無線連接技術成(chéng)爲數字化家庭的核心技術

時間：2008-7-18 15:29:13     來源：本站

  數字家庭的各個設備可通過(guò)無線連接技術實現互操作，與目前的家電存在應用上的本質區别。因此Wi-Fi、藍牙、ZigBee等能(néng)實現不同數據傳輸速率和距離的多種(zhǒng)技術也針對(duì)家具中不同的應用場景而出現。
數字化家庭的概念和雛形早在數年前就由電子和IT技術的先驅們提出，其主要指代一種(zhǒng)由家電、PC、移動設備、傳感器和安防監控設備等構成(chéng)的全自動化網絡;所有終端均可通過(guò)統一或兼容的通訊技術實現無縫透明連接。例如各個房間内都(dōu)可以接收某台電腦中的音視頻和圖片;整個家居環境均實現無線網絡覆蓋;相機、手機等移動設備中的文件可随意發(fā)送至某台電腦;房屋内部無線傳感器網絡(WSN)可根據環境中的人員密度和位置調節溫度和照明，而屋外的傳感器則可對(duì)可能(néng)的安全隐患(如非法侵入等)發(fā)出預警。數字家庭的各個設備可通過(guò)無線連接技術實現互操作，與目前的家電存在應用上的本質區别。因此Wi-Fi、藍牙、ZigBee等能(néng)實現不同數據傳輸速率和距離的多種(zhǒng)技術也針對(duì)家具中不同的應用場景而出現。
備受争議的UWB 
   UWB(Ultra-Wideband，超寬帶)是一種(zhǒng)高效的低功耗寬帶無載波通信技術，其與傳統無線電技術的顯著區别在于，後(hòu)者通過(guò)變化正弦波的功率水平、頻率或相位等傳遞信息;而UWB不使用載波，其在特定的時間點産生脈沖式無線電能(néng)量，并占據較大的帶寬進(jìn)行脈沖定位(Pulse-Position)或時域調制(Time-Modulation)，從而使耗電量顯著減小。UWB的傳統應用是非合作式雷達(Non-CooperativeRadar)成(chéng)像、傳感器數據采集、高精度定位和目标追蹤等。在日常應用領域中，由于各國(guó)對(duì)信号發(fā)射水平的限制，UWB定位于針對(duì)短距的室内無線應用，如無線顯示技術和攝像頭、無線打印技術、無線音頻傳輸等。據稱2008年下半年會推出UWB與藍牙的整合标準，以實現不同尺寸數據傳輸的高效率。
   UWB技術曾被(bèi)推爲IEEE802.15.3a個人局域網(PAN，PersonalAreaNetwork)标準草案，但經(jīng)過(guò)數年的時間仍未見任何進(jìn)展，整個過(guò)程幾近停滞，終于在2006年，IEEE802.15.3a工作組宣告解散。主要原因在于UWB雖然在傳輸手段上有很大優勢，但也有其難以解決的缺陷。通過(guò)UWB實現的數據傳輸與同一波段内的傳統窄帶方式或連續載波沒(méi)有過(guò)多的幹擾，但研究顯示，大量的UWB收發(fā)器會使噪音水平顯著上升，給通訊系統帶來很大負擔并影響其穩定性，而一些測試結果也顯示其無論是傳輸速率還(hái)是傳輸距離均遠低于預期。2006年基于UWB技術的Belkin無線USBHub測試中，傳輸速率未超過(guò)6.35Mbps，而且接通範圍隻有幾英尺，與當時宣稱的30英尺距離以及480Mbps速率相差甚遠。博通(BroADCom)公司大中國(guó)區總經(jīng)理梁宜認爲，UWB主要困境一個是傳輸距離和速率，第二是抗幹擾的問題，而且缺乏對(duì)網絡功能(néng)的支持，幾個方面(miàn)的原因造成(chéng)了這(zhè)個結果。可目前又沒(méi)有其他可替代的技術出現，所以Wi-Fi在這(zhè)方面(miàn)開(kāi)始逐漸被(bèi)看好(hǎo)。但同時也有許多分析人士認爲，Belkin産品的測試并不是認證性測試，其試驗的正确性值得商榷，測試失敗也隻能(néng)說明Belkin的産品不能(néng)達到要求，而不一定是技術本身的問題。
Wi-Fi是否會成(chéng)爲家網标準 
   Wi-Fi與UWB、ZigBee、藍牙等針對(duì)PAN技術的定位不同，主要用于無線局域網連接。根據IEEE802.11n版草案，速度可高達200Mbps，充足的帶寬可較容易地實現上網浏覽和在計算機之間傳送文件和數據。
認爲Wi-Fi在網絡方面(miàn)的功能(néng)已經(jīng)十分成(chéng)熟，傳輸速率也比較讓人滿意，當然802.11a/b/g隻有數十兆的帶寬還(hái)是明顯不夠的，即將(jiāng)确定正式技術标準的802.11n和MIMO就將(jiāng)十分适合這(zhè)種(zhǒng)應用;而且在商業方面(miàn)，其軟件技術增加了增值服務的可能(néng)性。目前包括博通在内的廠商都(dōu)在嘗試把802.11n引至消費電子産品中來，難點之一在于其數據傳輸的可靠性。在美國(guó)這(zhè)個問題還(hái)不是十分突出，因爲他們的房屋結構主要是木制，所以數據傳輸較簡單，而在中國(guó)和亞太地區以水泥和混凝土爲主的建築裡(lǐ)就更困難一點，所以博通正在把它作爲一個研究方向(xiàng)。不能(néng)說802.11n將(jiāng)來一定能(néng)成(chéng)爲家庭無線網絡标準，但現在看來，與其他技術相比，802.11n處于一個十分領先位置。
除了在不同環境的傳輸性能(néng)差異以外，功耗也是Wi-Fi面(miàn)臨的困境。與PAN各技術相比，Wi-Fi的作用距離更遠，因而需要的功耗也更高;而在恒定的輻射功率下，Wi-Fi設備的性能(néng)將(jiāng)随距離的增加出現幾何級數的下降。NordicSemiconductor産品經(jīng)理ThomasEmblaBonnerud表示，限制Wi-Fi的瓶頸在于其較高的功耗，雖然由于電池技術的進(jìn)步，Wi-Fi越來越多地用于便攜式設備，例如PDA和移動電話等。不過(guò)，Wi-Fi的功耗較大帶來的問題不是僅僅對(duì)電池進(jìn)行擴容就能(néng)解決的，如果使用頻繁，電池可能(néng)很快耗盡。
Wibree：藍牙的替代者
   藍牙(Bluetooth)是構成(chéng)PAN的重要技術之一，該技術于1998年正式推出，其目的是作爲一個短程通信協議，用于取代連接便攜和固定設備的電纜，原始數據的傳輸速率爲1Mbps或3Mbps(EDR，即增強數據速率)，作用距離10m左右。大批量生産的最新版本是藍牙2.0版+EDR(同時2.1版+EDR已接近商品化)。
   2001年Nokia的研究人員看到藍牙技術并不能(néng)覆蓋所有的無線應用需求，尤其是低功耗方面(miàn)的應用，于是開(kāi)始了名爲“BluetoothLowEndExtension(藍牙低端擴展技術)”的研發(fā)工作。該技術仍基于藍牙，但會實現更低的功耗和成(chéng)本。經(jīng)過(guò)與合作夥伴的一系列開(kāi)發(fā)工作，其于2006年被(bèi)正式推出後(hòu)，商業名稱更改爲Wibree并成(chéng)立了相應的聯盟。Wibree技術使應用不再局限于較大電池(可充電或AA)，并可把無線連接的範圍擴大，包含了醫學(xué)、手表、玩具、體育用品和數以千計的其他消費性産品。随後(hòu)，非營利行業組織BluetoothSIG(藍牙技術聯盟)于2007年將(jiāng)Wibree定義爲ULP藍牙(Ultra-Low-PowerBluetooth)。
   Wibree産品可實現比藍牙更小的尺寸和更高效的電池利用率。CR2032是許多超低功耗應用系統的首選電源，該型電池可用于Wibree産品，而藍牙設備卻不能(néng)，因爲電池容量有限，大約僅爲220mAh，最大電流在20mA左右。ThomasEmblaBonnerud介紹說，藍牙技術的功耗随運行模式變化，對(duì)于目前的藍牙2.0+EDR設備，如果把主機與從機之間的傳輸能(néng)力全部應用起(qǐ)來，耗電會上升到約35mA~45mA;而如果簡單地保持同步，可回落至5mA~10mA;工作在靜态模式時，耗電下降到微安的數量級。
   在一個數據流式音頻應用系統中，例如MP3播放器和耳機，可充電锂離子電池的放電時間大約是10小時，而無線鼠标器中的兩(liǎng)節AA電池可以使用大約100小時。
   Wibree的出現并不是爲了取代藍牙，而是藍牙技術的重要補充。但在BluetoothSIG市場總監AndersEdlund被(bèi)問及該組織如何看待這(zhè)一技術時表示，對(duì)于Wibree到底是藍牙的補充還(hái)是競争對(duì)手的問題經(jīng)常有一些讨論，我認爲這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)可能(néng)性同時存在。ThomasEmblaBonnerud認爲，Wibree規範仍然處于起(qǐ)草階段，需要多久才能(néng)作爲标準得到批準在大衆市場使用，對(duì)此工程往往抱悲觀的态度。藍牙技術用了七年時間實現成(chéng)熟;但我認爲基于藍牙的目前市場基礎，Wibree的普及應當會更快一些。
  因此可以看到，雖然Wibree的創造者都(dōu)在盡量回避與藍牙競争的野心，但實際上如果能(néng)在同樣(yàng)的頻率實現更好(hǎo)的互操作性與更低的功耗和成(chéng)本，用戶和廠商最終走向(xiàng)Wibree而舍棄已經(jīng)過(guò)時的藍牙也是市場的必然。