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(lián)的問題,，使它們之間能實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)字通信,。它制定的共享無線接入?yún)f(xié)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(shù)據(jù)業(yè)務的支持,，非常適合家居環(huán)境中的組網。
2 HomeRF技術
    HomeRF的SWAP協(xié)議模型見圖1,，其協(xié)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(shù)據(jù)鏈路層,，在其上的協(xié)議層則根據(jù)開展的業(yè)務不同而有所差異，它用TCP/IP承載數(shù)據(jù)業(yè)務,、UDP/IP承載流業(yè)務（諸如視頻數(shù)據(jù)流等）,，同時，為了提供高質量的語音業(yè)務,，還集成了DECT協(xié)議,。
                           
2．1 物理層
　　HomeRF工作在2.4GHz頻段,，它采用數(shù)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(huán)境下的干擾和衰落,。
    在2FSK方式下，最大的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率動態(tài)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(tǒng)的功耗非常低，100mPW就能覆蓋40米左右的范圍,，可以實現(xiàn)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(shù)據(jù)鏈路層，因此它的功能主要是完成數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通信,，同時根據(jù)激活的話音信道數(shù)目,，動態(tài)地為語音業(yè)務預留一部分資源，這符合了未來家庭通信以數(shù)據(jù)為主的發(fā)展趨勢,。為了滿足實時通信的要求,，SWAP為流業(yè)務（Stream Meadia）定義了高級別的優(yōu)先權，可以隨時占用信道資源。丟失的語音數(shù)據(jù)包,，SWAP將在下一個跳頻點的起始時刻進行重傳,。
                 
　　對于數(shù)據(jù)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(yè)務則采用基于DECT系統(tǒng)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(shù)據(jù)業(yè)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(yè)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(shù)據(jù)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(xié)議，TCP協(xié)議應用于一般的數(shù)據(jù)通信,，而UDP協(xié)議用于開展流業(yè)務（Stream Media）,。
　　SWAP組網的形式非常靈活，既可以采用ad－h(huán)oc網絡,，也可以作為控制網絡使用,。在ad－h(huán)oc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(shù)據(jù)通信,，而對于對時間有要求的業(yè)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(tǒng)進行管理與協(xié)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(shù)據(jù)通信,。
　　·語音終端設備,，采用TDMA方式進行語音通信。
　　·數(shù)據(jù)節(jié)點設備,，采用CSMA／CA方式進行數(shù)據(jù)通信,。
　  ·其它能同時支持語音和數(shù)據(jù)業(yè)務的節(jié)點設備。
　　HomeRF1．x的終端實際上就已經能實現(xiàn)真正意義上的漫游,，但是在標準協(xié)議中對越區(qū)切換和多地址沖突的問題沒有詳細的描述,。新版的HomeRF2．0協(xié)議中對漫游機制進行了規(guī)范性的描述，可以實現(xiàn)終端在相鄰接入點之間的無縫切換,。
2．4 語音通信
　　為了提供高質量的語音通信,，HomeRF繼承了目前相當成功的無繩電話系統(tǒng)——DECT的協(xié)議與規(guī)范。
　　HomeRF2．0的話音質量可以達到4．1MOS,，而一般的公用電話的質量為4．3MOS,，移動電話的語音質量只有3．4MOS。由于是以DECT為基礎,，HomeRF能繼續(xù)支持各種新業(yè)務,，諸如呼叫等待、呼叫轉移,，系統(tǒng)中可容納多達8個激活的話音信道,。
　　2．4GHz ISM頻帶是對全球都開放的頻帶，廣泛應用于科研,、工業(yè),、醫(yī)療系統(tǒng)中，這一頻段幾乎所有國家,、企業(yè),、個人都無需申請就可以使用，因此工作在這個頻段的無線通信系統(tǒng)會遇到不可預測的干擾源,，例如某些家電,、無繩電話、其它的無線局域網、微波爐等等,，這些干擾會造成分組包的丟失,，為解決這個問題，HomeRF采用了重傳的機制,，如圖5所示,，在頻點fN處，由于外界的干擾造成語音數(shù)據(jù)包丟失,，于是由CP控制點（ControlPoint）安排在下一個頻點的10ms時間里重傳,。
              
2．5 數(shù)據(jù)通信與流業(yè)務（Stream Media）
　　為了實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的高效傳輸，HomeRF采用了IEEE802．11標準中的CSMA/CA模式,，它與CSMA/CD類似,，以競爭的方式來獲取對信道的控制權，在一個時間點上只能有一個接入點在網絡中傳輸數(shù)據(jù),。
　　與其它協(xié)議不同的是,，HomeRF提供了對流業(yè)務（Stream Media）真正意義上的支持。由于對流業(yè)務規(guī)定了高級別的優(yōu)先權并采用了帶有優(yōu)先權的重發(fā)機制,，這樣就確保了實時性流業(yè)務所需的帶寬和低干擾,、低誤碼。SWAP最多可以同時支持8個激活的流業(yè)務信道,，這些流業(yè)務可以采用單工 ,、雙工及多播方式。
　　流業(yè)務的典型應用為交互式的視頻會議,、無線耳機、杜比環(huán)繞立體聲等,。
2．6 安全機制
　　隨機的跳頻方式以及低功率傳輸,，可以有效防止外界對系統(tǒng)進行惡意攻擊及截獲數(shù)據(jù)。HomeRF對數(shù)據(jù)采用了Blowfish加密算法（有多達1萬億個碼字）,，進一步增加了數(shù)據(jù)的安全性 ,。
3 與其它家庭網絡協(xié)議的比較
　　家庭網絡主要分為兩大類：有線網絡和無線網絡。有線網絡主要是利用家中的電話線或電力線進行組網,；無線網絡則主要是利用2．4GHz頻段的無線資源組網,。
3．1 有線組網
3．1．1　電話線組網
　　HPNA組織（Home Phoneline Networking Alliance）制定了在現(xiàn)有電話線上實現(xiàn)家庭網絡的標準，有1．0和2．0兩個版本,，其中HPNA1．0支持1Mbps的傳輸速率,，而HPNA2．0可以達到2Mbps。
　　HomePNA采用頻分復用技術實現(xiàn)了在現(xiàn)有電話線上承載多業(yè)務而不相互干擾,，不同的業(yè)務被分配到了不同的頻段,。HomePNA使用簡單、維護方便，有較合適的性價比,，支持Internet接入,，支持接口V．90、ADSL和Cable Modem,，而且它可以與以太網或HomeRF共同使用,。
3．1．2　電力線組網
　　利用家中現(xiàn)有的電力線也可以組網，Enikia,、Intellon和Intelogis公司正從事這方面的工作 ,。數(shù)據(jù)在傳輸前先進行加密，而且信號衰減較快,，從而保證了安全性,。但電力線有其缺陷：易受到諸如閃電之類的干擾，而且閃電還會對設備造成威脅,。目前,，電力線網絡支持以太網標準，所以它們之間的軟件可以通用,。
        
3．2 無線組網
　　連接家庭網絡最理想的技術就是無線通信技術,。目前，主要有三種家庭無線組網技術：IEEE802．11（無線局域網）,、HomeRF和Bluetooth藍牙技術,。
3．2．1 IEEE802．11標準
　　IEEE802．11是無線局域網標準，它主要定義了物理層和MAC層的規(guī)范,。在物理層,，支持紅外線、FHSS跳頻擴譜以及DSSS直擴方式,。其MAC層采用了CSMA／CA載波監(jiān)聽多重訪問／沖突避免（Carrier Sense Multi ple Access with Collision Avoidance）協(xié)議,。 802.11a和802．11b是兩個擴展的標準，802．11a工作在5GHz頻段,，傳輸速率高達54Mb／s,，而工作在2．4GHz頻段的802．11b則適合于家居環(huán)境，最高速率可達11Mb／s,。
　　不過,，IEEE802．11產品與HomeRF相比，價格過高,，而且目前它只支持數(shù)據(jù)通信,。
3．2．2　Bluetooth技術
　　藍牙計劃是由愛立信、諾基亞,、英特爾和東芝等五大公司發(fā)起的,，它的目標是提供一種通用的無線接口標準,，用微波取代傳統(tǒng)網絡中錯綜復雜的電纜，在藍牙設備間實現(xiàn)方便快捷,、靈活安全,、低成本低功耗的數(shù)據(jù)和話音通信。
　　藍牙的工作頻段選在全球都可用的2．45 GHz,，以1600跳／s的速率進行跳頻通信,，以2.45GHz為中心頻率，選用了79頻點,，信道帶寬為1MHz,。在發(fā)射帶寬為1MHz時，其有效數(shù)據(jù)速率為721 kbit／s,，通信范圍約為10米,。藍牙規(guī)范的協(xié)議棧采用分層結構，完成數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸,、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸,、連接的建立和釋放、鏈路的控制,、數(shù)據(jù)的拆裝,、業(yè)務質量（QoS）、協(xié)議的復用和分用等功能,。
　　目前,，藍牙技術得到了許多廠家的支持，但其在家居環(huán)境下的通信質量依然不太理想,，與HomeRF相比,，抗干擾能力不強，而且受到干擾后,，數(shù)據(jù)速率迅速下降,。
　　總的來講，IEEE802．11比較適于商業(yè)環(huán)境下的無線網絡,，藍牙技術適合于移動設備之間的互連，而HomeRF則適合家居環(huán)境中的通信,。表1比較了這幾種技術的特點,。
4　結束語
　　HomeRF不同于其它技術之處在于，它從一開始就定位于構建家庭網絡,，充分考慮了家居環(huán)境中的各種因素,，因此適合今后家庭的寬帶通信。
　　在今后幾年,，家庭網絡的年平均增長率將達到95%,，而利用無線技術組網將呈逐年增長的趨勢,，HomeRF技術以其良好的性價比已得到用戶的肯定。