智能家居無線射頻（HomeRF）技術(shù)淺析

　　無線技術(shù)方案，HomeRF代替了需要鋪設(shè)昂貴傳輸線的有線家庭網(wǎng)絡(luò)，為網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，如筆記本電腦和應(yīng)用提供了漫游功能。

　　在美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）正式批準(zhǔn)HomeRF標(biāo)準(zhǔn)之前，HomeRF工作組已為在家庭范圍內(nèi)實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)的無線通信制訂出一個規(guī)范，這就是共享無線訪問協(xié)議（SWAP）。SWAP規(guī)范問世以后，除了擴(kuò)展高性能、多波段無繩電話技術(shù)以外，還極大地促進(jìn)了低成本無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。但是，HomeRF占據(jù)了與802.11b和Blue tooth相同的2.4G頻率段，并且在功能上過于局限家庭應(yīng)用，再考慮到802.11b在辦公領(lǐng)域已取得的地位，恐怕在今后難以有較大的作為。

　　在中國大陸，也有一些智能家居公司采用無線射頻技術(shù)，頻率主要采用433.29MHz，這種技術(shù)的優(yōu)點是部分產(chǎn)品無需重新布線，利用點對點的射頻技術(shù)，實現(xiàn)對家電和燈光的控制，安裝設(shè)置都比較方便，主要應(yīng)用于實現(xiàn)對某些特定電器或燈光的控制，成本適中。但系統(tǒng)功能比較弱，控制方式比較單一，且易受周圍無線設(shè)備環(huán)境特別是同頻及阻礙物干擾和屏蔽；較適用于新裝修戶和已裝修戶。
?

　　一、 概述

　　家庭射頻（HomeRF）技術(shù)是無繩電話技術(shù)（數(shù)字式增強(qiáng)型無繩電話或者簡稱為 DECT：Digital Enhanced Cordless Telephone）和無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)相互融合發(fā)展的產(chǎn)物。無線局域網(wǎng)IEEE802.11采用CSMA/CA（載波監(jiān)聽多點接入/沖突避免）方式，特別適合于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；而DECT使用TDMA（時分多路復(fù)用）方式，特別適合于話音通信，將二者進(jìn)行融合構(gòu)成家庭射頻使用的共享無線應(yīng)用協(xié)議（SWAP：Shared Wireless Access Protocol）。SWAP使用TDMA＋CSMA/CA方式，適合話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且特地為家庭小型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化。家庭射頻系統(tǒng)的設(shè)計目的就是為了在家用電器設(shè)備之間傳送話音和數(shù)據(jù)，并且能夠與公眾交換電話網(wǎng)（PSTN）和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交互式操作，家庭射頻系統(tǒng)設(shè)備連接示意圖如圖1所示。它工作于 2.4GHz　ISM頻段，采用數(shù)字跳頻擴(kuò)頻技術(shù)。支持TDMA業(yè)務(wù)和CSMA/CA業(yè)務(wù)，TDMA用于傳送交互式話音和其它時間敏感性業(yè)務(wù)，而CSMA /CA用于傳送高速分組數(shù)據(jù)。

　圖1　家庭射頻系統(tǒng)示意圖

　　一、 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。連接點CP（Connection Point）為網(wǎng)絡(luò)的核心。

　　CP有兩種類型：CSMA節(jié)點（帶電源管理）＋TDMA網(wǎng)絡(luò)管理；僅僅是CSMA＋電源管理。CP的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　與PSTN的連接可以是模擬信號、ISDN等。UDSL、CDSL、Cable Modem這樣的連接可以引入IWU與PC進(jìn)行通信。CP和PC之間的接口可以是USB、PC卡、PCI等。

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也有兩種類型：TDMA同步設(shè)備，稱為I節(jié)點，要求延時小的設(shè)備，如電話等。CSM異步設(shè)備，稱為A節(jié)點，可以使用TCP/IP協(xié)議的設(shè)備，如冰箱等。

　　在連接點（CP）的控制之下，SWAP系統(tǒng)即可以作為AD－DOC網(wǎng)也可以作為管理網(wǎng)。在AD網(wǎng)中只支持?jǐn)?shù)據(jù)通信，所有節(jié)點都是平等的，網(wǎng)絡(luò)的控制指令發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點。對于交互式通話這樣的時間敏感性業(yè)務(wù)，連接點要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)度。CP提供連入 PSTN的網(wǎng)關(guān)，它可以通過象USB這樣的標(biāo)準(zhǔn)接口與PC相連，從而支持增強(qiáng)型話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。SWAP還可以用CP進(jìn)行電源管理，通過采用定時喚醒查詢的方式來延長電池壽命。

　　網(wǎng)絡(luò)最大可以容納127個節(jié)點，這些節(jié)點可以是以下四種類型的任意一種混合型：

　　（1） 支持話音和數(shù)據(jù)的接入點。

　　（2） 僅僅使用TDMA業(yè)務(wù)與基站進(jìn)行通信的話音終端。

　　（3） 數(shù)據(jù)節(jié)點，使用CSMA/CA業(yè)務(wù)與基站或其它數(shù)據(jù)節(jié)點進(jìn)行通信。

　?。?） 兩種業(yè)務(wù)（TDMA，CSMA/CA）都可以使用的話音和數(shù)據(jù)節(jié)點。

　　一、 SWAP幀結(jié)構(gòu)

　　TDMA/CSMA的混合幀帶重發(fā)的I節(jié)點最多可達(dá)4個。無限制的虛擬A節(jié)點。如果是話音業(yè)務(wù)，由CP發(fā)出的信標(biāo)確定幀結(jié)構(gòu)。

　　二、 系統(tǒng)特征及主要參數(shù)

　　1．支持的站點數(shù)

　　每個網(wǎng)絡(luò)最高可達(dá)127個設(shè)備

　　2．使用2.4GHz　ISM頻段

　　跳頻（FH）擴(kuò)頻，每秒50跳。

　　100mW發(fā)射功率，通信距離150英尺，典型的家庭庭園范圍。

　　在微波爐開啟的情況下能很好地工作。

　　3．?dāng)?shù)據(jù)速率

　　使用2FSK時為1Mb/s，使用4FSK時為2Mb/s，可以與DSL，Cable， modem進(jìn)行匹配。

　　計劃到2000年達(dá)到10Mb/s的速率。

　　4．與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行了很好的結(jié)合

　　分組結(jié)構(gòu)很容易與以太網(wǎng)結(jié)合。

　　支持廣播、多點傳送和分組，48位IP地址，允許同一區(qū)域的多個網(wǎng)絡(luò)并行操作。

　　5．接近有線話音質(zhì)量的連接

　　基于32kb/s的ADPCM和DECT呼叫處理。

　　6．話音連接數(shù)：6條全雙工通信

　　7．?dāng)?shù)據(jù)保密性

　　采用Blowfish加密算法，提供基本的和增強(qiáng)性兩種保密級別。

　　使用24位的網(wǎng)絡(luò)ID號（基本功能），MAC層使用56位密鑰加密（可選）。

　　支持高密度住宅區(qū)。

　　8．?dāng)?shù)據(jù)壓縮：采用LZRW3－A算法

　　9．對移動設(shè)備提供強(qiáng)大的電源管理功能

　　10．簡化了物理層協(xié)議，降低設(shè)備費用

　　二、 應(yīng)用與前景

　　HomeRF是室內(nèi)有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，正如圖1中所示，使用SWAP技術(shù)，可以將家中的各種電器設(shè)備通過CP與PSTN以及互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)。朝著具備通信入網(wǎng)功能的智能化方向發(fā)展，符合入網(wǎng)要求的新型設(shè)備（比如智能化抽水馬桶）也會大量涌現(xiàn)，其市場前景是極其廣闊的。

?

?