数字家庭网络发展分析
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数字家庭网络是指通过家庭网关将公共网络功能和应用延伸到家庭，并以有线网络或无线网络连接各种信息终端（如家电、PC等），提供语音、数据、多媒体、控制和管理等功能，达到信息在家庭内部终端之间及其与外部公网的充分流通和共享。
从用户的角度来看，通过数字家庭网络可以享受以下服务：上网、IP电话、VOD点播、基于ASP的海量存储和个性化的信息服务、互动的娱乐游戏、远程网络上的家庭控制和安全服务管理等。
家庭网络由以下两大部分组成：一是家庭网关。这是整个家庭网络与外部网络发生联系的桥梁，也是数字家庭各种业务和应用的关键，它可以从不同的外部网络接收通信信号，通过家庭网络传递信号给某个设备。二是各种信息终端设备和智能家电设备。在一个家庭网络中，各类终端互联并与家庭网关相连，通过家庭内部的有线或无线网络，实现家庭网络各信息终端设备和智能家电设备的自组织联网并提供自动发现和配置功能。
家庭网络还包括Modem、PC、STB（机顶盒）、IAD（综合接入设备）等，这些设备内部互联形成家庭网络。来自xDSL线路的IPTV业务通过家庭网络传送到STB，由STB实现解码的视频信号可在电视机上显示。STB可作为家庭网络的延伸，提供数字娱乐、通信、智能家居、网络共享等一体化解决方案，将宽带网络从用户的书房搬进客厅。
家庭网络概念的提出涉及到了电信、家电、IT等行业，从提供业务/服务的角度来说，涉及到信息服务提供商、电信网络运营商、小区物业等角色，从产品的角度来说，涉及到了通信网络设备和终端设备制造商，IT行业的芯片提供商、软件提供商和终端设备制造商以及家用电器制造商，这些行业对家庭网络的理解是不完全一样的：
●IT/家电行业最早提出家庭网络的概念，目的是打破各个家庭设备是“信息孤岛”的事实，实现各种信息终端之间的资源共享和协同工作。它认为数字家庭网络指的是家庭的信息设备、通信设备以及消费电子设备，包括电脑、数字电视机、高端手机等组成的一个家庭内部网络，可在这个宽带网络之上获取各种以数字娱乐为主的应用。提供的家庭网络服务并不一定要与电信网、互联网连接。
●通信行业认为家庭网络用户是从普通的电信业务用户和企业用户拓展延伸出来的一种用户群。数字家庭网络一定与电信网络进行连接，甚至可以看成是电信网络端到端的一部分，家庭网络可以通过家庭网关将公共网络功能和应用延伸到家庭。并不强调家庭内部各终端设备的互联，但能实现对外出口带宽的共享。
●社区/居民小区物业认为家庭网络是智能化小区的概念延伸到家庭中，因此应与小区自建的网络相连，支持自来水、煤气、电力、暖气的远程集中抄表。可提供小区和家庭安防，直接将安防信息和警报发给所在小区警备室、街道派出所、公安分局等。接入小区服务、社区医院等系统，只要用户触发按键，位置信息将自动发送到小区急救平台或者相关社区医院。
应该说，IT行业、通信行业、家电行业都在谈数字家庭，不同的行业都在期待数字家庭能够帮助各自的产业朝着健康的方向发展。
目前，IPTV业务被认为是数字家庭网络中的一个主要应用，数字电视机、IP机顶盒等终端产品成为家庭网络设备中的一个主要消费市场。
数字家庭网络最终的发展目标是：家庭网络不仅仅是一个为了完成家庭内部各种设备资源共享、协同工作的网络，还能通过与外部网络（电信网/互联网/社区网）的连接，实现家庭内部设备与外部网络信息交流的目的，通过丰富多彩的业务和应用使用户享受到舒适、便利、安全的新的生活体验，如图1所示。
图1 未来的家庭网络
2、数字家庭网络提供的业务类别以及需求
数字家庭网络提供和承载的业务和应用很多，家庭网络能提供集成的语音、数据、多媒体、高质量音视频以及控制和管理等业务和应用，从而达到信息与媒体在家庭内部终端之间充分共享及家庭终端与外部公网的信息流通的目的。
按照目前可预见的业务划分，在家庭网络上可以开展的业务可分为家庭娱乐、家庭通信、家庭控制3类。
虽然人为地将业务分成了很多类，但实质上可以预见的是，各种业务不会是以单一方式通过家庭网关向家庭单一推送，也不会是以简单捆绑的方式。家庭网络虽然可能不会出现类似于以往的“杀手级”业务，但是其相对于以前业务的“杀手锏”则是：用户将会更为便利而且随心所欲地在家庭中生活。
现在，无论是国内的闪联（IGRS），还是国际化的DLNA、UPnP，都已经开始推出符合其标准的可以互联、共享和统一控制的产品。通信厂商虽然开始了家庭网络业务的实验，但显然目前只是以“家庭网关为界线，公共网络如何向家庭延伸”为研究的重点，而对于这些业务进入家庭之后如何让用户更好地接受却研究得较少。作者认为家庭网络的重点更多是在于在家庭中如何使用户更方便、更自由地生活，所以在家庭中的终端，包括通信终端、PC机、各类电器以及娱乐设备的完全互联和共享以及互控是家庭网络结构的目标，而业务在所有可用终端的共享是业务推进的重点。
总的来说，数字家庭网络的业务不是单纯以“信息”为核心的，还包括因为形成家庭网络而带来的生活便利，即所谓的数字化家庭。信息通信技术的发展为家庭网络化、信息化提供了强有力的技术保障，家庭网络应用条件开始具备。在家庭范围内，实现信息、通信、娱乐、家用电器、照明等设备的互联和管理，提高学习、工作、娱乐的质量，是用户的美好愿望。从这个角度看，数字家庭网络的服务包括了将家庭内的所有家用电器与电信网络/X联网连接起来，实现信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、保安监控装置及水电气表设备、家庭求助报警设备等的互联和管理以及数据和多媒体信息共享等。可以想象，家庭成员可以在远方用计算机或电话通过互联网/电信网络对家庭电设施进行监控；家用电器制造商可以通过网络对其生产的设备进行售后跟踪服务：家用电器发生故障时能自动按预设的邮件地址发送电子邮件进行报警……这就是数字家庭网络系统，可实现家庭内部信息与家庭外部信息的交换，通过网络为人们提供各种丰富、多样化、个性化、方便、舒适、安全和高效的服务。这些不是单纯的家庭信息服务，但是从数字化家庭的需求可以看到，其中很多环节产生了信息服务的需求：操作家用设备，需要得到在线的操作指南；设备商售后服务可以在线指导用户进行家电故障的排除等。
3、数字家庭网络的关键技术
数字家庭网络涉及的技术体系非常复杂，涉及的主要技术问题包括：联网技术、编址技术、自动发现技术、远程维护管理技术及媒体技术等。下面主要介绍这5类技术体系的发展现状。
首先是联网技术，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，包括以太网、HomePNA、有线电视电缆（cable）、电力线（PLC）、IEEE 1394和蓝牙等。
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不同。各种技术的特征比较见表1。
表1 各类联网技术比较
技术 方便性 速率 距离
以太网 低 高 长
IEEE 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服务来说，WLAN（无线局域网）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研究。
其次看编址技术，在未来家庭网络中，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。IPv6从技术上来说，具有几乎无限的地址空间、很好的QoS机制，天然地内嵌了安全机制和对移动IP的支持，是理想的家庭设备地址方案。除了IP域的编址问题，非IP域的编址也是家庭网络领域中必须面对的问题。现实中不可能各种联网的设备都具备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和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。
自动发现技术也称即插即用（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。而根据其服务对象和实现手段的不同，可以分为两类：一是在PC及其外设领域广泛得到应用的UPnP技术，这是最早成熟和目前被广泛接受的技术。国内的闪联也在这个领域做了很多工作。UPnP和IGRS等技术要求设备必须具备IP的协议栈。二是在家用电器和家庭控制领域中的即插即用技术，包括 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。由于产品大多基于公司自定义的某种标准，未经长时间的应用验证和业界的普遍认同，因此不同公司的产品无法互联、互操作。另外，即插即用功能的易用性也并不是那么理想，还需要完善。
远程维护管理技术是实现远程监控管理的一个重要技术手段，目前只有DSL论坛和CCSA在ADSL Modem的自动配置和远程管理方面做了一些有益的工作，但远没有达到一个通用的业务配置功能平台的要求，因此对自动配置和远程管理维护技术仍需进行大量的研究。未来需要解决的家庭网络的远程维护管理包括两个方面：一方面是对家庭网关的远程维护管理，另一方面是通过家庭网关对家庭内部的终端进行管理。
媒体技术是实现不同媒体设备/格式之间互通的基础。目前，音频和视频编码技术很多，但是出于性能、成本和代表不同利益集团等各种因素的考虑，家庭网络中的不同设备往往会选用不同的编码方式，这给设备之间的互通带来了很大的困难。因此，标准组织开始着手进行格式互通的规则制定工作。以DLNA的工作为例，它规定了设备对媒体的支持能力。DLNA规定了几种必选格式，也定义了可选格式和相互之间的转换规则，如表2所示。
表2 DLNA定义的媒体格式
媒体类型 必选格式集
（必须全部实现） 可选格式集
（可以实现一个或多个）
图像 JPEG PNG、GIF、TIFF
音频 LPCM AAC、AC-3、ATRA3+、MP3、WMA9
音视频 MPEG-2 MPEG-1、MPEG-4、WMV-9
4、部分国家和地区数字家庭网络的发展情况
从全球的发展情况看，数字家庭网络目前在各地方其实是以不同的业务重点来向用户推广的。
在欧洲，数字家庭网络的核心是MHP（多媒体家庭平台），MHP是指以电视为中心构筑数字网络，使用一台机顶盒实现对来自卫星、无线电和有线信号的交互式操作，完成电子商务、银行转账等服务。MHP采用了Java技术，通用性强，由于它提供了连接互联网的开放环境，可促进数字播放的普及。数字播放形式的MHP在欧洲已进入实用化。欧洲数字播放的进展要好于美国和日本，如英国BskyB推广之后，两年内就获得300万家庭用户，法国TPS也发展了100万家庭用户。这些数字播放利用双向功能为用户提供电子商务等各种服务。
韩国的数字家庭网络纳入了国家的战略规划，同时也是宽带接入普及后的一个自然应用。韩国是宽带应用最普及的国家。随着韩国宽带应用的普及以及数字化程度的提高，从2004年开始，韩国政府开始将家庭网络视为其技术增长战略的关键部分和主要的经济增长点。作为“IT839战略规划”的重点项目，韩国政府准备为家庭网络项目投资18亿美元，信息通信部选定KI联盟和SKI联盟作为其数码家庭的示范业者，计划通过产、官、学、研的通力合作，到2007年在 1 000万韩国家庭部署先进的家庭网络系统（占家庭总数的60%），并制定了要在家庭网络技术领域占领全球11%市场份额的宏伟目标。韩国信息通信部在 2004年12月举办了“IT839的3大基础建设与家庭网络的整合研讨会”，决定从2006年开始对各自独立推动的BcN、IPv6、RFID/USN等3大基础建设与家庭网络服务进行整合管理，实施互动营运示范计划。目前，韩国电信运营商和设备制造商已经将重点放在数字家庭网络上，SK电讯、KT电信和电子信息研究院都在“数字化家庭”研究开发方面投入了巨资，开始了大规模的家庭网络试验。
美国的数字家庭网络是在运营商提供融合业务的大背景下推动的。2003年6月，美国电信运营商Verizon公布将在2004年推出名为VerizonOne的终端设备。该终端是无绳电话和蜂窝电话的杂交产品，在家使用时是无绳电话，走固网线路，在外使用时则成为普通移动电话。2004年初，Verizon推出更加面向未来的多业务融合业务计划。该业务计划的名称为Iobi，与之相关的终端产品仍命名为VerizonOne。Iobi将固定、移动、数据或IP业务应用进行智能整合，使用户持有的各种通信终端（如手机、PDA、固定电话、电脑等）实现个性化的无缝应用融合，形成个人通信设备网，即个人所持有的各种通信设备可以通过Iobi实现应用业务的互通和共享。Iobi服务使用户可以利用电脑、VerizonOne终端或移动终端进入Iobi服务配置网页，根据自身的需要配置并管理多终端业务（如个人电话、语音信箱、工作日程、通信录、电子邮件等）。
总的来说，不同国家和地区推动数字家庭网络的动力以及主体有一定的差异，因此在业务的推广模式、重点业务等方面有比较明显的差异。欧洲以数字广播业务为龙头，以机顶盒为家庭网络的核心产品；美国则是电信运营商出于电信市场竞争的压力以及未来持续发展的需要来发展家庭网络业务，希望借助家庭网络将传统的电信业务延伸和拓展到家庭内部；韩国的数字家庭网络发展其实最值得中国借鉴，国家通过制定统一的发展战略，拉动整个产业链各方介入到家庭网络的推广、普及以及应用中，业务上以家庭娱乐服务为主。
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