家庭网络功能实体与内部联网分析

       家庭网络的功能实体分析

       家庭网络内部是一个由多种设备单元构成的网络环境，根据不同设备的功能定义的家庭网络功能实体模型如图1所示。

        在图1中，家庭网络包含了如下功能实体。

图1 家庭网络功能实体模型

       ■家庭网络控制功能实体：主要负责家庭网络的网络和设备控制，例如QoS控制、安全控制以及作为家庭网络终端的应用级代理，实现家庭网络的业务管理功能。

       ■网络接入功能实体：实现家庭网络和外部网络的综合接入，例如接入到宽带网络和PSTN电话网络上。

       ■内部网络连接功能实体：实现家庭内部设备的互联，提供网络接入点以及需要的路由、交换功能。

       ■PC/终端功能实体：主要指家庭网络的IP终端设备，例如宽带电话、可视电话、PC等。

      ■媒体网关功能实体：媒体网关主要实现媒体的处理功能，包括媒体的存储、媒体编解码、媒体的播放。

      ■控制应用功能实体：主要负责处理控制数据，通过该功能实体，可以连接并控制非IP的控制终端，例如家电、传感器、控制器等。

      ■模拟设备：主要指家庭网络中的各种以模拟功能和控制为核心的设备，例如音视频呈现设备（如电视、音响）、传感器（如温度、湿度传感器，红外传感器）、家电设备（窗帘、冰箱和空调）。

      ■家庭网络管理功能实体：主要实现家庭网络的管理。

      家庭网络的多种实现方式

       根据图1中功能实体的设备配置不同，家庭网络可以通过多种方式实现。

      方案1：以PC为中心

      该方案以PC为核心，利用PC机处理能力强的特点，以PC整合家庭网络控制和媒体网关功能，构成家庭网络的PC服务器。具体如图2所示。

图2 以PC为中心的实现方案

       在功能上，PC可以通过家庭网络软件提供家庭网络的统一实现方案，包括基于IP的通信解决方案（VoIP、视频通信），流媒体播放能力，利用软件实现家庭内部的内容共享等，以PC为中心还可进一步实现家庭网络的家居控制功能。

       在性能上，由于PC的开放性和灵活性强，实现家庭网络各种功能扩展将会非常容易，并可以实现家庭网络的平滑升级。另外，以PC软件为核心的架构也具有较强的扩展性、灵活性和开放性。但是，作为家庭网络核心的PC需要持续开机在线，对于稳定性和故障率有较高的要求。并且PC机的使用和维护需要一定的技能，特别是对家庭网络软件系统的操作和维护也需要一定的知识，这影响了在特定用户群中的推广。

      方案2：以家庭网关为中心

      以家庭网络为中心的家庭网络实现方案是把家庭网络的核心功能集成在家庭网关中，家庭网关以DSP或者ASIC为核心硬件，通过嵌入式操作系统实现软件架构。实现方案如图3所示。

图3  以家庭网关为中心的实现方案

       在这种方案下，家庭网关实际上是作为整个家庭网络的控制和管理中心。通过家庭网关，特别是运营商信任的家庭网关，运营商网络可以实现对于不同业务的流量控制，从而为端到端的服务质量提供基础。

       在功能上，家庭网关具备网络功能、媒体网关功能、管理和控制功能、应用层代理功能，可以以透明的方式向家庭用户提供服务。根据用户的需求不同，家庭网关也可以进行功能上的增减。

      在性能上，专用的家庭网关由专门的硬件构成，针对特定任务的处理能力强、效率高，而且可靠性和稳定性都较好，安全性也较高。

        方案3：分离设备的实现方案

       方案3是一个基于分离设备的实现方案。功能模型中的各个实体都可以分别由不同的设备来实现。例如，网络接入功能实体由ADSLmodem实现，网络联网功能由具有AP功能的交换机或者小型路由器实现，家庭网络控制功能由一个轻量级的家庭网关产品来实现，媒体网关根据媒体类型分别由STB、家居控制设备等构成。具体如图4所示。

图4  分离设备的实现方案

       比较而言，方案3是一个比较灵活的方案，它可以根据用户需求选择适当的设备进行搭配和组装，实现不同的家庭网络应用。但是这种方案设备较多，连接复杂，设备之间的兼容性和互操作性存在一定的障碍，而且用户的维护也存在困难，需要一定的专用知识和技能。

      通过比较上述几种方案，我们认为方案1主要可由PC提供商来推广，或者由用户DIY；方案2比较适合运营商（特别是网络运营商）部署；方案3可根据用户需求，主要由用户DIY实现。

      家庭网络内部联网技术分析

      家庭网络的组网主要包含两个部分：网络侧组网和家庭内部组网。网络侧组网主要是将家庭网络连接到宽带网络中，家庭内部组网主要是将家庭网络内部的各个设备连接起来。本文重点分析家庭内部联网技术。

      目前有多种实现家庭网络组网的技术，有线方面常用的有以太网、ADSL、HomePNA、IEEE1394、PLC等，无线方面常用的有802.11a/b/g、蓝牙、UWB等技术。现对各种技术分别进行介绍。

      ■LAN

      LAN是目前应用最广泛的联网技术，在室内布放Lanswitch和五类线，就可以提供可靠的100Mbit/s的数据传输速率。LAN成熟可靠、简单廉价，但是家庭内使用LAN存在室内布线的问题，需在前期装修的时候规划好网口的位置，并且预埋管线，对部分家庭的应用带来了不便。

      ■WLAN

       WLAN技术已经非常成熟，能提供11M/54Mbit/s的传输速率，目前被广泛使用的主要是满足802.11a/b/g标准的产品。WLAN应用方便，具有可移动性，目前已成为家庭内部无线组网的主要技术之一。

     ■BlueTooth

      蓝牙属于短距离无线通信协议。BlueTooth协议规定的有效通信距离为10～100m，数据传输速率为1Mbit/s，并能同时支持语音和数据传输。

      ■PLC（PowerLineCommunication，电力线通信）

      PLC是利用家庭室内的电力线进行通信，目前主要的标准组织是HPA（HomePlugAlliance），其制定的标准HomePlugv1.0的速率为14Mbit/s。PLC的最大优势在于无需单独布线，且不会受到墙壁的阻隔，只要有电源插座就可以接入网络。但PLC应用存在一些限制，如PLC难以穿越电表，容易受到容性负载的影响及一些室内家电如微波炉等的干扰。

      ■ZigBee

      ZigBee是一种短距离、低速率、低功耗的无线网络技术，适用于工业控制、家用自动控制。完整的ZigBee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由ZigBee联盟制定，物理层和链路层标准由IEEE802.15.4负责制定。

      ■HomePNA

      HomePNA采用频分多路复用方式，能使标准电话线同时传送语音、ADSL和网络信号而不相互影响，传输速度为1Mbit/s，10Mbit/s的标准正在制定。在北美一些国家，家庭内的电话线布线覆盖较广，所以HomePNA技术应用较多，但在中国应用很少。

      ■HomeRF

      采用无线方式联网，提供可移动性。已经制定有SWAP（SharedWirelessAccessProtocol）规范，有1Mbit/s和2Mbit/s两种传输速率。

      ■IEEE1394

       IEEE1394是面向宽带设备的高速数据传输串行总线标准，支持可视化消费电子产品及高速数据存储设备。IEEE1394a规范的数据传输速率为100Mbit/s、200Mbit/s、400Mbit/s、800Mbit/s。IEEE1394b支持的速率将达到1.6Gbit/s、3.2Gbit/s。

      ■USB（UniversalSerialBus）

      USB1.1标准支持的传输速率是12Mbit/s，价格比IEEE1394更为低廉，已经为个人计算机和外设普遍采用。USB2.0兼容USB1.1，数据传输速率达到120～240Mbit/s。

      ■UWB（UltraWideBand，超宽带无线技术）

      UWB是新兴无线通信网络中对蓝牙、USB等技术有替代趋势的一种技术，已逐渐被业界所重视。UWB是一种无载波通信技术，它不采用载波，而是利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽，适用于高速、近距离的无线个人通信。UWB信号的有效传输距离在10m以内，提供的速率达到480Mbit/s。

       不同的联网技术在使用的媒质、提供的速率、可达的距离和设备成本等各个方面各有不同。由于家庭网络内部业务和终端的多样性，在选择内部联网技术时，不仅要考虑布线组网的因素，还要考虑终端的接口问题，即终端的接口类型要和选择的网络相适应，因此家庭网络的内部联网形式必然是多种技术混合使用。

      结束语

      总的来说，家庭网络旨在通过一个无缝的、可互操作的网络，将互联网、家电和通信设备集成起来，实现家电、通信和电脑的无线交互。用户的需求是家庭网络的核心驱动力，因此家庭网络的技术和业务应以用户为中心，为家庭用户提供全方位综合信息服务，让家庭用户可以更加自由、便利、可靠地在家庭网络环境中使用通信、娱乐、信息、智能家居等多种应用。

 

本文来源：通信世界周刊    作者：中国电信北京研究院 潘卫 杨明川 毛聪杰

隐藏原文↑