家庭聯(lián)網(wǎng)的技術前瞻與挑戰(zhàn)分析

　　家庭聯(lián)網(wǎng)是指將家庭中各種家電或數(shù)字設備聯(lián)成一個網(wǎng)絡，實現(xiàn)互連互通和資源共享。這將為用戶帶來許多全新的體驗，例如通過電視上網(wǎng)沖浪，在家庭音響上播放MP3音頻文件，將數(shù)碼相機拍攝的圖片以無線方式上傳到PC，在電視上播放視頻或圖片，無線打印，等等(參考圖1)。

 
圖1：在數(shù)字家庭中，各種電腦

　　和家電設備通過家庭網(wǎng)絡連接起來并協(xié)同工作，為用戶提供一種“隨時，隨地，使用任一設備訪問和欣賞任何內容”的全新應用體驗。

　　家庭聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被視為大勢所趨，讓我們來看看一個聯(lián)網(wǎng)家庭將涉及哪些連接技術。

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

　　再次，是一些外圍和終端設備與其他設備的連接，例如手機與PC的連接，鼠標、鍵盤、打印機與PC的連接等。這類應用往往使用低速率的無線技術，如紅外、藍牙、ZigBee以及一些專有的2.4GHz通信技術。

　　由于市場上存在如此多不同的連接技術，所以當制造商在設計一臺數(shù)字家庭設備時首先要考慮選用哪種合適的傳輸技術。這取決于各種因素，如成本、速率、通信范圍、功耗、安全性、共存問題等。

　　從應用和設備需求的角度考慮，科勝訊公司無線數(shù)據(jù)和聯(lián)網(wǎng)器件業(yè)務部行銷副總裁Peter Kempf認為，家庭中所有移動或便攜設備應該利用無線的802.11x技術。對于固定設備，今天的兩個主要選擇是以太網(wǎng)和HomePlug。“如果設備靠近住宅網(wǎng)關或路由器，以太網(wǎng)是更方便的選擇。”他說，“如果設備遠離路由器(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�！盚omePlug的獨特優(yōu)勢在于使設備可以通過電源插座上網(wǎng)，因此終端用戶不必在房間中另外布線。

　　TI的觀點與之類似。該公司DSP部門技術戰(zhàn)略總監(jiān)Tom Flanagan認為將有兩類技術統(tǒng)治家庭聯(lián)網(wǎng)應用。首先是以太網(wǎng)，它將用于幾乎所有固定設備；另一種將是某種形式的無線接口。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合找到用武之地。

　　當選擇WiFi后，還需考慮采用何種具體的標準。Marvell公司從功耗談論了這個問題�！皩τ陔姵毓╇娫O備，802.11g是更合適的解決方案，因為它消耗更少的功率。”該公司W(wǎng)LAN產(chǎn)品經(jīng)理James Chen表示，“如果是連到照明用電的設備，我們建議看看應用。采用802.11n可以更好地適應高速應用，如傳輸視頻流�！�

　　現(xiàn)階段，由于無線技術提供的帶寬不夠以及成本過高，許多家庭設備仍使用以太網(wǎng)等有線技術，只有一些新興設備如數(shù)字媒體中心等已經(jīng)開始使用WiFi等無線傳輸技術�？梢灶A見，一段時間內有線與無線連接技術將在家庭網(wǎng)絡中共存。隨著未來無線技術的成熟，越來越多的家庭設備將使用無線連接，從而讓用戶徹底擺脫線纜的束縛。

　　除了連接方式從有線轉向無線外，家庭聯(lián)網(wǎng)的另一個重要趨勢是帶寬將不斷增長，以滿足視頻流應用的需求。例如，從機頂盒向電視傳送1068×1024分辨率的高清節(jié)目可能需要80Mbps的數(shù)據(jù)率，這就要依賴更新的傳輸標準，如802.11n、UWB和Homeplug AV等。 

　圖2：不同無線技術的比較。
 

　　視頻流傳輸帶來的挑戰(zhàn)

　　隨著媒體中心、DVD、機頂盒與PC以無線方式互連，視頻流傳輸將成為一個重要挑戰(zhàn)。為了幫助中國OEM應對這種挑戰(zhàn)，科匯推出了一種用于連接DVD與TV的無線媒體適配器。它采用802.11a/g技術，由與DVD連接的發(fā)射設備和與TV連接的接收設備組成。科匯之所以開發(fā)這樣一款設備是因為目前整機制造商對于在設備中添加無線功能還處于觀望狀態(tài)。

　　在工作中，DVD的解碼碼流需要經(jīng)過壓縮后由射頻發(fā)射出來，相應地，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，既繁瑣又浪費處理資源。與通過外置設備來發(fā)送視頻流相比，如果把WiFi功能集成到DVD中，那么DVD可以直接將原始壓縮數(shù)據(jù)發(fā)射給接收端，從而免除中間不必要的編解碼過程。因此，我們可以認為該款無線媒體適配器是數(shù)字家庭的一種雛形設備。

　　“現(xiàn)在科匯把它設計成獨立設備，是為了讓整機廠商可以提供現(xiàn)成產(chǎn)品給用戶購買�！眳侵緜ケ硎�，“無線功能以后一定會整合到TV等設備中�！辈痪煤螅�我們也許可以看到制造商在銷售DVD時同時搭售這種無線媒體適配器。

　　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)實中，由于墻壁的阻隔和干擾的存在，802.11a/g要應付這種速率的傳輸依然比較吃力。因此，帶寬是一個主要挑戰(zhàn)，而且未來將變得更嚴重。

　　例如，現(xiàn)在的家庭普遍有2-3臺電視，如果為每臺電視配一臺機頂盒，勢必造成資源浪費。為此，業(yè)界要設法讓一臺機頂盒支持多臺電視。這有兩種模式：一種是廣播模式，STB只發(fā)射一個頻道供所有電視收看，這種方法簡單易行，但限制了用戶的選擇；另一種是允許用戶選擇不同頻道的模式，這要求STB在一個信道中傳輸多套節(jié)目。“傳送一個模擬頻道需要20Mbps的帶寬，2個頻道就需要40Mbps�！眳侵緜フf。對帶寬的增長需求還來自下一代電視標準，例如DTV需要30Mbps，HDTV更需要80Mbps。此外，隨著HD-DVD的推出，它也需要更大的無線帶寬。

　　針對視頻流傳輸帶來的挑戰(zhàn)，科勝訊的Peter Kempf認為：“關鍵就是要提供足夠的帶寬，并把服務質量(QoS)集成到系統(tǒng)中。”挑戰(zhàn)也意味著機遇，有兩種無線技術將就此應用展開競爭。正在擬定中的802.11n預計將把WiFi速率從54Mbps提高到100Mbps以上，以滿足多媒體的傳輸要求。UWB可以提供480Mbps的最大速率，也瞄準高清視頻流的傳輸應用。

 
表1：家庭多媒體應用對QoS的要求。
 
　　為802.11n 標準貢獻技術的Airgo公司指出，借助MIMO-OFDM(多入多出－正交頻分復用)技術，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技術能夠在空間中產(chǎn)生獨立的并行信道同時傳輸多路數(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技術通過在OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實現(xiàn)空間分集，提高了信號質量，并增加了多徑的容限，使無線網(wǎng)絡的有效傳輸速率達到質的提升。除此之外，802.11n還對802.11標準的單一MAC層協(xié)議進行了優(yōu)化，改變了數(shù)據(jù)幀結構，增加了凈負載所占的比重，減少管理檢錯所占的字節(jié)數(shù)，從而大大提升了網(wǎng)絡的吞吐量。

　　802.11n還解決了802.11a/b/g缺少QoS的問題。為了解決802.11標準中的QoS問題，802.11e中加入了頻寬、流量管理機制，讓影音傳輸能即時、定量，從而使多媒體應用保持順暢，Wi-Fi聯(lián)盟將此稱為WMM(Wi-Fi Multimedia)。Marvell公司產(chǎn)品經(jīng)理James Chen認為：“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，可以滿足視頻流的傳播要求。

　　與Wi-Fi相比， UWB從設計開始就關注了QoS，而且UWB的高吞吐量(2米內高達480Mbps，10米范圍仍可達到110Mbps)也能夠幫助其保持傳輸品質。飛思卡爾半導體香港有限公司無線和移動系統(tǒng)部無線產(chǎn)品部市場經(jīng)理Victor Kwong很看好UWB在家庭網(wǎng)絡中的應用。針對DS-UWB與MBOA兩個陣營的爭執(zhí)，他表示：“UWB論壇已經(jīng)提議利用公共信令模式(CSM)來解決不同UWB物理層的和平共存問題，這將保證QoS和吞吐量�！卑�含CSM的UWB設備與那些僅支持單一UWB技術的設備相比，不僅應用范圍將更廣，而且可以使可升級的UWB設備具有互操作性，同時防止與其它UWB設備之間產(chǎn)生不必要的干擾。

　　除上述無線技術外，科勝訊的Peter認為用于家庭聯(lián)網(wǎng)的電力線技術，也能滿足高清視頻流的傳輸。最新的電力線標準HomePlug AV傳輸速度已經(jīng)達到了200Mbps；為了確保QoS，HomePlug AV采用了時分多路訪問(TDMA)與帶有沖突檢測機能的載體偵聽多路訪問(CSMA)協(xié)議，兩者結合，能夠很好地傳輸流媒體。