家庭網(wǎng)絡(luò) - 各種技術(shù)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(yīng)商正在推出各種新型寬帶服務(wù)，其中大多數(shù)都包括比過去要求帶寬更高的數(shù)據(jù)、視頻和語音服務(wù)，。過去幾年來，接入網(wǎng)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，人們現(xiàn)在不再討論如何提供最后一英里無線寬帶接入技術(shù)，而是怎么將內(nèi)容傳輸?shù)竭m當(dāng)?shù)姆块g。目前，可利用現(xiàn)有電話線、電源線、同軸電纜、結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)及無線技術(shù)的不同組合而形成的各種家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來提供各式各樣的新型服務(wù)。家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多樣性提高了供應(yīng)商的成本，也導(dǎo)致消費者有些摸不著頭腦。因此，服務(wù)供應(yīng)商似乎開始向融合型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，支持家庭中已有的所有類型線纜連接技術(shù)和無線技術(shù)。支持現(xiàn)有和新型家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的理想平臺就是具備強大網(wǎng)絡(luò)功能的小區(qū)網(wǎng)關(guān) (RG)。

各種家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

最后一英里接入技術(shù)的發(fā)展提高了數(shù)據(jù)傳輸速度與穩(wěn)健性，使運營商能提供諸如三重業(yè)務(wù)整合服務(wù)等帶寬要求較高的服務(wù)。舉例來說，Verizon 提供的光纖到家 (FTTH) 服務(wù)實現(xiàn)了極高的寬帶接入。AT&T 則以 VDSL2 結(jié)合光線到路邊技術(shù) (FTTC) 為家庭用戶提供了高數(shù)據(jù)速率服務(wù)，這也是一種可靠的接入方法。

服務(wù)供應(yīng)商還將家庭網(wǎng)絡(luò)視為服務(wù)的有機(jī)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(nèi)容。目前我們使用多種類型的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

無線連接是最常用的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。目前，該技術(shù)主要用于數(shù)據(jù)分布。無線技術(shù)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(shù)還難以可靠地傳輸視頻內(nèi)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(shù)據(jù)速率。此外，802.11 MAC 不能滿足家庭中視頻傳輸嚴(yán)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(shù)來協(xié)助 WiFi 技術(shù)實現(xiàn)在整個家庭內(nèi)傳輸視頻內(nèi)容。

同軸電纜多媒體聯(lián)盟 (MoCA) 標(biāo)準(zhǔn)采用大多數(shù)家庭中已經(jīng)安裝的同軸電纜來實現(xiàn)家中的視頻信號傳輸。假設(shè)信號從接入點設(shè)備進(jìn)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(zhì)。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(wǎng)絡(luò)技術(shù)。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(wǎng)絡(luò)技術(shù)對大多數(shù)家庭來說仍是非常局限的。

家庭電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟 (HPNA) 是另一種家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)最初開發(fā)應(yīng)用于電話線上。ITU-T 為該技術(shù)提出了 G.9954 規(guī)范建議，該技術(shù)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(zhì)。盡管這種電線還沒有廣為接受的標(biāo)準(zhǔn)，但一些專利技術(shù)已經(jīng)上市了。HomePlug 是一個較強大的業(yè)界聯(lián)盟，已經(jīng)推出了幾款標(biāo)準(zhǔn)。最新標(biāo)準(zhǔn) HomePlugAV針對家庭視頻流應(yīng)用的需要，據(jù)說能支持同軸電纜。此外，OPERA 和 CEPCA 也推出了自己的專利標(biāo)準(zhǔn)，并向市場推出自己的產(chǎn)品。輸電線連接的主要優(yōu)勢在于，大多數(shù)家庭都有很多電源線接口，這為家中視頻、語音和數(shù)據(jù)服務(wù)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?fù)浜軓?fù)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(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用

各種有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)時遇到了困難，就會對提供有關(guān)設(shè)備或技術(shù)的服務(wù)供應(yīng)商產(chǎn)生不滿。市場中各種不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)林立，這也加大了成本，使設(shè)備供應(yīng)商難以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，同時也使服務(wù)供應(yīng)商面臨更大的風(fēng)險，他們所選擇的技術(shù)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(jìn)行大量投資對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代。

推動建立通用的有線家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)

鑒于上述原因，服務(wù)供應(yīng)商積極致力于建立新式有線家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)家中各種有線連接介質(zhì)的高性能。為什么要開發(fā)新式標(biāo)準(zhǔn)而不是改進(jìn)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)呢？一個主要原因就在于，我們需要一款充分利用家中現(xiàn)有有線連接介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不管是同軸電纜、電話線、電源線還是結(jié)構(gòu)化布線都能支持。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)能解決互操作性問題，并能最佳利用現(xiàn)有的線路。

2006 年 4 月，國際電信聯(lián)盟 (ITU-T) 開始制定這種最新標(biāo)準(zhǔn)，目前聯(lián)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(zhǔn)備提出統(tǒng)一的有線家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)建議，即 G.hn。該委員會過去曾提出 DSL 和 HPNA 標(biāo)準(zhǔn)建議。G.hn 標(biāo)準(zhǔn)基于正交頻域多路復(fù)用（OFDM） 技術(shù)，該技術(shù)也用于 802.11 和近期其他幾款標(biāo)準(zhǔn)中。此外，我們希望新標(biāo)準(zhǔn)建議能夠?qū)崿F(xiàn)較高的穩(wěn)健性，滿足現(xiàn)有各種家庭網(wǎng)絡(luò)布線的要求，提供嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量 (QoS) 支持以進(jìn)行可靠的視頻傳輸，并避免與線路中已有服務(wù)之間造成干擾。我們對新標(biāo)準(zhǔn)還有一個要求，即它必須超過現(xiàn)有技術(shù)的功能和數(shù)據(jù)傳輸速度，從而可以為新一代服務(wù)提供支持。當(dāng)前的目標(biāo)是 PHY 層數(shù)據(jù)傳輸速度應(yīng)達(dá)到 500 Mbps，也就是說 MAC 層數(shù)據(jù)傳輸速度應(yīng)在 200 到 300 Mbps 的范圍內(nèi)。最后，服務(wù)供應(yīng)商希望消費者在進(jìn)行基本設(shè)備安裝時不需要什么繁瑣的設(shè)置步驟。

ITU-T 目前正計劃在 2007 年 6 月前完成有關(guān)要求和基本的架構(gòu)，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(yù)計 G.hn 將成為配合 WiFi 標(biāo)準(zhǔn)的通用有線連接標(biāo)準(zhǔn)。

家庭網(wǎng)關(guān)的作用

家庭網(wǎng)關(guān)支持多種家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

當(dāng)前家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的差異及其整合趨勢進(jìn)一步凸顯了新一代 RG 的重要性，新一代 RG 應(yīng)支持視頻和語音處理，還要具備網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間提供接口。RG在采用 xDSL 寬帶服務(wù)的家庭中很受歡迎，已經(jīng)占據(jù)了相當(dāng)大的市場份額，類似的設(shè)備預(yù)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(guān)鍵優(yōu)勢在于，它提供強大的處理資源，為增加新的功能預(yù)留了空間，能幫助服務(wù)供應(yīng)商推出特色化服務(wù)。

半導(dǎo)體制造商積極響應(yīng)，開發(fā)強大的平臺，支持高性能、高靈活性和服務(wù)性，滿足服務(wù)供應(yīng)商的要求。常見的特性包括多處理器和豐富的局域網(wǎng) (LAN) 接口等。專用于具體服務(wù)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(wù)質(zhì)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)。我們?yōu)槎喾N家庭 LAN 提供接口技術(shù)，這使消費者能選擇不同價位的技術(shù)，確保運營商不致受限于某種特定的 LAN 技術(shù)，要是該技術(shù)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(gòu)使我們能隨著 G.hn 標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)可以快捷而廉價地支持 G.hn 標(biāo)準(zhǔn)等新式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

結(jié)論：

在大型社區(qū)中提供廣播質(zhì)量級的視頻及其他服務(wù)，這短時間內(nèi)必然還需要有線連接技術(shù)。目前，不同有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)林立，互不兼容，ITU-T 新的 G.hn 標(biāo)準(zhǔn)建議將解決這一問題。新技術(shù)平臺將作為新型 RG 解決方案的基礎(chǔ)，推動新一代服務(wù)的發(fā)展，并不斷提高靈活性，有助于推出特色化服務(wù)，支持新的高級特性。這種靈活度極高的新式架構(gòu)能便捷而廉價地進(jìn)行調(diào)整，其提供的多種服務(wù)超過了消費者、服務(wù)供應(yīng)商和設(shè)備制造商的預(yù)期。該架構(gòu)可以幫助設(shè)備制造商靈活地開發(fā)支持多種家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的 RG，在支持多個語音通話和其他增值服務(wù)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(shè)備制造商的開發(fā)時間，并為服務(wù)供應(yīng)商提供一款強大的平臺，便于他們推出新的創(chuàng)收服務(wù)。