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谁将是数字家庭网络无线传输的理想选择?

上网日期: 2008年07月04日 ?? 作者: 王健 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:数字家庭网络? 无线传输? ZigBee?

从各方面汇集的信息来看,数字家庭无疑将是消费电子行业中下一个热点。几乎所有的主要半导体公司向该领域发力,半导体巨头TI更是将该领域作为续写其DSP辉煌的舞台。围绕数字家庭的控制权,出现了电视(以电视为核心)、电信(以网络网关为核心)和IT(以PC为核心)三大派别。然而,数字家庭究竟是什么?具有什么样的内涵?围绕数字家庭究竟能为用户演绎出多少“故事”?无论是业内专家,还是消费者虽然都有无限的遐想,但还是很难用三言两语给出一个统一的解释。但可以肯定的是,数字家庭所赋予的内涵会越来越丰富,但这是应用层的事情!而支撑这些丰富应用的底层技术,或者说组网技术将会是怎样的呢?

有线媒质在数字家庭传输中受到制约

尽管对于很多新装家居来说,可能有各式各样的布线,包括电话线,同轴线,网络类线乃至光纤。尽管这些布线在混合组网中可以发挥一些作用,但是最大一个问题就是无法满足移动性,也无法升级,成本也很高。电力线作为数字家庭的传输媒质,目前已经以HomePlug标准的形式得到了验证,包括Arkados的多家公司都推出了HomePlug模块,数据传输测试效果还不错,从覆盖面上都比其他有线技术要广,似乎比较适合大量的低端主流用户,但就中国的现实情况来看,线路上的浪涌和高压安全问题制约其短期内还难有尚好表现。由此,有线媒质所受的制约将成全无线媒质担当数字家庭中的组网重任。

图1:以WiFi为主构建数字家庭网络传输网。
图1:以WiFi为主构建数字家庭网络传输网。

WiFi能成为家庭网络的理想支持?

说到WiFi,的确有一个很有趣的事情,即数年前许多专家都认为WiFi即将消亡,因为它有太多的局限了,归根结底就是它没有漫游功能,不能自组网,从而只能成为其他技术的附庸。再就是该技术缺乏竞争力的盈利模式。但是,近年来的发展情况却令许多专家跌破眼镜,WiFi的出货量连年激增。目前已成为无线联网的主流技术。然而,另一方面,投入巨资建设WiFi网络的运营商却无利可图,甚至不断亏本,最后高兴的只是芯片制造商,原因就在于WiFi受到其他技术的挤压,没有明确的独立盈利模式。

但是,数字家庭似乎为WiFi找到了一个可以独担大任的发挥场合。它使用开放频段,采用直序扩频,最大数据传输速率为11Mbps,也可根据链路衰落状态把传输率动态调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps带宽。无需直线传播传输范围为室外最大300米,室内有障碍的情况下最大100米,足以满足家庭应用,其“无线保真”的本意似乎也和家庭娱乐需求更为贴合。所以,无论是从传输率,还是覆盖都好像很符合数字家庭的应用。当然,也不乏与其激烈竞争的技术,WiMedia 阵营的UWB就是其中一项。Pluse Link的CWave采用的就是这种技术。UWB采用了很多颇具优势的底层技术,包括MIMO,OFDM,数据率目前已经高达近1Gbps。但这项技术侧重的高数据率,其过短的覆盖距离将会制约它在数字家庭中的表现。

数字家庭的一个必不可少的功能就是与外界的互连问题。如今,802.11g是WiFi最成功的无线标准。基于WiFi的特性,使得该技术与网络层的无线技术显得更为友好。这可能就是该技术目前在数字家庭领域占据较大份额的原因之一。Broadcom公司无线连接集团无线局域网络(WLAN)事业部副总裁兼总经理Michael Hurlston认为,WiFi如今已经成为数字家庭的最理想的支撑技术。他的理由很简单:那就是针对今天的各种应用,Wi-Fi能够以消费者可以承受的价格提供足够的带宽和覆盖距离。近些年来,Wi-Fi制造商们已经在产品安全性和易用性上取得了可喜的进步。其带来的直接结果,就是Wi-Fi市场的持续膨胀,以及针对各种特殊应用出现的不同变体。另外,他认为随着802.11g逐渐下降的价格、功耗以及技术集成度,将会持续推动其进入数字家庭应用市场,包括移动电话、打印机和媒体播放器。

还有一个不可忽视的因素,就是802.11n正在迅速成为无线PC和路由器的事实标准,这将为高速数据传输应用提供了额外的支持。这些应用包括数字家庭中的视频流传输,3D游戏等。802.11n为WiFi提供的5G频段,更是为WiFi添加了新的动力,使之具备了进入包括机顶盒、高清电视、媒体播放器等消费类电子领域的能力。“通过两个标准的互补,使得WiFi生态环境将继续改进人们在家庭中的沟通方式以及对媒体节目的享受体验”,Hurlston认为。

但另一方面,无论是802.11g,还是802.11n,其频率的衰落特性在数字家庭中都将受到考验,尤其是后者。需要考虑的应该是事情的两个方面,一方面要考虑建筑物衰落特性对应用QoS的影响,另一方面还要考虑加大功率时产生的综合EMI问题。尤其是中国单元式住房结构与西方国家有很大的不同。

ZigBee还能否赶上数字家庭的盛宴?

数字家庭中有很大一块任务属于控制域,即传感器网络的范畴。涉及到安全监控,自动抄表,远程控制和维修,各种电子电气设备的控制等。这类任务无需太高的传输速率,但可靠性和网络体系更为主要。这些特性似乎决定了ZigBee成为其最为理想的选择。飞思卡尔香港有限公司无线与移动系统事业部市场经理邝景亮就是如此认为的,他说:“ZigBee具有路径选择、自动连结网络及自我恢复等主要功能,非常适合数字家庭中的监控、控制与感测式网络应用”。但他同时认为,目前由于设备更新和成本问题,ZigBee将首先仅在灯光控制中得到应用。

图2:ZigBee网络中的三级设备类型。
图2:ZigBee网络中的三级设备类型。

ZigBee协议定义了三种节点类型-网络协调器、路由器和终端设备。ZigBee网络协调器是整个网络的中心,它负责的功能包括建立,维持和管理网络,分配网络地址等。协调器可以通过选择网络的工作信道和个域网识别标志(PAN ID)来启动一个ZigBee网络。一旦网络启动,路由器和终端设备就能加入网络并通过网络发射和路由数据。该网络具有严格的级别管理,终端设备不能参与路由数据,因此在不发射和接收数据时可以休眠。这些特点恰恰与数字家庭中的控制功能相匹配。ZigBee的覆盖距离最大为近100米,这点与家庭应用也比较贴合。

其实,ZigBee还有另外一个优点,那就是工作频段问题。该技术除了ISM频段外,还支持其他多个频段。有不少工程师认为400M和800M频段对数据家庭网络可能都是不错的频率选择。的确,这些频段对中低速数据传输有优势,尤其是许多公司都有成本很低的收发器模块。从而在成本上更有优势,另外,也有利于无线电爱好者开发相关产品,从另一个方面促进数字家庭网络的推广。

然而,ZigBee网络也存在着一些问题,如由于网络地址重复和更改而造成的寻址机制的缺陷,面对目前不断增加的组网能力和安全需求,协议中的存储容量难以满足802.15.4MAC/PHY、ZigBee网络层以及其他所期望的应用功能需求。还有一个关键缺陷是,ZigBee不能够像蓝牙技术那样,支持信道的动态切换。这对未来数字家庭中WiFi,ZigBee混合组网以及QoS的保证都将是一个挑战。

除了技术本身,ZigBee联盟自身存在的问题也对该技术能否在数字家庭中大显身手蒙上一层阴影。那就是如何针对现有协议标准进行升级的问题。由于商业利益,标准的几大关键发起厂商各说各话,都不愿放弃对己有利的条款,始终难以达成有效的折衷。也正是这一点,使得该标准的进展就像老牛拉破车一般缓慢。

也正是由于上述因素,迫使不少厂商另辟新径,许多准ZigBee的解决方案不断涌现。如ST,Jennic,Maxstream以及富昌电子等公司的简易ZigBee解决方案。这些简易方案已经在家庭控制等许多方面得到了不少的应用。

从目前的态势来看,市场需求对ZigBee的压力似乎还不够大,因为数字家庭技术还处在探索阶段,受社会服务器网络以及管理体制等多方面的制约,中国的数字家庭市场似乎还不会那么快膨胀,这给ZigBee提供了喘息的机会。但笔者认为,任何时候都不要忘记中国消费者在这方面的超前习惯,早期培育有利于厚积薄发。

家庭网络中的QoS和安全更为关键

虽然不同于运营商级网络,数字家庭网络中的QoS也是非常关键的。关于保证QoS的MAC,如今的数字家庭解决方案中似乎少有人提及,而是将注意力都放到了带宽上。实际上,数字家庭网络的QoS的重要性只会比现有局域网更高。试想,当你正在全神贯注地欣赏点播的高清节目,谁能乐意不断地被其他不相关的业务所打扰?

值得欣慰的是,已经有公司注意到了这个问题的重要性。已经有公司推出支持IEEE802.15.3b MAC的芯片。这种MAC是支持IP的,从底层开始设计。利用该MAC,就能支持同步的数据流,实现数字家庭中不同地点的大容量娱乐内容的可靠配送。

还有一个关键就是数字家庭网络中的安全技术。目前,已经很多人将个人金融或家庭银行列入数字家庭中不可或缺的一部分。的确,在家里办理各种金融业务及理财,似乎在地理上非常安全,再也不用担心偷拍偷录等侵犯金融安全的行为,还解决了随时的问题。但随之而来的就是网络安全问题。这不仅是传输网络的安全,而且无论是哪种控制核心,其本身也都是必须考虑的安全环节。

王健







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