家庭聯網

家庭聯網(Home Networking)能把一個住宅變成智慧型家庭(Smart Home)，把許多具備高度通信能力的信息家電(IA)連線起來，集成在一起,不僅它們之間能夠相互通信，而且與外界也能通信。

中文名稱	家庭聯網
英文名稱	home networking
定　　義	組建家庭網的方法與技術。
套用學科	通信科技（一級學科），通信網路（二級學科）

基本介紹

• 中文名：家庭聯網
• 外文名：Home Newtokring

簡介

家庭聯網(Home Newtokring)能把一個住宅變成智慧型家庭(Smart Home)，把許多具備高度通信能力的信息家電(IA)連線起來，集成在一起，不僅它們之間能夠相互通信，而且與外界也能通信，如圖所示。智慧型家庭將給我們提供各種各樣的方便套用。例如，從網上圖書館下載在各種設備(從MP3播放機到電視機和PC)上享用個人想要的內容;自動識別走向大門的來客，把門廊的燈打開;自動把家裡的溫度調到預定的度數;具有Jvaa支持能力的空調設備在有問題時能自動向製造廠家傳送電子郵件，還允許用戶在遠地通過手機向它傳送指令，以調節溫度或關閉空調設備(見圖)。在新加坡就有一個豪華住宅區，其中各家都裝有寬頻接人基礎設施和家庭網。通過家庭網的監視功能，住戶可以從家裡的螢幕上看到等候在電梯間的來客，並讓他進來或不讓進。住戶還可接人一個小區公共門戶，進行網上購物、檢查個人信箱、傳送電子郵件和預定住宅區公共設施。實際上，家庭聯網的技術已經基本就緒，並不是很遙遠的事情。現在不少設備供應商和服務提供商正在朝著這一方向前進。它們把家庭聯網看作為延長寬頻價值鏈必走的一步。美國和加拿大的一些運營商在一年多前就走出了這一步。亞洲國家現也開始啟動了，如日本的節能與管家網(Ehconet)組織、韓國的家庭網論壇與我國的智慧型組群與資源共享(IGRS)組織在2004年6月一致同意，三國共享家庭聯網的技術成果，共同推進國際標準化工作。韓國KT公司正與三星公司在漢城聯合試驗一個家庭聯網服務項目，試驗包括了20個家庭，為它們提供互動式數字廣播、家庭自動化、家庭保全、遠程醫療、信息娛樂(如VOD)、網際網路廣播和網路遊戲等服務。美國的nI以也在忙於同微軟和Chunghwa電信公司一起合作開發“數字家庭”，於2004年底為寬頻用戶提出數字家庭方案。

有的國家的管制部門也在推進數字家庭。`例如，韓國的信息通信部已經設定了一個目標{」即到2007年要通過家庭網連線100萬個家庭。為了支持家庭聯網技術的開發工作和標準化工作，韓國信息通信部還專門撥款7.7億美元。

家庭聯網正在成為下一個能賺錢的焦點。In-stat/MDR公司認為，寬頻共享和娛樂網路的發展將把家庭聯網設備市場從2004年的83億美元推向2008年的171億美元。雖然目前大部分市場在北美(占全球家庭聯網設備銷售的46%)，但到2008年亞洲將成為家庭聯網的地區領導者，占全球市場的36%，北美將下降到34%。Gartne:對家庭聯網的市場預測更為樂觀，到2010年全球市場可達1062億美元。IDC預測，2008年全世界已安裝的家庭網可望從2003年的3700萬個增加到1.11億個。

發展家庭聯網現在面臨兩個主要問題。一個是缺乏完整統一的標準，在組建家庭網和跨接幾個網路層時在集成和互操作方面都存在較大麻煩，從網路本身一直到器具設備、接口和內容都有問題，尤其在內容的數字著作權管理(DRM)方面。雖然有些問題最近得到了解決，但仍有不少問題有待解決。另一個主要問題是如何使用戶充分理解所有這些新套用給他們帶來的好處，願意為這些套用掏腰包。

關鍵技術

對於家庭套用，連線各種信息家電的網路基礎設施必須易於安置，安裝和維護費用便宜以及性能良好。所以，如何把所有家用設備連線在一起是一個關鍵問題。目前已有多種聯網技術可用於智慧型家庭。

乙太網LAN就是其中之一，只要用戶家裡布有5類線，就能使用乙太網LAN，但是家庭乙太網LAN的成本偏高，組建比較麻煩，因為需要在所有的房間內布線。

用WiFi來取代電纜是一種最直接的解決方案，現在變得非常熱門，但在家庭聯網套用中也遇到過互操作問題。為了解決這些問題，WiFi聯盟在2004年9月頒布了WMM(WiFi多媒體)最新標準，它使各種信息家電，如電視機、DVD、行動電話等能夠聯網工作。符合WMM標準的首批信息家電預期在2004年聖誕節面世。但是，WIiF並非對每個家庭都是最好的家庭聯網方案。例如，在歐洲很多住家是用石頭和混凝土建造的，不利於用WIFi建網。用其他無線技術作家庭聯網也可以，如藍牙和HomeRF等。但是，使用無線技術，信息家電本身也需要無線通信能力，安裝不是很簡單，基本上都需要花錢請外部人員來建網。

現在比較一致的看法是，如果不是非常必要，就不用無線，也不用新的布線，而是使用住家現有的布線，包括電話線、有線電視電纜和電力線。在這方面，目前已有幾個工業標準可供選用。利用現有電話線作家庭聯網的標準有家庭電話線聯網聯盟制定的HomePNA。其思路類似於DSL，用普通電話線來同時支持話音、寬頻數據和家庭網業務，速率高達128Mib口S。用戶只要把信息家電插人電話線插口即可聯網。存在的主要問題是住家內的電話線插口數量有限，一般都少於5個，多半只有2~3個。

利用電力線作家庭聯網的標準有HomePlug聯盟推出的Homeplug。它基於OFDM技術。由於在大多數家庭電源插口比電話線插口多，從這一點看，HomePlug比HomePNA有優勢。但是它面臨不少其他問題，例如，因不同地方的電力管制辦法不同而造成的困難，用戶對使用電源插口不放心而產生的牴觸情緒以及干擾、噪聲與信號衰減等問題。

在2004年初成立的同軸電纜多媒體聯盟(MoCA)本質上是wiF聯盟的同軸電纜翻版，試圖制定利用現有有線電視電纜作家庭聯網的標準，驗證設備互操作性，讓電視機、數字機頂盒、DVR、DVD、數字VHS、CD/MP3與PC等設備能夠進行無縫連線。另外還有一種新的無線聯網標準是iZ娜e(IEEE802.15.4)。它是一種低速率、低成本、低功耗無線系統，主要用於監視和控制，為家庭網增加感測功能，支持其他標準不適用的低速率套用。它不僅打開了大量的新套用之門，而且還能給許多現有的套用增加新的價值。由於通過izgBe各種非常簡單的器件能夠實現聯網，作為一個全球標準，為將來實現無所不在的網路創造了條件。

1、乙太網

在近30年的使用過程中，乙太網以其使用的廣泛性和低廉的價格成為機頂盒常用的網路接口之一；同時在PC上廣泛使用，用戶對其比較熟悉，這就使基於乙太網的技術與產品在用戶自安裝上成為可能。另外，乙太網的頻寬超過900Mbps，一旦安裝完畢，其可靠性也非常優越。不過，乙太網技術也有一些挑戰，儘管可以自安裝，但大多數家庭還是要鋪設新線纜；另外，乙太網絡在搭建時也許並未充分考慮到視頻服務所需要的QoS，因此要安裝單獨的線纜以保證視頻服務，以免和其他數據或語音業務發生傳輸衝突。

2、HomePlug

由於是利用幾乎在每個房間都會有的電源插口，HomePlug技術無需重新鋪線。HomePlug標準也在不斷完善，HomePlug AV（針對家庭娛樂網路的相關標準）,其理論頻寬為120Mbps，實際使用中一般可以保證50～70Mbps，能夠支持目前所有的多媒體業務。之前的HomePlug技術會受到電力線中噪聲的困擾，但改進之後已能有效避開這種干擾和波動，而且HomePlug AV有比較充分的QoS規範，可以有效地支持視頻方面的業務。

3、HomePNA

HomePNA是另外一種可以有效避免重新布線的技術，具有把前端傳來的乙太網信號接入家庭網路的接口，同樣也可提供家中電話線網的接口。運營商採用此技術時，可以利用家中已有的同軸線或雙絞線進行寬頻體驗，節省大量的安裝時間以及成本。

HomePNA在實際使用中具有超過100Mbps的頻寬，足以支持相關業務；而且其QoS可以對數據、視頻以及音頻等多信號在同一通道中傳輸進行有效管理，以保證用戶體驗質量。

4、802.11n

無線方式可以避免布線所引起的成本以及麻煩。如果在無障礙的環境中，目前的802.11n技術已可支持約125Mbps頻寬，實際套用中（18～20米的距離並不接地的情況下）也可以達到60Mbps。儘管802.11n還未成為最終標準，但WiFi聯盟已經開始基於目前的標準草案對產品進行一些認證工作。

無線網路的問題是其使用環境往往不受控於運營商，而且還存在干擾、安全協定等問題。隨著標準和技術的進一步完善，這些實際使用問題會得到解決，屆時802.11n的優勢就會充分釋放出來，有望成為家庭網路的理想選擇。

5、MOCA

MOCA技術是利用家中已有的同軸線纜進行高速傳輸。這一技術目前已得到部分商用，運營商可將機頂盒、PC機以及路由器連線在一起，只要它們都可以接到最近的同軸線纜接口上。目前的MOCA可支持130Mbps的速率，並可支持16個節點的互聯，從而滿足大多數用戶需求，且有很高的QoS保證。

面臨挑戰

網路

隨著業務增多，IPTV和其他視頻服務對家庭網路提出了前所未有的挑戰——如超低時延等。目前，運營商在家用娛樂業務推廣過程中，最大的挑戰不是傳輸問題，而是這些業務在家庭網路中的套用問題。另外，如何在現有家庭網路中選擇合理的布局方式也是困擾運營商的難題。從表中的數據可以計算出，運營商要至少75Mbps的頻寬才能確保順利地在家庭環境中傳輸各種服務內容，因此提高頻寬勢在必行，而運營商也會比以往任何時候更關注網路安裝的時間及成本；同時，運營商也要考慮很多用戶會反對他們在布線時對家庭環境所造成的破壞。因此，最高速的家庭聯網技術或安裝最快的方案也許不是最有效的，即在滿足頻寬的同時，必須要考慮保持現有網路布線的因素。

用戶體驗

最影響用戶體驗有兩大因素：時延與卡頓，兩者雖為技術問題，但對運營商推動業務發展有很大影響，因此有必要進行深入探討。

1、卡頓

對用戶而言，卡頓意味著視頻質量的降低以及連續性變差，例如，出現畫面靜幀、跳幀、白屏或伴音丟失。導致上述現象的原因主要是時間的準確度問題。在IP網路中這種現象很常見，因為對數據而言，這種卡頓無非是使接收方所需要的時間稍微延長而已；而這對視頻相關業務則是無法接受的。視頻業務需要實時不間斷、準確地傳輸。跟數據傳輸一樣，視頻信息也是用位元組的方式通過網路進行傳輸，當位元組早到或晚到，機頂盒或PC機將不得不對時間上的錯誤進行調整。當視頻位元組遲到時，解碼器中沒有視頻可以處理，那么用戶體驗將是視頻與音頻的遲鈍；當位元組提前送到，則解碼器不得不先用記憶體將這些信息存儲起來，如果記憶體占滿，那么將只能先清除以接收後續的信息。位元組的丟失將意味著畫面遲滯，表現為畫面停頓，然後重新開始，同時也會伴隨音頻的問題。DVB標準規定：由前端到用戶端卡頓的峰-峰值不能超出40ms（±20ms）。到目前為止，運營商在解決前端到用戶端（機頂盒）之間的卡頓問題上基本是成功的，但如果重新布局家庭網路，更大的挑戰將隨之而來，所以在設計家庭網路時需要充分考慮QoS，以最大程度減少卡頓現象。

2、時延

時延的用戶體驗表現為對娛樂系統的回響能力。以往時延的問題還不是很嚴重，比如在用戶切換頻道的過程中可能會有所體會，但還不足以使用戶感到不便。但是，眾多新套用的出現使得時延問題日益突出，例如當使用遊戲控制器、遙控器、鍵盤、麥克風或其他雙向溝通的介質時，用戶期待實時的反饋，但如果音頻和視頻數據不同時到達，用戶的體驗顯然會很差。雅各布·尼爾森的《設計網路可用性》一書在衡量時間需求時被廣泛參考。尼爾森在此書中提到：

★100毫秒的時延會讓用戶感到系統不再是實時反應；

★1秒的時延會打亂用戶的反應思考過程；

★10秒的時延會讓用戶完全放棄對當前對話的注意力。

有一系列因素會影響導致時延，如傳輸距離、信號干擾和在各傳輸介質間的壓縮與轉換。在家庭網路中，時延的主要是由路由器所導致的，因此在設計家庭網路時要仔細考慮，最大限度減少時延。