家庭网络的最新技术发展

2019-11-03 19:28:16

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供稿：网友

敖立

　　一、前言

　　随着信息化的普及，家庭中拥有电脑、家电越来越多，同时随着人们居住环境的改善，各种电脑、家电之间的通信、合理的布线这些需求也越来越强烈，有线和无线的方式都将应用到家庭中。

　　从产业发展的潮流看，通信、信息、娱乐等技术迅速成熟并开始融合，3C融合的趋势已经显现，信息资源在个人终端上得以整合，个人用户可以直接面对一个虚拟的信息平台进行操作，设备和信息之间实现无缝的链接，所有这些使得“数字家庭网络”这个话题越来越热。

　　二、数字家庭网络的定义和业务分析

　　数字家庭网络是指通过家庭网关将公共网络功能和应用延伸到家庭，并以可灵活配置的家庭智能布线系统为基础或者构筑无线环境，连接各种信息终端(如家电、PC等)，提供集成的话音、数据、多媒体、控制和管理等功能，达到信息在家庭内部终端与外部公网及家庭内部终端之间的充分流通和共享。

　　通过数字家庭网络可以实现以下的业务和应用：

　　·通过与internet互联，通过机顶盒和电视机或者电脑实现VOD点播，并提供基于asp的海量存储和个性化的信息服务及互动的internet娱乐游戏等服务。

　　·实现家庭内部各种信息终端的高速信息共享。比如PDA、PC之间的数据共享。

　　·通过家庭网关实现远程对各种家用电器设备的控制、调节和监测，比如对微波炉、洗衣机、空调、灯光、电动窗帘、温度和湿度控制器、风量调节器等的控制。

　　·实现防盗报警器、自动烟雾探测器、有害气体检测装置自动报警并通过网络发送到用户的手机、email信箱或者小区的管理中心。

　　·通过在家中安装摄像头，利用家庭网关作为视频服务器，用户在远端通过internet可以实时监控家庭安全

　　总而言之，数字家庭网络的业务定位于三大方面：

　　·家庭影音娱乐

　　观看影片、欣赏音乐、个人影音studio、家庭共享

　　·电信及广播业务

　　VOD、VOip、IPTV、网络Game、远程办公/教育/医疗

　　·控制和监视功能

　　安防、电器控制、抄表、电源管理

　　数字家庭从组成上又可以分为以下部分：

　　(1)家庭网关——数字家庭的核心；

　　(2)各种信息终端设备和智能家电设备；

　　(3)家庭智能联网环境的构筑——将数字家庭内各类终端互联并与家庭网关相连，通过家庭内部有线或无线方式的互联技术实现家庭网络各信息终端设备和智能家电设备的自组织联网并提供自动发现和配置。

　　三、数字家庭的标准化情况

　　1、数字家庭的标准化体系

　　目前从事数字家庭标准化的组织非常多，国外的有DLNA、ITU-T、UPnP、UOPF、ECHONET等，每个标准化组织所涉及的情况不尽相同，而数字家庭涉及的各种业务和技术也非常繁杂，因此笔者从业务和网络分层的角度将各标准化组织涉及的领域进行了归纳总结，如下图所示：

　　在上图中涉及的各个标准化组织中，DLNA (Digital Living Network Alliance)主要涉及到家庭影音娱乐等业务应用方面，而ITU-T作为电信领域的全球标准化组织，其在家庭方面涉及的业务和应用主要是基于电信网(含Internet)的业务和应用，而ECHONET(Energy Conservation and HOmecare Network)则是在家庭监控应用方面具有代表性的标准化组织。

　　当然，无论是DLNA、ITU-T还是ECHONET涉及的各种家庭网络的业务和应用，其基础是首先实现各种信息终端在物理层和网络层的互联，目前实现家庭网络联网的技术有很多种，对联网技术进行标准化的组织也有很多，比如IEEE(802.11 WLAN、802.15.3 UWB、1394)、HomePlug(Power Line Communication，PLC)、HomePNA(Phoneline Networking Alliance)等。

　　2、DLNA

　　DLNA(Digital Living Network Alliance)成立于2003年6月24目，其前身是DHWG。

　　(Digital Home Work Group)，现有130多个成员，华为、中兴、联想作为中国企业也成为了其成员，该组织旨在建立一个基于开放的工业标准的互操作平台，并将确立技术设计规则，供企业开发数字家庭有关的产品，其工作目标是根据开放工业标准制定媒体格式，传输和协议互操作性的指南和规范，和其他工业标准化组织进行联络，提供互操作性测试，并进行数字家庭市场计划的制定和实施。

　　下图是DLNA标准的框架，从图中可以看出，DLNA的标准涉及到家庭网络的物理网络协议、基础网络协议、媒体传输协议、设备自动发现和控制、数字媒体格式以及数字媒体版权管理和内容保护等方面。当然，DLNA原则上不制定自己的标准而是借用其他标准化组织的既有成果，DLNA的原则核心是开放、公平和互操作。

　　DLNA分层的研究框架如下表所示：

Functional Components	Technology Ingredients
Networking and Connectivity	IP,Wired and Wireless Ethernet Media, and QoS Mechanisms
Device and Service Discovery and Control	UPnP v1 Architecture and Technology
Media Formats and Streaming PRotocols	Media Format and Transport Model
Media Management,Distribution, and Control	UPnP AV v1.0
Authentication and Authorization	UPnP and other IP based Security Mechanisms

　　目前全球有超过700家企业和组织加盟，其核心成员是Sony，Cannon，Samsung，LG，TCL (Thomson)，Nokia，Panasonic，Siemens，IBM，HP，Intel等19家公司，中国的成员包括方正，联想，海信，同方，华为等公司。UPnP论坛的成员无须交纳会员费，而且其成员都可以免费使用UPnP技术。UPnP*(universal Plug and Play—通用即插即用)是一种能够自动发现，配置和设备控制，并且建立在IP网络基础上的网络协议。UPnP具有如下特点：

　　UPnP*是面向易用性设计的‘数字家庭’(DLNA)网络协议集的核心部分

　　UPnP*是设备连入‘数字家庭’网络的最普适的方式

　　UPnP*是设备通过‘数字家庭’网络通信的公共协议

　　UPnP*是建立在被广泛接受和普遍适用的互联网(Internet)协议之上的来自不同厂商的设备非常容易的就可以工作在一起，从而实现‘任何时间，任何地点’的内容共享和计算。UPnP从设备的寻址、查找、控制、事件、表现五个方面定义了设备间互操作机制。UPnP针对IP网络中的设备自动寻址问题采用了AutoIP(自动IP地址分配)机制，针对设备间的相互发现问题采用了SSDP协议（简单服务发现协议），UPnP的主要设计目标集中在如何实现对计算设备的简单控制上。

　　另外，在国内也成立了与UPnP论坛进行类似工作的标准化组织——闪联，闪联全称是“信息设备资源共享协同服务”(Intelligent Grouping and Resource Sharing，IGRS)标准工作组是，于2003年7月由联想、TCL、康佳、海信、长城五家企业发起、7家单位共同参与正式成立，其目标是在“多种信息设备、家用电器、通讯设备之间的设备自动发现、动态组网、资源共享和协同服务”方面进行标准化工作。从总体上看，DLNA(UPnP)的范围是仅限于在家庭内部，其目的是实现家电、计算机、通信设备的智能连接。闪联(IGRS)与DLNA(UPnP)的主要区别在于：闪联不仅实现设备间的智能互联，更重要的是实现设备的资源共享和协同服务，更加注重应用，IGRS为各种特定应用制定的相应框架为最终应用程序开发提供了更进一步支持。而从工作范围上来讲，闪联标准的范围不仅限于家庭，而且包括企业中的应用以及社会上相关资源的协同应用。从目前双方达成的共识来看，两个标准存在着很强的互补性，其工作组也正在就下一步的合作进行相互探讨。ECHONET(Energy Conservation and HOmecare Network)是在家庭监控应用方面具有代表性的标准化组织，该组织的目标是为家电、传感器和控制器提供通信接口和协议，达到减少C02排放，减少医疗费用，建立安全无障的社区的目的，其研究内容包括用于ECHONET的通信中间件、通信接口、通信协议等。该组织目前发布的标准包括——ECHONET Specification Ver2.11。

　　四、家庭网关

　　家庭网关设备(Residential Gateway，RG)是整个家庭网络与外部网络发生联系的桥梁，也是数字家庭各种业务和应用的关键。家庭网关是一种简单的、智能的、标准化的、灵活的整个家庭网络接口单元，它可以从不同的外部网络接收通讯信号，通过家庭网络传递信号给某个设备。

　　ITU-T已经将家庭网络纳入到了NGN网络的一部分(如下图所示)，而RG将在这其中扮演重要角色。

　　家庭网关应具备以下能力：

　　·家庭网关可以同时连接多个或不同种类的接入技术，同样家庭网络可以使用多种技术来构建

　　·家庭网关应该能够同时处理多种类型的接入网技术和多种类型的网络技术

　　·家庭网关必须能桥接接入网Qos和家庭网络的Qos

　　·家庭网关必须能够保障访问的内容不依赖于用以传送内容的硬件和传输机制

　　·家庭网关应该能够灵活的支持最新技术

　　·家庭网关应该建立在灵活的平台上，并且能够很容易升级。

　　按照业务和应用不同，家庭网关可以分为控制网关、应用网关和数据网关三种类型。

　　数据网关是主要用于进行数据吞吐的简单路由器，为网络协议提供传递支持，通常支持有线和无线联网。数据网关可用于汇合多个Internet连接，并通过防火墙保护专用网络。某些数据网关可能还提供存储功能，比如：电子邮件和语音邮件存储。

　　家庭应用网关是指通过有线或无线的方式互连各种多媒体设备(包括：可视电话、摄像头、数字机顶盒等)，并通过宽带网络接口实现各种互联网上的应用。音频和视频流是应用网关中的重要特性，因为它们使用户可以预订基于Web的服务，比如：视频点播(Video-On-Demand，VOD)和VoIP通话特性。通过家庭应用网关可以完成以下业务：

　　·家庭上网业务——家庭用户可通过有线/无线上网

　　·IPTV业务——家庭网关支持视频点播、直播业务及远程教育。

　　·网上游戏业务——网关设备支持网络游戏终端开展游戏业务

　　·IP电话——提供家庭IP长话业务。

　　·可视电话

　　·家庭视频监控业务

　　控制网关可以实现远程网络上的家庭控制和安全服务管理。例如：拥有家庭控制网关的用户可以在工作或外出期间，访问自动化照明、供热和安全系统。家庭控制网关还允许网络服务供应商提供全新的服务程序包，并创造新的收入来源。例如：通过与本地公共事业单位的联合，服务供应商可以安全地向消费者提交能源消耗的形式，并提供日使用定价等多样的通知方式。

　　五、总结

　　1995年北京邮电大学无线电工程系图象传输与处理专业本科毕业，目前在信息产业部电信研究院工作，现任信息产业部电信研究院通信标准研究所副所长兼传输与接入研究室主任，高级工程师，中国通信标准化协会传送网与接入网技术工作委员会副主席兼接入网工作组组长，ITU-T SGl5中国对口专家组成员，信息产业部通信科技委电信传输专家咨询组成员。

　　作者长期从事接入网和城域网技术研究，作为项目负责人和项目参加人，参与了数十项"863"、科技部、国标、行标等项目，内容涉及到了接入网、城域网等方面，其中“接入网技术体制”和“我国接入网发展建设相关问题的研究”两个项目获部科技进步奖，在各类期刊上发表文章20余篇，著有一本专著。

　　目前主要集中于宽带接入网和用户驻地网如xDSL技术、固定无线接入技术、光接入网技术方面的研究，同时也对城域网、NGN进行了较深入的研究，主持起草了多项支撑政府的软科学项目，行业标准，以及面向业内各界的技术服务项目。

　　
摘自　泰尔网

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