红外与蓝牙技术的比较

2008-04-21 11:16:18来源: 飞达光学网

  红外与蓝牙技术的比较

  ——近年来,随着各种短距离无线通信技术的发展,学术界提出了一个新的概念,个人局域网(Personal Area Network,PAN)。

  ——PAN的核心思想是,用无线电或红外线代替传统的有线电缆,实现个人信息终端的智能化互联,组建个人化的信息网络。从计算机网络的角度来看,PAN是一个局域网;从电信网络的角度来看,PAN是一个接入网,因此有人把PAN称为电信网络“最后一米”的解决方案。

  ——PAN定位在家庭与小型办公室的应用场合。其主要应用范围包括:话音通信网关、数据通信网关、信息电器互联与信息自动交换等。

  四种PAN技术

  ——PAN的实现技术主要有:Bluetooth、IrDA、Home RF与UWB(Ultra-Wideband Radio)四种。

  ——蓝牙(Bluetooth)技术是一种支持点到点、点到多点的话音、数据业务的短距离无线通信技术。它由爱立信、诺基亚、英特尔、IBM和东芝等公司提出与推广。从1998年以来,推出了1.0A、1.0B标准并将推出2.0标准。它极大地推动了PAN技术的发展,IEEE专门成立了IEEE 802.15小组负责研究基于蓝牙的PAN技术。

  ——IrDA技术是目前四种技术中市场份额最大的,已经安装了至少5000万个单元。它采用红外线作为通信媒介,支持各种速率的点到点的话音和数据业务,主要应用在嵌入式的系统和设备中。

  ——Home RF是由微软、英特尔、惠普、摩托罗拉和康柏等公司开发的。它的工作频段为2.4GHz,话音通信采用DECT标准,数据通信采用TCP/IP。

  ——UWB是一种新技术。其概念类似于雷达,在很宽的频段内传送短脉冲,将信息调制到脉冲的时间和频率上。UWB的高性能和低功耗的优点使得它将成为未来市场上强有力的竞争者之一。

  ——蓝牙和IrDA做为两种主要的PAN技术,各有特点。

  ——蓝牙技术特征

  ——蓝牙技术是做为一种“电缆替代”的技术提出来的,发展到今天已经演化成了一种个人信息网络的技术。它将内嵌蓝牙芯片的设备互联起来,提供话音和数据的接入服务,实现信息的自动交换和处理。

  ——蓝牙主要针对三大类的应用:话音/数据的接入、外围设备互联和个人局域网。话音/数据的接入是将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备,完成与广域通信网络的互联。外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。个人局域网的主要应用是个人网络和信息的共享和交换。

  ——IrDA技术特征

  ——IrDA是一种短距离红外线通信技术,适合于低成本、跨平台、点对点高速数据连接,尤其是嵌入式系统

  ——IrDA的主要应用:设备互联、信息网关。设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换。信息网关负责连接信息终端和互联网。

  蓝牙与IrDA的比较

  ——下面将从协议架构、基带与射频、应用协议与安全性四个方面对蓝牙和IrDA进行对比。

  ——1 协议架构

  ——蓝牙和LDA的协议堆如图1、图2所示。

  

  

  

IAS OBEX 话音与呼叫控制 IrComm
Tiny TP
IrLMP
IrLAP
红外线物理层

                                                                 图2 IrDA协议堆

  ——IrDA和蓝牙的协议堆都可以划分成两部分:核心协议和可选协议。

  ——IrDA和蓝牙的核心协议非常类似,包括:物理层协议、链路接入协议、链路管理协议和服务发现协议。核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制,发现设备,可靠的数据链路的建立与维持,高层数据包的适配,不同协议数据的复用与流量控制。IrDA与蓝牙在核心协议上的区别在于实现方式的不同,原因在于物理传输媒质的不同。

  ——IrDA和蓝牙的可选协议中有一些相同之处:提供虚拟串口通信,支持OBEX协议,支持话音数据流和呼叫控制。由于核心协议的差异和应用的不同,导致两者的可选协议有相当大的区别,相同功能的实现方式也不尽相同。其区别主要基于:

  ——1)核心协议的实现方式不同:蓝牙的LMP负责两个蓝牙设备问的建链与控制,包括状态监测、鉴权与加密和能源管理,但不负责业务数据的传递;IrDA的IrLMP负责数据的复用和高级别的业务发现。IrLAP建立可靠的数据链路,有差错监测、数据重传和低级别流控;蓝牙的相应功能

  由L2CAP协议完成。

  ——2)服务发现机制不同:蓝牙中设备发现和服务发现分别由基带协议和SDP协议完成。IrDA中对应的协议为ITLAP和IrLMP,IrLMP中的信息接入服务(IAS)提供了本设备所支持的服务类型的信息。

  ——3)话音通信的处理方式不同:在蓝牙中,话音编码数据直接通过基带协议传输,呼叫控制命令(TCS-BIN和AT-Commands)建立在虚拟串口协议RFCOMM上,通过L2CAP处理后,进入基带传输。IrDA中,话音数据流和呼叫控制信令都承载于TinyTP协议上,话音数据流的处理开销比蓝牙大。蓝牙的TCS-BIN协议,基于ITU-T Q.931标准,IrDA和蓝牙的AT-Commands都基于ITU-T V.25和GSM07.07协议。

  ——4)通信的处理方式不同。蓝牙支持两种数据通信方式:OBEX协议和PPP协议。在OBEX的基础上,蓝牙支持各种数据对象的交换与同步,如vCard、vCalendar、vNote和vMessage等。在PPP协议上,构筑了WAP/UDP/IP和TCP/IP两种协议架构,使得蓝牙有能力承载互联网和移动互联网的各种业务数据,极大地扩展了蓝牙的应用范围,这也是蓝牙相对于IrDA的优点之一。未来的蓝牙2.0的版本中,OBEX协议将采用TCP/IP实现,从而蓝牙的数据通信将以IP作为统一网络层的协议,便于蓝牙设备与基于IP的通信设备的互联。IrDA的数据通信主要建立在OBEX的基础上,立足于各种数据对象的高速交换与处理,提供了众多的数据对象格式和灵活的操作方式。IrDA也提供了虚拟串口和并口,供应用程序选择使用。

  ——2 基带与射频

  ——由于技术目标和传输媒介的不同,IrDA和蓝牙在基带和射频部分(物理层和数据链路层)上有很大的区别,而正是这些区别决定了高层协议的差异(见表1)。

  表1 IrDA和Bluetooth基带与射频部分对比

  传输媒介 天线 移动性支持 LOS限制 调制方式 双工方式
IrDA 红外线 30°角 4PPM 半双工
Bluetooth 2.4GHz,FH-SS 全向 支持 FSK 全双工
  节电模式支持 发射功率 覆盖距离 连接方式 数据传输速率
IrDA 支持        
BluetootH 支持 1mW 10m 点对点
点对多点
最大为1Mb/s每个piconet内
100mW 100m

  ——从表1可以看出,IrDA具有这样一些优点:数据传输速率高,适合于传输容量较大的数据文件和多媒体数据流;红外线发射角度较小,有一定的物理传输上的安全性。主要缺点是:传输距离短,受视距影响;要求通信设备的位置固定;点对点的传输,无法灵活地组成网络。

  ——蓝牙的优势在于:使用全向天线,更容易发现设备;支持终端的移动性;信号传输不受视距的影响,全双工,最适合开展话音业务,支持点到多点的连接,易于组网

  ——3 应用协议

  ——从技术的角度看,蓝牙的应用可以分成基于OBEX的对象交换的应用、基于PPP的互联网应用和话音通信应用三种。IrDA的应用有基于OBEX的对象交换的应用、基于IrLAN的局域网的应用和基于IrMC的移动通信的应用三种。

  ——IrDA和蓝牙都把数据对象的交换做为基本的功能,以OBEX协议作为高层的基础协议,应用主要有:文件传送(File Transfer)、对象推送(Object Push)和同步(Synchronisation)等。对象的类型有:vCard、vMessage、vNotes和vCalendar等。IrDA中、短距离通信和窄的信号角度提供了简单的安全性,无需复杂的设备搜索程序,而蓝牙则必须执行耗时的设备搜索和服务搜索程序,而且必须采用鉴权和加密机制才能保证信息的保密性。蓝牙设备具有一定的移动能力,而且无线电波的传输不受视距和障碍物的影响,从而保证了数据对象自动地、隐蔽地完成交换,易于完成数据的同步,而IrDA技术由于受红外线的限制,同步时设备的位置固定,通信链路上不能有任何障碍物:蓝牙具有自动组成piconet的能力,便于多台终端之间交换数据对象,IrDA只能是点到点的通信。

  ——计算机网络通信方面,IrDA与蓝牙的应用大致相同:LAN接入和拨号网络,但是两者的概念、实现方式和应用范围有很大的不同。用做LAN接入点时,蓝牙不受视距和障碍物的限制,而且具有多点连接的能力,使得多台蓝牙设备可以分享LAN资源;IrDA则受限于视距传输和最大1m的传输距离,但是IrDA在近距离时的传输速率比蓝牙高,适合于极短距离和高速LAN连接的应用场合。在拨号网络的应用中,蓝牙提供AT-Commands建立呼叫,业务数据采用TCP/IP/PPP/RFCOMM的方式传递,信令与数据分开传送。IrDA是基于IrCOMM,拨号网络是IrDA的典型应用之一,但是与蓝牙相比,它要求数据终端和调制解调器的距离小于1m,而且必须有视距信号。蓝牙在计算机网络通信方面的最大优势在于:数据和话音可以同时传递,具有更加灵活的业务传递能力。

  ——可进行话音通信是蓝牙技大的特点之一,蓝牙特意设计了SCO的数据包用于承载话音编码数据,为话音数据包预留了带宽,充分保证话音质量(QoS),制订了处理话音通信信令的协议TCS-BIN。话音通信时,信令数据的传递建立在L2CAP上,话音数据直接通过基带协议传输。蓝牙话音通信的最大特点是话音业务和数据业务可以同时传输,但是应该指出话音数据的传递将导致piconet内数据吞吐量的急剧下降。理论上在一个piconet内蓝牙技术最多同时支持三路全双工的话音通信。话音通信并不是IrDA的设计出发点,但是在IrMC协议中的RTCON规定了在红外链路上如何传递全双工话音数据。RTCON只支持一路话音数据,并且不能与其他数据业务共享复用信道。IrDA的话音通信要求通信的双方的位置固定,距离小于1m。IrDA话音通信最典型的场合是手机与耳机之间的通信。

  ——4 安全保证

  ——IrDA并不提供链路级的安全保证,它的安全保障来自两个方面:红外线的短距离和小角度的传输特性提供了物理层的安全特性,但是无法避免通过监测反射的红外线和滤除环境噪声的窃听;IrDA主要依赖于高层协议提供的鉴权和加密机制,来保证通信的保密。

  ——Bluetootth的一个重要作用是“电缆替代”,而且蓝牙采用了全向天线,这些都要求在蓝牙的协议中充分保证通信的安全。蓝牙的跳频速度达到了1600hop/s,属于快速跳频技术,加上通信的短距离的特性,提供了一定程度的物理层的安全特性。蓝牙的内置式安全特性主要有链路级和业务级的安全措施。采用了鉴权和加密手段。

  ——蓝牙链路级的安全特性在L2CAP协议中完成。基于链路密钥的概念,密钥为128比特长的随和序列。蓝牙设备在每次建链时都要核对密钥,通信时该密钥将用于鉴权和加密。

  ——业务级的安全措施中采用了安全管理器的概念,来往制对蓝牙设备和服务的接入。安全管理器可以对每一个设备和服务指定信任等级和访问极限。

  ——蓝牙从物理层、链路层、业务层三个层次上提供安全措施,充分保证通信的保密性,使得蓝牙成为PAN的最佳技术方案之一。

  IrDA和蓝牙互通的可行性

  ——IrDA和蓝牙作为两种主要的PAN技术,他们之间是一种互补的竞争关系,将会在市场上长期共存下去,而彼此间的互通是一个亟待解决的问题。

  ——OBEI是IrDA和蓝牙间互通的基础之一。从系统实现的角度来看,IrDA和蓝牙的系统架构基本相同。基带芯片和射频单元组成一个模块,运行底层的物理层和链路层的功能;高层协议由单独的CPU来运行。

  ——从市场的角度看,IrDA和蓝牙都属于低成本的无线互联技术,其价格大约为7美元左右。因此应该发展基于ITDA和蓝牙的双模PAN终端。

  ——IrDA和蓝牙双模终端应具备以下特点:高层协议统一采用OBEX,基带与射频单元的集成芯片独立放置,其余中间层协议在共用的CPU中独立完成。这样需要定义两个接口:OBEX传送层接口(OTI)和基带射频单元接口(BRI)。从软件的角度来看,OTI是一个软件接口,是操作系统的API,负责处理对不同的传输层函数的调用。BRI是一个硬件接口,它有相应的驱动程序,负责CPU

  单元与IrDA、蓝牙的基带射频单元的连接。

  ——在这种互通的模式下,互通是通过相同的应用程序的数据对象实现的,也就是在文件对象层次上的互通。两个协议的实现仍然是相互独立的,对协议的选择由应用程序根据实际需求在建链时协商决定。

  ——很多的分析家在分析PAN技术时,认为IrDA和蓝牙技术两者相同点甚多,市场的竞争将导致其中一种技术的消亡。但根据ITDA和蓝牙各自的技术特点,两种技术将长期共存,互补发展。

  ——如进一步开发IrDA和蓝牙双模终端。则更将有助于两种技大的优势互补,开辟出个人局域网的新时代。

关键字:IrDA  对象交换  串口通信  蓝牙技术  LMP  IrLAN  TinyTP  ITL

编辑:ssb 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2008/0421/article_813.html
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