基于HomeRF的家庭宽带网络

【摘　要】讨论了HomeRF技术的原理和机制，并与其它几种家庭网络技术作了比较。
关键词：家庭网络 共享无线接入协议 HomeRF技术
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--关键EN(结束)←-->1 引　言
　　为了解决消费类电子设备（如PC机、可视电话、无绳电话、PDA等）之间互联的问题，使它们之间能实现信息共享，各种家庭网络技术应运而生。
　　目前最引人注目的家庭网络技术有HomeRF、Bluetooth、IEEE802．11(b)及HomePAN等。由ITU赞助，在Compaq、Intel、Philips、HP、IBM和Microsoft等几大公司的参与下，HomeRF工作小组致力于实现PC与其它来自不同国度、不同制造商的家用电器设备之间的数字通信。它制定的共享无线接入协议（Share Wirle ss Access Protocol，SWAP）结合了DECT和IEEE802．11的特点，提供了对语音和数据业务的支持，非常适合家居环境中的组网。
2 HomeRF技术
HomeRF的SWAP协议模型见图1，其协议层次与OSI网络模型有一定的映射关系，但不是完全一一对应。在SWAP中，MAC（介质访问层）对应数据链路层，在其上的协议层则根据开展的业务不同而有所差异，它用TCP/IP承载数据业务、UDP/IP承载流业务（诸如视频数据流等），同时，为了提供高质量的语音业务，还集成了DECT协议。

2．1 物理层
　　HomeRF工作在2.4GHz频段，它采用数字跳频扩频技术，速率为50跳/s，共有75个带宽为1MHz的跳频信道。调制方式为恒定包络的FSK调制，分为2FSK与4FSK两种。采用调频调制可以有效地抑制无线环境下的干扰和衰落。
在2FSK方式下，最大的数据传输速率为1Mb/s，4FSK方式下，速率可达2Mb/s。最新版HomeRF2.x中，采用了WBFH（Wide BandFrequency Hopping）技术来增加跳频带宽，由原来的1MHz增加到3MHz、5MHz，跳频的速率也增加到75跳/s，当然其数据峰值也高达10Mb/s，接近IEEE802．11b标准的11Mb/s，能满足未来的家庭宽带通信。它能根据数据传输速率动态调整跳频带宽，当传输速率较低（＜2Mb／s）时，采用1MHz的带宽，当速率为10Mb／s时，则用5MHz的带宽进行通信，如图2所示。

　　SWAP系统的功耗非常低，100mPW就能覆盖40米左右的范围，可以实现一般用户居室和花园的无缝覆盖 。
2．2 介质访问层（MAC）
　　SWAP的MAC层就相当于OSI模型中的数据链路层，因此它的功能主要是完成数据帧的封装、拆封等。
　　如图3所示，HomeRF将一个跳频点上的大部分时间用于数据通信，同时根据激活的话音信道数目，动态地为语音业务预留一部分资源，这符合了未来家庭通信以数据为主的发展趋势。为了满足实时通信的要求，SWAP为流业务（Stream Meadia）定义了高级别的优先权，可以随时占用信道资源。丢失的语音数据包，SWAP将在下一个跳频点的起始时刻进行重传。

　　对于数据通信，SWAP采用了IEEE802．11中的CSMA／CA（带冲突避免的载波侦听多路访问）方式，而语音业务则采用基于DECT系统的TDMA方式。
　　SWAP定义了两种类型的帧结构，一种是20ms的超帧（Superframe），另一种是10ms的子帧(Subfram　e)，这两种帧分别用于不同的场合。参见图4(a)，当网络中只有数据业务时，HomeRF将使用超帧，在一个跳频点上的通信时间为20ms，并且采用异步方式，当网络中有语音业务时，采用10ms的子帧，并增加了一个标志位（图4中的B标志），以同步方式进行通信。图4描述了同时进行语音、数据通信时，帧结构的变化情况。

2．3 网络层
　　如图1所示，SWAP采用了Internet的TCP／IP协议，TCP协议应用于一般的数据通信，而UDP协议用于开展流业务（Stream Media）。
　　SWAP组网的形式非常灵活，既可以采用ad－hoc网络，也可以作为控制网络使用。在ad－hoc结构的网络中，所有的接入点之间都是平等的，既可以作为主机也可以作为路由器，由各点对网络进行分布式控制，不过这种网络结构只支持数据通信，而对于对时间有要求的业务（例如语音通信等），则必须采用控制网络，这时就要有一个专门的控制点（Control Point，CP）对整个系统进行管理与协调，它通过标准的接口如USB与PC机相连，就可以成为一个接入PSTN的网关，同时 ，在这个CP点中加入功率管理模块，合理安排网络中各种设备的唤醒和轮询时间，就可以延长电池使用的寿命。
　　在SWAP中，一个子网有一个24bit的ID号，最多能容纳256个接入设备。这些接入设备主要分为四种类型：
·连接点（Connection Point），相当于控制点CP，能支持语音和数据通信。
　　·语音终端设备，采用TDMA方式进行语音通信。
　　·数据节点设备，采用CSMA／CA方式进行数据通信。
　 ·其它能同时支持语音和数据业务的节点设备。
　　HomeRF1．x的终端实际上就已经能实现真正意义上的漫游，但是在标准协议中对越区切换和多地址冲突的问题没有详细的描述。新版的HomeRF2．0协议中对漫游机制进行了规范性的描述，可以实现终端在相邻接入点之间的无缝切换。