来自Wi-Fi专家的声音

 

WPAN 的故事

撰写于:2013年1月29日
作者:silex Wi-Fi专家

Bluetooth 的技术知识告一段落后,我们本次来讲解一些关于PAN(Personal Area Network)的话题。

PAN 是什么
所谓PAN就是 Personal Area Network的略称,也有把无线PAN称为 WPAN(Wireless Personal Area Network)。但是 LAN和 PAN到底有什么区别呢?一般来说,LAN可覆盖的范围大概是一栋楼或者一个区域,多数的终端使用的(数十-数千台)设备连接的网路,而PAN的覆盖范围大约是1个房间的大小或者是一张桌子左右的范围大小。虽说如此,LAN和PAN的区别也是比较模糊的,并不是拥有技术上的明确区分。如果非要给PAN定义的话,对比LAN用设备更加单纯且价格低,设置运用比较容易并且可以灵活的运用于搬运(准确的说是要求有这种特点)。虽说如此,由于原本用于LAN的器材普及后价格变得便宜,实际上是作为PAN来使用的例子也不少。最具代表性的例子就是100Base以太网和WiFi无线LAN。
以太网和以前的10Base-5都是用专用工具在像水管一样粗的同轴电缆上穿洞,然后把收发器螺丝固定,再用粗的15针的AUI线缆和主机连接,这样的话几乎不适合个人使用。当时,PhoneNet、StarLAN、LocalTalk等代表“面向个人和家庭的简单廉价网络”的产品出现并群雄割据了,但它们遇到10Base-T上市并价格下降之后,这些“LAN模仿”产品就瞬间消失不见了。有线接口中,现在还残留着的“似乎是PAN的接口”。虽然是USB和HDMI,但这都是特定功能的接口,不知道是否可以称为PAN(而且HDMI1.4的100Base是合在一起的)。能成为PAN的有线通用接口有串行SCSI (IEEE1394),但最终在没有被广泛利用的情况下静静地消失了。

WPAN 的现状
另一方面,无线的情况比有线稍微复杂一些。“WPAN”一词出现于90年代,在2000年前后受到广泛关注,出现了令人眼花缭乱的产品和架构。之后由于WiFi的爆发性普及和低价化,一度的WPAN热潮销声匿迹,但目前还不能确定WiFi的独霸天下。
在本连载中也多次提到,WiFi的问题是需要接入点。如果是在房间里拿着笔记本电脑和智能手机移动的“灵活性”还可以,但如果是在外出时想把数据无线传输到朋友的电脑上,就会感到很麻烦。并不是说特定模式不能用,但是特定模式速度不够快,安全性也很低,兼容性也经常出现问题,所以并不是很方便。为了应对这一情况,前文已经多次提到,WiFi联盟正在努力普及WiFi Direct。
最古老的WPAN可能是使用红外线的IrDA。因为不使用信号,所以不需要通过合格认证测试,仅凭几百日元的成本就能达到几Mbps的速度,单从这一点来看,应该是理想的PAN解决方案。但是实际使用后发现非常不稳定,即使是同一台机器也会因为条件的不同而无法连接,即使连接了也会发生在传输文件的过程中突然中断等,所以几乎无法使用。过去的笔记本电脑大多都带有IrDA红外线端口,但现在几乎看不到IrDA红外线端口,这也无声地说明了IrDA的不受欢迎。

蓝牙是当今最符合“WPAN”一词的技术。也就是说,在个人能触及的范围内,将耳机、扬声器、鼠标、键盘等设备连接到笔记本电脑和智能手机上。但是,上面提到的“在外出时向朋友的PC无线传输数据”的应用却很少使用。FTP(文件传输配置)和OBEX(对象交换配置)等功能虽然是被定义安装的(注),但是蓝牙的速度(EDR也有3Mbps)没有WiFi的特定模式(11Mbps)快也是原因之一。为了应对这个问题,蓝牙SIG制定了蓝牙3.0+HS标准。
(注)但是,在智能手机中占有很大份额的某著名机型不支持蓝牙FTP。这也许是FTP没有被广泛使用的原因之一。

以前也介绍了由于近距离限定超高速而被期待为WPAN的本命的UWB(Ultra Wide Band)无线和UWB的(崩溃的)母体IEEE802.15.3的始末。“IEEE802.15”是无线PAN的标准规格,2013年1月提出了802.15.1 ~ 802.15.7的标准。

802.15.1蓝牙标准化委员会。活动结束(移交蓝牙SIG)。

802.15.2关于WLAN(802.11•WiFi)和WPAN共存的研究。活动停止中。

使用802.15.3 2.4GHz OFDM的54Mbps WPAN标准及其高速化(UWB)。活动结束。

802.15.4低速、超低功耗WPAN。Zigbee的底层技术。最活跃的活动中。

802.15.5应用Mesh技术的WPAN。零碎地活动中。

802.15.6人体网络(BAN)的标准化。零碎地活动中。

802.15.7可见光网络(VLC)的标准化。零碎地活动中。

感觉好像是尸横遍野……。网状网络也好,BAN也好,VLC也好,互动的时候成员们每个月都会聚集在一起开会,但是过了1 ~ 2年就渐渐低调化,最后变成开店停业状态,我感觉是在重复这样的模式。

关于其中最活跃的802.15.4无线通信部分(802.15.4)和协议及配置文件的标准化(Zigbee)是分离的,所以也可以使用独自规格的无线。在802.15列表中,Zigbee的市场占有率仅次于蓝牙,但其市场规模和WiFi、蓝牙对比起来还是很小的。连作为主目标的照明、空调、窗户开关传感器控制领域都未能完全渗透。

From bottom of the world
从802.15委员会的情况来看,WPAN给人一种不怎么样的印象,不过,提倡WPAN的技术在IEEE之外也有很多。之前介绍过面向消费者的Z-Wave和ANT+,而这次我想从别的角度来介绍。

EnOcean
是2001年左右由德国的EnOcean GmbH开发的技术,ISO/IEC 14543-3-10被标准化。使用868.3MHz和315Mhz的低频率,因为超低耗电量面向自能量收集型(Energy Harvesting)的传感器网络的宣传。

MyriaNed
2009年左右由荷兰DevLab开发的技术,使用了从生物体内的化学信息传达以及社会结构内的“传言(Gossip)”的扩散中构思的名为“随机广播网格”的独特算法。

DASH7
在2009年左右,Savi公司(洛克希德马丁的子公司)根据美国国防部(DoD)的要求开发了一种面向传感器网络的技术,该技术适用于RFID ISO/ iec1800 -7标准(而末尾-7变为DASH7的称呼也似乎由此诞生)为基础扩展的无线网络技术。

WirelessHART
2007年由HART Communications Foundation开发的技术,被标准化为IEC 62591。原本是连接自动工业机器的HART(Highway Addressable Remote Transducer Protocol, Highway Addressable Remote Transducer Protocol)有线接口的无线化,其基础技术是使用DUST Network的无线网状网络。虽然频率是2.4GHz,但是通过(和蓝牙相似的)时刻同步型的跳频可以将选择性衰落和信道干扰的影响降到最低。

Insteon
该技术是于2009年左右由SmartLabs公司开发,也是长期用于家用照明和空调控制的X-10电力线网络的无线版技术。同时使用电力线网络和900Mhz频段无线,构建有线和无线混合网状网络,而关于电力线部分是因与X-10兼容(Zigbee未获得成功)试图向家庭用电控制领域渗透。

Wavenis
是2000年左右由Coronis公司开发的技术,现在被认为是Wavenis开放标准联盟的开放标准。使用亚吉赫兹(433兆赫,868兆赫,915兆赫),以超低功耗支持包含网格的多种拓扑模型。

与其说是WPAN,不如说像是无线传感器网络总览,不过就像是“亚兆赫兹”“网状”“低延迟”“高可靠性”“超低耗电量”“低价格”“ISO/IEC标准”等类似词语的不同组合。如果副千兆和Mesh是那么好的产品,那为什么不进一步普及呢?对此,我想“因为还是新技术,业界需要时间适应”“几年内会爆发性地普及”这种类似的原因(例如DASH7的介绍)。但是,“超低耗电量无线网状物”的先驱Zigbee问世已经过了10年,却还在梦想着“爆发性普及”,我有这样讽刺的心情,是我的头脑有点顽固吗?

另外索尼的 TransferJet 或飞利浦的NFC也是「低功率」「近距离无线」的一种,但是基本通信是按照1:1来通信,也是和“网络”概念有点区别,所以这次将其排除在“WPAN”之外。

Stealth Threats
正如开头所述,现在的WPAN几乎不能满足“在外出时向朋友的PC无线传输数据”的用途,尽管如此,为什么没有“没有无线PAN”数据传输不了,真不方便啊”这样的烦恼呢?(注:※)不用多想,因为这些用途都是可以通过USB闪存来解决的。U盘比普通的无线LAN高速得多,使用方法简单得连老人和小孩都能看得懂,而且其容量上升、而价格还在不断下降。当然,经常会发生丢失存有业务机密和隐私数据的U盘,或者将存有重要数据的U盘和裤子一起洗等事故而吓得脸色发青,但这种风险促进U盘向WPAN转移的压力并没有增大(企业、政府机关对U盘的携带、带出的限制有所提高)。

从技术人员的角度来看,递交U盘这种做法虽然粗鲁,但绝对是“无线数据传输”的一种。也许我们应该了解比起技术上高度成熟的产品,简单易懂的产品更能获得成功。
(注)顺便说一下,我也有用过在USB出现以前的palm top PC来传输文件很辛苦的体验。也是在这个时候,我费尽千辛万苦想要活用好不容易附带的IrDA,结果觉得“这个不行,没用”而放弃了。

最近的超薄型笔记本(Ultrabook)为了超薄,只配备了最小的USB接口,而智能手机和智能Pad原本就不具有USB接口。即使有USB口也不能用于文件传输的机型也越来越多了。那么终于轮到WPAN出场了吗?!……就在这时,另一个隐形威胁登场了。本来应该和WPAN成为互补关系的WLAN/WWAN变成了WPAN的竞争对手。

这几年,LTE和WiMax的数十Mbps高速广域无线数据服务网以野火般的势头被扩充,在城市的热点地区802.11g和11n的上行链路被提供。互联网上提供了以千兆字节为单位的云存储空间(往往是免费的),智能手机也标配了云端互联的数据交换功能。即使是相邻的机器,也没有必要直接进行通信,只要通过云服务器进行数据交换就可以了,制造商和运营商也在按照这种方法来制造产品。

但是,在过去互联网的黎明期“寻找物理跳数少的镜像下载”“不急的邮件存到本地服务器,在线路空的夜里cron转发”“邮件回复中删除不必要的引文”等,对于被告知“网络礼节”的人来说,相隔不到1m的设备通过基站,穿过网线进入数据中心,然后再绕一圈返回,交换大容量的数据,这种行为只能被认为是徒劳。

这已经不是技术论,而是商业模式论了。变成了制造商或者运营商是在哪里赚钱的问题。特别是对运营商来说,只要卖出一台手机,那么终端价格的一半根本不重要,用户长时间、大容量地使用线路才是收益的源泉。正因为如此,我们才会拼命地推广云存储,而减少线路使用机会的USB和WPAN反而可能是对他们有百害而无一利的东西(除非是重要到让用户放弃购买没有这个功能的手机)。

总结
以前我曾说过“家庭用网络是业界的梦想”,无线PAN或许也只是一个幻影。如果有一种廉价、简易(并且速度最快)的无线设备,只要把设备搬到旁边就可以传输数据,想必大家都会觉得很方便吧,但是考虑到安全性,或者会干扰现有的无线设备等问题的话既不是“廉价”也不是“简易”,而是类似于现有的无线LAN(WiFi),所以很难作为产品成立。WiFi在规格上比较复杂,电路规模大,耗电量也大(如果用同世代的半导体技术生产的话),但毕竟是用最先进的半导体工艺制造的,所以只能小批量生产的无线方式与WiFi在同一领域竞争是非常困难的。连蓝牙都放弃了自己的高速无线,采用了租用WiFi的PAL/AMP。

这次提到的WPAN的用途之一有“在外出时向朋友的PC无线传输数据”,但是或许“传输”数据这一概念本身已经成为过去的模式。例如,将博客和SNS的历史记录全部备份到自己的硬盘的人是极少数(首先就不存在)吧。像是Twitter这样的自己说的话也会随着时间流逝而消失的SNS上,虽然人们可能会用Togetter整理出自己认为有用的言论,但这也仅仅是网络上的事件。将相关文章介绍给他人时,只需展示一个链接即可,不需要将整个文件转发出去。照片(Picasa, Yfrog)和视频(Youtube, niconico视频)也是类似的。

我并不想像评论家那样提出云端万岁的网络万能论(我是一个比较保守和守旧的人,这篇文章也是用PC的文本编辑器打好之后再统一上传的),但是计算机…再往上说是信息与人的关系确实正在发生变化。那么,10年前流行的“PAN”这一概念(随着计算和云端被广泛的实用化)是否已经不再适用了呢?还是说,全新的使用案例和范例会让“小规模、简易、高机动、超低耗电量的无线网络(WPAN)”再次受到青睐呢?

我个人(这个也说过很多次)觉得以蓝牙LE为代表的“智能小工具”的想法很有魅力。总之,只要提供能够检索、连接并进行通信的框架,之后就会产生很多有趣的使用方法。只是,这种“有趣的使用方法”能成为商机吗…必须考虑从哪里可以获得利益(像运营商一样,如果每个数据包能获得多少收益,那就很简单了),但是作为技术人员只考虑“赚钱还是不赚钱”是不太健康的想法。