家庭網絡 - 各種技術概覽
作者：Jalil Kamali 博士,，德州儀器 (TI)
電話運營商、有線運營商及其他供應商正在推出各種新型寬帶服務,，其中大多數都包括比過去要求帶寬更高的數據,、視頻和語音服務，,。過去幾年來,，接入網技術取得了巨大的進步，人們現在不再討論如何提供最后一英里無線寬帶接入技術,，而是怎么將內容傳輸到適當的房間。目前,，可利用現有電話線,、電源線、同軸電纜,、結構化布線系統(tǒng)及無線技術的不同組合而形成的各種家庭網絡技術來提供各式各樣的新型服務,。家庭網絡技術的多樣性提高了供應商的成本，也導致消費者有些摸不著頭腦,。因此,，服務供應商似乎開始向融合型網絡技術發(fā)展，支持家庭中已有的所有類型線纜連接技術和無線技術,。支持現有和新型家庭網絡技術的理想平臺就是具備強大網絡功能的小區(qū)網關 (RG),。
各種家庭網絡技術
最后一英里接入技術的發(fā)展提高了數據傳輸速度與穩(wěn)健性，使運營商能提供諸如三重業(yè)務整合服務等帶寬要求較高的服務,。舉例來說,，Verizon 提供的光纖到家 (FTTH) 服務實現了極高的寬帶接入。AT&T 則以 VDSL2 結合光線到路邊技術 (FTTC) 為家庭用戶提供了高數據速率服務,，這也是一種可靠的接入方法,。
服務供應商還將家庭網絡視為服務的有機組成部分，因為用戶希望在整個家庭中傳輸 IPTV 及其他媒體內容,。目前我們使用多種類型的家庭網絡技術,。
無線連接是最常用的家庭網絡技術。目前，該技術主要用于數據分布,。無線技術具有移動性的優(yōu)勢,，這是其得以推廣的最主要原因。不過,，無線技術還難以可靠地傳輸視頻內容,。由于無線連接距離較長，而且混凝土墻壁會阻擋 RF 信號,，所以在很多住宅中的角落處可能無法獲得 HDTV 所需的數據速率,。此外，802.11 MAC 不能滿足家庭中視頻傳輸嚴格的抖動與延遲要求,。盡管 802.11n 解決了部分問題,，但仍難以完全解決所有問題。因此,，我們需要配合采用有線連接技術來協(xié)助 WiFi 技術實現在整個家庭內傳輸視頻內容,。
同軸電纜多媒體聯盟 (MoCA) 標準采用大多數家庭中已經安裝的同軸電纜來實現家中的視頻信號傳輸。假設信號從接入點設備進行傳輸,，而同軸電纜的插損很小,，且?guī)缀醪皇艽舾蓴_，因此同軸電纜是較好的介質,。但是,，由于接口間的抖動會造成極高的損耗，因此同軸電纜不適用于網絡技術,。此外,，同軸電纜并不像電話線或電源線那樣普及，因此僅采用同軸電纜的家庭網絡技術對大多數家庭來說仍是非常局限的,。
家庭電話線網絡聯盟 (HPNA) 是另一種家庭網絡技術,，該技術最初開發(fā)應用于電話線上。ITU-T 為該技術提出了 G.9954 規(guī)范建議,，該技術最新的 HPNA 3.1 版也可用于同軸電纜,。HPNA 的主要優(yōu)勢在于，家中的電話接口比同軸電纜接口要多,。不過,，在連接和橋接抽頭狀況較差的情況下，有時會造成性能下降,。電話線的插損要大于同軸電纜,，盡管電話線是卷曲的，也會受到高頻串音的很大影響,。此外,，電話線也會受其他電器的尖銳突入噪聲的影響,。
電源線是有線連接的另一種重要介質。盡管這種電線還沒有廣為接受的標準,，但一些專利技術已經上市了,。HomePlug 是一個較強大的業(yè)界聯盟，已經推出了幾款標準,。最新標準 HomePlugAV針對家庭視頻流應用的需要,，據說能支持同軸電纜。此外,，OPERA 和 CEPCA 也推出了自己的專利標準,，并向市場推出自己的產品。輸電線連接的主要優(yōu)勢在于,，大多數家庭都有很多電源線接口,，這為家中視頻、語音和數據服務的傳輸提供了很大的靈活性,。不幸的是,，電源線不是卷曲的，很容易受到串音干擾,。家庭輸電線的拓撲很復雜,，容易造成信號損失。此外,，不同的電器也會造成大量噪聲,。
家庭網絡的典型應用
各種有線網絡技術千差萬別，實在讓人摸不著頭腦,。諸多不同的規(guī)范不僅難以實現互操作性，而且有時還會彼此造成干擾,。要是用戶使用某種家庭網絡技術時遇到了困難,，就會對提供有關設備或技術的服務供應商產生不滿。市場中各種不同技術標準林立,，這也加大了成本,，使設備供應商難以實現規(guī)模經濟效益，同時也使服務供應商面臨更大的風險,，他們所選擇的技術有可能難以為足夠多的用戶所接受,，從而迫使其不得不再進行大量投資對現有設備進行更新換代。
推動建立通用的有線家庭網絡標準
鑒于上述原因,，服務供應商積極致力于建立新式有線家庭網絡標準,，實現家中各種有線連接介質的高性能。為什么要開發(fā)新式標準而不是改進現有標準呢,？一個主要原因就在于,，我們需要一款充分利用家中現有有線連接介質的網絡技術,，不管是同軸電纜、電話線,、電源線還是結構化布線都能支持,。統(tǒng)一的標準能解決互操作性問題，并能最佳利用現有的線路,。
2006 年 4 月,，國際電信聯盟 (ITU-T) 開始制定這種最新標準，目前聯盟下屬的一個委員會（第 15 研究組,，第1工作組,，第 4 審文處Study Group 15, Working Party 1, Question 4）正準備提出統(tǒng)一的有線家庭網絡標準建議，即 G.hn,。該委員會過去曾提出 DSL 和 HPNA 標準建議,。G.hn 標準基于正交頻域多路復用（OFDM） 技術，該技術也用于 802.11 和近期其他幾款標準中,。此外,，我們希望新標準建議能夠實現較高的穩(wěn)健性，滿足現有各種家庭網絡布線的要求,，提供嚴格的服務質量 (QoS) 支持以進行可靠的視頻傳輸,，并避免與線路中已有服務之間造成干擾。我們對新標準還有一個要求,，即它必須超過現有技術的功能和數據傳輸速度,，從而可以為新一代服務提供支持。當前的目標是 PHY 層數據傳輸速度應達到 500 Mbps,，也就是說 MAC 層數據傳輸速度應在 200 到 300 Mbps 的范圍內,。最后，服務供應商希望消費者在進行基本設備安裝時不需要什么繁瑣的設置步驟,。
ITU-T 目前正計劃在 2007 年 6 月前完成有關要求和基本的架構,，到 2008 年 1 月前制定規(guī)范建議的最終版本。原型芯片組將于 2008年底或 2009 年初面世,。集成與互操作性測試需要更多的時間,，因此最終部署將于 2009 年底或 2010 年初開始。在電話和有線運營商的支持合作下,，我們預計 G.hn 將成為配合 WiFi 標準的通用有線連接標準,。
家庭網關的作用
家庭網關支持多種家庭網絡技術。
當前家庭網絡標準的差異及其整合趨勢進一步凸顯了新一代 RG 的重要性,，新一代 RG 應支持視頻和語音處理,，還要具備網絡功能。RG 的一個重要功能在于對多個 HDTV 視頻流的路由,、管理,，并確保其帶寬,。此外，RG 還要在寬帶信號和家庭網絡技術之間提供接口,。RG在采用 xDSL 寬帶服務的家庭中很受歡迎,，已經占據了相當大的市場份額，類似的設備預計在不久的將來會在有線和 FTTH 市場上施展拳腳,。RG 的一大關鍵優(yōu)勢在于,，它提供強大的處理資源，為增加新的功能預留了空間,，能幫助服務供應商推出特色化服務,。
半導體制造商積極響應，開發(fā)強大的平臺,，支持高性能,、高靈活性和服務性，滿足服務供應商的要求,。常見的特性包括多處理器和豐富的局域網 (LAN) 接口等,。專用于具體服務的多處理器能確保較高的系統(tǒng)性能，為最終用戶提高服務質量 （QoS）,。
TI 在 RG 平臺中集成了語音功能,，能支持 WiFi、HomePlug 和 MoCA 等多種家庭網絡技術,。我們?yōu)槎喾N家庭 LAN 提供接口技術,，這使消費者能選擇不同價位的技術，確保運營商不致受限于某種特定的 LAN 技術,，要是該技術不被消費者接受,，那么運營商的損失就太大了。最后,，靈活的 DSP 架構使我們能隨著 G.hn 標準的出現可以快捷而廉價地支持 G.hn 標準等新式網絡技術,。
結論：
在大型社區(qū)中提供廣播質量級的視頻及其他服務，這短時間內必然還需要有線連接技術,。目前，不同有線網絡技術林立,，互不兼容,，ITU-T 新的 G.hn 標準建議將解決這一問題。新技術平臺將作為新型 RG 解決方案的基礎,，推動新一代服務的發(fā)展,，并不斷提高靈活性，有助于推出特色化服務,，支持新的高級特性,。這種靈活度極高的新式架構能便捷而廉價地進行調整,，其提供的多種服務超過了消費者、服務供應商和設備制造商的預期,。該架構可以幫助設備制造商靈活地開發(fā)支持多種家庭網絡技術的 RG,，在支持多個語音通話和其他增值服務的同時，還能傳輸多個 HDTV 流媒體,。軟硬件配置選擇能方便地互換,，這將縮短設備制造商的開發(fā)時間，并為服務供應商提供一款強大的平臺,，便于他們推出新的創(chuàng)收服務,。