家庭联网

把一个住宅变成智能家庭，把许多具备高度通信能力的信息家电连接起来的系统

家庭联网(Home Networking)能把一个住宅变成智能家庭(Smart Home)，把许多具备高度通信能力的信息家电(IA)连接起来，集成在一起,不仅它们之间能够相互通信，而且与外界也能通信。

简介

家庭联网(Home Newtokring)能把一个住宅变成智能家庭(Smart Home)，把许多具备高度通信能力的信息家电(IA)连接起来，集成在一起，不仅它们之间能够相互通信，而且与外界也能通信，如图1所示。智能家庭将给我们提供各种各样的方便应用。例如，从网上图书馆下载在各种设备(从MP3播放机到电视机和PC)上享用个人想要的内容;自动识别走向大门的来客，把门廊的灯打开;自动把家里的温度调到预定的度数;具有Jvaa支持能力的空调设备在有问题时能自动向制造厂家发送电子邮件，还允许用户在远地通过手机向它发送指令，以调节温度或关闭空调设备(见图2)。在新加坡就有一个豪华住宅区，其中各家都装有宽带接人基础设施和家庭网。通过家庭网的监视功能，住户可以从家里的屏幕上看到等候在电梯间的来客，并让他进来或不让进。住户还可接人一个小区公共门户，进行网上购物、检查个人邮箱、发送电子邮件和预定住宅区公共设施。实际上，家庭联网的技术已经基本就绪，并不是很遥远的事情。现在不少设备供应商和服务提供商正在朝着这一方向前进。它们把家庭联网看作为延长宽带价值链必走的一步。美国和加拿大的一些运营商在一年多前就走出了这一步。亚洲国家现也开始启动了，如日本的节能与管家网(Ehconet)组织、韩国的家庭网论坛与我国的智能组群与资源共享(IGRS)组织在2004年6月一致同意，三国共享家庭联网的技术成果，共同推进国际标准化工作。韩国KT公司正与三星公司在汉城联合试验一个家庭联网服务项目，试验包括了20个家庭，为它们提供交互式数字广播、家庭自动化、家庭保安、远程医疗、信息娱乐(如VOD)、互联网广播和网络游戏等服务。美国的nI以也在忙于同微软和Chunghwa电信公司一起合作开发“数字家庭”，于2004年底为宽带用户提出数字家庭方案。

有的国家的管制部门也在推进数字家庭。`例如，韩国的信息通信部已经设定了一个目标{」即到2007年要通过家庭网连接100万个家庭。为了支持家庭联网技术的开发工作和标准化工作，韩国信息通信部还专门拨款7.7亿美元。

家庭联网正在成为下一个能赚钱的焦点。In-stat/MDR公司认为，宽带共享和娱乐网络的发展将把家庭联网设备市场从2004年的83亿美元推向2008年的171亿美元。虽然目前大部分市场在北美(占全球家庭联网设备销售的46%)，但到2008年亚洲将成为家庭联网的地区领导者，占全球市场的36%，北美将下降到34%。Gartne:对家庭联网的市场预测更为乐观，到2010年全球市场可达1062亿美元。IDC预测，2008年全世界已安装的家庭网可望从2003年的3700万个增加到1.11亿个。

发展家庭联网现在面临两个主要问题。一个是缺乏完整统一的标准，在组建家庭网和跨接几个网络层时在集成和互操作方面都存在较大麻烦，从网络本身一直到器具设备、接口和内容都有问题，尤其在内容的数字版权管理(DRM)方面。虽然有些问题最近得到了解决，但仍有不少问题有待解决。另一个主要问题是如何使用户充分理解所有这些新应用给他们带来的好处，愿意为这些应用掏腰包。

关键技术

对于家庭应用，连接各种信息家电的网络基础设施必须易于安置，安装和维护费用便宜以及性能良好。所以，如何把所有家用设备连接在一起是一个关键问题。目前已有多种联网技术可用于智能家庭。

以太网LAN就是其中之一，只要用户家里布有5类线，就能使用以太网LAN，但是家庭以太网LAN的成本偏高，组建比较麻烦，因为需要在所有的房间内布线。

用WiFi来取代电缆是一种最直接的解决方案，现在变得非常热门，但在家庭联网应用中也遇到过互操作问题。为了解决这些问题，WiFi联盟在2004年9月颁布了WMM(WiFi多媒体)最新标准，它使各种信息家电，如电视机、DVD、移动电话等能够联网工作。符合WMM标准的首批信息家电预期在2004年圣诞节面世。但是，WIiF并非对每个家庭都是最好的家庭联网方案。例如，在欧洲很多住家是用石头和混凝土建造的，不利于用WIFi建网。用其他无线技术作家庭联网也可以，如蓝牙和HomeRF等。但是，使用无线技术，信息家电本身也需要无线通信能力，安装不是很简单，基本上都需要花钱请外部人员来建网。

现在比较一致的看法是，如果不是非常必要，就不用无线，也不用新的布线，而是使用住家现有的布线，包括电话线、有线电视电缆和电力线。在这方面，目前已有几个工业标准可供选用。利用现有电话线作家庭联网的标准有家庭电话线联网联盟制定的HomePNA。其思路类似于DSL，用普通电话线来同时支持话音、宽带数据和家庭网业务，速率高达128Mib口S。用户只要把信息家电插人电话线插口即可联网。存在的主要问题是住家内的电话线插口数量有限，一般都少于5个，多半只有2~3个。

利用电力线作家庭联网的标准有HomePlug联盟推出的Homeplug。它基于OFDM技术。由于在大多数家庭电源插口比电话线插口多，从这一点看，HomePlug比HomePNA有优势。但是它面临不少其他问题，例如，因不同地方的电力管制办法不同而造成的困难，用户对使用电源插口不放心而产生的抵触情绪以及干扰、噪声与信号衰减等问题。

在2004年初成立的同轴电缆多媒体联盟(MoCA)本质上是wiF联盟的同轴电缆翻版，试图制定利用现有有线电视电缆作家庭联网的标准，验证设备互操作性，让电视机、数字机顶盒、DVR、DVD、数字VHS、CD/MP3与PC等设备能够进行无缝连接。另外还有一种新的无线联网标准是iZ娜e(IEEE802.15.4)。它是一种低速率、低成本、低功耗无线系统，主要用于监视和控制，为家庭网增加传感功能，支持其他标准不适用的低速率应用。它不仅打开了大量的新应用之门，而且还能给许多现有的应用增加新的价值。由于通过izgBe各种非常简单的器件能够实现联网，作为一个全球标准，为将来实现无所不在的网络创造了条件。

1、以太网

在近30年的使用过程中，以太网以其使用的广泛性和低廉的价格成为机顶盒常用的网络接口之一；同时在PC上广泛使用，用户对其比较熟悉，这就使基于以太网的技术与产品在用户自安装上成为可能。另外，以太网的带宽超过900Mbps，一旦安装完毕，其可靠性也非常优越。不过，以太网技术也有一些挑战，尽管可以自安装，但大多数家庭还是要铺设新线缆；另外，以太网络在搭建时也许并未充分考虑到视频服务所需要的QoS，因此要安装单独的线缆以保证视频服务，以免和其他数据或语音业务发生传输冲突。

2、HomePlug

由于是利用几乎在每个房间都会有的电源插口，HomePlug技术无需重新铺线。HomePlug标准也在不断完善，HomePlug AV（针对家庭娱乐网络的相关标准）,其理论带宽为120Mbps，实际使用中一般可以保证50～70Mbps，能够支持目前所有的多媒体业务。之前的HomePlug技术会受到电力线中噪声的困扰，但改进之后已能有效避开这种干扰和波动，而且HomePlug AV有比较充分的QoS规范，可以有效地支持视频方面的业务。

3、HomePNA

HomePNA是另外一种可以有效避免重新布线的技术，具有把前端传来的以太网信号接入家庭网络的接口，同样也可提供家中电话线网的接口。运营商采用此技术时，可以利用家中已有的同轴线或双绞线进行宽带体验，节省大量的安装时间以及成本。

HomePNA在实际使用中具有超过100Mbps的带宽，足以支持相关业务；而且其QoS可以对数据、视频以及音频等多信号在同一通道中传输进行有效管理，以保证用户体验质量。

4、802.11n

无线方式可以避免布线所引起的成本以及麻烦。如果在无障碍的环境中，目前的802.11n技术已可支持约125Mbps带宽，实际应用中（18～20米的距离并不接地的情况下）也可以达到60Mbps。尽管802.11n还未成为最终标准，但WiFi联盟已经开始基于目前的标准草案对产品进行一些认证工作。

无线网络的问题是其使用环境往往不受控于运营商，而且还存在干扰、安全协议等问题。随着标准和技术的进一步完善，这些实际使用问题会得到解决，届时802.11n的优势就会充分释放出来，有望成为家庭网络的理想选择。

5、MOCA

MOCA技术是利用家中已有的同轴线缆进行高速传输。这一技术目前已得到部分商用，运营商可将机顶盒、PC机以及路由器连接在一起，只要它们都可以接到最近的同轴线缆接口上。目前的MOCA可支持130Mbps的速率，并可支持16个节点的互联，从而满足大多数用户需求，且有很高的QoS保证。

面临挑战

网络

随着业务增多，IPTV和其他视频服务对家庭网络提出了前所未有的挑战——如超低时延等。目前，运营商在家用娱乐业务推广过程中，最大的挑战不是传输问题，而是这些业务在家庭网络中的应用问题。另外，如何在现有家庭网络中选择合理的布局方式也是困扰运营商的难题。从表中的数据可以计算出，运营商要至少75Mbps的带宽才能确保顺利地在家庭环境中传输各种服务内容，因此提高带宽势在必行，而运营商也会比以往任何时候更关注网络安装的时间及成本；同时，运营商也要考虑很多用户会反对他们在布线时对家庭环境所造成的破坏。因此，最高速的家庭联网技术或安装最快的方案也许不是最有效的，即在满足带宽的同时，必须要考虑保持现有网络布线的因素。

用户体验

最影响用户体验有两大因素：时延与卡顿，两者虽为技术问题，但对运营商推动业务发展有很大影响，因此有必要进行深入探讨。

1、卡顿

对用户而言，卡顿意味着视频质量的降低以及连续性变差，例如，出现画面静帧、跳帧、白屏或伴音丢失。导致上述现象的原因主要是时间的准确度问题。在IP网络中这种现象很常见，因为对数据而言，这种卡顿无非是使接收方所需要的时间稍微延长而已；而这对视频相关业务则是无法接受的。视频业务需要实时不间断、准确地传输。跟数据传输一样，视频信息也是用字节的方式通过网络进行传输，当字节早到或晚到，机顶盒或PC机将不得不对时间上的错误进行调整。当视频字节迟到时，解码器中没有视频可以处理，那么用户体验将是视频与音频的迟钝；当字节提前送到，则解码器不得不先用内存将这些信息存储起来，如果内存占满，那么将只能先清除以接收后续的信息。字节的丢失将意味着画面迟滞，表现为画面停顿，然后重新开始，同时也会伴随音频的问题。DVB标准规定：由前端到用户端卡顿的峰-峰值不能超出40ms（±20ms）。到目前为止，运营商在解决前端到用户端（机顶盒）之间的卡顿问题上基本是成功的，但如果重新布局家庭网络，更大的挑战将随之而来，所以在设计家庭网络时需要充分考虑QoS，以最大程度减少卡顿现象。

2、时延

时延的用户体验表现为对娱乐系统的响应能力。以往时延的问题还不是很严重，比如在用户切换频道的过程中可能会有所体会，但还不足以使用户感到不便。但是，众多新应用的出现使得时延问题日益突出，例如当使用游戏控制器、遥控器、键盘、麦克风或其他双向沟通的介质时，用户期待实时的反馈，但如果音频和视频数据不同时到达，用户的体验显然会很差。雅各布·尼尔森的《设计网络可用性》一书在衡量时间需求时被广泛参考。尼尔森在此书中提到：

★100毫秒的时延会让用户感到系统不再是实时反应；

★1秒的时延会打乱用户的反应思考过程；

★10秒的时延会让用户完全放弃对当前对话的注意力。

有一系列因素会影响导致时延，如传输距离、信号干扰和在各传输介质间的压缩与转换。在家庭网络中，时延的主要是由路由器所导致的，因此在设计家庭网络时要仔细考虑，最大限度减少时延。

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