HomeRF

Szczególną własnością HomeRF, wyróżniającą ten protokół spośród innych norm sieciowych transmisji bezprzewodowej, jest równoczesne zapewnienie: szerokopasmowego dostęp do Internetu, współdzielenia zasobów, wielu sesji strumieni medialnych i kilku wysokiej jakości połączeń głosowych. Specyfikacja HomeRF liczaca ok. 500 stron została niedawno uzupełniona o wersję 2.0 tego standardu. Jak większość specyfikacji dotyczących standardów interfejsów sieciowych opisuje dokładnie dwie najniższe warstwy modelu OSI.

Specyfikacja HomeRF

Warstwa fizyczna ustala szybkość przesyłania danych i zakres charakterystyk. Warstwa wyższa (łącza danych) – tutaj używana podwarstwa MAC (Media Access Control) – definiuje typy obsługi danych (jak wideo), ale także inne atrybuty, takie jak: bezpieczeństwo, roaming i odwzorowanie adresów (mapowanie). W HomeRF zdefiniowano najważniejszy protokół – SWAP (Shared Wireless Access Protocol), który obsługuje technikę dostępową CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance), zbliżoną do używanego w IEEE 802.11 i TDMA. W transmisjach głosu oraz innych potokowych danych SWAP jest częściowo podobny do standardu DECT. Specyfikacja SWAP, dla bezprzewodowego przesyłania głosu i danych w domu, umożliwia tworzenie nowej klasy aplikacji łączącej Internet i domowy komputer osobisty. O ile często spotyka się określenia, że modemy kablowe oraz systemy xDSL stanowią „ostatnia milę”, o tyle SWAP HomeRF można nazwać technologią „ostatnich 100 metrów”.

Do głównych promotorów HomeRF, zaliczają się: Proxim, Compaq, Motorola, National Semiconductor i Siemens.

Aplikacje HomeRF

Protokół SWAP jest jedną z możliwych opcji współdziałania przyszłych sieci domowych z różnymi urządzeniami powszechnego użytkowania. Główny komputer osobisty w domu jest połączony z bramą, którą może być modem klasyczny, xDSL lub kablowy, zaś samo łącze może być ustalone za pośrednictwem zwykłego przewodu lub połączenia SWAP. Użytkownik każdego komputera chce mieć lokalnie dostępne proste usługi i urządzenia, takie jak drukowanie, skanowanie, czytniki CD, DVD itp. Wszystko wskazuje na to - a upływający czas to potwierdzi - czy coraz powszechniej stosowany interfejs USB będzie docelowo taką szyną zbiorczą dla wielu lokalnych (domowych) urządzeń peryferyjnych, które nie wymagają połączeń zdalnych ani bezprzewodowych z komputerem.

Jak dotąd, radiowe systemy sieci domowych nie zapewniają jeszcze skutecznej obsługi aplikacji w rodzaju wideo w czasie rzeczywistym. Jako potencjalne zagrożenie dla swojego systemu prekursorzy HomeRF widzą inne technologie. Mówi się często nawet o klasycznym Ethernecie, HomePNA i PLC. Tę ostatnią wymienia się w kontekście optymalizowania komunikacji między urządzeniami automatyki domowej, gdzie nie potrzeba wysokich przepływności. Ale HomeRF wspiera zarówno izochronicznych klientów, będących urządzeniami podrzędnymi wobec głównego komputera, jak i urządzenia sieci asynchronicznych.

Podwarstwa MAC

Produkty HomeRF operują w otwartym pasmie 2,4 GHz, stosując technologię skoków po częstotliwościach – od 50 do 100 skoków na sekundę. Stacje radiowe są dosyć proste – wymagają tych samych układów podstawowych co Bluetooth. Zarówno pierwsza, jak i druga wersja HomeRF rozpraszają niewielką moc – ok. 10 mW. Podwarstwa MAC SWAP została zoptymalizowana pod kątem informatycznego środowiska domowego i zaprojektowana tak, że umożliwia przenoszenie zarówno głosu, jak i danych. Może współpracować z siecią telefoniczną, używając podzbioru standardu DECT. Podwarstwa MAC zawiera usługę TDMA, zapewniającą dostarczanie danych izochronicznych, czyli w tym przypadku interaktywnych usług głosowych, natomiast CSMA/CA (która wywodzi się ze standardów dla lokalnych sieci bezprzewodowych, takich jak IEEE 802.11 i OpenAir) obsługuje przesyłanie danych asynchronicznych.

HomeRF operuje w najbardziej popularnym pasmie 2,4 GHz, podobnie jak Bluetooth, IEEE 802.11b czy kuchenki mikrofalowe. W przeciwieństwie do Internetu, gdzie na ogół utrata pakietów jest wywołana przeciążeniem, w sieci bezprzewodowej przyczyną tracenia pakietów są interferencje. W pasmie 2,4 GHz najczęściej wywołują je właśnie kuchenki mikrofalowe, chociaż mogą zakłócać także inne sieci bezprzewodowe, jak i bezprzewodowe telefony funkcjonujące w pasmie 2,4 GHz.

Warstwa fizyczna i składniki

Warstwa fizyczna HomeRF zapewnia trzy różne kategorie usług związanych ze strumieniem:

• asynchroniczne – usługi bezpołączeniowe, używane typowo w ruchu TCP/IP;
• priorytetyzowane – usługi połączeniowe (dla danych), stosowane zazwyczaj w sesjach z użyciem strumieni UDP/IP;
• izochroniczne – dupleksowe i symetryczne usługi przesyłania dla połączeń głosowych wysokiej jakości, jak to jest zdefiniowane w protokole DECT.

Obsługa QoS

W przeciwieństwie do Ethernetu HomeRF używa dwu oddzielnych protokołów dostępu do medium dla swoich podstawowych usług, tzn. transmisji głosu i danych. Pakiety przenoszące głos są wysyłane za pośrednictwem protokołu TDMA/TDD; TDD zapewnia komunikację dupleksową, a TDMA gwarantuje dostęp do medium. Natomiast pakiety z danymi podlegają procedurom stosowanym w bezprzewodowej wersji Ethernetu. W protokole tym zaimplementowano wydajny mechanizm QoS.

Usługi związane z danymi są, na podobieństwo Ethernetu, zintegrowane w protokół CSMA. Jednak w systemie bezprzewodowym wysyłanie i odbieranie pakietów w tym samym czasie sprawia węzłowi problemy, gdyż w technologii HomeRF nie zastosowano żadnej metody detekcji kolizji. To, co zaimplementowano, można nazwać „unikaniem kolizji”, które w swej istocie jest bardzo podobne do wykrywania kolizji: jeśli węzeł nie otrzyma potwierdzenia odbioru pakietu, wtedy przed próbą jego powtórnego wysłania odczeka jakiś czas, odpowiadający pewnej liczbie szczelin czasowych. Wszystko po to, aby uniknąć kolizji z innym węzłem. Jest to ADS (Asynchronous Data Service). Dla danych bardziej wrażliwych na opóźnienie, jak głos lub sesje wideo, w HomeRF zaimplementowano PADS (Priority Asynchronous Data Service) – metodę przypisywania wybranym pakietom priorytetów dostępu do kanału.

Warto zwrócić uwagę, że zastosowane w HomeRF izochroniczne kanały przesyłania głosu są podobne do synchronicznych usług w Bluetooth, a mechanizm QoS do opisanego w specyfikacji HiperLAN. Z kolei usługi priorytetyzacji (asynchroniczne) przypominają te zaproponowane dla IEEE 802.11, HomePNA i PLC. Implementowanie mechanizmów QoS w sieciach bezprzewodowych jest trudniejsze niż w przewodowych, więc dużo uwagi poświęca się ograniczaniu liczby traconych pakietów. Odczuwalna jakość strumienia audio znacznie spada, jeśli utrata pakietów przekroczy 20% - i to przy zastosowaniu procedur retransmisji. Jednym z powszechnych sposobów radzenia sobie z utratą pakietów jest wejściowa regulacja przepływności. Ponieważ interferencje w sieci bezprzewodowej powodują niekiedy ograniczenie pasma podstawowego, tradycyjne metody regulowania przepływności mogą okazać się nieefektywne. Z tego powodu QoS w technologii bezprzewodowej musi uwzględniać niekorzystny efekt interferencji.

CSMA/CA

Mechanizm CSMA/CA, który zaimplementowano w HomeRF, przypomina Ethernet 802.3. Umożliwia on łatwą integrację ze stosem protokołów TCP/IP platformy komputera. Główną różnicę z Ethernetem stanowi dodany do warstwy MAC mechanizm potwierdzenia odbioru pakietów typu unicast oraz mechanizm szczelinowej rywalizacji.