智能家居家庭网络技术发展趋势

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智能家居家庭网络技术发展趋势 [复制链接]

信息和通信技术的飞速发展正在不断改变人们的生活，信息化和数字化越来越成为社会各个领域的大势所趋。数字家庭概念应运而生，电信、家电、IT等行业对数字家庭有着各自的解读。对电信运营商来讲，数字家庭是将公共网络和信息服务以家庭网关为连接点延伸到家庭，并通过家庭网络连接各种信息终端，为家庭提供集成的通信、娱乐、家电控制、安全防范、家居管理和信息服务等功能。数字家庭领域涉及的技术非常复杂，主要包括：联网技术、家庭网关技术、设备自动发现技术、远程管理技术。
联网技术
    家庭联网技术解决家庭内部多种终端之间的物理互联。由于家庭环境的多样性和复杂性，联网技术一直是数字家庭中非常活跃的技术领域，随着以IPTV业务为代表的多媒体业务和应用在家庭的普及，对互联技术在带宽性能、QoS保证以及使用便捷上提出了更高的要求。目前在数字家庭组网中常见的互联技术主要有以太网、HomePNA、MoCA、PLC、WiFi等。

    以太网技术在目前的网络世界里是一个非常普及的连接技术，可以提供从10M到100M甚至千兆的传输带宽。以太网上基于802.1p的QoS机制相对比较简单，通过家庭网关的配合可以满足语音、视频、数据多种信息流的QoS要求。以太网技术在目前的家庭设备互联中是最简单也是最普及的，但由于以太网对家庭布线有较高的要求，而且不具备移动性，所以在很多应用上受到相当的限制。

    HomePNA是一种基于电话线传输的家庭互联技术，通过在双绞线上调制信号承载数据提供基于电话线的联网技术，HomePNA3.0提供了对同轴电缆的支持，2005年被ITU标准化为G.9954。目前最新的标准HomePNA3.1理论最高速率达到320Mbps，支持同步、异步两种MAC机制，使用同步MAC可以获得更好的QoS保证。总得来说，HomePNA技术能最大可能重用家庭内部已有的布线系统来提供设备互联，大大减少了布线改造。HomePNA技术被AT&T采纳用于作为其家庭网络解决方案的主要互联机制。但作为一种有线技术，除了线缆的局限性外，还存在一些缺陷：传输延时大，在同轴线上与VDSL、数字电视的频段存在冲突等。

    MoCA是一种与HomePNA类似的技术，采用同轴电缆作为传输介质，能提供理论最大270Mbps的带宽。MoCA最大的问题在于目前还没有标准化，支持它的芯片厂家很少，从而也造成成本高、缺乏互通等问题。

    相对以上三种有线技术，由家庭插座(HomePlug)联盟组织主导的基于电力线的传输PLC技术是一种布线更加便捷的互联技术。PLC采用类似以太网的传输机制，提供200Mbps的物理带宽，并且专门考虑AV高带宽、低时延的要求，目前影响PLC普及的主要因素有：电力线上的干扰问题、用户间隔离以及成本。

    HomePNA、MoCA、PLC三种有线技术在MAC/PHY层各不相同，为了统一家庭互联技术，ITU-T Q4/15开始研究G.hn，宗旨是为家庭网络制定单一、统一的互联技术标准，这种技术保证家庭网络所有的有线传输介质可以互通。G.hn技术规范基于有线介质的PHY技术、统一MAC技术。支持G.hn的芯片可以在不同的有线传输介质上传输信号，使采用同轴电缆、电话线或电力线传输的数据速率从50Mbps提高到超过700Mbps，将主要应用于家庭网络高速数据、视频等的传输。

    相对于有线技术，WLAN以其移动性和便捷性受到各方的青睐，尤其是基于OFMA和MIMO技术的802.11n的出现使之成为大众所期望的终极互联技术。(智能家居)经过多年的技术讨论802.11n的draft4.0已经通过，正式标准预计会在2009年最终定稿，困扰11n的标准问题和互通问题也有望得到彻底解决。802.11n技术能带来高达600Mbps的理论带宽以及更高的无线覆盖能力，使得无线承载多媒体应用，尤其是视频媒体成为可能。当然作为一种无线技术，在家庭应用时受限于功率以及家庭建筑的影响，仍然不可避免地存在覆盖问题以及在传输质量上无法达到有线传输的效果等问题。

    从以上分析可以看出，目前并没有一种联网技术在家庭网络环境中是完美无缺的，不同传输技术将在家庭网络内互相协作，共同发展。未来的家庭中将采用两种或多种传输技术的组合。随着802.11n的普及，未来WLAN将成为视频流传输的载体，尽管有线技术实施起来仍更可靠，但是在QoS和吞吐量方面逐渐得到改善的WLAN由于具有移动性将会使其占据优势地位。而电力线上网在欧洲将获得广泛应用，欧洲的建筑结构可能意味着WLAN的应用并不太适合。MoCA和HomePNA技术在北美区域由于同轴线缆和电话线的大量普及仍将会有一定的市场。

家庭网关技术
    家庭网关作为家庭网络与电信运营商网络联系与互通的枢纽是电信网络的一个末梢，在数字家庭中处于核心位置。一方面家庭网关利用多种联网技术为家庭内部各终端提供互联手段，提供业务承载、QoS保障、家庭安全与管理，同时也是家庭用户从电信网络与互联网络获得各种增值服务的通道和业务平台。随着网关承担的作用越来越大，家庭网关技术也在逐步发展，总得来说网关技术的发展包括三个阶段。

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桥接设备：常见的就是Modem设备，家庭网关的前身，它只是个简单的桥接设备，功能单一，只是在二层上将家庭内设备与接入网连接起来。

    家庭网关：家庭网络中心设备，家庭网络的通信、管理、控制中心。具有丰富的家庭网络联网接口、完备的家庭网络通信功能，负责整个家庭网络的连接与管理，是运营商网络的一部分。

    业务网关：不单单是一个通信设备，更是一个业务的载体，运营商的各种新业务在网关上得以展现，同时也承载家庭网络内部的各种业务，它将是一个通用、开放的家庭网络业务平台，系统的开放性是比较重要的一个特征。

    目前HGI、宽带论坛以及ITU-T都在制定关于家庭网关的技术标准，其中运营商主导HGI组织的进展最为快速。HGI从2004年成立起，就研究家庭网络业务场景及其应用模式，然后制定家庭网关设备的技术规范，2006年、2007年都发布了家庭网关设备的技术规范。在家庭网关的基础上，运营商越来越关注家庭网络的各种业务的开展。如何为用户提供更多的新业务，并且更容易地部署这些业务成为运营商关注的重点。所以，家庭网关作为一个承载业务的平台，其平台性和开放性至关重要。在这方面很多运营商已经开始进行一些探索，如中国电信E8产品中定义的中间件模型、法电LiveBox产品中定义的HNSA架构以及目前德国电信在研究的OSGI模型。总得来说运营商希望家庭网关不仅仅能提供本身应具备的功能，同时需要提供一个开放的软件环境用于后续业务的扩展，但具体如何实现，仍然有待进一步研究。

远程管理技术
    随着电信业务逐步向家庭内部延伸以及家庭网络设备的功能日益复杂，业务的开通部署、家庭网络设备的运营维护成为一个非常重要的工作。由于设备数目巨大，且部署在家庭内部，运营商对于远程管理的要求也日渐迫切。

    在网关的远程管理技术上以宽带论坛主导的TR069系列网管规范相对比较成熟和全面，它支持对ADSL、VDSL、以太、PON、POTS等多种上行方式的网关进行管理，对网关的主要功能均抽象了管理参数，并支持动态配置、(智能家居)版本升级、日志查看、远程复位等多种管理操作，同时在网管系统与营业系统、运维系统之间的北向接口均做了定义。目前基于TR069的网管系统已经在中国电信、法国电信等众多运营商网络中部署，主要用于实现设备或业务的“零配置”开通，以及设备的日常诊断、维护。

    在对网关进行全面管理的基础上，运营商已经开始考虑如何对家庭内部设备进行管理。主要有两种思路：基于网关代理方式和网关协助直接管理方式。宽带论坛采用网关协助管理方式定义了一套完整的内联设备管理机制——TR111，但由于目前大量部署到家庭的机顶盒设备很多采用桥接方式，内联管理机制应用较少。

设备自动发现技术
    在家庭网络中部署的信息终端越来越多，在解决他们之间的物理互联问题之后，家庭用户还需要对各个设备进行一些复杂配置才能使用，这对于普通家庭用户来说是难以接受的。加入到家庭网络的设备如何能自动地相互发现并协同配合工作一直是数字家庭领域热烈讨论的问题。在这个领域中相关的标准组织很多，国内的闪联、e家佳，国际的UPnP、DLNA以及微软提出的Rally等，从技术上来看这些标准基本都在UPnP规范基础上扩展而成。(智能家居)从目前的发展趋势来看，以媒体应用为侧重的DLNA标准相对成熟，尤其是在目前多媒体应用日益普及的情况下DLNA受到越来越多设备厂家的重视和支持。目前不少消费电子、网络设备厂商都已经推出基于DLNA标准的网络设备和娱乐设备，这为家庭内部设备互联标准的后续统一打下一定基础。

总结
    纵观数字家庭领域这些年的发展，尽管受到业界的广泛关注，这一概念也越来越普及，但数字家庭技术的发展仍然充满不确定性。其中基于家庭网络如何提供更多丰富多彩的业务以及降低设备的使用复杂性、提高运维管理能力是需要持续重点关注的