家庭中的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　在傳統(tǒng)的家庭中，音響、游戲機(jī)、電視機(jī)，DVD等家用電器各自為政，獨(dú)立發(fā)揮設(shè)備在處理聲音，收發(fā)圖像和接收視頻節(jié)目等不同領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)；未來數(shù)字化的家庭以網(wǎng)絡(luò)為核心，在無線技術(shù)、超大容量的硬盤、各種通信標(biāo)準(zhǔn)、圖像芯片等新技術(shù)和新器件的支持下，將家庭中所有的信息設(shè)備智能互連，實(shí)現(xiàn)信息共享，達(dá)到隨時(shí)隨地交換資源。

　　一般地，家庭中娛樂功能的實(shí)現(xiàn)，如電視、DVD、音響等，基本上集中在客廳，而承載著信息獲取和交換功能的PC、網(wǎng)絡(luò)則主要存在于書房。隨著各種便攜式娛樂和信息交換產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)、相互滲透，對(duì)于娛樂和信息交換功能的需求在家庭中已經(jīng)無處不在：在家庭中的任意一個(gè)地方，臥室、起居室、廚房、浴室、衛(wèi)生間甚至儲(chǔ)藏室，無不都需要隨心所欲的娛樂和上網(wǎng)，而不是僅僅局限在客廳和書房里。

　　家庭中各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，可以讓家中的電腦和各種家電設(shè)備不必通過繁復(fù)的纜線就可以聯(lián)系起來，帶給我們更多的自由、簡(jiǎn)捷和方便。

　　一、家庭無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求

　　基于802.11x無線技術(shù)的無線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)和產(chǎn)品現(xiàn)在已經(jīng)在公司內(nèi)部和公眾場(chǎng)合中普及起來，目前市面上的家庭無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品大部分也基于802.11x 無線技術(shù)。但實(shí)際上，家庭無線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求與公用無線網(wǎng)絡(luò)有所不同，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　l.數(shù)據(jù)傳輸帶寬

　　在家庭應(yīng)用中，數(shù)字多媒體應(yīng)用占重要比例，例如，用數(shù)字顯示裝置(如液晶電視)收看存儲(chǔ)在媒體適配器上的DVD或高清晰MPEG2視頻流，用MP3播放機(jī)播放存儲(chǔ)在家中某一臺(tái)PC機(jī)上的MP3音頻流。因此，家庭無線網(wǎng)絡(luò)必須擁有支持傳輸多路數(shù)字視頻/音頻的帶寬。我們知道，數(shù)字顯示裝置(等離子電視或屏幕投影裝置)、PDA和MP3播放機(jī)所使用的數(shù)據(jù)格式通常在幾百Kbps(如MP3的音頻流為可達(dá)到320Kbps)至數(shù)十Mbps(如對(duì)DVD視頻流來說為1OMbps，高清晰MPEG2視頻流為2.5Mbps)。給數(shù)字娛樂裝置增加無線網(wǎng)絡(luò)功能，能滿足應(yīng)用需求的足夠?qū)挃?shù)據(jù)傳輸帶寬顯然是必不可少的。

　　2.低廉的價(jià)格

　　有調(diào)研顯示，讓一個(gè)家用裝置增加無線連接功能，用戶通常只愿意多花5%至10%的費(fèi)用，這對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的制造商無疑是很大的考驗(yàn)。

　　3.動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置

　　一種靈活和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置同樣對(duì)家庭用戶是非常重要的。在家庭無線網(wǎng)絡(luò)中，無線應(yīng)用裝置的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的空間范圍隨著不同的家庭而不同。這就必須應(yīng)用一種靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?！熬W(wǎng)狀”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)讓網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)裝置都可以充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)接入點(diǎn)，讓各個(gè)應(yīng)用裝置充當(dāng)連接其他裝置的橋梁，用戶就可以獲得更大無線應(yīng)用空間范圍。甚至在必要的時(shí)候，一些價(jià)格低廉的橋接裝置可以被固定在房間的墻上，通過這些裝置的接力，我們就可以連接到更遠(yuǎn)的距離?！熬W(wǎng)狀”的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有更大的網(wǎng)絡(luò)接入性能和更大的應(yīng)用空間覆蓋面積，這保證了家中的更多的裝置可以接入家庭無線網(wǎng)絡(luò)。

　　4.無線功能的模塊化

　　目前在家庭數(shù)字設(shè)備上增加一個(gè)具有無線功能的外置盒很容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的無線應(yīng)用功能，但這只能是一種簡(jiǎn)單的過渡做法。隨著家庭無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，無線功能模塊最終將以無線網(wǎng)絡(luò)功能芯片的形式被整合到產(chǎn)品當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品無線功能的硬件化和集成化。

　　二、現(xiàn)有家庭寬帶無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的比較

　　目前市場(chǎng)現(xiàn)有的家庭寬帶無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決方案普遍是在802.11x無線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)上建立的。

　　1.802.11x(802.11b/802.11a/802.11g)

　　基于802.11x(802.11b/802.11a/802.l1g)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：用戶使用一個(gè)無線寬帶接入點(diǎn)(AP，Access Point)連接上寬帶網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，就可以讓整個(gè)家庭中帶有無線網(wǎng)卡的電子設(shè)備使用上寬帶網(wǎng)絡(luò)。

　　(1)IEEE 802.llb

　　802.11b也被稱作“無線通訊保真”。(即Wi-Fi)是一種主流的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以在星巴克咖啡廳等公共集中訪問區(qū)和公共機(jī)場(chǎng)中看到這一2.4 GHz的技術(shù)的應(yīng)用。IEEE 802.11b無線技術(shù)的最高數(shù)據(jù)傳輸速度為11Mbps，它適用于那些諸如文件共享和郵件發(fā)送等商務(wù)應(yīng)用場(chǎng)合。由于業(yè)界的強(qiáng)力支持，802.11b技術(shù)在企業(yè)級(jí)市場(chǎng)已經(jīng)大有作為。雖然現(xiàn)在802.11b已經(jīng)被應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)，如果不經(jīng)常在計(jì)算機(jī)之間傳輸大型文件，并且希望使用無線網(wǎng)絡(luò)來共享Internet連接，則802.llb標(biāo)準(zhǔn)無疑是最佳之選，但顯然11Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速度并不能滿足家用市場(chǎng)的多媒體應(yīng)用需求。

　　(2)IEEE 802.11b+

　　802.11b+是比802.11b稍快的版本，目前已在部分網(wǎng)絡(luò)中得到使用。它使用了一度頗受關(guān)注但因?yàn)?02.11g標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)而遭放棄的數(shù)據(jù)包二進(jìn)制卷積代碼(Packet Binary Convolutional Code，PBCC)。盡管802.11b+技術(shù)在802.11b的基礎(chǔ)上僅將速度提高了20%，但對(duì)提供更好的總體體驗(yàn)而言，這2-3 Mbps的差別可能已經(jīng)足夠獲得比802.llb更大的覆蓋范圍和更佳的帶寬。對(duì)于時(shí)常要在計(jì)算機(jī)之間傳輸大型文件的家庭和小型辦公室用戶，802.11b+設(shè)備可以通過其更快的速度提供更好的體驗(yàn)。

　　(3)IEEE 802.lla

　　802.lla是目前可用的最快802.ll版本。IEEE 802.11a無線技術(shù)使用正交頻分多路復(fù)用(0FDM)調(diào)制技術(shù)，在5GHz頻帶中的最高數(shù)據(jù)傳輸速度為54Mbps，有效負(fù)載速度大約為35Mbps。雖然802.1la具有支持多路數(shù)碼視頻/音頻的潛在能力，但其MAC(Medium Access Control，媒體訪問控制)協(xié)議基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，造成了802.11a在多媒體數(shù)據(jù)流傳送L的不足。而且，802.lla僅在較高速率下才能有效應(yīng)付視頻和音頻的DVD品質(zhì)的流式傳輸。其效力會(huì)隨著距離的增加、信號(hào)強(qiáng)度的減弱而降低。

　　(4)IEEE 802.11g

　　802.11g使用和802.11b相同的2.4CHz的頻率，雖技術(shù)目前尚不可用，但該標(biāo)準(zhǔn)承諾在使用2.4GHz時(shí)最高的數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)54Mbps，有效負(fù)載速度大約為35Mbps。802.11g兼容802.11b，是一種用于諸如文件共享和郵件收發(fā)等商務(wù)應(yīng)用的很好的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案。但是做為一種802.11x技術(shù)，802.11g同樣存在如同802.11a和802.llb一樣的MAC協(xié)議以及能耗問題，所以802.llg并不適合用于家庭多媒體連接。

表1　802.11x(802.11b/802.11a/802.11g)技術(shù)指標(biāo)比較表

　　802.11g

　　表1對(duì)802.11b、802.lla、802.11g的技術(shù)指標(biāo)作了比較。在以上介紹的IEEE 802.llx幾種技術(shù)中，802.11b連接能保持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定速度，而且在距離變大時(shí)速度的下降情況也輕微一些；802.11a開始時(shí)的速率為54Mbps，但隨著離無線訪問點(diǎn)的距離增加，它下降得非常快，會(huì)分別下降為48、36、24、18、12、9和6 Mbps。同樣，802.11b+也會(huì)迅速下降為11、5.5、2和1Mbps。

　　IEEE 802.11x技術(shù)使用的是應(yīng)用于諸如以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基于數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它并沒有整合專門應(yīng)用于多媒體數(shù)據(jù)流的傳輸協(xié)議。而且基于這種技術(shù)的無線信號(hào)易受到墻壁、樓層的阻擋，也易受磁場(chǎng)干擾，從而影響網(wǎng)絡(luò)連接速度及在無線網(wǎng)絡(luò)中能達(dá)到的持續(xù)性能。此外，它的1.5W至2W左右的能耗使它完全不適用于如PDA這些使用電池的裝置。

　　2.藍(lán)牙

　　藍(lán)牙無線技術(shù)不是一種高速度傳輸技術(shù)也不是一種為網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的技術(shù)，雖然藍(lán)牙技術(shù)有低成本、低功耗、高可靠性和兼容性等特點(diǎn)，但其數(shù)據(jù)傳輸速度低于1Mbps。藍(lán)牙主要被應(yīng)用于移動(dòng)電話、PDA、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、便攜式游戲機(jī)、便攜式MP3播放機(jī)等裝置間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，如手機(jī)和筆記本電腦間通過藍(lán)牙連接來進(jìn)行信息數(shù)據(jù)同步等。藍(lán)牙無線技術(shù)不適合流媒體應(yīng)用。事實(shí)上，藍(lán)牙應(yīng)用的主要推動(dòng)力是用于移動(dòng)電話的無線頭戴耳機(jī)。

　　通過以上對(duì)目前常見的幾種無線技術(shù)的分析，我們可以知道盡管目前市面上的家庭無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品大部分基于802.11x無線技術(shù)，但主要針對(duì)辦公和公眾場(chǎng)所應(yīng)用的無線解決方案很難存數(shù)據(jù)傳輸速度、電能耗和產(chǎn)品價(jià)格等方面滿足家庭無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求，而在短距離內(nèi)傳送速度可高達(dá)數(shù)百M(fèi)bps的超寬帶無線技術(shù)以其較高的數(shù)據(jù)傳輸速度，最有可能成為家庭無線網(wǎng)絡(luò)的主角。

　　三、數(shù)字家庭中適用的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　與有線網(wǎng)中以太網(wǎng)“一統(tǒng)天下”不同，無線網(wǎng)在無線局域網(wǎng)WLAN(Wireless Local Access Network)和無線家庭局域網(wǎng)/WPAN(Wireless Personal Access Network)領(lǐng)域飽受標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、速度偏慢和安全等問題的困擾。這種混雜的局面也許會(huì)因以下幾種數(shù)字家庭中適用的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的出現(xiàn)而徹底發(fā)生改變。

　　1.超寬帶(UWB，U1tra Wide Band)

　　超寬帶是一種用脈沖波形信號(hào)變化來代替連續(xù)的載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線技術(shù)。傳統(tǒng)的無線技術(shù)通過無線電載波的頻率和功率的變化來傳輸信息，而超寬帶則是以基帶的方式通過發(fā)送脈沖無線電信號(hào)傳送數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)無線技術(shù)在通信時(shí)需要連續(xù)發(fā)出載波，這就要不停地消耗電能。而超寬帶技術(shù)在通訊時(shí)只在需要時(shí)才發(fā)送出脈沖電波，這大大減少了耗電量。更重要的是，超寬帶的脈沖寬度能被控制在l納秒以下，因此通過其超寬的頻帶就可以實(shí)現(xiàn)幾百M(fèi)bps的高速數(shù)據(jù)傳輸。

　　超寬帶的性能特征，決定了其特定的應(yīng)用場(chǎng)合。超寬帶有很低的功耗和很高的數(shù)據(jù)傳輸速度，但發(fā)射功率過小也限制了其傳輸?shù)木嚯x。因而不適合被用于有比較大的空間傳輸距離要求的無線局域網(wǎng)或無線廣域網(wǎng)，但卻非常適用于無線家庭局域網(wǎng)，對(duì)于10米以內(nèi)的距離，UWB可以發(fā)揮出高達(dá)數(shù)百M(fèi)bit/s的傳輸性能，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場(chǎng)所的高速無線接入中。

　　超寬帶UWB技術(shù)作為一種低功耗、高帶寬并且相對(duì)簡(jiǎn)單的無線通信技術(shù)，在未來數(shù)字家庭中有廣泛的應(yīng)用前景。UWB的應(yīng)用可以有以下幾個(gè)方面：(1)各種電腦外圍設(shè)備之間(如存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備)的無線連接，這將會(huì)大大提高電腦應(yīng)用的易用性和更好地發(fā)揮電腦的性能。(2)在各種電腦裝置和家用電器(如數(shù)碼照相機(jī)、攝像機(jī)、MP3播放機(jī)、投影機(jī)、電視和車上應(yīng)用裝置等)之間實(shí)現(xiàn)高速無線數(shù)字信息傳輸，為用戶提供全新的應(yīng)用體驗(yàn)。(3)想隨時(shí)隨地獲得信息的用戶，也將從高性能低能耗的無線家庭局域網(wǎng)中得到更大的自由。

　　盡管超寬帶可以提供非常高的數(shù)據(jù)傳輸性能，但這種高性能只在有限的距離內(nèi)有效。長(zhǎng)距離應(yīng)用適合使用諸如802.11g、IEEE802.llb這樣的無線局域網(wǎng)技術(shù)。

　　目前IEEE802.15委員會(huì)正在制訂超寬帶標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)提出的超寬帶規(guī)格方案有兩個(gè)，一個(gè)是由摩托羅拉公司等提倡的“DS-SS方式”，另一個(gè)是由英特爾和德州儀器等提倡的“多頻帶(Multiband)OFDM方式”。其中，多頻帶0FDM方式似乎受到了更多公司的支持，已經(jīng)有60多家公司加入了多頻帶OFDM聯(lián)盟。

　　2.ZigBee

　　ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。它此前被稱作“HomeRF Lite”或“FireFly”無線技術(shù)，主要用于近距離無線連接。ZigBee的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)由IEEE 802.15工作組負(fù)責(zé)制訂，被稱作IEEE 802.15.4(ZigBee)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee協(xié)議比藍(lán)牙、高速率個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(PAN)或802.11x無線局域網(wǎng)更簡(jiǎn)單實(shí)用。

　　ZigBee技術(shù)的主要特點(diǎn)包括以下幾個(gè)部分：(1)數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有1Okbps-250kbps，專注于低傳輸應(yīng)用；(2)功耗低。在低耗電待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)干電池可使用6個(gè)月以上。這也是ZigBee一直引以為豪的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；(3)成本低。因?yàn)閆igBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，所以大大降低了成本。據(jù)投入ZigBee開發(fā)的飛利浦及摩托羅拉預(yù)估，ZigBee的芯片成本低，比起基于藍(lán)牙技術(shù)的芯片更具價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力；(4)網(wǎng)絡(luò)容量大每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備，也就是每個(gè)ZigBee設(shè)備可以與另外254臺(tái)設(shè)備相連接；(5)有效范圍小。有效覆蓋范圍l0-75m之間，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境；(6)工作頻段靈活。使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz(歐洲)及9l5MHz(美國(guó))，均為免執(zhí)照頻段。

　　ZigBee主要應(yīng)用在短距離范圍之內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。ZigBee的目標(biāo)市場(chǎng)主要有PC外設(shè)(鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿)、消費(fèi)類電子設(shè)備(TV、VCR、CD、VCD、DVD等設(shè)備上的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計(jì)量控制及報(bào)警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(hù)(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動(dòng)控制設(shè)備)等非常廣闊的領(lǐng)域。

　　3.WiMAX

　　WiMAX是一項(xiàng)新興的無線通信技術(shù)，全稱為World Interoperability for Microwave Access(全球微波接入互操作性)，又稱為802.16，該技術(shù)提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接。

　　WiMax 與Wi-Fi，屬于同一類技術(shù)，Wi-Fi是家庭及企業(yè)內(nèi)部等短距離的無線接入技術(shù)，對(duì)于在3到5英里的范圍內(nèi)運(yùn)用WiMax無線上網(wǎng)的效果更理想。換句話說，Wi-Fi解決的是無線局域網(wǎng)的接入問題，而WiMAX 解決的是無線城域網(wǎng)的問題。Wi-Fi只能把互聯(lián)網(wǎng)的連接信號(hào)傳送到300英尺遠(yuǎn)的地方，WiMAX則能把信號(hào)傳送3l英里之遠(yuǎn)。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)連接速度為54Mbps，而WiMAX為70Mbps。

　　WiMax作為一種無線城域網(wǎng)技術(shù)，部署速度更快，擴(kuò)展能力更強(qiáng)，靈活性更高，其3l英里的覆蓋范圍和70Mbps的速度將對(duì)3G構(gòu)成威脅。這種基于TEEE 802.16的接入方式是僅次于CATV和DSL的第三大寬帶接入方式，因此能夠?yàn)槟切o法享受到或不滿意有線寬帶接入的客戶提供最后一公里的寬帶接入。
　
　　四、數(shù)字家庭中寬帶無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

　　家庭寬帶無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，帶給我們的不僅是沒有了線纜的便利，還會(huì)帶給我們更多的新應(yīng)用模式。

　　1.可以用無線的方式來架建家庭影院系統(tǒng)，這樣的影院系統(tǒng)不僅擁有目前有線家庭影院系統(tǒng)的全部功能，還將給用戶帶來全新的應(yīng)用感受。

　　2.在家庭無線網(wǎng)絡(luò)上，一個(gè)房間中的DVD播放機(jī)播放的節(jié)目，可以在另外一個(gè)房間中的電視或掛在墻上的大屏幕顯示裝置上播放出來，而由于信號(hào)的傳輸過程是無線的，因此不用考慮到為了裝飾美觀而“隱藏”信號(hào)傳輸線的問題。

　　3.無線寬帶技術(shù)讓用戶在家中的任何一個(gè)房間，都可以很方便地欣賞到通過電纜、衛(wèi)星或ADSL傳送過來的寬帶節(jié)目。

　　4.將MP3播放機(jī)放到臺(tái)式電腦或筆記本電腦周圍，就可以從臺(tái)式電腦或筆記本電腦上下載MP3歌曲。

　　5.電子游戲機(jī)、游戲搖桿/游戲控制器和顯示屏幕也可以用無線的方式連接起來。

　　6.家中的不同成員可以同時(shí)使用同一臺(tái)電腦做不同的事。當(dāng)你用書房里的電腦上網(wǎng)瀏覽、玩游戲或處理文件的時(shí)候，你的家人同樣可以在客廳里使用電視或音響欣賞你書房里同一臺(tái)電腦上播放的數(shù)字媒體節(jié)目。

　　7.目前，要從數(shù)碼相機(jī)中輸出照片時(shí)，我們需要用到USB連接線或電腦上的儲(chǔ)存卡讀卡器。如果應(yīng)用了無線技術(shù)，用戶只要將數(shù)碼相機(jī)靠近顯示裝置(如電視)，數(shù)碼相機(jī)中的照片就可以在顯示裝置上播放出來。

　　家庭寬帶無線連接應(yīng)用的前景是令人激動(dòng)的，業(yè)界對(duì)此也已經(jīng)投入極大的關(guān)注。我們必須認(rèn)識(shí)到，家用寬帶無線網(wǎng)絡(luò)不僅需要有高的數(shù)據(jù)傳輸速度，而且用戶對(duì)產(chǎn)品的價(jià)格更加敏感，同時(shí)盡量減少設(shè)備的耗電量。鑒于家用寬帶無線網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)新興的無線應(yīng)用領(lǐng)域，因此對(duì)滿足家用市場(chǎng)需求的無線技術(shù)尚在不斷探尋之中。