LAN接入點(diǎn)時(shí)，藍牙不受視距和障礙物的限制，而且具有多點(diǎn)連接的能力，使得多臺藍牙設備可以分享LAN資源；IrDA則受限于視距傳輸和最大1m的傳輸距離，但是IrDA在近距離時(shí)的傳輸速率比藍牙高，適合于極短距離和高速LAN連接的應用場(chǎng)合。在撥號網(wǎng)絡(luò )的應用中，藍牙提供AT-Commands建立呼叫，業(yè)務(wù)數據采用TCP／IP／PPP／RFCOMM的方式傳遞，信令與數據分開(kāi)傳送。IrDA是基于IrCOMM，撥號網(wǎng)絡(luò )是IrDA的典型應用之一，但是與藍牙相比，它要求數據終端和調制解調器的距離小于1m，而且必須有視距信號。藍牙在計算機網(wǎng)絡(luò )通信方面的最大優(yōu)勢在于：數據和話(huà)音可以同時(shí)傳遞，具有更加靈活的業(yè)務(wù)傳遞能力。

　　——可進(jìn)行話(huà)音通信是藍牙技大的特點(diǎn)之一，藍牙特意設計了SCO的數據包用于承載話(huà)音編碼數據，為話(huà)音數據包預留了帶寬，充分保證話(huà)音質(zhì)量（QoS），制訂了處理話(huà)音通信信令的協(xié)議TCS-BIN。話(huà)音通信時(shí)，信令數據的傳遞建立在L2CAP上，話(huà)音數據直接通過(guò)基帶協(xié)議傳輸。藍牙話(huà)音通信的最大特點(diǎn)是話(huà)音業(yè)務(wù)和數據業(yè)務(wù)可以同時(shí)傳輸，但是應該指出話(huà)音數據的傳遞將導致piconet內數據吞吐量的急劇下降。理論上在一個(gè)piconet內藍牙技術(shù)最多同時(shí)支持三路全雙工的話(huà)音通信。話(huà)音通信并不是IrDA的設計出發(fā)點(diǎn)，但是在IrMC協(xié)議中的RTCON規定了在紅外鏈路上如何傳遞全雙工話(huà)音數據。RTCON只支持一路話(huà)音數據，并且不能與其他數據業(yè)務(wù)共享復用信道。IrDA的話(huà)音通信要求通信的雙方的位置固定，距離小于1m。IrDA話(huà)音通信最典型的場(chǎng)合是手機與耳機之間的通信。

　　——4 安全保證

　　——IrDA并不提供鏈路級的安全保證，它的安全保障來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：紅外線(xiàn)的短距離和小角度的傳輸特性提供了物理層的安全特性，但是無(wú)法避免通過(guò)監測反射的紅外線(xiàn)和濾除環(huán)境噪聲的竊聽(tīng)；IrDA主要依賴(lài)于高層協(xié)議提供的鑒權和加密機制，來(lái)保證通信的保密。

　　——Bluetootth的一個(gè)重要作用是“電纜替代”，而且藍牙采用了全向天線(xiàn)，這些都要求在藍牙的協(xié)議中充分保證通信的安全。藍牙的跳頻速度達到了1600hop／s，屬于快速跳頻技術(shù)，加上通信的短距離的特性，提供了一定程度的物理層的安全特性。藍牙的內置式安全特性主要有鏈路級和業(yè)務(wù)級的安全措施。采用了鑒權和加密手段。

　　——藍牙鏈路級的安全特性在L2CAP協(xié)議中完成?；阪溌访荑€的概念，密鑰為128比特長(cháng)的隨和序列。藍牙設備在每次建鏈時(shí)都要核對密鑰，通信時(shí)該密鑰將用于鑒權和加密。

　　——業(yè)務(wù)級的安全措施中采用了安全管理器的概念，來(lái)往制對藍牙設備和服務(wù)的接入。安全管理器可以對每一個(gè)設備和服務(wù)指定信任等級和訪(fǎng)問(wèn)極限。

　　——藍牙從物理層、鏈路層、業(yè)務(wù)層三個(gè)層次上提供安全措施，充分保證通信的保密性，使得藍牙成為PAN的最佳技術(shù)方案之一。

　　IrDA和藍牙互通的可行性

　　——IrDA和藍牙作為兩種主要的PAN技術(shù)，他們之間是一種互補的競爭關(guān)系，將會(huì )在市場(chǎng)上長(cháng)期共存下去，而彼此間的互通是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

　　——OBEI是IrDA和藍牙間互通的基礎之一。從系統實(shí)現的角度來(lái)看，IrDA和藍牙的系統架構基本相同?；鶐酒蜕漕l單元組成一個(gè)模塊，運行底層的物理層和鏈路層的功能；高層協(xié)議由單獨的CPU來(lái)運行。

　　——從市場(chǎng)的角度看，IrDA和藍牙都屬于低成本的無(wú)線(xiàn)互聯(lián)技術(shù)，其價(jià)格大約為7美元左右。因此應該發(fā)展基于ITDA和藍牙的雙模PAN終端。

　　——IrDA和藍牙雙模終端應具備以下特點(diǎn)：高層協(xié)議統一采用OBEX，基帶與射頻單元的集成芯片獨立放置，其余中間層協(xié)議在共用的CPU中獨立完成。這樣需要定義兩個(gè)接口：OBEX傳送層接口（OTI）和基帶射頻單元接口（BRI）。從軟件的角度來(lái)看，OTI是一個(gè)軟件接口，是操作系統的API，負責處理對不同的傳輸層函數的調用。BRI是一個(gè)硬件接口，它有相應的驅動(dòng)程序，負責CPU

　　單元與IrDA、藍牙的基帶射頻單元的連接。

　　——在這種互通的模式下，互通是通過(guò)相同的應用程序的數據對象實(shí)現的，也就是在文件對象層次上的互通。兩個(gè)協(xié)議的實(shí)現仍然是相互獨立的，對協(xié)議的選擇由應用程序根據實(shí)際需求在建鏈時(shí)協(xié)商決定。

　　——很多的分析家在分析PAN技術(shù)時(shí)，認為IrDA和藍牙技術(shù)兩者相同點(diǎn)甚多，市場(chǎng)的競爭將導致其中一種技術(shù)的消亡。但根據ITDA和藍牙各自的技術(shù)特點(diǎn)，兩種技術(shù)將長(cháng)期共存，互補發(fā)展。

　　——如進(jìn)一步開(kāi)發(fā)IrDA和藍牙雙模終端。則更將有助于兩種技大的優(yōu)勢互補，開(kāi)辟出個(gè)人局域網(wǎng)的新時(shí)代。