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基于HomeRF的家庭宽带网络

时间:03-11 来源:南京邮电学院 点击:

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

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