家庭組建無線網絡面面觀

2019-11-05 02:47:00

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家庭網絡技術是處理、治理、傳輸以及存儲信息實現家庭中多部計算、控制、監控和通信設備連接與集成的要素集合。
     家庭網絡需求加大
  直到不久前，家庭網絡一直沒有得到人們的重視。但是，隨著家庭中PC和Internet迅速普及、電信技術的發展以及開發智能設備取得的進步，越來越證實了消費者相關網絡最后100英尺的重要性。
   此外，隨著這種發展和進步趨勢的繼續，對簡單、靈活和可靠的家庭網絡的需要將越來越大。我們將就與家庭網絡技術和家庭網絡環境有關的市場驅動因素、目前和未來的技術以及標準進行探討。
   傳統無線家庭網絡技術被應用于紅外線、無方向手持控制器，目前典型的應用包括VCR、TV和某些安全及報警。另一項顯而易見的無線技術是無繩電話。然而，這些技術中沒有一個可以被完全地歸類為強健的家庭網絡技術。無線電話仍需要銅雙絞線和插座作為接入點，而目前的紅外應用很少能脫離家庭的范圍。
   基于無線的傳輸設備
   目前主要關注無線網絡技術（無線電頻率[RF]）的標準工作組包括IEEE 802.11、HomeRF、藍牙和標準無線訪問協議（SWAP）。基于無線的傳輸設備可以用于在家庭內傳送多種信息，其中一些使用分立的控制器設備，一些使用PC作為控制器設備，另一些則完全不使用控制器設備（如對等設備）。無線RF傳輸由于其靈活性、可移動性以及無需有線連接即可組成網絡的功能，成為新興的以網絡為中心的家庭公認的首選家庭網絡拓撲結構。
   RF傳輸網絡
   多數新興家庭網絡無線系統利用擴頻技術。這些技術提供了高帶寬容量并且由于其可靠性被廣泛地用于軍事方面。目前有兩種常用的擴頻無線電技術：跳頻擴頻（FHSS）和直接序列擴頻（DSSS）無線電技術。這兩種無線電技術由于采用不同的頻帶和不同的廠商系統，因此不能互操作。選擇系統非常要害，一旦用戶選定了供給商，則很難更換到另一家供給商，甚至在實施業界標準的情況下。在這里，事實或專有的標準起支配作用。
   FHSS是一種窄帶載波，它具有接收方和傳送方可以識別的變化的傳輸模式。當雙方的設備同步時，它們就建立了一種邏輯通信信道。
    DSSS生成所謂碎片或切分碼（chipping codes）的比特模式。其可靠性是基于切分碼的長度的或基于其所傳送的數據比特長度的。由于具有糾錯功能，因此它通常不需要重新發送數據，從而改進了性能。
   以PC為中心的純數據網絡
   一些軟件和硬件供給商利用無線局域網提供家庭網絡解決方案，解決方案利用家庭PC作為中心控制要素。在這種配置中，一臺PC作為網絡的主控器，它提供家庭與Internet之間的尋址和路由功能。
     這種直觀的方式簡單地將人們熟悉的PC技術與新型家庭網絡技術相結合，它還在取得最終大規模應用的成功基礎上向廠商提出了消費市場的挑戰。
     首先，圍繞PC而建的家庭網絡意味著PC將永遠開機運行，總可以進行通信。它還意味著其他運行在PC上的軟件或硬件不會妨礙PC執行通信任務。消費者對出現致命錯誤必須重新引導的PC一般采取寬容的態度，但他們通常不能容忍通信網絡的故障，因為他們期望網絡時刻平穩運行。
     其次，圍繞PC而建的家庭網絡只能處理家庭中與PC相關的網絡應用，如文件和打印機共享、多人參加的游戲以及共享的單一ISP賬戶。它沒有解決其他如語音通信以及控制與監控應用這類要素。
     基于控制器的數據與語音家庭網絡
     在這種情況下，基于微處理器的數字交換機作為通信服務器，為家庭中傳送的語音數據流提供尋址和路由功能。它還通過一種功能強大的板上RF收發器傳送家庭網絡傳輸要素。收發器是基于獲得專利的數字擴頻技術的，可以有效地覆蓋家庭四周幾百英尺的距離。
     控制器提供了一種具有高帶寬容量、用于語音和數據傳輸的強健的家庭網絡。它是一座架在消費者所選擇的服務提供商為家庭提供服務的傳輸網絡要素與無線家庭網絡之間的橋梁，聯網的設備不需要連線和固定連線插座。這種系統還在家庭內和家庭外提供了幾百英尺的接入功能。這里不存在重定位的限制，包括內部設備到設備通信在內的數據和語音服務都可以做到。
     基于控制器的數據與語音家庭網絡系統可以提供四種不同的功能范圍：
     家庭局域網——其網絡功能向家庭網絡用戶提供了連接家庭中所有PC的易于安裝的局域網。它答應共享計算機文件、打印機和磁帶驅動器，并通過無線以太網和TCP/ IP局域網支持多人參與游戲。
     Internet 網關——這種控制器為共享單一ISP賬戶以及與所有PC的連接提供了Internet網關尋址和路由功能。在只交一份月租費的情況下，所有人可以同時在一個56kbps、128kbps或更快的賬戶上進行Internet沖浪。
     無線語音網絡——在每臺無線手機都可以察看和治理最多達四條普通電話服務（POTS）線路的同時，多臺PC可以同時在局域網上使用。手機的顯示使用戶可以訪問呼叫者ID和語音治理狀態信息，并實時地做出呼叫治理的決定。
     傳統線路POTS網絡——家庭中所有電話線路都接入到控制器上。然后，電話線路分配到無線手機或具有內置收發器的無線RJ－11電話插座上，而標準的電話機、傳真機或配置調制解調器的PC則可以連接到無線電話插座上。
     這種非基于PC的交換中心是基于軟件的，因此，無需進行大規模的改動，就可使家庭中新的網絡需求得到滿足。
     家庭網絡標準和規范
     標準，無論它是標準組織發布的，還是領先系統供給商作為事實標準發布的，將在系統開發中發揮越來越重要的作用。標準和規范的許多不同格式正在家庭網絡上出現，其中包括下列格式：
     IEEE 802.11無線局域網——IEEE 802.11標準為兩類網絡定義了協議，即臨時網絡和客戶機/服務器網絡。臨時網絡是一種簡單網絡，在這種網絡中無需使用接入點或服務器，就可在給定覆蓋區域內的多個站點之間建立通信。該標準規定了每個站點必須遵守的規則，這樣所有的站點都可以公平地訪問無線媒介。它提供了仲裁媒介使用請求的方式，以保證為基礎服務集合中的所有用戶提供最大的吞吐量。客戶機/服務器網絡使用一個接入點，該接入點控制所有站（station）的傳輸時間分配并使移動站可以從一個蜂窩到另一個蜂窩漫游。接入點用于處理來自移動無線電到該客戶機/服務器網絡的有線或無線骨干線路的傳輸流。這種安排考慮到了基礎服務中所有站的協調，并保證了對數據流的正確處理。接入點為無線站之間數據或輸入輸出網絡服務器的數據提供了路由功能
     藍牙——藍牙無線電技術為現有數據網絡、外設接口提供了一座通用橋梁，并可在遠離固定網絡基礎設施的地方構建由連接設備組成的小型專用臨時工作組。在設計上可用于噪聲RF環境的藍牙無線電技術利用一種快速應答和跳頻方案來建立穩固的鏈接。藍牙無線電模塊通過在傳送或接收數據包后跳到新頻率上來避免其他信號的干擾。
     SWAP 1.0——SWAP系統既可以作為臨時網絡運行，也可以作為在連接點控制下的被治理網絡運行。在只支持數據通信的臨時網絡中，所有的站都是平等的，而網絡的控制權分布在各站之間。在進行像交互語音這類時間敏感的通信時，需要一個連接點來協調系統。這種為PSTN提供網絡功能的連接點，可以通過實現增強語音和數據服務的通用串行總線這類標準接口連接到PC上。SWAP還可以利用連接點，通過安排設備喚醒和輪詢時間來支持電源治理以延長電池壽命。
     X10——這是一種通過標準家庭交流輸電線路實現對電氣設備進行控制和通信的通信協議。
     IEEE 1394——這是一種用于娛樂和計算機設備之間短距離、低數據速率紅外通信的串行接口。
     家庭電話線網絡協會（HomePNA）——家庭電話線網絡技術必須能適應完全隨機的以及不規范的線路拓撲結構。它們還必須在設計上考慮到在隨機樹型網絡拓撲結構中出現的未知但衰減程度通常很高的信號衰減。一個傳輸脈沖由于在線路內部不斷反射，因而在線路上出現衰減和擴散。脈沖在室內線路上傳輸時間越長，其衰減和耗散就越厲害。家庭電話線路網絡技術需要具有變化的和很高的信號噪音電平，并且必須容忍動態變化的傳輸線路特性，同時可以與電話服務共存并且符合聯邦通信委員會（FCC）Part 68規范。最后，它們必須在上述約束和限制下，實現最大的數據吞吐量。
     HWN SSERQ/AAWG——超分布等邊保留隊列（SSERQ）協議為無線傳輸語音、數據和多媒體服務進行了優化。其數據包保留方案提供了語音和多媒體服務所需的QoS和接入優先級。寬帶及公共信道信令實現了用于高速Intranet傳輸流和Internet接入的虛擬專用電路的快速建立和拆除。SSERQ利用空中到空中無線網關支持IEEE 802.11基礎設施模式（客戶機/服務器）網絡，空中到空中無線網關則提供了802.11與SSERQ網絡之間的轉換、治理和傳輸。

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