基于HomeRF的家庭寬帶網絡

【摘　要】討論了HomeRF技術的原理和機制，并與其它幾種家庭網絡技術作了比較。
關鍵詞：家庭網絡 共享無線接入協議 HomeRF技術
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--關鍵EN(結束)←-->1 引　言
　　為了解決消費類電子設備（如PC機、可視電話、無繩電話、PDA等）之間互聯的問題，使它們之間能實現信息共享，各種家庭網絡技術應運而生。
　　目前最引人注目的家庭網絡技術有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工作小組致力于實現PC與其它來自不同國度、不同制造商的家用電器設備之間的數字通信。它制定的共享無線接入協議（Share Wirle ss Access Protocol，SWAP）結合了DECT和IEEE802．11的特點，提供了對語音和數據業務的支持，非常適合家居環境中的組網。
2 HomeRF技術
HomeRF的SWAP協議模型見圖1，其協議層次與OSI網絡模型有一定的映射關系，但不是完全一一對應。在SWAP中，MAC（介質訪問層）對應數據鏈路層，在其上的協議層則根據開展的業務不同而有所差異，它用TCP/IP承載數據業務、UDP/IP承載流業務（諸如視頻數據流等），同時，為了提供高質量的語音業務，還集成了DECT協議。

2．1 物理層
　　HomeRF工作在2.4GHz頻段，它采用數字跳頻擴頻技術，速率為50跳/s，共有75個帶寬為1MHz的跳頻信道。調制方式為恒定包絡的FSK調制，分為2FSK與4FSK兩種。采用調頻調制可以有效地抑制無線環境下的干擾和衰落。
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）技術來增加跳頻帶寬，由原來的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，能滿足未來的家庭寬帶通信。它能根據數據傳輸速率動態調整跳頻帶寬，當傳輸速率較低（＜2Mb／s）時，采用1MHz的帶寬，當速率為10Mb／s時，則用5MHz的帶寬進行通信，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，可以實現一般用戶居室和花園的無縫覆蓋 。
2．2 介質訪問層（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將一個跳頻點上的大部分時間用于數據通信，同時根據激活的話音信道數目，動態地為語音業務預留一部分資源，這符合了未來家庭通信以數據為主的發展趨勢。為了滿足實時通信的要求，SWAP為流業務（Stream Meadia）定義了高級別的優先權，可以隨時占用信道資源。丟失的語音數據包，SWAP將在下一個跳頻點的起始時刻進行重傳。

　　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多路訪問）方式，而語音業務則采用基于DECT系統的TDMA方式。
　　SWAP定義了兩種類型的幀結構，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合。參見圖4(a)，當網絡中只有數據業務時，HomeRF將使用超幀，在一個跳頻點上的通信時間為20ms，并且采用異步方式，當網絡中有語音業務時，采用10ms的子幀，并增加了一個標志位（圖4中的B標志），以同步方式進行通信。圖4描述了同時進行語音、數據通信時，幀結構的變化情況。

2．3 網絡層
　　如圖1所示，SWAP采用了Internet的TCP／IP協議，TCP協議應用于一般的數據通信，而UDP協議用于開展流業務（Stream Media）。
　　SWAP組網的形式非常靈活，既可以采用ad－hoc網絡，也可以作為控制網絡使用。在ad－hoc結構的網絡中，所有的接入點之間都是平等的，既可以作為主機也可以作為路由器，由各點對網絡進行分布式控制，不過這種網絡結構只支持數據通信，而對于對時間有要求的業務（例如語音通信等），則必須采用控制網絡，這時就要有一個專門的控制點（Control Point，CP）對整個系統進行管理與協調，它通過標準的接口如USB與PC機相連，就可以成為一個接入PSTN的網關，同時 ，在這個CP點中加入功率管理模塊，合理安排網絡中各種設備的喚醒和輪詢時間，就可以延長電池使用的壽命。
　　在SWAP中，一個子網有一個24bit的ID號，最多能容納256個接入設備。這些接入設備主要分為四種類型：
·連接點（Connection Point），相當于控制點CP，能支持語音和數據通信。
　　·語音終端設備，采用TDMA方式進行語音通信。
　　·數據節點設備，采用CSMA／CA方式進行數據通信。
　 ·其它能同時支持語音和數據業務的節點設備。
　　HomeRF1．x的終端實際上就已經能實現真正意義上的漫游，但是在標準協議中對越區切換和多地址沖突的問題沒有詳細的描述。新版的HomeRF2．0協議中對漫游機制進行了規范性的描述，可以實現終端在相鄰接入點之間的無縫切換。