個人局域網

個人局域網

個人局域網
個人局域網就是在個人工作的地方把屬于個人使用的電子設備(如便攜式電腦等)用無線技術連接起來的網絡,因此也常稱為無線個人局域網WPAN(Wireless PAN)。PAN核心思想是,用無線電或紅外線代替傳統的有線電纜,實現個人信息終端的智能化互聯,組建個人化的信息網絡。從計算機網絡的角度來看,PAN是一個局域網;從電信網絡的角度來看,PAN是一個接入網,因此有人把PAN稱為電信網絡"最後一米"的解決方案。
  • 中文名:個人局域網
  • 外文名:pan
  • 四種指标:要求傳輸速率、使用次數、移動範圍、價格
  • 主要應用範圍:數據通信網關、信息電器互聯等
  • 稱号:電信網絡"最後一米"的解決方案

基本概念

近年來,随着各種短距離無線通信技術的發展,人們提出了一個新的概念,即個人局域網(Personal Area Network, PAN)。

PAN定位在家庭與小型辦公室的應用場合,其主要應用範圍包括話音通信網關、數據通信網關、信息電器互聯與信息自動交換等。

原理與方法

PAN的實現技術主要有:Bluetooth、IrDA、Home RF、ZigBee、WirelessHart與UWB(Ultra-Wideband Radio)五種。

生機勃勃

紅外線數據标準協會IrDA(Infrared Data Association)成立于1993年,是非營利性組織,緻力于建立無線傳播連接的國際标準,目前在全球擁有160個會員,參與的廠商包括計算機及通信硬件、軟件及電信公司等。

簡單地講,IrDA是一種利用紅外線進行點對點通信的技術,其相應的軟件和硬件技術都已比較成熟。它在技術上的主要優點有:

*無需專門申請特定頻率的使用執照,這一點,在當前頻率資源匮乏,頻道使用費用增加的背景下是非常重要的。

*具有移動通信設備所必需的體積小、功率低的特點。HP公司目前已推出結合模塊應用的約從2.5×8.0×2.9mm3到5.3×13.0×8.8mm3的專用器件;與同類技術相比,耗電量也是最低的。

*傳輸速率在适合于家庭和辦公室使用的微微網(Piconet)中是最高的,由于采用點到點的連接,數據傳輸所受到的幹擾較少,速率可達16Mb/s。

除了在技術上有自己的技術特點外,IrDA的市場優勢也是十分明顯的。目前,全世界有5000萬台設備采用IrDA技術,并且仍然每年以50%的速度增長。有95%的手提電腦安裝了IrDA接口。在成本上,紅外線LED接收器等組件遠較一般RF組件來得便宜,IrDA端口的成本在5美元以内,如果對速度要求不高甚至可以低到1.5美元以内,相當于目前藍牙産品的十分之一。

面對其他技術的挑戰,IrDA并沒有停滞不前。除了傳輸速率由原來的FIR(Fast Infrared)的4Mb/s提高到最新VFIR的16Mb/s标準;接收角度也由傳統的30度擴展到120度。這樣,在台式電腦上采用低功耗、小體積、移動餘度較大的含有IrDA接口的鍵盤、鼠标就有了基本的技術保障。同時,由于Internet的迅猛發展和圖形文件逐漸增多,IrDA的高速率傳輸優勢在掃描儀和數碼相機等圖形處理設備中更可大顯身手。

但是,IrDA也的确有其不盡如人意的地方。首先,IrDA是一種視距傳輸技術,也就是說兩個具有IrDA端口的設備之間如果傳輸數據,中間就不能有阻擋物,這在兩個設備之間是容易實現的,但在多個電子設備間就必須彼此調整位置和角度等。這也是Bluetooth和HomeRF未來打敗IrDA技術的超級法寶。其次,IrDA設備中的核心部件-紅外線LED不是一種十分耐用的器件,對于不經常使用的掃描儀、數碼相機等設備雖然遊刃有餘,但如果經常用裝配IrDA端口的手機上網,可能很快就不堪重負了。

最熱門藍牙

1998年5月,就在IEEE成立WPAN(無線個人局域網)研究小組不久,5家世界著名的IT公司--Ericsson、IBM、Intel、Nokia和Toshiba聯合宣布了一項叫做"藍牙"(Bluetooth)的計劃,旨在設計通用的無線電接口(Radio Air Interface)及其控制軟件的國際标準,使通信和計算機進一步結合,讓不同廠家生産的便攜式設備具有在沒有電線或電纜相互鍊接的情況下,能在近距離範圍内互通的能力。這一計劃一經公布,就得到了包括MotorolaLucent、Compaq、Simens、3Com、TDK以及Microsoft等大公司在内的近2000家廠商的廣泛支持和采納。

藍牙技術從應用的角度來講,與目前廣泛應用于微波通信中的一點多址技術十分相似,因此,它很容易穿透障礙物實現全方位的數據傳輸。

早在藍牙标準制定的前一年,IEEE的有關工作組就已經開始WPAN的準備工作。起初,IEEE執行委員會認為由于這是局域網内部的無線通信技術,所以就将此任務交給了對WLAN有着突出貢獻的802.11工作組,當時主要的工作就是實現無線局域網和無線個人局域網的無縫隙連接。經過一年的努力工作,小組成員的結論是,現有的IEEE 802.11中有關支持三種物理媒介層的MAC(Medium Access Control,媒介訪問控制)中規定的基礎結構并不适用于WPAN。因此,1999年3月,原由802.11領導的WPAN小組單獨成立IEEE 802.15工作組。其主要目的是:在個人工作空間(Personal Operating Space,POS)内建立無線通信的國際标準,實現和802.11協議族的融合。同時考慮經濟和技術方面的可實現性。

1999年7月,802.15工作組在蒙特利爾召開了第一次正式會議。在這次會議上,藍牙特别利益小組(SIG)明确提出希望參與WPAN标準的制定工作。由于很多IEEE 802.15成員也是SIG的成員,因此很快就達成一緻協議,并提出當前二者共同關心的問題:如何解決兩種規範下産品的兼容性問題;如何找到一種可靠的測試手段來驗證二者的兼容性作為合作的基點。

802.15工作組于1999年秋天開始起草一項以藍牙1.0版本為基礎的标準,2000年11月提交到IEEE标準委員會讨論。之所以如此迅速,主要是IEEE 802.11工作組在制定WLAN标準時過于滞後于市場,繼而造成了WLAN标準重蹈"ATM"的覆轍。雖然IEEE 802.11是國際公認的技術标準,但市場份額并不大,因此藍牙才決定使用無線局域網使用的2.4GHz波段(由于頻率的沖突,很可能造成現有無線局域網性能的下降)。藍牙的支持者甚至大膽地預測,随着藍牙技術的不斷發展,采用IEEE 802.11标準的無線局域網将不複存在,從而雙方的頻段之争将迎刃而解。

力不從心的HomeRF

HomeRF工作組成立于1997年,是由美國家用射頻委員會領導的。它成立的技術與商業動機和其他幾項技術十分相似,其宗旨是在消費者能夠承受的前提下,建設家庭語音、數據内聯網。HomeRF把共享無線連接協議(SWAP)作為未來家庭内聯網的幾項技術指标,使用IEEE 802.11無線以太網作為數據傳輸标準,通信頻段也是2.4GHz,從圖1中可以看出,HomeRF工作組像當初人們構造ATM一樣,提出了一整套應用于家庭聯網的完整體系,包括外圍設備和家庭主機之間的連接、外圍設備之間的連接、主機和HomeRF中央控制的連接、接入網、PSTN等。2000年8月31日美國聯邦通信委員會批準了Intel、Microsoft、Motorola和Proxim等HomeRF組織成員的要求,允許HomeRF的傳輸速率在原來的2Mb/s的基礎上提高四倍,達到8M~11Mb/s傳送速率;而且和藍牙一樣,HomeRF可以實現多個(最多5個)設備之間的互聯。但FCC的這一決定,招緻了來自包括内部成員和藍牙組織成員的反對,主要理由是頻率沖突、功耗較大。同時,HomeRF工作組的一些成員提出将原來的發射帶寬由1MHz提高到5MHz,這樣速率能夠提高得更多,但反對者認為,信息本來在狹窄的信号通道裡跳動,現在如果将狹窄的通道加寬,就會像一輛卡車在幾條車道上橫沖直撞,從而造成SWAP設備之間的互相幹擾。因此,很多業界人士對這一技術并不表示樂觀。

物競天擇,共同發展

無論是成熟可靠的IrDA還是朝氣蓬勃的藍牙、WPAN,都在互相取長補短。從藍牙協議堆仍然采用分層的體系結構,在串行電纜仿真協議之上或直接加在"邏輯鍊路控制與适配協議(L2CAP)"之上的是專用協議,包括現有的多種協議,如PPP、UDP/TCP/IP、WAP、OBEX等。其中,OBEX的IrOBEX(Short OBEX)是紅外線數據協會開發的一個會話協議。

事實上,藍牙系統和WPAN的概念相輔相成,它已經是WPAN的一個雛形。在其1999年12月發布的藍牙1.0版的标準中,已定義了包括使用WAP協議連接互聯網的多種應用軟件。它能夠使蜂窩電話系統、無線通信系統、無線局域網和互聯網等現有網絡增添新功能,使各類計算機、傳真機、打印機設備增添無線傳輸和組網功能,在家庭和辦公自動化、家庭娛樂、電子商務、無線公文包應用、各類數字電子設備、工業控制、智能化建築等場合開辟了廣闊的應用。随着WPAN的發展,IEEE 802.15的一個工作小組正在制訂速率可達20Mb/s以上的WPAN标準,這一标準也是基于藍牙規範。因此,WPAN和藍牙必然會趨于融合,由SIG參與藍牙計劃的公司和IEEE 802.15工作組協力合作,共同創造明天的WPAN。

據Cahners In-Star集團預測,新興的家庭網絡市場規模将從2000年的6000萬美元增漲到2004年的57億美元,由于存在着巨大的商機,許多公司都采取了靈活的姿态,宣布同時支持IrDA、HomeRF、Bluetooth和WPAN中的一些規範,可以看出,這四種技術各有所長,背後又有各家公司或科研機構的支持,所以在一段時間内,這幾種技術之間的競争是必然,相互間取長補短也是必然的。

四種指标

*對于要求傳輸速率高、使用次數少、移動範圍小、價格比較低的設備,如打印機、掃描儀、數碼像機等,IrDA技術是首選。

*如果設備是屬于那種活動範圍比較廣、要求能和多種設備迅速互聯,如,筆記本電腦、數字無繩電話、個人數字助理(PDA)、手機等,采用藍牙或WPAN是十分理想的。

*HomeRF技術對于小型公司或者類似别墅的家庭是再方便不過的了,因為這兩種環境的活動半徑都比Bluetooth和WPAN規定的活動範圍大,同時,一般又小于無線局域網的半徑。但這也并非是說HomeRF的地位是高枕無憂的。因為,一項技術如果想要成為國際認可的标準,其獨特性是必不可少的。HomeRF在傳輸距離方面的優勢很有可能被藍牙所擊敗。

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