無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)：數字化家庭的核心

　　數字家庭的各個(gè)設備可通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)實(shí)現互操作，與目前的家電存在應用上的本質(zhì)區別。因此Wi-Fi、藍牙、ZigBee等能實(shí)現不同數據傳輸速率和距離的多種技術(shù)也針對家具中不同的應用場(chǎng)景而出現。

　　數字化家庭的概念和雛形早在數年前就由電子和IT技術(shù)的先驅們提出，其主要指代一種由家電、PC、移動(dòng)設備、傳感器和安防監控設備等構成的全自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )；所有終端均可通過(guò)統一或兼容的通訊技術(shù)實(shí)現無(wú)縫透明連接。例如各個(gè)房間內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)現無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋；相機、手機等移動(dòng)設備中的文件可隨意發(fā)送至某臺電腦；房屋內部無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（WSN）可根據環(huán)境中的人員密度和位置調節溫度和照明，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)出預警。數字家庭的各個(gè)設備可通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)實(shí)現互操作，與目前的家電存在應用上的本質(zhì)區別。因此Wi-Fi、藍牙、ZigBee等能實(shí)現不同數據傳輸速率和距離的多種技術(shù)也針對家具中不同的應用場(chǎng)景而出現。

　　備受爭議的UWB

　　UWB（Ultra-Wideband，超寬帶）是一種高效的低功耗寬帶無(wú)載波通信技術(shù)，其與傳統無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的顯著(zhù)區別在于，后者通過(guò)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(wú)線(xiàn)電能量，并占據較大的帶寬進(jìn)行脈沖定位（Pulse-Position）或時(shí)域調制（Time-Modulation），從而使耗電量顯著(zhù)減小。UWB的傳統應用是非合作式雷達（Non-Cooperative Radar）成像、傳感器數據采集、高精度定位和目標追蹤等。在日常應用領(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無(wú)線(xiàn)應用，如無(wú)線(xiàn)顯示技術(shù)和攝像頭、無(wú)線(xiàn)打印技術(shù)、無(wú)線(xiàn)音頻傳輸等。據稱(chēng)2008年下半年會(huì )推出UWB與藍牙的整合標準，以實(shí)現不同尺寸數據傳輸的高效率。

　　UWB技術(shù)曾被推為IEEE 802.15.3a個(gè)人局域網(wǎng)（PAN，Personal Area Network）標準草案，但經(jīng)過(guò)數年的時(shí)間仍未見(jiàn)任何進(jìn)展，整個(gè)過(guò)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(guò)UWB實(shí)現的數據傳輸與同一波段內的傳統窄帶方式或連續載波沒(méi)有過(guò)多的干擾，但研究顯示，大量的UWB收發(fā)器會(huì )使噪音水平顯著(zhù)上升，給通訊系統帶來(lái)很大負擔并影響其穩定性，而一些測試結果也顯示其無(wú)論是傳輸速率還是傳輸距離均遠低于預期。2006年基于UWB技術(shù)的Belkin無(wú)線(xiàn)USB Hub測試中，傳輸速率未超過(guò)6.35Mbps，而且接通范圍只有幾英尺，與當時(shí)宣稱(chēng)的30英尺距離以及480Mbps速率相差甚遠。博通（BroADCom）公司大中國區總經(jīng)理梁宜認為，UWB主要困境一個(gè)是傳輸距離和速率，第二是抗干擾的問(wèn)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)結果?？赡壳坝譀](méi)有其他可替代的技術(shù)出現，所以Wi-Fi在這方面開(kāi)始逐漸被看好。但同時(shí)也有許多分析人士認為，Belkin產(chǎn)品的測試并不是認證性測試，其試驗的正確性值得商榷，測試失敗也只能說(shuō)明Belkin的產(chǎn)品不能達到要求，而不一定是技術(shù)本身的問(wèn)題。

　　Wi-Fi是否會(huì )成為家網(wǎng)標準

　　Wi-Fi與UWB、ZigBee、藍牙等針對PAN技術(shù)的定位不同，主要用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)連接。根據IEEE802.11n版草案，速度可高達200 Mbps，充足的帶寬可較容易地實(shí)現上網(wǎng)瀏覽和在計算機之間傳送文件和數據。

　　梁宜認為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(mǎn)意，當然802.11a/b/g只有數十兆的帶寬還是明顯不夠的，即將確定正式技術(shù)標準的802.11n和MIMO就將十分適合這種應用；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。目前包括博通在內的廠(chǎng)商都在嘗試把802.11n引至消費電子產(chǎn)品中來(lái)，難點(diǎn)之一在于其數據傳輸的可靠性。在美國這個(gè)問(wèn)題還不是十分突出，因為他們的房屋結構主要是木制，所以數據傳輸較簡(jiǎn)單，而在中國和亞太地區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(shuō)802.11n將來(lái)一定能成為家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的標準，但現在看來(lái)，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，因而需要的功耗也更高；而在恒定的輻射功率下，Wi-Fi設備的性能將隨距離的增加出現幾何級數的下降。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(lái)越多地用于便攜式設備，例如PDA和移動(dòng)電話(huà)等。不過(guò)，Wi-Fi的功耗較大帶來(lái)的問(wèn)題不是僅僅對電池進(jìn)行擴容就能解決的，如果使用頻繁，電池可能很快耗盡。

　　Wibree：藍牙的替代者？

　　藍牙（Bluetooth）是構成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備的電纜，原始數據的傳輸速率為1Mbps或3Mbps（EDR，即增強數據速率），作用距離10m左右。大批量生產(chǎn)的最新版本是藍牙2.0版+EDR（同時(shí)2.1版+EDR已接近商品化）。

　　2001年Nokia的研究人員看到藍牙技術(shù)并不能覆蓋所有的無(wú)線(xiàn)應用需求，尤其是低功耗方面的應用，于是開(kāi)始了名為“Bluetooth Low End Extension（藍牙低端擴展技術(shù)）”的研發(fā)工作。該技術(shù)仍基于藍牙，但會(huì )實(shí)現更低的功耗和成本。經(jīng)過(guò)與合作伙伴的一系列開(kāi)發(fā)工作，其于2006年被正式推出后，商業(yè)名稱(chēng)更改為Wibree并成立了相應的聯(lián)盟。Wibree技術(shù)使應用不再局限于較大電池（可充電或AA），并可把無(wú)線(xiàn)連接的范圍擴大，包含了醫學(xué)、手表、玩具、體育用品和數以千計的其他消費性產(chǎn)品。隨后，非營(yíng)利行業(yè)組織Bluetooth SIG（藍牙技術(shù)聯(lián)盟）于2007年將Wibree定義為ULP 藍牙（Ultra-Low-Power Bluetooth）。

　　Wibree產(chǎn)品可實(shí)現比藍牙更小的尺寸和更高效的電池利用率。CR2032是許多超低功耗應用系統的首選電源，該型電池可用于Wibree產(chǎn)品，而藍牙設備卻不能，因為電池容量有限，大約僅為220mAh，最大電流在20mA左右。Thomas Embla Bonnerud介紹說(shuō)，藍牙技術(shù)的功耗隨運行模式變化，對于目前的藍牙2.0 + EDR設備，如果把主機與從機之間的傳輸能力全部應用起來(lái)，耗電會(huì )上升到約35mA~45mA；而如果簡(jiǎn)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量級。在一個(gè)數據流式音頻應用系統中，例如MP3播放器和耳機，可充電鋰離子電池的放電時(shí)間大約是10小時(shí)，而無(wú)線(xiàn)鼠標器中的兩節AA電池可以使用大約100小時(shí)。

　　Wibree的出現并不是為了取代藍牙，而是藍牙技術(shù)的重要補充。但在Bluetooth SIG市場(chǎng)總監Anders Edlund被問(wèn)及該組織如何看待這一技術(shù)時(shí)表示，對于Wibree到底是藍牙的補充還是競爭對手的問(wèn)題經(jīng)常有一些討論，我認為這兩種可能性同時(shí)存在。Thomas Embla Bonnerud認為，Wibree規范仍然處于起草階段，需要多久才能作為標準得到批準在大眾市場(chǎng)使用，對此工程往往抱悲觀(guān)的態(tài)度。藍牙技術(shù)用了七年時(shí)間實(shí)現成熟；但我認為基于藍牙的目前市場(chǎng)基礎，Wibree的普及應當會(huì )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牙競爭的野心，但實(shí)際上如果能在同樣的頻率實(shí)現更好的互操作性與更低的功耗和成本，用戶(hù)和廠(chǎng)商最終走向Wibree而舍棄已經(jīng)過(guò)時(shí)的藍牙也是市場(chǎng)的必然。