無(wú)線連接技術(shù):數(shù)字化家庭的核心
數(shù)字家庭的各個(gè)設(shè)備可通過無(wú)線連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)互操作,與目前的家電存在應(yīng)用上的本質(zhì)區(qū)別。因此Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等能實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)傳輸速率和距離的多種技術(shù)也針對(duì)家具中不同的應(yīng)用場(chǎng)景而出現(xiàn)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/87791.htm數(shù)字化家庭的概念和雛形早在數(shù)年前就由電子和IT技術(shù)的先驅(qū)們提出,其主要指代一種由家電、PC、移動(dòng)設(shè)備、傳感器和安防監(jiān)控設(shè)備等構(gòu)成的全自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò);所有終端均可通過統(tǒng)一或兼容的通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫透明連接。例如各個(gè)房間內(nèi)都可以接收某臺(tái)電腦中的音視頻和圖片;整個(gè)家居環(huán)境均實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋;相機(jī)、手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中的文件可隨意發(fā)送至某臺(tái)電腦;房屋內(nèi)部無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)可根據(jù)環(huán)境中的人員密度和位置調(diào)節(jié)溫度和照明,而屋外的傳感器則可對(duì)可能的安全隱患(如非法侵入等)發(fā)出預(yù)警。數(shù)字家庭的各個(gè)設(shè)備可通過無(wú)線連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)互操作,與目前的家電存在應(yīng)用上的本質(zhì)區(qū)別。因此Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee等能實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)傳輸速率和距離的多種技術(shù)也針對(duì)家具中不同的應(yīng)用場(chǎng)景而出現(xiàn)。
備受爭(zhēng)議的UWB
UWB(Ultra-Wideband,超寬帶)是一種高效的低功耗寬帶無(wú)載波通信技術(shù),其與傳統(tǒng)無(wú)線電技術(shù)的顯著區(qū)別在于,后者通過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(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生脈沖式無(wú)線電能量,并占據(jù)較大的帶寬進(jìn)行脈沖定位(Pulse-Position)或時(shí)域調(diào)制(Time-Modulation),從而使耗電量顯著減小。UWB的傳統(tǒng)應(yīng)用是非合作式雷達(dá)(Non-Cooperative Radar)成像、傳感器數(shù)據(jù)采集、高精度定位和目標(biāo)追蹤等。在日常應(yīng)用領(lǐng)域中,由于各國(guó)對(duì)信號(hào)發(fā)射水平的限制,UWB定位于針對(duì)短距的室內(nèi)無(wú)線應(yīng)用,如無(wú)線顯示技術(shù)和攝像頭、無(wú)線打印技術(shù)、無(wú)線音頻傳輸?shù)?。?jù)稱2008年下半年會(huì)推出UWB與藍(lán)牙的整合標(biāo)準(zhǔn),以實(shí)現(xiàn)不同尺寸數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝省?/p>
UWB技術(shù)曾被推為IEEE 802.15.3a個(gè)人局域網(wǎng)(PAN,Personal Area Network)標(biāo)準(zhǔn)草案,但經(jīng)過數(shù)年的時(shí)間仍未見任何進(jìn)展,整個(gè)過程幾近停滯,終于在2006年,IEEE 802.15.3a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(yōu)勢(shì),但也有其難以解決的缺陷。通過UWB實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸與同一波段內(nèi)的傳統(tǒng)窄帶方式或連續(xù)載波沒有過多的干擾,但研究顯示,大量的UWB收發(fā)器會(huì)使噪音水平顯著上升,給通訊系統(tǒng)帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)并影響其穩(wěn)定性,而一些測(cè)試結(jié)果也顯示其無(wú)論是傳輸速率還是傳輸距離均遠(yuǎn)低于預(yù)期。2006年基于UWB技術(shù)的Belkin無(wú)線USB Hub測(cè)試中,傳輸速率未超過6.35Mbps,而且接通范圍只有幾英尺,與當(dāng)時(shí)宣稱的30英尺距離以及480Mbps速率相差甚遠(yuǎn)。博通(BroADCom)公司大中國(guó)區(qū)總經(jīng)理梁宜認(rèn)為,UWB主要困境一個(gè)是傳輸距離和速率,第二是抗干擾的問題,而且缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能的支持,幾個(gè)方面的原因造成了這個(gè)結(jié)果。可目前又沒有其他可替代的技術(shù)出現(xiàn),所以Wi-Fi在這方面開始逐漸被看好。但同時(shí)也有許多分析人士認(rèn)為,Belkin產(chǎn)品的測(cè)試并不是認(rèn)證性測(cè)試,其試驗(yàn)的正確性值得商榷,測(cè)試失敗也只能說(shuō)明Belkin的產(chǎn)品不能達(dá)到要求,而不一定是技術(shù)本身的問題。
Wi-Fi是否會(huì)成為家網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
Wi-Fi與UWB、ZigBee、藍(lán)牙等針對(duì)PAN技術(shù)的定位不同,主要用于無(wú)線局域網(wǎng)連接。根據(jù)IEEE802.11n版草案,速度可高達(dá)200 Mbps,充足的帶寬可較容易地實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)瀏覽和在計(jì)算機(jī)之間傳送文件和數(shù)據(jù)。
梁宜認(rèn)為Wi-Fi在網(wǎng)絡(luò)方面的功能已經(jīng)十分成熟,傳輸速率也比較讓人滿意,當(dāng)然802.11a/b/g只有數(shù)十兆的帶寬還是明顯不夠的,即將確定正式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的802.11n和MIMO就將十分適合這種應(yīng)用;而且在商業(yè)方面,其軟件技術(shù)增加了增值服務(wù)的可能性。目前包括博通在內(nèi)的廠商都在嘗試把802.11n引至消費(fèi)電子產(chǎn)品中來(lái),難點(diǎn)之一在于其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴T诿绹?guó)這個(gè)問題還不是十分突出,因?yàn)樗麄兊姆课萁Y(jié)構(gòu)主要是木制,所以數(shù)據(jù)傳輸較簡(jiǎn)單,而在中國(guó)和亞太地區(qū)以水泥和混凝土為主的建筑里就更困難一點(diǎn),所以博通正在把它作為一個(gè)研究方向。不能說(shuō)802.11n將來(lái)一定能成為家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn),但現(xiàn)在看來(lái),與其他技術(shù)相比,802.11n處于一個(gè)十分領(lǐng)先的位置。
除了在不同環(huán)境的傳輸性能差異以外,功耗也是Wi-Fi面臨的困境。與PAN各技術(shù)相比,Wi-Fi的作用距離更遠(yuǎn),因而需要的功耗也更高;而在恒定的輻射功率下,Wi-Fi設(shè)備的性能將隨距離的增加出現(xiàn)幾何級(jí)數(shù)的下降。Nordic Semiconductor產(chǎn)品經(jīng)理Thomas Embla Bonnerud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(shù)的進(jìn)步,Wi-Fi越來(lái)越多地用于便攜式設(shè)備,例如PDA和移動(dòng)電話等。不過,Wi-Fi的功耗較大帶來(lái)的問題不是僅僅對(duì)電池進(jìn)行擴(kuò)容就能解決的,如果使用頻繁,電池可能很快耗盡。
Wibree:藍(lán)牙的替代者?
藍(lán)牙(Bluetooth)是構(gòu)成PAN的重要技術(shù)之一,該技術(shù)于1998年正式推出,其目的是作為一個(gè)短程通信協(xié)議,用于取代連接便攜和固定設(shè)備的電纜,原始數(shù)據(jù)的傳輸速率為1Mbps或3Mbps(EDR,即增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率),作用距離10m左右。大批量生產(chǎn)的最新版本是藍(lán)牙2.0版+EDR(同時(shí)2.1版+EDR已接近商品化)。
2001年Nokia的研究人員看到藍(lán)牙技術(shù)并不能覆蓋所有的無(wú)線應(yīng)用需求,尤其是低功耗方面的應(yīng)用,于是開始了名為“Bluetooth Low End Extension(藍(lán)牙低端擴(kuò)展技術(shù))”的研發(fā)工作。該技術(shù)仍基于藍(lán)牙,但會(huì)實(shí)現(xiàn)更低的功耗和成本。經(jīng)過與合作伙伴的一系列開發(fā)工作,其于2006年被正式推出后,商業(yè)名稱更改為Wibree并成立了相應(yīng)的聯(lián)盟。Wibree技術(shù)使應(yīng)用不再局限于較大電池(可充電或AA),并可把無(wú)線連接的范圍擴(kuò)大,包含了醫(yī)學(xué)、手表、玩具、體育用品和數(shù)以千計(jì)的其他消費(fèi)性產(chǎn)品。隨后,非營(yíng)利行業(yè)組織Bluetooth SIG(藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟)于2007年將Wibree定義為ULP 藍(lán)牙(Ultra-Low-Power Bluetooth)。
Wibree產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)比藍(lán)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(yīng)用系統(tǒng)的首選電源,該型電池可用于Wibree產(chǎn)品,而藍(lán)牙設(shè)備卻不能,因?yàn)殡姵厝萘坑邢?,大約僅為220mAh,最大電流在20mA左右。Thomas Embla Bonnerud介紹說(shuō),藍(lán)牙技術(shù)的功耗隨運(yùn)行模式變化,對(duì)于目前的藍(lán)牙2.0 + EDR設(shè)備,如果把主機(jī)與從機(jī)之間的傳輸能力全部應(yīng)用起來(lái),耗電會(huì)上升到約35mA~45mA;而如果簡(jiǎn)單地保持同步,可回落至5mA~10mA;工作在靜態(tài)模式時(shí),耗電下降到微安的數(shù)量級(jí)。在一個(gè)數(shù)據(jù)流式音頻應(yīng)用系統(tǒng)中,例如MP3播放器和耳機(jī),可充電鋰離子電池的放電時(shí)間大約是10小時(shí),而無(wú)線鼠標(biāo)器中的兩節(jié)AA電池可以使用大約100小時(shí)。
Wibree的出現(xiàn)并不是為了取代藍(lán)牙,而是藍(lán)牙技術(shù)的重要補(bǔ)充。但在Bluetooth SIG市場(chǎng)總監(jiān)Anders Edlund被問及該組織如何看待這一技術(shù)時(shí)表示,對(duì)于Wibree到底是藍(lán)牙的補(bǔ)充還是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的問題經(jīng)常有一些討論,我認(rèn)為這兩種可能性同時(shí)存在。Thomas Embla Bonnerud認(rèn)為,Wibree規(guī)范仍然處于起草階段,需要多久才能作為標(biāo)準(zhǔn)得到批準(zhǔn)在大眾市場(chǎng)使用,對(duì)此工程往往抱悲觀的態(tài)度。藍(lán)牙技術(shù)用了七年時(shí)間實(shí)現(xiàn)成熟;但我認(rèn)為基于藍(lán)牙的目前市場(chǎng)基礎(chǔ),Wibree的普及應(yīng)當(dāng)會(huì)更快一些。
因此可以看到,雖然Wibree的創(chuàng)造者都在盡量回避與藍(lán)牙競(jìng)爭(zhēng)的野心,但實(shí)際上如果能在同樣的頻率實(shí)現(xiàn)更好的互操作性與更低的功耗和成本,用戶和廠商最終走向Wibree而舍棄已經(jīng)過時(shí)的藍(lán)牙也是市場(chǎng)的必然。
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評(píng)論