从家庭应用角度出发看数字汇流

       家庭网络(Home Networking)的技术其实相当多，定义上，只要能将家庭内信息家电、影音系统、PC系统、宽带网络连结起来，让家庭成员可以互传数据，接收及资源共享的非广域网络系统。虽然家庭网络有线与无线模式都有，但是近年来以无线的规格较为受到注目。

        数字汇流会将新形式的内容，带入家庭中，不过，目前已经具有雏形的商业模式，似乎都还推不起来，例如随选视讯这样的服务，原因之1当然是内容还不够多，其2就是家庭网络的建设还有待加强。

       需要家庭网络的原因，主要可分为几点：

      1、资源共享

        数字汇流带来的信息，如果只能给单款产品享用，那与目前的内容提供模式并无太大分别，例如MOD与CableTV，单比内容可能还拼不过，顶多带来多一些新鲜感、与少许便利性，但如果有完善的家庭网络建设，因为MOD带来的是数字数据，可以与其它设备分享，优势立刻超越CableTV。

        此外，一般不太懂IT技术的消费者，购买昂贵的家电用品后，像计算机、机上盒、摄录像机、数字相机、缆线调制解调器以后，利用家庭网络，才能让这些设备互相分享，物尽其用。此外，拥有多PC的家庭越来越多，互相间的连接也成为重要议题。

       共享的资源，也包括最重要的分享对外连网频宽。许多家庭都已连接宽带网络，但绝大多数仅为PC对外连接用途，但是在数字汇流时代来临后，非PC类的产品上网需求大增，但是绝大多数家庭的装潢，却都没有为这些产品设立网络插孔，毕竟当时没有人想过电视、甚至冰箱也需要上网。

      如果将这些非PC类装置连接目前主流网络环境，立刻遇到布线的难题，由于一般家庭对于「屋内到处拉线」有着不少顾忌与不能重新装潢的困难，因此各个技术团体，就研发出不少强调除保有以太网络标准外「不需布新线路」(No New Wire)的家庭网络新技术，并由业界厂商各自成立标准协会，以争取成为业界主流标准。

       2、串连起各个子系统

       例如家庭保全与新兴的远距医疗感测系统，可视为自成一个网络，但是它们所连结的却不是PC与PC周边，而是感应器与中央控制器。如将这类系统的网络与现行的PC网络相结合，更有助于加强功能，例如提供保全系统远程监看能力，并让不同的子系统更好管理。

       了解技术规格前 先看看一般家庭网络真实需求

        绝大多数不熟悉技术的家庭网络使用者，对网络的要求，与非家庭(如企业)的网络环境，有相当大的不同：

      1、低复杂度、易于使用：绝大多数家庭网络系统管理者，没有MIS可以协助维修，因此家庭网络必须容易安装、且使用简便，后续更不能有复杂的维修。

      2、可靠度： 家庭网络除了耐用外，可靠度还指，必须能够隔绝来自家中电器设备的干扰，像是微波炉以及无线电话等。

      3、扩充性：当家中可连网的装置越来越多，扩充性就成为一大考虑，省得以后重复投资。

      4、标准兼容性：要获得主流市场的认同，家庭网络标准是不可或缺的要素。此外避免买到即将过时的产品，并必须兼具互通性(Interoperability)与未来的应用兼容。

      5、对需大宽带的多媒体支持度：在一般网络中所传输的档案与数据型态，大多不需要很高的频宽。反观家庭网络，必须支持各种需要大宽带的多媒体内容，像是电视、DVD播放机、数字录像机、数字音响/MP3播放器、DBS、平面显示器、机上盒等等，可预见数字汇流到位后，支持多媒体传输能力强弱，成为家庭网络发展的关键。

      举例而言，HDTV等级的视讯约需要20Mbps的频宽，如果家中有数个数字装置在家庭网络中传输数据，则可以想象40~100Mbps的频宽是基本要求。此外，因为影音具有强烈同步性的需求，因此QoS(Quality of Service)的效能也相当重要。

      6、成本：绝大多数消费者，不会像企业一样愿意花大钱投资网络。家用网络最主要的功能在于分享因特网资源、外围设备资源及提供连网游戏等，因此在布线、价格及安装上，则以方便、便宜、简单为要。

      目前家庭网络的介质，分别朝向家既有的电话线、电源线及无线网络等3个方向发展，但也有厂商为求得更佳效能，发展必须全新布线的家庭网络系统。

      电话线家庭网络 HomePNA为主要势力

      Home Phoneline Networking Alliance所制定的HomePNA标准，是将Ethernet的媒体介接控制协议(Medium Access Control Protocol)，用在传统的电话在线加以修改，便能使用电话线路来传送数据，使得家用计算机可以透过家中现存的电话线网络连接。

      HomePNA技术，将电话线传送的语音和数据数据分离。语音传输频段设在20Hz~3.4KHz之间，xDSL主要利用25KHz~1.1MHz频段，而HomePNA设备则使用5.5MHz~9.5MHz。

      HomePNA目前最新的规范为3.1版，增加了每标志10位的新模式支持，3.0版仅为8位。3.1版支持4条频带，避免与来自服务供货商广域网络的VDSL讯号发生冲突。频宽方面，支持同步双通道320Mbps，以及单信道128Mbps的传输速率。

      HomePNA技术的优点，是施工简单、成本较低，因其虽走以太网络技术，但不用重新布线，只需在原有的电话线路2端加装简单的端点设备即可，不需要特殊的终端机、过滤器或分歧器。所需的新增硬件是HomePNA网络卡，以连接电话线与各种信息接口设备，串接的距离达150公尺。

       但是HomePNA的弱点，则为一般家庭中的电话线接孔数量未必够多，且距离需上网的终端装置，可能也很远。此外，干扰的克服也相当重要，例如必须适应任意及非特定的电话线连接架构，如电话或传真机简单地插上电话线插座后，便形成新的分枝(branch)架构。此外，家庭中的电热器、空调等家电设备，都会对电话线产生干扰。

                                                       图 HomePNA 3.0版运作原理

        电力线家庭网络竞争者众 HomePlug AV规格期望一统

        电力线通讯(Power Line Communication；PLC)是一种透过电力线传递数据数据的通讯技术，亦被称为宽带电力在线网(Broadband Over Power Line；BPL)。

        这项技术已经发展许久，所以业界组织联盟众多，但是彼此间规格技术不能互通，减缓PLC推广速度，因此HomePlug Powerline Alliance(HPA)在2004年中提出HomePlug AV标准，提供高达200Mbps传输率，让家庭中的影、音设备，也能透过此网络传递影、音信息，但新趋势使HomePlug AV可望成为共同规格，借此加速PLC推广。

        HomePlug原理，是利用2个连接器，需把1个对外网络给HomePlug桥接器输入，再由桥接器把网络信号转接到电力在线；使用网络的一方则需要1个接收器，把电线上的网络信号隔离电源取出讯号后，给计算机或其它信息装置使用。

       HomePlug技术，使用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)作为主要的传输方式。OFDM是发展成熟的展频调变技术，可使通讯设备在静态、动态多路干扰情况下，仍保持稳定的传输性能。

       目前力推的HomePlug AV优势在于频宽高，且所有需要上网的电器设备，当然都需要电源，因此布线方式较便利。

       不过HomePlug与所有利用电力线传输的技术一样，难避免干扰威胁，虽传输频宽高，但只要家中有会发出大量电磁波的微波炉、吹风机等电器运作，就会产生巨幅干扰，举例而言，如果传输的是高质量影像数据，受到干扰可能就会产生鬼影。因此许多厂商技术的重点，就在于如何减少干扰。

         此外，许多地区电力线老旧，也会影响HomePlug的传输质量，甚至住宅安装的电源滤波器与不断电系统(UPS)，同样会干扰电力线通讯网路，也须避开才能让电力线通讯正常运作，也是厂商技术的挑战，需不少研发成本，压低电力线设备的成本也成为进入市场并普及的关键。

                                              图 HomePlug AV运作原理

       同轴缆线也受到厂商关注 以MoCA为名抢攻家庭网络

       电话线与电力线，都已是一般家庭中既有的线路，能够利用成为家庭网络，故在家庭中也相当普及的同轴缆线(Coaxial Cable)自然也成为焦点。用现有已牵布的同轴电缆线，做为家庭局域网络的概念，多家企业与机构共同成立了MoCA(Multimedia over Coax Alliance)联盟，共同制订将家用同轴电缆做为家庭网络标准。

       MoCA采用OFDM调变机制，由于同轴本来就是设计传输数据，因此抗干扰能力佳，促成在最高传输效率上，MoCA网络可以达到270Mbps的实体传输效率，而在未来的发展上，运作于800到1.5GHz频段上的同轴电缆网络，理论上可达到4,000Mbps。

       MoCA不仅在实质传输频宽上胜出，在传输延迟表现也不错。例如前述，HomePNA、HomePlug的传输延迟都在20ms至30ms间，而MoCA则能在10ms、5ms之下，延迟愈少，也愈能支持重度的视讯传输。

        同轴电缆在强固性方面，也要比电力线或电话线来得可靠，由于同轴电缆被多个保护层包覆，抗腐蚀能力上要比电力线、电话线，甚至以太网络线强的多。

       不过MoCA的弱点与HomePNA相似，在于端点可能过少，或是距离终端上网装置过远，仍须面对重新布线的问题，那就违背了利用既有路线的初衷。

                                                       图 Moca运作原理

       家庭网络无线势力兴起 USB接口也走无线

        USB是PC上相当普及的接口，其中USB 2.0版本的480mbps频宽，足以满足目前大多数应用的需求，不过越来越多的USB装置，代表越来越多的线，对于家庭设备来说，不雅观也不方便。

        因此，Wireless USB技术于2005年公布。无线USB是采用了UWB(Ultra Wide Band)技术，利用窄脉冲电波，以及高频宽搭配(不超过-41.3dBm、频段从3.1GHz~10.6GHz)，提供短距离、高速度传输模式来传送数据，并且更能达到低耗功率要求。

       Wireless USB优势在于USB装置的普及、及传输表现佳，在3公尺范围内，能达到480Mbps，在10公尺时还有110Mbps，对于高流量的影像来说，就算是20Mbps的HD等级，也能胜任。此外，原本USB规格能同时连结127个装置，Wireless USB也不例外，且无线连结更为便利。

      由于USB装置的普及性，因此虽然短距离无线传输已经有Bluetooth、HomeRF、IrDA、WPAN等规格，但是Wireless USB的发展仍被看好。例如足与Wirelss USB对抗的技术中，Bluetooth 3.0仍在发展中，至于Wireless 1394则几乎没有任何新的技术讯息更新。

       但无线装置的安全性一直被质疑，目前在Wireless USB的传输范围内，另一个装置几乎可以很轻易的撷取数据，这是大部分无线传输装置的隐忧，因此目前Wireless USB的相关解决方案，也开始加入加密机制。

                                     图 Wireless USB已经开始大量商品化

       军规ZigBee转民用发展尚在努力 家庭网络以监控用途为主

       ZigBee是由ZigBee Alliance所制定的无线网络通信协议，底层采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体存取层与实体层，被定位为低成本、低耗电、高可靠性、扩展性强、双向传输、感应网络功能、且容易布建等用途，这些规范相当严格，甚至有些南辕北辙，不过因为ZigBee当初是为军事用途设计，因此要求较高。

       ZigBee联盟在2006年推出ZigBee 2006规范，并且在11月推出ZigBee 2007的草案，在草案中更新增不少功能。ZigBee传输频宽约20~250kbps，标准通讯范围大约是30~100公尺，但透过续传方式，依旧可延伸到数公里。

       ZigBee是以树状为主要通讯架构，并延伸出星状(Star)及网状(Mesh)通讯架构，ZigBee装置除可独立或内嵌于各种3C产品负责终端感知外，每个ZigBee装置都可以担任中继封包路由器(Router)，各ZigBee装置间不需任何实体线路。

      换句话说，如果家具内嵌ZigBee芯片，其本身就是1个传感器，也可以同时担任路由工作，轻易达成无线感测网络架设。

       ZigBee的特性，对于家庭网络来说，较热门的应用方向为监控类，例如安全监测、能源管理、健康照护等服务，皆是根基于具有环境感知能力的无线感测网络环境。不过整体上来看，目前ZigBee的发展还仅在起步阶段。

                                                         图 ZigBee模块设计

      超高频段传送高画质影片 Wireless HD锁定影音市场

      家庭无线网络用途中，最大的挑战就是HD规格的高画质影片，特别是符合Full HD的1080P高分辨率影片，流量相当大，几乎都在20Mbps以上，形成无线网络传输最大的考验。

        2006年成立的Wireless HD联盟，利用60GHz频段(因该频段中，可利用的未授权频宽高达7GHz)，Wireless HD联盟发表的技术，可传送分辨率达1,920x1,080的未经压缩高解析视讯，且其延迟在5~15ms间，目前频宽达到5Gbps。

       「未压缩」是一个重点，Wireless HD联盟认为以UWB典型的480Mbps频宽为例，必须为数据封包或广播视讯讯号进行再压缩，迫使OEM厂商在系统中建置昂贵译码器及更多的RAM，而在处理过程中却可能造成视讯内容丢失和延迟增加等现象。

       不过Wireless HD传输范围仅10公尺，墙壁穿透性差，因此只能限制特定的影音传输用途上，量产化的控制芯片也还在发展中，此外权利金等商业化问题还未确定，因此要打入家庭，还有不少努力空间。

                           图 Wireless HD运用类似MIMO原理，避开干扰

      家庭网络最后大魔王Wi-Fi 802.11n能否一统江湖？

       Wi-Fi 802.11x规格，从802.11a/b/g一路演进至802.11n，在数据传输量(Throughput)、距离、服务质量(QoS)上都一直有所进展，拜笔记本电脑强力推动之赐，普及率相当高。许多家庭也因为笔电无线上网的需求，建置了802.11x的相关设备，因此对802.11n的接受度也较高。

       不过802.11n推出时，相关设备的价位与草案规格，却让许多使用者望之却步，不过802.11n目前成为主流应用，在相关控制芯片价位逐渐下滑后，态势已经逐渐形成。802.11n标准目前已进入3.0版草案，IEEE可望在2008年10月公布最终版规格。

       针对802.11n技术规格，由于前期专题已有详细报导，在此不作赘述，只从家庭网络的角度看802.11n。

       802.11n具备多进多出(Multiple-Input and Multiple-Output；MIMO)技术，加上频宽高，比之前的版本更适合影音传输，特别是在家庭同时使用时，更能够避免干扰，兼顾高质量影音收视与因特网数据传输。

       此外，PC市场接受802.11n并不是问题，甚至目前较新版的笔记本电脑，绝大多数都已经内建了802.11n规格，但是家电方面的发展则较不明朗，不过随着802.11n起飞的态势明显，家用网络的接受度应可逐渐上升。

       802.11n进军家电产品，初期应会以家用网关器(Residential Gateway)、机上盒(STB)、数字多媒体转接器(DMA)等为滩头堡。不过随着各国TV数字化时程逼近，数字机上盒的后势看俏，因此802.11n的家电产业重心可能将逐渐转移至数字电视相关产品上。

       家庭网络竞争者众又复杂 成为推展最大隐忧

        家庭网络由于是各方预测具增长潜力的新市场，因此投入这个市场的厂商相当多，大家都想当规格制订者的结果，就是一人一把号，各吹各的调，产品规格分裂难以整合。

       虽然，多样化的技术确保发展遇到瓶颈时，市场不会走入死胡同，但是技术分裂的结果，却会造成产品间可能产生不兼容问题，消费者也不敢作太多设备投资，让市场形成恶性循环。

       此外，众多竞争规格中，也缺乏安全金钥这类防护机制，以及没有标准的操作系统，厂商基本上把家用消费者当作有MIS人员维护的企业来看待，结果，前述大量规格，造成目前家庭网络市场面临难题，例如家庭网络设备不够简化，绝大多数的家用消费者也缺乏安装、维护能力。

        不过，这场家庭网络规格战争，仍继续进行中，许多专家也预计Gbits级规格是下个决胜点，不过恐怕也可能只是一个逗号，甚至是战役中的一个脚注而已。