1 引　言
　　為了解決消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備（如PC機(jī),、可視電話、無(wú)繩電話,、PDA等）之間互聯(lián)的問(wèn)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(lái)自不同國(guó)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(wú)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(duì)語(yǔ)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(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(duì)應(yīng),。在SWAP中,，MAC（介質(zhì)訪問(wèn)層）對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)鏈路層，在其上的協(xié)議層則根據(jù)開(kāi)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(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(shù)字跳頻擴(kuò)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(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(wú)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(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(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(mǎn)足未來(lái)的家庭寬帶通信,。它能根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率動(dòng)態(tài)調(diào)整跳頻帶寬,，當(dāng)傳輸速率較低（＜2Mb／s）時(shí)，采用1MHz的帶寬,，當(dāng)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(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(hù)居室和花園的無(wú)縫覆蓋 ,。
2．2 介質(zhì)訪問(wèn)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(gè)跳頻點(diǎn)上的大部分時(shí)間用于數(shù)據(jù)通信,，同時(shí)根據(jù)激活的話音信道數(shù)目，動(dòng)態(tài)地為語(yǔ)音業(yè)務(wù)預(yù)留一部分資源,，這符合了未來(lái)家庭通信以數(shù)據(jù)為主的發(fā)展趨勢(shì),。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(jí)別的優(yōu)先權(quán),，可以隨時(shí)占用信道資源,。丟失的語(yǔ)音數(shù)據(jù)包，SWAP將在下一個(gè)跳頻點(diǎn)的起始時(shí)刻進(jìn)行重傳,。
                 
　　對(duì)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(tīng)多路訪問(wèn)）方式，而語(yǔ)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(lèi)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(chǎng)合,。參見(jiàn)圖4(a)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中只有數(shù)據(jù)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(dāng)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(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(shí)進(jìn)行語(yǔ)音,、數(shù)據(jù)通信時(shí),，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(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(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(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式控制,，不過(guò)這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只支持?jǐn)?shù)據(jù)通信,，而對(duì)于對(duì)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理與協(xié)調(diào)，它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口如USB與PC機(jī)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(shè)備的喚醒和輪詢(xún)時(shí)間,，就可以延長(zhǎng)電池使用的壽命。
　　在SWAP中,，一個(gè)子網(wǎng)有一個(gè)24bit的ID號(hào),，最多能容納256個(gè)接入設(shè)備。這些接入設(shè)備主要分為四種類(lèi)型：
    ·連接點(diǎn)（Connection Point）,，相當(dāng)于控制點(diǎn)CP,，能支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信。
　　·語(yǔ)音終端設(shè)備,，采用TDMA方式進(jìn)行語(yǔ)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(shí)支持語(yǔ)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(duì)越區(qū)切換和多地址沖突的問(wèn)題沒(méi)有詳細(xì)的描述,。新版的HomeRF2．0協(xié)議中對(duì)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(wú)縫切換。
2．4 語(yǔ)音通信
　　為了提供高質(zhì)量的語(yǔ)音通信,，HomeRF繼承了目前相當(dāng)成功的無(wú)繩電話系統(tǒng)——DECT的協(xié)議與規(guī)范,。
　　HomeRF2．0的話音質(zhì)量可以達(dá)到4．1MOS，而一般的公用電話的質(zhì)量為4．3MOS,，移動(dòng)電話的語(yǔ)音質(zhì)量只有3．4MOS,。由于是以DECT為基礎(chǔ)，HomeRF能繼續(xù)支持各種新業(yè)務(wù),，諸如呼叫等待,、呼叫轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)中可容納多達(dá)8個(gè)激活的話音信道,。
　　2．4GHz ISM頻帶是對(duì)全球都開(kāi)放的頻帶,，廣泛應(yīng)用于科研,、工業(yè)、醫(yī)療系統(tǒng)中,，這一頻段幾乎所有國(guó)家,、企業(yè)、個(gè)人都無(wú)需申請(qǐng)就可以使用,，因此工作在這個(gè)頻段的無(wú)線通信系統(tǒng)會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源,，例如某些家電、無(wú)繩電話,、其它的無(wú)線局域網(wǎng),、微波爐等等，這些干擾會(huì)造成分組包的丟失,，為解決這個(gè)問(wèn)題,，HomeRF采用了重傳的機(jī)制，如圖5所示,，在頻點(diǎn)fN處,，由于外界的干擾造成語(yǔ)音數(shù)據(jù)包丟失，于是由CP控制點(diǎn)（ControlPoint）安排在下一個(gè)頻點(diǎn)的10ms時(shí)間里重傳,。
              
2．5 數(shù)據(jù)通信與流業(yè)務(wù)（Stream Media）
　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包的高效傳輸,，HomeRF采用了IEEE802．11標(biāo)準(zhǔn)中的CSMA/CA模式，它與CSMA/CD類(lèi)似,，以競(jìng)爭(zhēng)的方式來(lái)獲取對(duì)信道的控制權(quán),，在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上只能有一個(gè)接入點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)。
　　與其它協(xié)議不同的是,，HomeRF提供了對(duì)流業(yè)務(wù)（Stream Media）真正意義上的支持,。由于對(duì)流業(yè)務(wù)規(guī)定了高級(jí)別的優(yōu)先權(quán)并采用了帶有優(yōu)先權(quán)的重發(fā)機(jī)制，這樣就確保了實(shí)時(shí)性流業(yè)務(wù)所需的帶寬和低干擾,、低誤碼,。SWAP最多可以同時(shí)支持8個(gè)激活的流業(yè)務(wù)信道，這些流業(yè)務(wù)可以采用單工 ,、雙工及多播方式,。
　　流業(yè)務(wù)的典型應(yīng)用為交互式的視頻會(huì)議、無(wú)線耳機(jī),、杜比環(huán)繞立體聲等。
2．6 安全機(jī)制
　　隨機(jī)的跳頻方式以及低功率傳輸,，可以有效防止外界對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行惡意攻擊及截獲數(shù)據(jù),。HomeRF對(duì)數(shù)據(jù)采用了Blowfish加密算法（有多達(dá)1萬(wàn)億個(gè)碼字），進(jìn)一步增加了數(shù)據(jù)的安全性 ,。
3 與其它家庭網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的比較
　　家庭網(wǎng)絡(luò)主要分為兩大類(lèi)：有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò),。有線網(wǎng)絡(luò)主要是利用家中的電話線或電力線進(jìn)行組網(wǎng),；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)則主要是利用2．4GHz頻段的無(wú)線資源組網(wǎng)。
3．1 有線組網(wǎng)
3．1．1　電話線組網(wǎng)
　　HPNA組織（Home Phoneline Networking Alliance）制定了在現(xiàn)有電話線上實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn),，有1．0和2．0兩個(gè)版本,，其中HPNA1．0支持1Mbps的傳輸速率，而HPNA2．0可以達(dá)到2Mbps,。
　　HomePNA采用頻分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)有電話線上承載多業(yè)務(wù)而不相互干擾,，不同的業(yè)務(wù)被分配到了不同的頻段。HomePNA使用簡(jiǎn)單,、維護(hù)方便,，有較合適的性?xún)r(jià)比，支持Internet接入,，支持接口V．90,、ADSL和Cable Modem，而且它可以與以太網(wǎng)或HomeRF共同使用,。
3．1．2　電力線組網(wǎng)
　　利用家中現(xiàn)有的電力線也可以組網(wǎng),，Enikia、Intellon和Intelogis公司正從事這方面的工作 ,。數(shù)據(jù)在傳輸前先進(jìn)行加密,，而且信號(hào)衰減較快，從而保證了安全性,。但電力線有其缺陷：易受到諸如閃電之類(lèi)的干擾,，而且閃電還會(huì)對(duì)設(shè)備造成威脅。目前,，電力線網(wǎng)絡(luò)支持以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),，所以它們之間的軟件可以通用。
        
3．2 無(wú)線組網(wǎng)
　　連接家庭網(wǎng)絡(luò)最理想的技術(shù)就是無(wú)線通信技術(shù),。目前,，主要有三種家庭無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)：IEEE802．11（無(wú)線局域網(wǎng)）、HomeRF和Bluetooth藍(lán)牙技術(shù),。
3．2．1 IEEE802．11標(biāo)準(zhǔn)
　　IEEE802．11是無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),，它主要定義了物理層和MAC層的規(guī)范。在物理層,，支持紅外線,、FHSS跳頻擴(kuò)譜以及DSSS直擴(kuò)方式。其MAC層采用了CSMA／CA載波監(jiān)聽(tīng)多重訪問(wèn)／沖突避免（Carrier Sense Multi ple Access with Collision Avoidance）協(xié)議,。 802.11a和802．11b是兩個(gè)擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn),，802．11a工作在5GHz頻段，傳輸速率高達(dá)54Mb／s，而工作在2．4GHz頻段的802．11b則適合于家居環(huán)境,，最高速率可達(dá)11Mb／s,。
　　不過(guò)，IEEE802．11產(chǎn)品與HomeRF相比,，價(jià)格過(guò)高,，而且目前它只支持?jǐn)?shù)據(jù)通信。
3．2．2　Bluetooth技術(shù)
　　藍(lán)牙計(jì)劃是由愛(ài)立信,、諾基亞,、英特爾和東芝等五大公司發(fā)起的，它的目標(biāo)是提供一種通用的無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn),，用微波取代傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中錯(cuò)綜復(fù)雜的電纜,，在藍(lán)牙設(shè)備間實(shí)現(xiàn)方便快捷、靈活安全,、低成本低功耗的數(shù)據(jù)和話音通信,。
　　藍(lán)牙的工作頻段選在全球都可用的2．45 GHz，以1600跳／s的速率進(jìn)行跳頻通信,，以2.45GHz為中心頻率,，選用了79頻點(diǎn)，信道帶寬為1MHz,。在發(fā)射帶寬為1MHz時(shí),，其有效數(shù)據(jù)速率為721 kbit／s，通信范圍約為10米,。藍(lán)牙規(guī)范的協(xié)議棧采用分層結(jié)構(gòu),，完成數(shù)據(jù)流的過(guò)濾和傳輸、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸,、連接的建立和釋放,、鏈路的控制、數(shù)據(jù)的拆裝,、業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）,、協(xié)議的復(fù)用和分用等功能。
　　目前,，藍(lán)牙技術(shù)得到了許多廠家的支持,，但其在家居環(huán)境下的通信質(zhì)量依然不太理想，與HomeRF相比,，抗干擾能力不強(qiáng),，而且受到干擾后，數(shù)據(jù)速率迅速下降,。
　　總的來(lái)講,，IEEE802．11比較適于商業(yè)環(huán)境下的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),，藍(lán)牙技術(shù)適合于移動(dòng)設(shè)備之間的互連，而HomeRF則適合家居環(huán)境中的通信,。表1比較了這幾種技術(shù)的特點(diǎn)。
4　結(jié)束語(yǔ)
　　HomeRF不同于其它技術(shù)之處在于,，它從一開(kāi)始就定位于構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò),，充分考慮了家居環(huán)境中的各種因素，因此適合今后家庭的寬帶通信,。
　　在今后幾年,，家庭網(wǎng)絡(luò)的年平均增長(zhǎng)率將達(dá)到95%，而利用無(wú)線技術(shù)組網(wǎng)將呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì),，HomeRF技術(shù)以其良好的性?xún)r(jià)比已得到用戶(hù)的肯定,。