數字家庭技術(shù)發(fā)展趨勢

信息和通信技術(shù)的飛速發(fā)展正在不斷改變人們的生活，信息化和數字化越來(lái)越成為社會(huì )各個(gè)領(lǐng)域的大勢所趨。數字家庭概念應運而生，電信、家電、IT 等行業(yè)對數字家庭有著(zhù)各自的解讀。對電信運營(yíng)商來(lái)講，數字家庭是將公共網(wǎng)絡(luò )和信息服務(wù)以家庭網(wǎng)關(guān)為連接點(diǎn)延伸到家庭，并通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò )連接各種信息終端，為家庭提供集成的通信、娛樂(lè )、家電控制、安全防范、家居管理和信息服務(wù)等功能。數字家庭領(lǐng)域涉及的技術(shù)非常復雜，主要包括：聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)、設備自動(dòng)發(fā)現技術(shù)、遠程管理技術(shù)。

　　聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

　　家庭聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決家庭內部多種終端之間的物理互聯(lián)。由于家庭環(huán)境的多樣性和復雜性，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一直是數字家庭中非?；钴S的技術(shù)領(lǐng)域，隨著(zhù)以 IPTV業(yè)務(wù)為代表的多媒體業(yè)務(wù)和應用在家庭的普及，對互聯(lián)技術(shù)在帶寬性能、QoS保證以及使用便捷上提出了更高的要求。目前在數字家庭組網(wǎng)中常見(jiàn)的互聯(lián)技術(shù)主要有以太網(wǎng)、HomePNA、MoCA、PLC、WiFi等。

　　以太網(wǎng)技術(shù)在目前的網(wǎng)絡(luò )世界里是一個(gè)非常普及的連接技術(shù)，可以提供從10M到100M甚至千兆的傳輸帶寬。以太網(wǎng)上基于802.1p的QoS機制相對比較簡(jiǎn)單，通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)的配合可以滿(mǎn)足語(yǔ)音、視頻、數據多種信息流的QoS要求。以太網(wǎng)技術(shù)在目前的家庭設備互聯(lián)中是最簡(jiǎn)單也是最普及的，但由于以太網(wǎng)對家庭布線(xiàn)有較高的要求，而且不具備移動(dòng)性，所以在很多應用上受到相當的限制。

　　HomePNA是一種基于電話(huà)線(xiàn)傳輸的家庭互聯(lián)技術(shù)，通過(guò)在雙絞線(xiàn)上調制信號承載數據提供基于電話(huà)線(xiàn)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，HomePNA3.0提供了對同軸電纜的支持，2005年被ITU標準化為G.9954。目前最新的標準HomePNA3.1理論最高速率達到320Mbps，支持同步、異步兩種 MAC機制，使用同步MAC可以獲得更好的QoS保證?？偟脕?lái)說(shuō)，HomePNA技術(shù)能最大可能重用家庭內部已有的布線(xiàn)系統來(lái)提供設備互聯(lián)，大大減少了布線(xiàn)改造。HomePNA技術(shù)被ATT采納用于作為其家庭網(wǎng)絡(luò )解決方案的主要互聯(lián)機制。但作為一種有線(xiàn)技術(shù)，除了線(xiàn)纜的局限性外，還存在一些缺陷：傳輸延時(shí)大，在同軸線(xiàn)上與VDSL、數字電視的頻段存在沖突等。

　　MoCA是一種與HomePNA類(lèi)似的技術(shù)，采用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，能提供理論最大270Mbps的帶寬。MoCA最大的問(wèn)題在于目前還沒(méi)有標準化，支持它的芯片廠(chǎng)家很少，從而也造成成本高、缺乏互通等問(wèn)題。

　　相對以上三種有線(xiàn)技術(shù)，由家庭插座（HomePlug）聯(lián)盟組織主導的基于電力線(xiàn)的傳輸PLC技術(shù)是一種布線(xiàn)更加便捷的互聯(lián)技術(shù)。PLC采用類(lèi)似以太網(wǎng)的傳輸機制，提供200Mbps的物理帶寬，并且專(zhuān)門(mén)考慮AV高帶寬、低時(shí)延的要求，目前影響PLC普及的主要因素有：電力線(xiàn)上的干擾問(wèn)題、用戶(hù)間隔離以及成本。

　　HomePNA、MoCA、PLC三種有線(xiàn)技術(shù)在MAC/PHY層各不相同，為了統一家庭互聯(lián)技術(shù)，ITU-T Q4/15開(kāi)始研究G.hn，宗旨是為家庭網(wǎng)絡(luò )制定單一、統一的互聯(lián)技術(shù)標準，這種技術(shù)保證家庭網(wǎng)絡(luò )所有的有線(xiàn)傳輸介質(zhì)可以互通。G.hn技術(shù)規范基于有線(xiàn)介質(zhì)的PHY技術(shù)、統一MAC技術(shù)。支持G.hn的芯片可以在不同的有線(xiàn)傳輸介質(zhì)上傳輸信號，使采用同軸電纜、電話(huà)線(xiàn)或電力線(xiàn)傳輸的數據速率從 50Mbps提高到超過(guò)700Mbps，將主要應用于家庭網(wǎng)絡(luò )高速數據、視頻等的傳輸。

　　相對于有線(xiàn)技術(shù)，WLAN以其移動(dòng)性和便捷性受到各方的青睞，尤其是基于OFMA和MIMO技術(shù)的802.11n的出現使之成為大眾所期望的終極互聯(lián)技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)討論802.11n的draft4.0已經(jīng)通過(guò)，正式標準預計會(huì )在2009年最終定稿，困擾11n的標準問(wèn)題和互通問(wèn)題也有望得到徹底解決。802.11n技術(shù)能帶來(lái)高達600Mbps的理論帶寬以及更高的無(wú)線(xiàn)覆蓋能力，使得無(wú)線(xiàn)承載多媒體應用，尤其是視頻媒體成為可能。當然作為一種無(wú)線(xiàn)技術(shù)，在家庭應用時(shí)受限于功率以及家庭建筑的影響，仍然不可避免地存在覆蓋問(wèn)題以及在傳輸質(zhì)量上無(wú)法達到有線(xiàn)傳輸的效果等問(wèn)題。

　　從以上分析可以看出，目前并沒(méi)有一種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在家庭網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中是完美無(wú)缺的，不同傳輸技術(shù)將在家庭網(wǎng)絡(luò )內互相協(xié)作，共同發(fā)展。未來(lái)的家庭中將采用兩種或多種傳輸技術(shù)的組合。隨著(zhù)802.11n的普及，未來(lái)WLAN將成為視頻流傳輸的載體，盡管有線(xiàn)技術(shù)實(shí)施起來(lái)仍更可靠，但是在QoS和吞吐量方面逐漸得到改善的WLAN由于具有移動(dòng)性將會(huì )使其占據優(yōu)勢地位。而電力線(xiàn)上網(wǎng)在歐洲將獲得廣泛應用，歐洲的建筑結構可能意味著(zhù)WLAN的應用并不太適合。 MoCA和HomePNA技術(shù)在北美區域由于同軸線(xiàn)纜和電話(huà)線(xiàn)的大量普及仍將會(huì )有一定的市場(chǎng)。

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　　家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)

　　家庭網(wǎng)關(guān)作為家庭網(wǎng)絡(luò )與電信運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )聯(lián)系與互通的樞紐是電信網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)末梢，在數字家庭中處于核心位置。一方面家庭網(wǎng)關(guān)利用多種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為家庭內部各終端提供互聯(lián)手段，提供業(yè)務(wù)承載、QoS保障、家庭安全與管理，同時(shí)也是家庭用戶(hù)從電信網(wǎng)絡(luò )與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )獲得各種增值服務(wù)的通道和業(yè)務(wù)平臺。隨著(zhù)網(wǎng)關(guān)承擔的作用越來(lái)越大，家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)也在逐步發(fā)展，總得來(lái)說(shuō)網(wǎng)關(guān)技術(shù)的發(fā)展包括三個(gè)階段。

　　橋接設備：常見(jiàn)的就是Modem設備，家庭網(wǎng)關(guān)的前身，它只是個(gè)簡(jiǎn)單的橋接設備，功能單一，只是在二層上將家庭內設備與接入網(wǎng)連接起來(lái)。

　　家庭網(wǎng)關(guān)：家庭網(wǎng)絡(luò )中心設備，家庭網(wǎng)絡(luò )的通信、管理、控制中心。具有豐富的家庭網(wǎng)絡(luò )聯(lián)網(wǎng)接口、完備的家庭網(wǎng)絡(luò )通信功能，負責整個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò )的連接與管理，是運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )的一部分。

　　業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)：不單單是一個(gè)通信設備，更是一個(gè)業(yè)務(wù)的載體，運營(yíng)商的各種新業(yè)務(wù)在網(wǎng)關(guān)上得以展現，同時(shí)也承載家庭網(wǎng)絡(luò )內部的各種業(yè)務(wù)，它將是一個(gè)通用、開(kāi)放的家庭網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)平臺，系統的開(kāi)放性是比較重要的一個(gè)特征。

　　目前HGI、寬帶論壇以及ITU-T都在制定關(guān)于家庭網(wǎng)關(guān)的技術(shù)標準，其中運營(yíng)商主導HGI組織的進(jìn)展最為快速。HGI從2004年成立起，就研究家庭網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)場(chǎng)景及其應用模式，然后制定家庭網(wǎng)關(guān)設備的技術(shù)規范，2006年、2007年都發(fā)布了家庭網(wǎng)關(guān)設備的技術(shù)規范。在家庭網(wǎng)關(guān)的基礎上，運營(yíng)商越來(lái)越關(guān)注家庭網(wǎng)絡(luò )的各種業(yè)務(wù)的開(kāi)展。如何為用戶(hù)提供更多的新業(yè)務(wù)，并且更容易地部署這些業(yè)務(wù)成為運營(yíng)商關(guān)注的重點(diǎn)。所以，家庭網(wǎng)關(guān)作為一個(gè)承載業(yè)務(wù)的平臺，其平臺性和開(kāi)放性至關(guān)重要。在這方面很多運營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行一些探索，如中國電信E8產(chǎn)品中定義的中間件模型、法電LiveBox產(chǎn)品中定義的 HNSA架構以及目前德國電信在研究的OSGI模型?？偟脕?lái)說(shuō)運營(yíng)商希望家庭網(wǎng)關(guān)不僅僅能提供本身應具備的功能，同時(shí)需要提供一個(gè)開(kāi)放的軟件環(huán)境用于后續業(yè)務(wù)的擴展，但具體如何實(shí)現，仍然有待進(jìn)一步研究。

　　遠程管理技術(shù)

　　隨著(zhù)電信業(yè)務(wù)逐步向家庭內部延伸以及家庭網(wǎng)絡(luò )設備的功能日益復雜，業(yè)務(wù)的開(kāi)通部署、家庭網(wǎng)絡(luò )設備的運營(yíng)維護成為一個(gè)非常重要的工作。由于設備數目巨大，且部署在家庭內部，運營(yíng)商對于遠程管理的要求也日漸迫切。

　　在網(wǎng)關(guān)的遠程管理技術(shù)上以寬帶論壇主導的TR069系列網(wǎng)管規范相對比較成熟和全面，它支持對ADSL、VDSL、以太、PON、POTS等多種上行方式的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行管理，對網(wǎng)關(guān)的主要功能均抽象了管理參數，并支持動(dòng)態(tài)配置、版本升級、日志查看、遠程復位等多種管理操作，同時(shí)在網(wǎng)管系統與營(yíng)業(yè)系統、運維系統之間的北向接口均做了定義。目前基于TR069的網(wǎng)管系統已經(jīng)在中國電信、法國電信等眾多運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )中部署，主要用于實(shí)現設備或業(yè)務(wù)的“零配置”開(kāi)通，以及設備的日常診斷、維護。

　　在對網(wǎng)關(guān)進(jìn)行全面管理的基礎上，運營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始考慮如何對家庭內部設備進(jìn)行管理。主要有兩種思路：基于網(wǎng)關(guān)代理方式和網(wǎng)關(guān)協(xié)助直接管理方式。寬帶論壇采用網(wǎng)關(guān)協(xié)助管理方式定義了一套完整的內聯(lián)設備管理機制——TR111，但由于目前大量部署到家庭的機頂盒設備很多采用橋接方式，內聯(lián)管理機制應用較少。

　　設備自動(dòng)發(fā)現技術(shù)

　　在家庭網(wǎng)絡(luò )中部署的信息終端越來(lái)越多，在解決他們之間的物理互聯(lián)問(wèn)題之后，家庭用戶(hù)還需要對各個(gè)設備進(jìn)行一些復雜配置才能使用，這對于普通家庭用戶(hù)來(lái)說(shuō)是難以接受的。加入到家庭網(wǎng)絡(luò )的設備如何能自動(dòng)地相互發(fā)現并協(xié)同配合工作一直是數字家庭領(lǐng)域熱烈討論的問(wèn)題。在這個(gè)領(lǐng)域中相關(guān)的標準組織很多，國內的閃聯(lián)、e家佳，國際的UPnP、DLNA以及微軟提出的Rally等，從技術(shù)上來(lái)看這些標準基本都在UPnP規范基礎上擴展而成。從目前的發(fā)展趨勢來(lái)看，以媒體應用為側重的DLNA標準相對成熟，尤其是在目前多媒體應用日益普及的情況下DLNA受到越來(lái)越多設備廠(chǎng)家的重視和支持。目前不少消費電子、網(wǎng)絡(luò )設備廠(chǎng)商都已經(jīng)推出基于DLNA標準的網(wǎng)絡(luò )設備和娛樂(lè )設備，這為家庭內部設備互聯(lián)標準的后續統一打下一定基礎。

　　總結

　　縱觀(guān)數字家庭領(lǐng)域這些年的發(fā)展，盡管受到業(yè)界的廣泛關(guān)注，這一概念也越來(lái)越普及，但數字家庭技術(shù)的發(fā)展仍然充滿(mǎn)不確定性。其中基于家庭網(wǎng)絡(luò )如何提供更多豐富多彩的業(yè)務(wù)以及降低設備的使用復雜性、提高運維管理能力是需要持續重點(diǎn)關(guān)注的。