家庭网络相关技术

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摘要　家庭网络是一个综合的概念，包含了多个方面的技术。本文对家庭网络的发展可能会产生重要影响的一些技术，如联网技术、编址技术、设备自动发现和自动配置技术、媒体技术、家庭业务平台技术、安全技术、服务质量保证技术，以及数字内容和版权管理进行了综述和分析。

关键词　家庭网络　联网技术　编址技术

1、引言

　　家庭网络涵盖了多个方面的技术，包括了通信技术，电子技术以及建筑方面的相关技术等。仅就通信技术而言，家庭网络也包括了多个方面，从物理层到应用层，家庭网络都有和其他技术不同的要求。家庭网络的技术主要有：联网技术、编址技术、设备自动发现和自动配置技术、媒体技术、家庭业务平台技术、安全技术、服务质量保证技术，以及数字内容和版权管理。本文就家庭网络中的这些主要技术进行分析，通过对技术的分析来透视家庭网络未来的技术走向。

2、家庭网络的相关技术

　　2.1　家庭网络的联网技术

　　家庭网络的联网可以充分利用家庭内部的有线和无线物理媒介，各种技术的特点如表1所示。

表1　家庭网络的联网技术特点

媒质

技术

技术特点

五类线

以太网(802.3)

速率最高为1OOMbit/s
距离可以达到1OOm
支持优先级,VLAN等
最多支持的端点数没有限制，但一般应用中为最多为几十个

电话线

Home PNA 2.0

速率最高为1Ombit/s
距离可以达到300m
支持一定的QoS能力

Home PNA 3.0

速率最高为128Mbit/s

电力线

HomePlug

速率最高14Mbit/s
距离可以达到3OOm

X.10

只支持低速的控制信号的传送
一个网络中最多有256个设备地址
相邻家庭存在干扰

同轴电缆

802.11 over Coax

速率同802.11a/b/g，速率为11-54Mbit/s
电缆传播环境比较稳定
方便穿透墙壁

HomeCNA

使用专有的协议和收发器
速率可以达100M

其它电缆

IEEE 1394(FireWire)

速率有100M/200M/400M/800M等
目前距离为几米到十几米
支持同步和异步传送模式，可保证AV流的优先级
一般只用于几个节点

无线

Wireless Lan：802.11a/b/g

速率为11M到54Mbit/s
受墙壁材质等衰减影响较大

UWB

速率可高达几百Mbit/s
距离一般在几米到1Om
占用很大的带宽，但功率谱密度很低

ZigBee(802.15.4)

低速率(约100kbit/s)的无线方案
主要用于自动控制，键盘鼠标等

　　家庭网络中的联网可选媒质种类和可选的技术种类繁多，面对家庭网络这个巨大的潜在市场，每种技术都希望争取到自己的利益。因此，不论是对生产者还是消费者，面临如何对技术进行选择的问题。不同的联网技术在使用的媒质、提供的速率，可达的距离和设备成本等各个方面都各有不同，各种技术的特征比较见表2。

表2　家庭网络联网技术比较

技术

方便性

速率

距离

以太网

低

高

长

1394

中

高

短

HomePNA

中

低

中

PLC

中

中

中

WLAN

高

中

短

UWB

中

高

很短

Cable技术

低

高

长

　　从目前以PC共享上网为主要应用模式的家庭网络来说，WLAN是一种比较有优势的技术，市场数据也显示WLAN目前在家庭中的占有率也在迅速增加。随着家庭业务模式的不断发展和完善，对带宽和QoS等提出更高的要求时，家庭联网的技术选择还需要继续的研究。

　　2.2　家庭网络的编址技术

　　家庭网络对于地址空间有很大的需求，未来家庭网络中IP地址不仅会分配给传统的互联网接入设备、通信设备，还会分配给各种家电设备。因此，对于IPv4和IPv6的选择是编址技术的研究重点。

　　家庭网络设备IP地址选择，既与现有网络的现状相关，还要考虑到将来家庭业务模式的需求。IPv6从技术上来说，具有几乎无限的地址空间、具有的QoS机制、天然地内嵌了安全机制和移动IP的支持，是理想的家庭设备地址方案。但家庭内部IPv6的使用依赖于整个IP网络的演进和建设的步伐，决定于IPv6网络的建设能否满足目前家庭业务的需求。

　　除了IP域的编址问题，非IP域的编址问题也是家庭网络领域不可或缺的问题，现实中不可能大大小小各种联网的设备都具备着TCP/IP协议栈，可以无缝地联入IP网络，对于没有IP地址的设备，比如各种简单电气设备，监控设备等如何寻址也是尚未解决的问题，虽然目前各种低速总线技术一般会规定自己的地址编码空间，但如何在这些技术中选择，是否需要统一这个编址空间或如何定义这些地址到代理设备中的IP地址的映射，都是没有解决的问题。

　　IPv4向IPv6的网络演进策略和方案已经是研究的很深入的课题，家庭网络的出现，为这个演进的过程加入了新的变数。

　　2.3　家庭网络的设备自动发现和自动配置技术

　　家庭网络设备自动发现和自动配置技术，也就是俗称的即插即用(Plug&Play)技术，是家庭网络发展的基础。正是由于该技术的逐渐成熟，带动了目前家庭网络的整体发展。而由其服务对像和实现的不同，可以分为以下两类：

　　(1)在PC及其外设领域，UPnP技术目前最早成熟和被广泛接受的即插即用技术，该技术由UPnP论坛开发。UPnP设备必须具备IP的协议栈。

　　(2)在家用电器和家庭控制领域中的即插即用技术有HomePNP，LonWorks等。CEBus协议是建立在HomePNP基础上的，它允许各种电器设备通过电源线接口互相通信，省去了需要单独控制线路的麻烦。LonWorks提供了一个对等的通信控制方案，与jini等技术结合，可以广泛用于从家庭到楼宇到小区等各种场合。

　　家庭网络中的即插即用技术不论是UPnP还是HPnP，目前的主要关注点都是在家庭内部的设备之间的发现和配置，比如计算机可以很容易地发现和配置连上网的打印机，数码相机等设备。但是，对于电信服务来说，电信业务到家庭的自动配置功能还没有一个系统的规范，随着终端的智能化和功能的增强，以及电信业务的多样化和个性化的发展，越来越多的电信服务需要在终端上进行各种设置，通用的业务配置功能平台是下一步发展的重点。

　　2.4　家庭网络的媒体技术

　　目前，音频和视频编码技术很多，应用于娱乐和通信的编解码技术各自都有着存在的空间。表3所示的是不同的视频业务对编码性能的要求。

表3　不同的视频业务对编码性能的要求

　　DLNA对媒体格式和转换规则进行了定义，但其定义存在着局限性。DLNA的规定主要是面向娱乐的媒体格式，而且主要是在家庭内部服务器和显示设备，因此对于多媒体通信业务中常用的编码格式的考虑有欠缺。多媒体通信业务对编码格式的选择需要从网络到终端，考虑整个电信网络情况作出选择，而不仅仅是着眼在家庭内部的媒体共享，因此电信业务选择的格式也许会与DLNA的选择有不同，这之间的转换和互通是尚未解决的问题。

　　2.5　设备中的家庭业务平台技术

　　家庭网络对于电信运营来说，归根到底是一个业务的发生或终结的地方，电信网络正朝下一代网演进，核心的概念是要比传统电信网具有向用户提供更丰富多彩的业务的能力，提倡网络与业务的分离。但是业务分离出来对于终端来说是一个巨大的挑战，传统的电信终端设备都是专属于某一特定的电信业务而涉及的，即使它们具备了在家庭中的联网能力，也不能改变它们自身所具有的功能。

　　现阶段的个性化的网络服务一般要求通过定制终端来实现，但定制终端成本较高，只能为少数人所拥有。为了解决这个问题，开放业务网关联盟(OSGi)制定了一种可以灵活升级和管理的业务平台的软件架构规范。OSGi规范所提供平台包括一个Java运行环境和业务组件的生命周期管理、数据存储一致性管理、版本管理和服务注册管理等功能。OSGi的规范相对其他家庭网络规范已经存在了较长时间，也相对比较成熟，但如何满足电信应用是值得进一步研究的问题。

　　2.6　家庭网络的安全技术

　　家庭网络的安全技术涉及家庭网络内部终端设备和内部信息安全、业务系统的安全(如防攻击、防非法接入等)，在特定场合还需要能追查恶意呼叫，确定其来源从而采取相应的措施。

　　(1)网络安全。家庭网络应通过防火墙与外界互联网进行联系，实现内部可信任网与外部不可信任网之间的隔离，并进行访问控制，保证家庭网络系统及家庭网络服务的安全性。

　　(2)业务系统安全。业务系统设备本身会有各种各样的系统方面的漏洞，而这些漏洞往往会造成信息的泄露。业务系统安全是和用户直接相关的，因此该项指标直接影响到家庭网络的推广，但该项技术业务是目前研究中比较弱的一部分，在家庭网络的研究中还需要更进一步的关注。

　　2.7　家庭网络内的服务质量保证技术

　　家庭网络给用户提供了一个综合的业务环境，用户可以在这个环境中同时使用语音、视频和数据等多种业务，但是家庭网络上行的带宽是有限的，如果没有QoS的保障，当这些业务间发生冲突时，所有的业务都会受到影响从而降低了网络的服务质量。

　　QoS主要有两种实现方法：第一种是优先级QoS，这种方法设置了不同用途封包的优先级。在产生拥塞时高优先级的数据包会优先通过，而低优先级的包会被丢弃。第二种方法是有保证的QoS。该种方法为每一种业务分配相应的带宽，相应的业务以承诺的速率发送数据，从而得到业务服务质量的保障。家庭网络中采用的是第一种方法，需要根据不同业务对QoS不同的要求进行带宽合理的划分，对不同的业务区分不同的优先级，使得高优先级的业务可以得到保障，用户可以得到更好的服务。但从IP网的运营经验来看，这显然不是最优的解决方法。

　　但家庭网络内部联网技术种类众多，各自对QoS的支持能力不同，而且家庭网络中从成本考虑也不可能使用复杂的QoS机制，因此，如何在家庭网络特定环境下作到一定的QoS是尚未解决的问题。

　　2.8　数字内容和版权管理

　　内容和版权的管理问题并不是家庭网络的特有问题，数字电视、广播和多媒体通信等业务都有对内容和版权管理的需求，只是家庭网络的存在更加剧了这种需求。如何满足用户在家中有限的设备上合法地共享具有版权的影视音乐等信息的需求，是家庭网络内容和版权管理研究的重点。

　　目前的数字版权管理技术有两个主要方面：一是数字水印技术，主要为了解决对数字媒体内容的版权的声明，标识版权的所有者信息。二是数字版权的管理技术，即如何有效地在使用环节控制具有版权的信息不被盗用和滥用或非法复制，并为内容的合法用户提供便利。

　　对于数字水印技术来说，目前对于水印算法的可证明性而言，攻击者完全可能破坏掉图像中的水印，或复制出一个理论上存在的“原始图像”，这导致版权所有者不能令人信服地提供版权归属的有效证据。

　　对于版权的管理技术来说，如何满足移动多播和广播业务需求和更好地满足移动流媒体业务需求、更好地提升用户体验(比如终端设备的域机制)及如何将其扩展到业务的授权使用是尚待解决的问题。

3、结束语

　　总的来说，家庭网络涉及的技术非常广泛，并且每一种技术都还在发展变化之中，每一种技术的发展变化都可能会对家庭网络的发展造成一定的影响。虽然家庭网络的应用前景十分光明，但目前还处于发展的初级阶段，每一种技术都可能在家庭网络这个方寸之地大有作为。

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