家庭聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)前瞻與挑戰(zhàn)分析

　　家庭聯(lián)網(wǎng)是指將家庭中各種家電或數(shù)字設(shè)備聯(lián)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)互連互通和資源共享。這將為用戶(hù)帶來(lái)許多全新的體驗(yàn)，例如通過(guò)電視上網(wǎng)沖浪，在家庭音響上播放MP3音頻文件，將數(shù)碼相機(jī)拍攝的圖片以無(wú)線(xiàn)方式上傳到PC，在電視上播放視頻或圖片，無(wú)線(xiàn)打印，等等(參考圖1)。

 
圖1：在數(shù)字家庭中，各種電腦

　　和家電設(shè)備通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)并協(xié)同工作，為用戶(hù)提供一種“隨時(shí)，隨地，使用任一設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)和欣賞任何內(nèi)容”的全新應(yīng)用體驗(yàn)。

　　家庭聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被視為大勢(shì)所趨，讓我們來(lái)看看一個(gè)聯(lián)網(wǎng)家庭將涉及哪些連接技術(shù)。

　　作為一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)，它首先需要有一個(gè)出口與外部的互聯(lián)網(wǎng)相連�，F(xiàn)有的家庭寬帶連接技術(shù)包括DSL、以太網(wǎng)、光纖到戶(hù)、有線(xiàn)電纜等。另外，電力線(xiàn)上網(wǎng)也可以為住宅提供寬帶連接，該技術(shù)目前正處在積極發(fā)展之中。上述這幾種方式都是有線(xiàn)的連接技術(shù)。未來(lái)，WiMax將可為住宅提供無(wú)線(xiàn)的寬帶連接，從而讓偏遠(yuǎn)住處的用戶(hù)可以擺脫線(xiàn)纜的束縛。其次，是家庭設(shè)備內(nèi)部的互連，主要用于傳輸數(shù)據(jù)和音視頻。這方面可以利用的有線(xiàn)技術(shù)包括以太網(wǎng)、1394、USB等，可以利用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)有WiFi、新興的超寬帶(UWB)等。

　　再次，是一些外圍和終端設(shè)備與其他設(shè)備的連接，例如手機(jī)與PC的連接，鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、打印機(jī)與PC的連接等。這類(lèi)應(yīng)用往往使用低速率的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，如紅外、藍(lán)牙、ZigBee以及一些專(zhuān)有的2.4GHz通信技術(shù)。

　　由于市場(chǎng)上存在如此多不同的連接技術(shù)，所以當(dāng)制造商在設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)字家庭設(shè)備時(shí)首先要考慮選用哪種合適的傳輸技術(shù)。這取決于各種因素，如成本、速率、通信范圍、功耗、安全性、共存問(wèn)題等。

　　從應(yīng)用和設(shè)備需求的角度考慮，科勝訊公司無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)和聯(lián)網(wǎng)器件業(yè)務(wù)部行銷(xiāo)副總裁Peter Kempf認(rèn)為，家庭中所有移動(dòng)或便攜設(shè)備應(yīng)該利用無(wú)線(xiàn)的802.11x技術(shù)。對(duì)于固定設(shè)備，今天的兩個(gè)主要選擇是以太網(wǎng)和HomePlug�！叭绻�設(shè)備靠近住宅網(wǎng)關(guān)或路由器，以太網(wǎng)是更方便的選擇。”他說(shuō)，“如果設(shè)備遠(yuǎn)離路由器(如數(shù)字電視)，HomePlug，特別是200Mbps以上的HomePlug AV將成為更方便的選擇。”HomePlug的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于使設(shè)備可以通過(guò)電源插座上網(wǎng)，因此終端用戶(hù)不必在房間中另外布線(xiàn)。

　　TI的觀點(diǎn)與之類(lèi)似。該公司DSP部門(mén)技術(shù)戰(zhàn)略總監(jiān)Tom Flanagan認(rèn)為將有兩類(lèi)技術(shù)統(tǒng)治家庭聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。首先是以太網(wǎng)，它將用于幾乎所有固定設(shè)備；另一種將是某種形式的無(wú)線(xiàn)接口。802.11b/g/n將被廣泛用于通用連網(wǎng)的目的，而UWB將在需要非常高帶寬的場(chǎng)合找到用武之地。

　　當(dāng)選擇WiFi后，還需考慮采用何種具體的標(biāo)準(zhǔn)。Marvell公司從功耗談?wù)摿诉@個(gè)問(wèn)題。“對(duì)于電池供電設(shè)備，802.11g是更合適的解決方案，因?yàn)樗�消耗更少的功率�！痹摴�司W(wǎng)LAN產(chǎn)品經(jīng)理James Chen表示，“如果是連到照明用電的設(shè)備，我們建議看看應(yīng)用。采用802.11n可以更好地適應(yīng)高速應(yīng)用，如傳輸視頻流�！�

　　現(xiàn)階段，由于無(wú)線(xiàn)技術(shù)提供的帶寬不夠以及成本過(guò)高，許多家庭設(shè)備仍使用以太網(wǎng)等有線(xiàn)技術(shù)，只有一些新興設(shè)備如數(shù)字媒體中心等已經(jīng)開(kāi)始使用WiFi等無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)�？梢灶A(yù)見(jiàn)，一段時(shí)間內(nèi)有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)將在家庭網(wǎng)絡(luò)中共存。隨著未來(lái)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的成熟，越來(lái)越多的家庭設(shè)備將使用無(wú)線(xiàn)連接，從而讓用戶(hù)徹底擺脫線(xiàn)纜的束縛。

　　除了連接方式從有線(xiàn)轉(zhuǎn)向無(wú)線(xiàn)外，家庭聯(lián)網(wǎng)的另一個(gè)重要趨勢(shì)是帶寬將不斷增長(zhǎng)，以滿(mǎn)足視頻流應(yīng)用的需求。例如，從機(jī)頂盒向電視傳送1068×1024分辨率的高清節(jié)目可能需要80Mbps的數(shù)據(jù)率，這就要依賴(lài)更新的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，如802.11n、UWB和Homeplug AV等。 

　圖2：不同無(wú)線(xiàn)技術(shù)的比較。
 

　　視頻流傳輸帶來(lái)的挑戰(zhàn)

　　隨著媒體中心、DVD、機(jī)頂盒與PC以無(wú)線(xiàn)方式互連，視頻流傳輸將成為一個(gè)重要挑戰(zhàn)。為了幫助中國(guó)OEM應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)，科匯推出了一種用于連接DVD與TV的無(wú)線(xiàn)媒體適配器。它采用802.11a/g技術(shù)，由與DVD連接的發(fā)射設(shè)備和與TV連接的接收設(shè)備組成�？茀R之所以開(kāi)發(fā)這樣一款設(shè)備是因?yàn)槟壳罢麢C(jī)制造商對(duì)于在設(shè)備中添加無(wú)線(xiàn)功能還處于觀望狀態(tài)。

　　在工作中，DVD的解碼碼流需要經(jīng)過(guò)壓縮后由射頻發(fā)射出來(lái)，相應(yīng)地，接收端要在解碼后再把節(jié)目傳遞給TV。這其中包含兩次解碼，既繁瑣又浪費(fèi)處理資源。與通過(guò)外置設(shè)備來(lái)發(fā)送視頻流相比，如果把WiFi功能集成到DVD中，那么DVD可以直接將原始?jí)嚎s數(shù)據(jù)發(fā)射給接收端，從而免除中間不必要的編解碼過(guò)程。因此，我們可以認(rèn)為該款無(wú)線(xiàn)媒體適配器是數(shù)字家庭的一種雛形設(shè)備。

　　“現(xiàn)在科匯把它設(shè)計(jì)成獨(dú)立設(shè)備，是為了讓整機(jī)廠(chǎng)商可以提供現(xiàn)成產(chǎn)品給用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)。”吳志偉表示，“無(wú)線(xiàn)功能以后一定會(huì)整合到TV等設(shè)備中。”不久后，我們也許可以看到制造商在銷(xiāo)售DVD時(shí)同時(shí)搭售這種無(wú)線(xiàn)媒體適配器。

　　根據(jù)表1所示，發(fā)送DVD碼流需要6-8Mbps的帶寬。盡管802.11a/g的最大速率是54Mbps，但這是在理想環(huán)境下；在現(xiàn)實(shí)中，由于墻壁的阻隔和干擾的存在，802.11a/g要應(yīng)付這種速率的傳輸依然比較吃力。因此，帶寬是一個(gè)主要挑戰(zhàn)，而且未來(lái)將變得更嚴(yán)重。

　　例如，現(xiàn)在的家庭普遍有2-3臺(tái)電視，如果為每臺(tái)電視配一臺(tái)機(jī)頂盒，勢(shì)必造成資源浪費(fèi)。為此，業(yè)界要設(shè)法讓一臺(tái)機(jī)頂盒支持多臺(tái)電視。這有兩種模式：一種是廣播模式，STB只發(fā)射一個(gè)頻道供所有電視收看，這種方法簡(jiǎn)單易行，但限制了用戶(hù)的選擇；另一種是允許用戶(hù)選擇不同頻道的模式，這要求STB在一個(gè)信道中傳輸多套節(jié)目�！皞魉鸵粋�(gè)模擬頻道需要20Mbps的帶寬，2個(gè)頻道就需要40Mbps�！眳侵緜フf(shuō)。對(duì)帶寬的增長(zhǎng)需求還來(lái)自下一代電視標(biāo)準(zhǔn)，例如DTV需要30Mbps，HDTV更需要80Mbps。此外，隨著HD-DVD的推出，它也需要更大的無(wú)線(xiàn)帶寬。

　　針對(duì)視頻流傳輸帶來(lái)的挑戰(zhàn)，科勝訊的Peter Kempf認(rèn)為：“關(guān)鍵就是要提供足夠的帶寬，并把服務(wù)質(zhì)量(QoS)集成到系統(tǒng)中�！碧魬�(zhàn)也意味著機(jī)遇，有兩種無(wú)線(xiàn)技術(shù)將就此應(yīng)用展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。正在擬定中的802.11n預(yù)計(jì)將把WiFi速率從54Mbps提高到100Mbps以上，以滿(mǎn)足多媒體的傳輸要求。UWB可以提供480Mbps的最大速率，也瞄準(zhǔn)高清視頻流的傳輸應(yīng)用。

 
表1：家庭多媒體應(yīng)用對(duì)QoS的要求。
 
　　為802.11n 標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)技術(shù)的Airgo公司指出，借助MIMO-OFDM(多入多出－正交頻分復(fù)用)技術(shù)，WiFi產(chǎn)品最終能提供傳送多媒體流所要求的范圍、速度和可靠性。MIMO技術(shù)能夠在空間中產(chǎn)生獨(dú)立的并行信道同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)流，這樣就有效地提高了系統(tǒng)的傳輸速率，在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下增加頻譜效率。MIMO-OFDM技術(shù)通過(guò)在OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)空間分集，提高了信號(hào)質(zhì)量，并增加了多徑的容限，使無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的有效傳輸速率達(dá)到質(zhì)的提升。除此之外，802.11n還對(duì)802.11標(biāo)準(zhǔn)的單一MAC層協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化，改變了數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，增加了凈負(fù)載所占的比重，減少管理檢錯(cuò)所占的字節(jié)數(shù)，從而大大提升了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

　　802.11n還解決了802.11a/b/g缺少Q(mào)oS的問(wèn)題。為了解決802.11標(biāo)準(zhǔn)中的QoS問(wèn)題，802.11e中加入了頻寬、流量管理機(jī)制，讓影音傳輸能即時(shí)、定量，從而使多媒體應(yīng)用保持順暢，Wi-Fi聯(lián)盟將此稱(chēng)為WMM(Wi-Fi Multimedia)。Marvell公司產(chǎn)品經(jīng)理James Chen認(rèn)為：“WMM為QoS提供了很好的保障�！笨傊�，整合了802.11e的802.11n不僅具有QoS，還能夠提供足夠高的帶寬，可以滿(mǎn)足視頻流的傳播要求。

　　與Wi-Fi相比， UWB從設(shè)計(jì)開(kāi)始就關(guān)注了QoS，而且UWB的高吞吐量(2米內(nèi)高達(dá)480Mbps，10米范圍仍可達(dá)到110Mbps)也能夠幫助其保持傳輸品質(zhì)。飛思卡爾半導(dǎo)體香港有限公司無(wú)線(xiàn)和移動(dòng)系統(tǒng)部無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品部市場(chǎng)經(jīng)理Victor Kwong很看好UWB在家庭網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。針對(duì)DS-UWB與MBOA兩個(gè)陣營(yíng)的爭(zhēng)執(zhí)，他表示：“UWB論壇已經(jīng)提議利用公共信令模式(CSM)來(lái)解決不同UWB物理層的和平共存問(wèn)題，這將保證QoS和吞吐量�！卑�含CSM的UWB設(shè)備與那些僅支持單一UWB技術(shù)的設(shè)備相比，不僅應(yīng)用范圍將更廣，而且可以使可升級(jí)的UWB設(shè)備具有互操作性，同時(shí)防止與其它UWB設(shè)備之間產(chǎn)生不必要的干擾。

　　除上述無(wú)線(xiàn)技術(shù)外，科勝訊的Peter認(rèn)為用于家庭聯(lián)網(wǎng)的電力線(xiàn)技術(shù)，也能滿(mǎn)足高清視頻流的傳輸。最新的電力線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)HomePlug AV傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了200Mbps；為了確保QoS，HomePlug AV采用了時(shí)分多路訪(fǎng)問(wèn)(TDMA)與帶有沖突檢測(cè)機(jī)能的載體偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)(CSMA)協(xié)議，兩者結(jié)合，能夠很好地傳輸流媒體。