智能家居无线射频（HomeRF）技术浅析

　　无线技术方案，HomeRF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，如笔记本电脑和应用提供了漫游功能。

　　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。但是，HomeRF占据了与802.11b和Blue tooth相同的2.4G频率段，并且在功能上过于局限家庭应用，再考虑到802.11b在办公领域已取得的地位，恐怕在今后难以有较大的作为。

　　在中国大陆，也有一些智能家居公司采用无线射频技术，频率主要采用433.29MHz，这种技术的优点是部分产品无需重新布线，利用点对点的射频技术，实现对家电和灯光的控制，安装设置都比较方便，主要应用于实现对某些特定电器或灯光的控制，成本适中。但系统功能比较弱，控制方式比较单一，且易受周围无线设备环境特别是同频及阻碍物干扰和屏蔽；较适用于新装修户和已装修户。
 

　　一、 概述

　　家庭射频（HomeRF）技术是无绳电话技术（数字式增强型无绳电话或者简称为 DECT：Digital Enhanced Cordless Telephone）和无线局域网（WLAN）技术相互融合发展的产物。无线局域网IEEE802.11采用CSMA/CA（载波监听多点接入/冲突避免）方式，特别适合于数据业务；而DECT使用TDMA（时分多路复用）方式，特别适合于话音通信，将二者进行融合构成家庭射频使用的共享无线应用协议（SWAP：Shared Wireless Access Protocol）。SWAP使用TDMA＋CSMA/CA方式，适合话音和数据业务，并且特地为家庭小型网络进行了优化。家庭射频系统的设计目的就是为了在家用电器设备之间传送话音和数据，并且能够与公众交换电话网（PSTN）和互联网进行交互式操作，家庭射频系统设备连接示意图如图1所示。它工作于 2.4GHz　ISM频段，采用数字跳频扩频技术。支持TDMA业务和CSMA/CA业务，TDMA用于传送交互式话音和其它时间敏感性业务，而CSMA /CA用于传送高速分组数据。

　

　图1　家庭射频系统示意图

　　一、 网络的拓扑结构

　　网络的拓扑结构如图2所示。连接点CP（Connection Point）为网络的核心。

　　CP有两种类型：CSMA节点（带电源管理）＋TDMA网络管理；仅仅是CSMA＋电源管理。CP的体系结构如图3所示。

　　与PSTN的连接可以是模拟信号、ISDN等。UDSL、CDSL、Cable Modem这样的连接可以引入IWU与PC进行通信。CP和PC之间的接口可以是USB、PC卡、PCI等。

　　网络设备也有两种类型：TDMA同步设备，称为I节点，要求延时小的设备，如电话等。CSM异步设备，称为A节点，可以使用TCP/IP协议的设备，如冰箱等。

　　在连接点（CP）的控制之下，SWAP系统即可以作为AD－DOC网也可以作为管理网。在AD网中只支持数据通信，所有节点都是平等的，网络的控制指令发布到网络的各个节点。对于交互式通话这样的时间敏感性业务，连接点要对网络进行调度。CP提供连入 PSTN的网关，它可以通过象USB这样的标准接口与PC相连，从而支持增强型话音和数据业务。SWAP还可以用CP进行电源管理，通过采用定时唤醒查询的方式来延长电池寿命。

　　网络最大可以容纳127个节点，这些节点可以是以下四种类型的任意一种混合型：

　　（1） 支持话音和数据的接入点。

　　（2） 仅仅使用TDMA业务与基站进行通信的话音终端。

　　（3） 数据节点，使用CSMA/CA业务与基站或其它数据节点进行通信。

　　（4） 两种业务（TDMA，CSMA/CA）都可以使用的话音和数据节点。

　　一、 SWAP帧结构

　　TDMA/CSMA的混合帧带重发的I节点最多可达4个。无限制的虚拟A节点。如果是话音业务，由CP发出的信标确定帧结构。

　　二、 系统特征及主要参数

　　1．支持的站点数

　　每个网络最高可达127个设备

　　2．使用2.4GHz　ISM频段

　　跳频（FH）扩频，每秒50跳。

　　100mW发射功率，通信距离150英尺，典型的家庭庭园范围。

　　在微波炉开启的情况下能很好地工作。

　　3．数据速率

　　使用2FSK时为1Mb/s，使用4FSK时为2Mb/s，可以与DSL，Cable， modem进行匹配。

　　计划到2000年达到10Mb/s的速率。

　　4．与TCP/IP网络协议进行了很好的结合

　　分组结构很容易与以太网结合。

　　支持广播、多点传送和分组，48位IP地址，允许同一区域的多个网络并行操作。

　　5．接近有线话音质量的连接

　　基于32kb/s的ADPCM和DECT呼叫处理。

　　6．话音连接数：6条全双工通信

　　7．数据保密性

　　采用Blowfish加密算法，提供基本的和增强性两种保密级别。

　　使用24位的网络ID号（基本功能），MAC层使用56位密钥加密（可选）。

　　支持高密度住宅区。

　　8．数据压缩：采用LZRW3－A算法

　　9．对移动设备提供强大的电源管理功能

　　10．简化了物理层协议，降低设备费用

　　二、 应用与前景

　　HomeRF是室内有线网络的延伸，正如图1中所示，使用SWAP技术，可以将家中的各种电器设备通过CP与PSTN以及互联网相联。朝着具备通信入网功能的智能化方向发展，符合入网要求的新型设备（比如智能化抽水马桶）也会大量涌现，其市场前景是极其广阔的。