HomeRF技术

尹冬青 齐 赛

1．认识HomeRF

HomeRF是由HomeRF工作组开发的，是在家庭区域范围内的任何地方，在PC和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准。作为无线技术方案，它代替了需要铺设昂贵传输线的有线家庭网络，为网络中的设备，如笔记本电脑和Internet应用提供了漫游功能。

HomeRF工作组于1998年制定了共享无线访问协议SWAP（Sharde Wirdless Access Protocol）。该协议主要针对家庭无线局域网，其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准，沿用了以太网带有冲突检测的载波监听多址技术CSMA/CD；在进行语音通信时它采用DECT（Digital Enhanced Cordless Telephony）标准，使用TDMA时分多址技术。HomeRF工作频段是2.4GHz，支持数据和音频。基于该协议的网络是对等网，也就是说，网上的每一个节点都是相对独立的，不受中央节点的控制。因此，任何一个节点离开网络都不会影响到网络上其他节点的正常工作。它的另外一个特点是低功耗，很适合笔记本电脑。就短距离无线连接技术而言，它通常被看作是“蓝牙”和IEEE802.11协议的主要竞争对手。

2．了解HomeRF

在美国联邦通信委员会（FCC）正式批准HomeRF标准之前，HomeRF工作组已为在家庭范围内实现语音和数据的无线通信制订出一个规范，这就是共享无线访问协议（SWAP）。

SWAP规范定义了一个新的通用空中接口，此接口支持家庭范围内语音、数据的无线通信。用户使用符合SWAP规范的电子产品可实现如下功能：

*在PC的外设、无绳电话等设备之间建立一个无线网络，以共享语音和数据。

*在家庭区域范围内的任何地方，可以利用便携式微型显示设备浏览Internet。

*在PC和其他设备之间共享同一个ISP连接。

*家庭中的多个PC可共享文件、调制解调器和打印机。

*前端智能导入电话机可呼叫多个无绳电话听筒、传真机和语音信箱。

*从无绳电话听筒可以再现导入的语音、传真和E-mail信息。

*将一条简单的语音命令输入PC无绳电话听筒，便可以启动其他家庭电子系统。

*可实现基于PC或Internet的多玩家游戏。

SWAP规范问世以后，除了扩展高性能、多波段无绳电话技术以外，还极大地促进了低成本无线数据网络技术的发展。

HomeRF是针对现有无线通信标准的综合和改进：当进行数据通信时，它采用的是IEEE802.11规范中的TCP/IP传输协议；进行语音通信时，则采用了数字化泛欧无绳电话DECT规范。

HomeRF标准的物理层规范比IEEE802.11　WLAN中的相应物理层规范要宽松得多。所以，采用一个简单的跳频方案就消除了无线收发设备的复杂性，使无线收发设备的成本大大降低，从而使其进入了普通家庭消费产品领域。HomeRF定义的2.4GHz工作频段是不需申请许可证的工业、科学、医疗（ISM）频段，所使用的跳频空中接口，每秒跳频50次，即每秒钟信道改变50次，最大功率为100mW，有效范围约50m。

为了支持1Mb/s或2Mb/s速率，HomeRF无线发射设备要采用2FSK或4FSK来进行调制。

HomeRF无线家庭网络的数据安全性由Blowfish加密算法来保证。

每20ms一次的跳频包含一个HomeRF帧，携带TCP/IP数据传输量和6个全双工压缩数字（32kb/s）语音信道。数据传输部分可提供对大约127个节点的寻址。语音数据需要一个非常规则的时隙信道，而以太网类型的包分组则以一种不确定的方式抢占时隙，从而陷入一种竞争状态。为了在20ms内支持以上两种数据类型的传输，SWAP协议在HomeRF帧中定义了不同的时隙。当一个网络成员稳定在一个特殊的频率上后，它便开始侦听从控制节点发出的信令信号。一旦同步之后，无线接入设备则将话音传输和数据传输在时间上分开。在每一帧的中间部分，数据的发送和接收采用CSMA/CA协议，这类似于IEEE802.11的MAC层。CSMA/CA窗口主要用于确定的数据流。在帧的后面部分，利用TDMA协议来处理话音传输。为了实现TDMA数据的优先重传，原先保存的帧的开头部分就有可能被扰乱或丢掉。

基于SWAP协议的设备通常工作在特设网络（ad hoc）环境或者管理网络中，管理网络使用单个控制节点或连接点CP（connection-point）来同步所有成员，以实现话音传输。如果没有CP，HomeRF设备就只能建立仅提供数据服务的特设网络，此网络的控制权均等地分布在所有的站点之中。

在语音/数据网络中，包含CP功能的网络成员也具有连接到PSTN或PC的网桥功能。HomeRF的制订者们计划使用USB或其他高速连接接口来传输TDMA话音信息或往来于PC的传输数据和控制信号。这将使开发计算机电话系统应用软件，如无线PBX业务和无线语音邮件业务，变得非常容易。

HomeRF网络的主要系统参数如下：

网络跳频：50次/秒；

工作频率：2.4GHz；

发频功率：100mW；

传输速率：2FSK调制为1Mb/s，4FSK为2Mb/s；

有效范围：约50m，可覆盖一般的家庭院落；

支持站点：每个网络约127个设备；

话音连接：6个全双工通话信道；

数据安全：采用Blowfish加密算法。

HomeRF无线家庭网络有以下特点：

*通过拨号、DSL或电缆调制解调器上网；

*传输交互式话音数据采用TDMA技术，传输高速数据包分组采用CSMA/CA技术；

*数据压缩采用LZRW3－A算法；

*不受墙壁和楼层的影响；

*通过独特的网络ID来实现数据安全；

*无线电干扰影响小；

*支持近似线性音质的语音和电话业务。

HomeRF无线家庭网络具有以下优越性：

功能强大　除具备一般家庭网络应有的功能外，允许用户以无线方式加入多玩家游戏，支持高质量的语音与数据传输，在家庭区域范围内提供给用户不受任何限制的移动性。

简单易行　只需几分钟便可安装组网，操作简单、直接；只需回答几个简单的提示或询问即可完成相应软件的安装。

成本低廉　每台网络PC的价格在100美元左右。

安全可靠　只需采用有效的网络安全设备便可以防止非法用户的非法访问。

协同性强　符合相同工业标准的网络产品设备可相互协同工作。

3．对比HomeRF

目前，关于短距离无线联网的技术已有不少标准与规范，其中最具有代表性的主要是HomeRF和蓝牙，此外还有IEEE802.11、IrDA等技术标准。

（1）HomeRF 与 蓝牙技术

蓝牙技术是一种高速速率、低功耗微波无线连接技术，主要应用于电话、便携式电脑、PDA和其他袖珍型设备的自动连接组网。蓝牙技术具有全向传输能力，不需对连接设备进行定向。这种技术其实是一种改进的无线局域网技术，但其设备尺寸更小、成本更低。在任意时间，只要蓝牙技术产品进入彼此的有效范围之内，它们就会立即传输地址信息并组建成网，这一切工作都是设备自动完成的，用户不参与。

HomeRF和蓝牙都工作在2.4GHz ISM频段，并且都采用了跳频扩频（FHSS）技术。FHSS是在一定时间段里发生载波频率变化，使某一带宽的电功率平均值较低，因此，HomeRF技术产品和蓝牙技术产品之间几乎没有相互干扰。因此，严格来说它们还不是竞争对手。蓝牙技术适用于一种松散型的网络，可以让设备为一个单独的数据事物建立一个连接。但是，这同样也是它的一个缺点，因为数据安全性很难保障。而HomeRF技术则不像蓝牙技术那样随意。组建HomeRF网络前，必须为各网络成员事先确定一个唯一识别代码。也就是说，它比蓝牙技术更安全。IEEE802.11标准使用的是TCP/IP协议，它适用于功率更大的网络，有效工作距离比蓝牙技术和HomeRF要长得多。可见，不同技术标准的适用环境是不同的。

HomeRF与蓝牙技术的主要区别在于，HomeRF的SWAP协议是侧重于PC及其外设的无线局域网，主要针对低成本的家庭话音与数据无线连接，速率和蓝牙产品一样。它的主要用途是在诸如PC、无绳电话、宽带电缆或DSL调制解调器等设备之间提供数据、语音网络。而蓝牙技术是一种在不同设备间实现无线连接的技术，是个人区域网络（PAN）市场的大玩家。它可实现多种移动设备之间的短距离无线连接以及利用网桥设备将各种具有Internet功能的有线、无线网络无线接入Internet。

此外，各种无线技术产品必须能协同工作，这是实际应用的需要。HomeRF技术产品与蓝牙技术产品工作频谱相同，但却不会相互干扰。实际应用中，在某种环境或情况下，这两种技术可能相互交叠。例如，如果将具有蓝牙功能的手持式PDA带回家，则在PDA和家庭PC之间就有可能进行同步寻址。所以，蓝牙产品和HomeRF产品之间要能协同工作。而且，在同一设备中应该可以同时实现HomeRF和蓝牙技术功能。

（2） HomeRF与IEEE802.11b

HomeRF和IEEE802.11b的比较见表1。

表1　 HomeRF与IEEE802.11b的比较

对于传输速率，IEEE802.11b是11Mb/s，而下一代的HomeRF传输速率为10Mb/s。从上表中可以看出，在家庭无线局域网中，HomeRF与IEEE802.11b相比具有显著的优越性。

（3） HomeRF与其他

各种短距离无线连接技术性能参数比较如表2所示。

表2　无线连接技术性能参数比较

4．应用HomeRF

（1）语音领域

SWAP规范合并了DECT标准，该标准支持所有用户所期待的电话特性，在家庭和小型企业中都非常有用。使用HomeRF技术的无绳手持电话将具备传统电话的所有功能，并且能够提供比传统无绳手持电话更多的便利，如使电话放置的位置更加灵活。现在，电话在家中的位置是由电话插孔的位置决定的，而没有考虑终端用户的喜好。许多住宅中只有两三个电话插孔，这样就强迫电话必须装在某几个房间里。有了HomeRF技术，就无需把多个基本单元都限制于独立的电话插孔，而只要其中的一个与电话插孔连接就够了，这样无绳电话也就可以根据用户的需要放在任意想放的地方了。

因此，只需增加电话听筒就可以扩展语音网络，而不必购买多部电话，大大节省了开销，用户也可以从共享一系列相同而丰富的电话特性中受益。多部电话听筒可以使用户同时使用外线电话和内部对讲机。

HomeRF技术还提供了更高的语音质量和安全性。它用2.4GHz技术避免了来自无绳电话、远程控制设备以及监视器等装置的干扰，这些装置都工作在较低且较为拥挤的频率。使用跳频扩频（FHSS）技术，语音通道每秒钟改变50次，确保对话不被架空。

（2）新应用浮出水面

今天的家庭网络主要是连接多台PC，使它们能够共享Internet接入和打印机，而未来的家庭网络将使统一标准的语音、数据和视频业务得以共享。从家庭网络中的新型数字娱乐装置到传统的家用设施，用户将逐步认识到它的新的益处和方便性。随着业务和设备的不断发展，HomeRF网络将支持多种家庭娱乐、家庭自动化控制甚至是远程医疗服务。而且，HomeRF对语音和数据的支持将允许一些能够通话的应用，以满足用户日益增长的需求。

目前，用户可以利用的基于SWAP规范的产品包括：

*建立无线家庭网络，在PC、外设、无绳电话以及诸如便携式远程显示器等新型装置之间共享语音和数据。

*在住宅内部及其周围的任何地方，通过笔记本电脑访问Internet。

*在电脑和其他新型设备之间共享一个ISP连接。

*连接多部无绳电话、传真机和语音信箱的智能电话。

*检查来自小型无绳电话的输入声音、传真和电子邮件等信息。

*通过对无绳电话发出命令，启动其他的家用电子系统。

*做基于PC或Internet资源的多玩家游戏。

*用音频流下载MP3和其他音频文件。

*在家中的任何一个地方的联网设备上欣赏音乐。

随着无线家庭网络技术的日益成熟和完善，更多的网络环境将能够协同工作。未来的无线家庭网络可与电话线网络（PSTN）和以太网进行无缝通信，这将使无线家庭网络成为连接PC、信息家电、家庭安全系统和数字化娱乐中心的骨干网。