适合网络家电的无线通信协议
王莹
2006年7月
主要内容
网络家电与家庭网络简介
底层通信协议
中间层通信协议
关键技术
展望
讨论
网络家电与家庭网络简介
网络家电发展简介
网络家电是随着计算机技术、通信技术和
Internet网技术的发展而发展
1998年日本出现第一台网络冰箱
1999年Bill Gates访问中国，提出“维纳斯”
计划，而后提出Windows CE
2003年市场总额达到4500亿美金
家庭网络概念
家庭网络就是将家庭内部的孤立的家用电器、
通讯设备、安全设备等通过通过一定的传输介
质(如电力线、双绞线、无线电、红外等)组成
一个网络系统，采用统一的通信协议，实现家
庭内部之间的互通和与Internet的互联。实现家
庭内部各种信息终端的高速信息共享。达到信
息交换、共享的目的，实现智能控制、远程通
信、多媒体服务、管理、安防等。
网络家电与家庭网络
网络家电是智能家庭网络的重要组成部分
网络家电
网络家电硬件
家电芯片控制接口
高层互联技术
物理层接入技术
家庭网关
认证、防火墙
Qos等功能
物理层接入
技术
互联网
GSM
网络拓扑结构
家庭网络四层模型
4 用户层
3 中间件层
2 底层协议层
1 物理媒体层
底层通信协议
IEEE1393
X-10
CEBus
LonWorks
Bluetooth
HomeRF
UWB
主流无线底层通信协议
Bluetooth简介
全球统一的开放技术，发展非常迅速
它适用于短距离(约10 m ) 范围内, 如果增大发射功率,
其传输距离可达100 m，带宽1 Mbps
采用FHSS（跳频扩频）和TDMA（时分多址）技术，跳
频速度快，抗干扰性强，前向纠错可以限制噪声的影响
同时可传输语音和数据，每个语音信道数据速率为
64kbit/s
完整的加密和鉴权机制，满足了无线通信安全性的要求
蓝牙具有价格低廉，连接的普遍性、标准的开放性以及
很强的扩展性
Goals
The three-in-one phone.
you are able to use the same phonewherever you are.
The briefcase trick.
Use e-mail while your notebook is still in the
briefcase.
The automatic synchronizer.
Automatic synchronizationof data on your desktop,
notebook, personal digital assistant(PDA), and
mobile phone.
Bluetooth connection
radio
Bluetooth link
controller
Bluetooth link
Manager&I/O
HOST
Application Framework
Network topology
both point-to-point and point to-multipoint
connections
Each piconet is defined by a different
frequency hopping channel.
All units participating in the same piconet are
synchronized to this channel.
HomeRF
HomeRF 是专门为家庭用户设计的无线局域网技
术。可以同时支持语音和数字通信。工作在
工作频段，采用跳频扩谱方式、时分多
址(TDMA ) 和载波监听多重访问冲突避免
(CSMA/CA ) 等技术，每秒调频50次，最大功率
100mW，有效范围50m。通过家庭中的一台主
机在移动数据和语音设备之间实现通信。传输
速率为1Mbps或2Mbps，提供了与TCP/IP 良好的
集成, 支持广播、多播和48 位IP 地址。
HomeRF技术侧重于PC及其外设所组成的无
线局域网，不仅适用于家庭组网，还可以将
家庭中各种电器设备通过相应的的网络接入
点与公用交换电话网以及互联网相连。成本
比低。对普通家庭用户而言，
HomeRF容易安装和配置，在家庭环境中工
作良好，价格相对便宜(与802．1l相比)。
HomeRF的主要优点有：速率快(SWAP 2．0为
10 Mb／s；SWAP 1．0为1～2 Mb／s)；成本
低廉，容易安装，无需专用接人设备。每个
网络最多允许127个设备；同一物理位置允许
多个网络；跳频降低了家用和便携式电子设
备对干扰。
IEEE于1999年9月批准了IEEE 标准。
b的基本结构、特性和服务仍然由最
初的标准定义。 b规范只
影响IEEE 标准的物理层，它增加了更高
的数据传输速率和更健全的连接性。因此有了
IEEE802. 11b标准之后，移动用户将可以得到以
太网级的网络性能、速率和可用性，管理者也
可以无缝地将多种LAN技术集成起来，形成一
种能够最大限度地满足用户需求的网络。
IEEE b可以支持两种速率一
和11 Mbps。而要做到这一点，就需要
选择DSSS作为该标准的唯一物理层技术，因为
目前在不违反FCC规定的前提下，采用跳频扩频
技术无法支持更高的速率。无线局域网
由于其便利性和可伸缩性，特别适用于小型办
公和家庭网络环境。IEEE 使用的频段与
蓝牙相同，是不需要申请就可使用的频
段。它既可作为对有线网络的补充，也可独立
组网。
UWB
UWB（ultra wideband）超宽带又称极窄脉冲通
信(Ultra Short Pulse)、脉冲无线电(Impulse
Radio)等。是一种短距离无线传输技术。是最适
合与无线多媒体家庭网络的短距离无线通信
1994年以前UWB领域的早期研究，特别是冲激
无线电通信领域的研究，属于美国政府的机密
计划。1994年以后，许多研究计划才取消了保
密限制，加快了UWB技术的发展速度。2002年2
月14日，超宽带无线技术首次获得了美国联邦
通信委员会(FCC)的批准用于民用通信，其广阔
应用前景和巨大的市场诱惑力，引起了世界各
国的广泛关注。
UWB
与其它无线传输技术不同的是它使用较宽的频
谱在短距离内播放信息，以很低的功率将覆盖
很宽的频带，输带宽高达480Mbps，具有传输速
度快传，功耗低，成本低的特点。适合于家庭
娱乐系统的无线连接，例如家庭媒体中心、机
顶盒、电脑、各种播放器等与大屏幕高清电视
的连接和各种移动设备和娱乐设备之间的连接
等。UWB室内通信的功率要求低，使超宽带设
备的辐射功率更易于通过无线电管理条例的规
定。
UWB
。而网络方面成熟的协议为应用建立了良好的
基础。超宽带信号具有很低的辐射功率，而这
样的辐射功率分布在2GHz的频率范围内，功率
谱密度极低，类似白噪声频谱，具有低干扰/低
截获概率特性;同时由于使用窄脉冲为信号载体
并采用跳时扩频，接收端必须己知发射一端扩
频码的条件下才能够接调出发射数据来，加上
它对多径干扰具有很好的鲁棒特性，非常适合
在军事保密通信上应用。非常低的辐射功率可
以避免过量的电磁波辐射对人体的伤害。
UWB在无线家庭网络中应用，具备多方面的优
势：
① 结构简单，成本低廉。与传统的无线收发机
复杂的结构相比，UWB收发机的结构要简单的
多。
② 超宽带系统具有良好的抗多径效应性能，可
在室内环境中应用。
③ 超宽带系统的发射功率谱密度极低，用传统
的接收机无法察觉。因此超宽带通信系统具有
优良的保密性。
四种底层协议对比
HomeRF 蓝牙 UWB
速率（bps） 1~2M ＜1M 最高达1G
距离（米） 25～100 50 10～100 ＜10
功率 100毫瓦 1瓦以下 1~100毫瓦 1毫瓦以下
多媒体通信 支持语音通
信，但质量
较差
支持高质
量语音通
信
支持语音通
信
支持语音、
多媒体通信
应用范围 企业无线局
域网
电脑、电
话及移动
设备
家庭或办公
室、个人区
域网
短距离多媒
体
中间层通信协议
U PnP
J in I
O SGi
概念
家庭网络中间件技术是指运行在家庭网络
操作系统之上, 使用操作系统提供的功能,
从各种信息家电不同的硬件体系结构、操
作系统和网络接入中抽象出一种逻辑上的
通信能力,
中间层在家庭网络中的位置
U PnP
U PnP (U n iversal P lug and P lay ) 是由M
i2cro sof t 公司提出的一种用于家庭网络
的即插即用技术。通过U pnP 技术, 设备
可以自主加入网络并向网络中其它设备表
达自己所具有的能力, 同时也能了解网络
中其它设备的存在及拥有的能力。
U PnP
U PnP 以IP 协议为基础, 分别使用TCP、UDP、
SOA P ( simp le ob ject access p ro toco l )、SSDP
(simp le sever discovery p ro toco l) 和GENA (Gen2
eral Even t No t if icat ion A rch itectu re) 协议以及
XML 语言。
J in i
J in i 技术方案是1999 年SUN 公司公布用
于提供在分布式系统中进行服务的建立、
查找、通讯和使用的机制。J in i 运行在J
ava 虚拟机上, 因此可以充分利用J ava 的
跨平台性。
J in i
J in i 由基础设施( inf rast ructu re)、编程
模型(p rogramm ing model)和服务(
services) 3 部分组成, 这三者既相互独立
又互相联系。基础结构支持并利用编程模
型, 服务内嵌于基础结构之中, 服务对象
包含并利用编程模型的接口进行服务之间
的通信。对硬件资源要求较高。
O SGi
O SGi(Open Service Gatew ay In it iat ive) 是由
Ericsson、Cisco 及IBM 等15 家公司2000 年建立
的规范。它提供了从远程服务提供者到本地设备
完全的端到端的解决方案和一个开放的、通用的
体系结构, 为服务提供者、系统开发人员、软件提
供商以及设备供应商提供通过家庭网关传递各种
服务的公共平台。O SGi 规范实现的是一个开放
的和独立的平台, 有较高的独立性和保密性, 支持
不同类型的家庭连网协议, 具有较高的可靠性。
O SGi
O SGi 规范的3 个主要方面是: 多种服务、
广域网络以及局域网络和设备。专注于提
供一个开放的应用层和网关接口, 它实现
和虚拟加强了当前所有的局域网络标准和
规范。
关键技术
IPV6
电磁兼容性
服务
IPV6
现用的IPv4能提供43亿左右的IP地址，除
了部分用于测试、内部网及组播的IP地址，
实际可用的IP地址只有37亿
IPv6是128位的IP地址分配方案，按照数
列组合，它可以分配3．402×1038个地址
IPv6的优势
IPv6拥有128位的巨大地址空间，每个家
电都可以拥有自己的标识；
IPv6可以实现自动配置，家电上网更加容
易；
IPv6内嵌的安全机制比较完善，可以提高
家电的安全性。
电磁兼容性
家庭电磁环境特点
1. 密集型
2. 复杂性
3. 频谱广泛性
4. 持续性
5. 不稳定性
服务
“杀手锏”服务
要使“网络家电”走入普通家庭，必需提
供适合普通家庭的服务，目前家庭网络产
品非常单一，还没有“杀手锏”式的服务。
展望
虽然网络家电的潜在市场很大，但目前世
界上还没有形成统一标准，也没有哪一款
网络家电成为主流产品，每一种协议都有
它的局限性，每一种解决方案都有它的优
缺点。可以预计，在不远的将来，信息网
络家电在人类社会向地球村演变的过程中
将起到越来越重要的角色。
讨论
网络电饭煲应具备那些功能？
