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数字化家庭核心:无线连接技术

发表时间:2010-7-2 8:39:50 作者:邮科

   数字家庭的各个设备可通过无线连接技术实现互操作,与目前的家电存在应用上的本质区别。因此Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等能实现不同数据传输速率和距离的多种技术也针对家具中不同的应用场景而出现。
    数字化家庭的概念和雏形早在数年前就由电子和IT技术的先驱们提出,其主要指代一种由家电、PC、移动设备、传感器和安防监控设备等构成的全自动化网络;所有终端均可通过统一或兼容的通讯技术实现无缝透明连接。例如各个房间内都可以接收某台电脑中的音视频和图片;整个家居环境均实现无线网络覆盖;相机、手机等移动设备中的文件可随意发送至某台电脑;房屋内部无线传感器网络(WSN)可根据环境中的人员密度和位置调节温度和照明,而屋外的传感器则可对可能的安全隐患(如非法侵入等)发出预警。数字家庭的各个设备可通过无线连接技术实现互操作,与目前的家电存在应用上的本质区别。因此Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等能实现不同数据传输速率和距离的多种技术也针对家具中不同的应用场景而出现。
  备受争议的UWB
  UWB(Ultra-Wideband,超宽带)是一种高效的低功耗宽带无载波通信技术,其与传统无线电技术的显著区别在于,后者通过变化正弦波的功率水平、频率或相位等传递信息;而UWB不使用载波,其在特定的时间点产生脉冲式无线电能量,并占据较大的带宽进行脉冲定位(Pulse-Position)或时域调制(Time-Modulation),从而使耗电量显著减小。UWB的传统应用是非合作式雷达(Non-Cooperative Radar)成像、传感器数据采集、高精度定位和目标追踪等。在日常应用领域中,由于各国对信号发射水平的限制,UWB定位于针对短距的室内无线应用,如无线显示技术和摄像头、无线打印技术、无线音频传输等。据称2008年下半年会推出UWB与蓝牙的整合标准,以实现不同尺寸数据传输的高效率。
  UWB技术曾被推为IEEE 802.15.3a个人局域网(PAN,Personal Area Network)标准草案,但经过数年的时间仍未见任何进展,整个过程几近停滞,终于在2006年,IEEE 802.15.3a工作组宣告解散。主要原因在于UWB虽然在传输手段上有很大优势,但也有其难以解决的缺陷。通过UWB实现的数据传输与同一波段内的传统窄带方式或连续载波没有过多的干扰,但研究显示,大量的UWB收发器会使噪音水平显著上升,给通讯系统带来很大负担并影响其稳定性,而一些测试结果也显示其无论是传输速率还是传输距离均远低于预期。2006年基于UWB技术的Belkin无线USB Hub测试中,传输速率未超过6.35Mbps,而且接通范围只有几英尺,与当时宣称的30英尺距离以及480Mbps速率相差甚远。博通(BroADCom)公司大中国区总经理梁宜认为,UWB主要困境一个是传输距离和速率,第二是抗干扰的问题,而且缺乏对网络功能的支持,几个方面的原因造成了这个结果。可目前又没有其他可替代的技术出现,所以Wi-Fi在这方面开始逐渐被看好。但同时也有许多分析人士认为,Belkin产品的测试并不是认证性测试,其试验的正确性值得商榷,测试失败也只能说明Belkin的产品不能达到要求,而不一定是技术本身的问题。
  Wi-Fi是否会成为家网标准
  Wi-Fi与UWB、ZigBee、蓝牙等针对PAN技术的定位不同,主要用于无线局域网连接。根据IEEE802.11n版草案,速度可高达200 Mbps,充足的带宽可较容易地实现上网浏览和在计算机之间传送文件和数据。
  梁宜认为Wi-Fi在网络方面的功能已经十分成熟,传输速率也比较让人满意,当然802.11a/b/g只有数十兆的带宽还是明显不够的,即将确定正式技术标准的802.11n和MIMO就将十分适合这种应用;而且在商业方面,其软件技术增加了增值服务的可能性。目前包括博通在内的厂商都在尝试把802.11n引至消费电子产品中来,难点之一在于其数据传输的可靠性。在美国这个问题还不是十分突出,因为他们的房屋结构主要是木制,所以数据传输较简单,而在中国和亚太地区以水泥和混凝土为主的建筑里就更困难一点,所以博通正在把它作为一个研究方向。不能说802.11n将来一定能成为家庭无线网络的标准,但现在看来,与其他技术相比,802.11n处于一个十分领先的位置。
  除了在不同环境的传输性能差异以外,功耗也是Wi-Fi面临的困境。与PAN各技术相比,Wi-Fi的作用距离更远,因而需要的功耗也更高;而在恒定的辐射功率下,Wi-Fi设备的性能将随距离的增加出现几何级数的下降。Nordic Semiconductor产品经理Thomas Embla Bonnerud表示,限制Wi-Fi的瓶颈在于其较高的功耗,虽然由于电池技术的进步,Wi-Fi越来越多地用于便携式设备,例如PDA和移动电话等。不过,Wi-Fi的功耗较大带来的问题不是仅仅对电池进行扩容就能解决的,如果使用频繁,电池可能很快耗尽。
  Wibree:蓝牙的替代者?
  蓝牙(Bluetooth)是构成PAN的重要技术之一,该技术于1998年正式推出,其目的是作为一个短程通信协议,用于取代连接便携和固定设备的电缆,原始数据的传输速率为1Mbps或3Mbps(EDR,即增强数据速率),作用距离10m左右。大批量生产的最新版本是蓝牙2.0版+EDR(同时2.1版+EDR已接近商品化)。
  2001年Nokia的研究人员看到蓝牙技术并不能覆盖所有的无线应用需求,尤其是低功耗方面的应用,于是开始了名为“Bluetooth Low End Extension(蓝牙低端扩展技术)”的研发工作。该技术仍基于蓝牙,但会实现更低的功耗和成本。经过与合作伙伴的一系列开发工作,其于2006年被正式推出后,商业名称更改为Wibree并成立了相应的联盟。Wibree技术使应用不再局限于较大电池(可充电或AA),并可把无线连接的范围扩大,包含了医学、手表、玩具、体育用品和数以千计的其他消费性产品。随后,非营利行业组织Bluetooth SIG(蓝牙技术联盟)于2007年将Wibree定义为ULP 蓝牙(Ultra-Low-Power Bluetooth)。
  Wibree产品可实现比蓝牙更小的尺寸和更高效的电池利用率。CR2032是许多超低功耗应用系统的首选电源,该型电池可用于Wibree产品,而蓝牙设备却不能,因为电池容量有限,大约仅为220mAh,最大电流在20mA左右。Thomas Embla Bonnerud介绍说,蓝牙技术的功耗随运行模式变化,对于目前的蓝牙2.0 + EDR设备,如果把主机与从机之间的传输能力全部应用起来,耗电会上升到约35mA~45mA;而如果简单地保持同步,可回落至5mA~10mA;工作在静态模式时,耗电下降到微安的数量级。在一个数据流式音频应用系统中,例如MP3播放器和耳机,可充电锂离子电池的放电时间大约是10小时,而无线鼠标器中的两节AA电池可以使用大约100小时。
  Wibree的出现并不是为了取代蓝牙,而是蓝牙技术的重要补充。但在Bluetooth SIG市场总监Anders Edlund被问及该组织如何看待这一技术时表示,对于Wibree到底是蓝牙的补充还是竞争对手的问题经常有一些讨论,我认为这两种可能性同时存在。Thomas Embla Bonnerud认为,Wibree规范仍然处于起草阶段,需要多久才能作为标准得到批准在大众市场使用,对此工程往往抱悲观的态度。蓝牙技术用了七年时间实现成熟;但我认为基于蓝牙的目前市场基础,Wibree的普及应当会更快一些。
  因此可以看到,虽然Wibree的创造者都在尽量回避与蓝牙竞争的野心,但实际上如果能在同样的频率实现更好的互操作性与更低的功耗和成本,用户和厂商最终走向Wibree而舍弃已经过时的蓝牙也是市场的必然。

 



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