紅外與藍牙技術的比較

　　——近年來，隨著各種短距離無線通信技術的發(fā)展，學術界提出了一個新的概念，個人局域網(wǎng)（Personal Area Network，PAN）。

　　——PAN的核心思想是，用無線電或紅外線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線電纜，實現(xiàn)個人信息終端的智能化互聯(lián)，組建個人化的信息網(wǎng)絡。從計算機網(wǎng)絡的角度來看，PAN是一個局域網(wǎng)；從電信網(wǎng)絡的角度來看，PAN是一個接入網(wǎng)，因此有人把PAN稱為電信網(wǎng)絡“最后一米”的解決方案。

　　——PAN定位在家庭與小型辦公室的應用場合。其主要應用范圍包括：話音通信網(wǎng)關、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關、信息電器互聯(lián)與信息自動交換等。

　　四種PAN技術

　　——PAN的實現(xiàn)技術主要有：Bluetooth、IrDA、Home RF與UWB（Ultra-Wideband Radio）四種。

　　——藍牙（Bluetooth）技術是一種支持點到點、點到多點的話音、數(shù)據(jù)業(yè)務的短距離無線通信技術。它由愛立信、諾基亞、英特爾、IBM和東芝等公司提出與推廣。從1998年以來，推出了1.0A、1.0B標準并將推出2.0標準。它極大地推動了PAN技術的發(fā)展，IEEE專門成立了IEEE 802.15小組負責研究基于藍牙的PAN技術。

　　——IrDA技術是目前四種技術中市場份額最大的，已經(jīng)安裝了至少5000萬個單元。它采用紅外線作為通信媒介，支持各種速率的點到點的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務，主要應用在嵌入式的系統(tǒng)和設備中。

　　——Home RF是由微軟、英特爾、惠普、摩托羅拉和康柏等公司開發(fā)的。它的工作頻段為2.4GHz，話音通信采用DECT標準，數(shù)據(jù)通信采用TCP／IP。

　　——UWB是一種新技術。其概念類似于雷達，在很寬的頻段內(nèi)傳送短脈沖，將信息調(diào)制到脈沖的時間和頻率上。UWB的高性能和低功耗的優(yōu)點使得它將成為未來市場上強有力的競爭者之一。

　　——藍牙和IrDA做為兩種主要的PAN技術，各有特點。

　　——藍牙技術特征

　　——藍牙技術是做為一種“電纜替代”的技術提出來的，發(fā)展到今天已經(jīng)演化成了一種個人信息網(wǎng)絡的技術。它將內(nèi)嵌藍牙芯片的設備互聯(lián)起來，提供話音和數(shù)據(jù)的接入服務，實現(xiàn)信息的自動交換和處理。

　　——藍牙主要針對三大類的應用：話音／數(shù)據(jù)的接入、外圍設備互聯(lián)和個人局域網(wǎng)。話音／數(shù)據(jù)的接入是將一臺計算設備通過安全的無線鏈路連接到一個通信設備，完成與廣域通信網(wǎng)絡的互聯(lián)。外圍設備互聯(lián)是指將各種外設通過藍牙鏈路連接到主機。個人局域網(wǎng)的主要應用是個人網(wǎng)絡和信息的共享和交換。

　　——IrDA技術特征

　　——IrDA是一種短距離紅外線通信技術，適合于低成本、跨平臺、點對點高速數(shù)據(jù)連接，尤其是嵌入式系統(tǒng)。

　　——IrDA的主要應用：設備互聯(lián)、信息網(wǎng)關。設備互聯(lián)后可完成不同設備內(nèi)文件與信息的交換。信息網(wǎng)關負責連接信息終端和互聯(lián)網(wǎng)。

　　藍牙與IrDA的比較

　　——下面將從協(xié)議架構、基帶與射頻、應用協(xié)議與安全性四個方面對藍牙和IrDA進行對比。

　　——1 協(xié)議架構

　　——藍牙和LDA的協(xié)議堆如圖1、圖2所示。

　　圖2 IrDA協(xié)議堆

　　——IrDA和藍牙的協(xié)議堆都可以劃分成兩部分：核心協(xié)議和可選協(xié)議。

　　——IrDA和藍牙的核心協(xié)議非常類似，包括：物理層協(xié)議、鏈路接入?yún)f(xié)議、鏈路管理協(xié)議和服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議。核心協(xié)議完成對物理傳輸媒介的監(jiān)測與控制，發(fā)現(xiàn)設備，可靠的數(shù)據(jù)鏈路的建立與維持，高層數(shù)據(jù)包的適配，不同協(xié)議數(shù)據(jù)的復用與流量控制。IrDA與藍牙在核心協(xié)議上的區(qū)別在于實現(xiàn)方式的不同，原因在于物理傳輸媒質(zhì)的不同。

　　——IrDA和藍牙的可選協(xié)議中有一些相同之處：提供虛擬串口通信，支持OBEX協(xié)議，支持話音數(shù)據(jù)流和呼叫控制。由于核心協(xié)議的差異和應用的不同，導致兩者的可選協(xié)議有相當大的區(qū)別，相同功能的實現(xiàn)方式也不盡相同。其區(qū)別主要基于：

　　——1）核心協(xié)議的實現(xiàn)方式不同：藍牙的LMP負責兩個藍牙設備問的建鏈與控制，包括狀態(tài)監(jiān)測、鑒權與加密和能源管理，但不負責業(yè)務數(shù)據(jù)的傳遞；IrDA的IrLMP負責數(shù)據(jù)的復用和高級別的業(yè)務發(fā)現(xiàn)。IrLAP建立可靠的數(shù)據(jù)鏈路，有差錯監(jiān)測、數(shù)據(jù)重傳和低級別流控；藍牙的相應功能

　　由L2CAP協(xié)議完成。

　　——2）服務發(fā)現(xiàn)機制不同：藍牙中設備發(fā)現(xiàn)和服務發(fā)現(xiàn)分別由基帶協(xié)議和SDP協(xié)議完成。IrDA中對應的協(xié)議為ITLAP和IrLMP，IrLMP中的信息接入服務（IAS）提供了本設備所支持的服務類型的信息。

　　——3）話音通信的處理方式不同：在藍牙中，話音編碼數(shù)據(jù)直接通過基帶協(xié)議傳輸，呼叫控制命令（TCS-BIN和AT-Commands）建立在虛擬串口協(xié)議RFCOMM上，通過L2CAP處理后，進入基帶傳輸。IrDA中，話音數(shù)據(jù)流和呼叫控制信令都承載于TinyTP協(xié)議上，話音數(shù)據(jù)流的處理開銷比藍牙大。藍牙的TCS-BIN協(xié)議，基于ITU-T Q.931標準，IrDA和藍牙的AT-Commands都基于ITU-T V.25和GSM07.07協(xié)議。

　　——4）通信的處理方式不同。藍牙支持兩種數(shù)據(jù)通信方式：OBEX協(xié)議和PPP協(xié)議。在OBEX的基礎上，藍牙支持各種數(shù)據(jù)對象的交換與同步，如vCard、vCalendar、vNote和vMessage等。在PPP協(xié)議上，構筑了WAP／UDP／IP和TCP／IP兩種協(xié)議架構，使得藍牙有能力承載互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的各種業(yè)務數(shù)據(jù)，極大地擴展了藍牙的應用范圍，這也是藍牙相對于IrDA的優(yōu)點之一。未來的藍牙2.0的版本中，OBEX協(xié)議將采用TCP／IP實現(xiàn)，從而藍牙的數(shù)據(jù)通信將以IP作為統(tǒng)一網(wǎng)絡層的協(xié)議，便于藍牙設備與基于IP的通信設備的互聯(lián)。IrDA的數(shù)據(jù)通信主要建立在OBEX的基礎上，立足于各種數(shù)據(jù)對象的高速交換與處理，提供了眾多的數(shù)據(jù)對象格式和靈活的操作方式。IrDA也提供了虛擬串口和并口，供應用程序選擇使用。

　　——2 基帶與射頻

　　——由于技術目標和傳輸媒介的不同，IrDA和藍牙在基帶和射頻部分（物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）上有很大的區(qū)別，而正是這些區(qū)別決定了高層協(xié)議的差異（見表1）。

　　表1 IrDA和Bluetooth基帶與射頻部分對比

　　——從表1可以看出，IrDA具有這樣一些優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳輸速率高，適合于傳輸容量較大的數(shù)據(jù)文件和多媒體數(shù)據(jù)流；紅外線發(fā)射角度較小，有一定的物理傳輸上的安全性。主要缺點是：傳輸距離短，受視距影響；要求通信設備的位置固定；點對點的傳輸，無法靈活地組成網(wǎng)絡。

　　——藍牙的優(yōu)勢在于：使用全向天線，更容易發(fā)現(xiàn)設備；支持終端的移動性；信號傳輸不受視距的影響，全雙工，最適合開展話音業(yè)務，支持點到多點的連接，易于組網(wǎng)。

　　——3 應用協(xié)議

　　——從技術的角度看，藍牙的應用可以分成基于OBEX的對象交換的應用、基于PPP的互聯(lián)網(wǎng)應用和話音通信應用三種。IrDA的應用有基于OBEX的對象交換的應用、基于IrLAN的局域網(wǎng)的應用和基于IrMC的移動通信的應用三種。

　　——IrDA和藍牙都把數(shù)據(jù)對象的交換做為基本的功能，以OBEX協(xié)議作為高層的基礎協(xié)議，應用主要有：文件傳送（File Transfer）、對象推送（Object Push）和同步（Synchronisation）等。對象的類型有：vCard、vMessage、vNotes和vCalendar等。IrDA中、短距離通信和窄的信號角度提供了簡單的安全性，無需復雜的設備搜索程序，而藍牙則必須執(zhí)行耗時的設備搜索和服務搜索程序，而且必須采用鑒權和加密機制才能保證信息的保密性。藍牙設備具有一定的移動能力，而且無線電波的傳輸不受視距和障礙物的影響，從而保證了數(shù)據(jù)對象自動地、隱蔽地完成交換，易于完成數(shù)據(jù)的同步，而IrDA技術由于受紅外線的限制，同步時設備的位置固定，通信鏈路上不能有任何障礙物：藍牙具有自動組成piconet的能力，便于多臺終端之間交換數(shù)據(jù)對象，IrDA只能是點到點的通信。

　　——計算機網(wǎng)絡通信方面，IrDA與藍牙的應用大致相同：LAN接入和撥號網(wǎng)絡，但是兩者的概念、實現(xiàn)方式和應用范圍有很大的不同。用做LAN接入點時，藍牙不受視距和障礙物的限制，而且具有多點連接的能力，使得多臺藍牙設備可以分享LAN資源；IrDA則受限于視距傳輸和最大1m的傳輸距離，但是IrDA在近距離時的傳輸速率比藍牙高，適合于極短距離和高速LAN連接的應用場合。在撥號網(wǎng)絡的應用中，藍牙提供AT-Commands建立呼叫，業(yè)務數(shù)據(jù)采用TCP／IP／PPP／RFCOMM的方式傳遞，信令與數(shù)據(jù)分開傳送。IrDA是基于IrCOMM，撥號網(wǎng)絡是IrDA的典型應用之一，但是與藍牙相比，它要求數(shù)據(jù)終端和調(diào)制解調(diào)器的距離小于1m，而且必須有視距信號。藍牙在計算機網(wǎng)絡通信方面的最大優(yōu)勢在于：數(shù)據(jù)和話音可以同時傳遞，具有更加靈活的業(yè)務傳遞能力。

　　——可進行話音通信是藍牙技大的特點之一，藍牙特意設計了SCO的數(shù)據(jù)包用于承載話音編碼數(shù)據(jù)，為話音數(shù)據(jù)包預留了帶寬，充分保證話音質(zhì)量（QoS），制訂了處理話音通信信令的協(xié)議TCS-BIN。話音通信時，信令數(shù)據(jù)的傳遞建立在L2CAP上，話音數(shù)據(jù)直接通過基帶協(xié)議傳輸。藍牙話音通信的最大特點是話音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務可以同時傳輸，但是應該指出話音數(shù)據(jù)的傳遞將導致piconet內(nèi)數(shù)據(jù)吞吐量的急劇下降。理論上在一個piconet內(nèi)藍牙技術最多同時支持三路全雙工的話音通信。話音通信并不是IrDA的設計出發(fā)點，但是在IrMC協(xié)議中的RTCON規(guī)定了在紅外鏈路上如何傳遞全雙工話音數(shù)據(jù)。RTCON只支持一路話音數(shù)據(jù)，并且不能與其他數(shù)據(jù)業(yè)務共享復用信道。IrDA的話音通信要求通信的雙方的位置固定，距離小于1m。IrDA話音通信最典型的場合是手機與耳機之間的通信。

　　——4 安全保證

　　——IrDA并不提供鏈路級的安全保證，它的安全保障來自兩個方面：紅外線的短距離和小角度的傳輸特性提供了物理層的安全特性，但是無法避免通過監(jiān)測反射的紅外線和濾除環(huán)境噪聲的竊聽；IrDA主要依賴于高層協(xié)議提供的鑒權和加密機制，來保證通信的保密。

　　——Bluetootth的一個重要作用是“電纜替代”，而且藍牙采用了全向天線，這些都要求在藍牙的協(xié)議中充分保證通信的安全。藍牙的跳頻速度達到了1600hop／s，屬于快速跳頻技術，加上通信的短距離的特性，提供了一定程度的物理層的安全特性。藍牙的內(nèi)置式安全特性主要有鏈路級和業(yè)務級的安全措施。采用了鑒權和加密手段。

　　——藍牙鏈路級的安全特性在L2CAP協(xié)議中完成?；阪溌访荑€的概念，密鑰為128比特長的隨和序列。藍牙設備在每次建鏈時都要核對密鑰，通信時該密鑰將用于鑒權和加密。

　　——業(yè)務級的安全措施中采用了安全管理器的概念，來往制對藍牙設備和服務的接入。安全管理器可以對每一個設備和服務指定信任等級和訪問極限。

　　——藍牙從物理層、鏈路層、業(yè)務層三個層次上提供安全措施，充分保證通信的保密性，使得藍牙成為PAN的最佳技術方案之一。

　　IrDA和藍牙互通的可行性

　　——IrDA和藍牙作為兩種主要的PAN技術，他們之間是一種互補的競爭關系，將會在市場上長期共存下去，而彼此間的互通是一個亟待解決的問題。

　　——OBEI是IrDA和藍牙間互通的基礎之一。從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度來看，IrDA和藍牙的系統(tǒng)架構基本相同。基帶芯片和射頻單元組成一個模塊，運行底層的物理層和鏈路層的功能；高層協(xié)議由單獨的CPU來運行。

　　——從市場的角度看，IrDA和藍牙都屬于低成本的無線互聯(lián)技術，其價格大約為7美元左右。因此應該發(fā)展基于ITDA和藍牙的雙模PAN終端。

　　——IrDA和藍牙雙模終端應具備以下特點：高層協(xié)議統(tǒng)一采用OBEX，基帶與射頻單元的集成芯片獨立放置，其余中間層協(xié)議在共用的CPU中獨立完成。這樣需要定義兩個接口：OBEX傳送層接口（OTI）和基帶射頻單元接口（BRI）。從軟件的角度來看，OTI是一個軟件接口，是操作系統(tǒng)的API，負責處理對不同的傳輸層函數(shù)的調(diào)用。BRI是一個硬件接口，它有相應的驅(qū)動程序，負責CPU

　　單元與IrDA、藍牙的基帶射頻單元的連接。

　　——在這種互通的模式下，互通是通過相同的應用程序的數(shù)據(jù)對象實現(xiàn)的，也就是在文件對象層次上的互通。兩個協(xié)議的實現(xiàn)仍然是相互獨立的，對協(xié)議的選擇由應用程序根據(jù)實際需求在建鏈時協(xié)商決定。

　　——很多的分析家在分析PAN技術時，認為IrDA和藍牙技術兩者相同點甚多，市場的競爭將導致其中一種技術的消亡。但根據(jù)ITDA和藍牙各自的技術特點，兩種技術將長期共存，互補發(fā)展。

　　——如進一步開發(fā)IrDA和藍牙雙模終端。則更將有助于兩種技大的優(yōu)勢互補，開辟出個人局域網(wǎng)的新時代。