用P1905.1設計新一代家庭網絡

摘要：家庭互連技術正在向第二代演變，將能提供運營商和消費者所希望的服務質量，并能讓用戶透明地使用家庭網絡。本文就是介紹了一種新的家庭網絡設計方案。

關鍵詞：家庭網絡；P1905.1；IEEE

關于怎樣在家中各處共享數字內容，例如電視節目、照片、互聯網視頻和音樂，人們的想法越來越先進了。同時，隨著寬帶速度的提高和新的數字調諧技術的出現，消費者可選擇的內容也增多了，此外、消費者還能以更快的速度、在多個設備上下載和播放多媒體內容。數字設備的種類和數據格式越來越多，因此設備之間的無縫互連已經成為互連家庭必不可少的要素。消費者可以通過任何房間的任何設備訪問內容，而不必知道正在訪問的內容來自哪里，是樓上的PC硬盤還是互聯網，是通過手機播放的，還是存儲在機頂盒的數字視頻錄像機(DVR)中的。

新的家庭互連解決方案必須無需復雜的配置或互連機制，就能支持所有類型的數字設備。這些解決方案還必須支持已有服務以及新型服務，例如提供多房間DVR功能。此外、任何新一代家庭網絡技術都必須支持無處不在的家庭互連，這樣消費者在家中才能享有不受限制的無縫互連體驗。底層家庭網絡基礎設施一定要快速、可靠地傳輸數據，以確保同時提供多路高質量媒體流，開創可完全互操作的家庭網絡新時代。

無需新的布線就可實現無處不在的互連

大多數消費者已經在家中安裝了幾種網絡。例如，衛星或有線電視網絡通過同軸電纜向一個或多個機頂盒提供內容，利用電力線通信(PLC)技術互連PC，通過wi－Fi為多個筆記本電腦和手機分配共享的互聯網連接，等等。盡管以太網可以提供非常可靠的互連，但是CATS布線很昂貴，因此人們試圖利用已有“線纜”，例如同軸電纜、電力線或無線。

不過，無論在哪個地區、哪個家庭或哪個房間，單一互連技術都無法實現100％的覆蓋率。甚至直到最近，美國也僅有11％的家庭安裝了CATS，而且大部分的安裝都沒有適當的信號終結，安裝的目的也不是要建立以太網。在有些地區，雖然各種不同的房間都有可能安裝了同軸電纜插座，但這類插座仍然談不上普遍存在(參見圖1)。另外，盡管家庭中幾乎每一個房間都有電源插座，但是不同部分可能處在不同的PLC相位上、或者有些部分容易受到干擾，因而降低了PLC的性能和有效帶寬。即使是無線互連，覆蓋率也沒有保證，因為房屋布局、構造和建筑材料的密度會影響無線技術的有效性。

新一代家庭網絡基于家中現有的網絡基礎設施，包括以太網、同軸電纜、電力線、無線資源等，并將這些基礎設施整合到一起，以實現基礎設施之間的無縫連通，因而可在家中實現全面的網絡覆蓋。例如，單獨采用這些技術中的任何一種，都不能實現對整個家庭的全面覆蓋，但是一個網絡如果支持多種通信技術，就可以極大地提高覆蓋率。家中每一個房間都可以由至少一種技術，或者在很多情況下，由幾種技術來保證覆蓋率。

支持多種技術的混合網絡還可以為家中的主要房間提供冗余覆蓋。例如，一對夫婦正在觀看來自互聯網的節目。節目數據可以通過電力線、同軸電纜或以無線方式傳送到臥室中的電視機中。如果其中某一鏈路出現擁塞(例如，在其他房間中，也有人在看高清視頻)，或者由于干擾而使吞吐量顯著降低，那么流媒體就可以轉移到其他鏈路上傳送。采用這種方式以后，不管家中的網絡運行狀況發生什么變化，都可以保證連接的可靠性和內容的質量。

每一種互連技術都是以不同的介質和協議為基礎的，因此這些技術都有所謂的“正交減損機制”。例如，如果一個噪聲源在電力線上引起了干擾，那么該噪聲源對無線吞吐量的影響就有可能很小。這意味著，某一房間的所有網絡連接同時失靈的可能性很小。

支持多種互連技術還可以提高向家中各處提供的內容的質量。負載均衡方法可用來將內容分配到多條鏈路上，因此避免了一條鏈路空閑、而另一條鏈路的容量占用率很高，以至導致擁塞的情況。在兩條鏈路上均衡分配數據，使兩條鏈路都以較低的容量占用率工作，可宴現更高的可靠性和更低的延遲(參見圖2)。

新一代家庭網絡的另一個優勢是實現了無處不在的互連。因為仍然使用已有的家庭網絡基礎設施，所以消費者今天擁有的設備也能連接到混合網絡上。混合網絡內置了橋接功能，將支持數據在基于不同互連技術的鏈路之間無縫傳輸，因此也就支持了連接到網絡上的所有設備之間數據的無縫傳輸。這樣，消費者就能通過任何設備訪問內容，而不必知道內容實際上存儲在哪里或者是怎樣存儲的。此外，保存內容的存儲設備，例如網絡附加存儲(NAS)設備，也無需知道它們是在向PC、電視機還是在向手機傳送內容。

新一代家庭網絡繼續使用已有家庭網絡基礎設施和已經采用的互連技術，不必布設任何新的線纜，就可以提供對整個家庭的全面覆蓋，且具有冗余鏈路容量。這對運營商和消費者都很重要，因為運營商希望不用上門服務，就能將新業務傳送到家中任何地方，而消費者則希望以最低的價格、毫不復雜地實現家庭互連。

統一家庭網絡

在一個家庭中，建立一個能夠無縫連接所有設備的混合網絡，是很多運營商和設備制造商都意識到的。第一代家庭網絡的困境在于沒有一個統一的標準、因此消費者無法透明地使用支持不同技術的網絡，而必須對網絡上的所有設備獨立地進行配置、管理和操作。

IEEE目前正在制定新的P1905.1標準，該標準為統一構成家庭網絡的多種互連技術提供了底層機制。P1905.1為基于Wi－Fi、HomePlug、MoCA和以太網的混合網絡定義了公共的數據和控制服務接入點(service Access Point)。無論使用那種協議和介質，數據的收發都可以通過此接入點完成。

P1905.1在第二層和第三層之間引入了一個軟件層，該軟件層可針對每一條正在使用的鏈路抽象出詳細具體的運行信息(參見圖3)，并匯聚通過不同鏈路收發的數據，從而在家庭網絡中實現了各種互連技術的無縫連通。通過該軟件層，還能進行高級網絡管理。例如，用戶設備連接到支持不同技術的鏈路時，不再需要輸入不同的密碼，僅需簡單地按一下按鈕即可。P1905.1還規定了統一的服務質量(QoS)保證機制，可完成設備發現和配置，能建立安全連接，并提供其他一些先進的網絡管理功能。

P1905.1提供很多關鍵功能，有很多優勢，可用來實現下一代家庭網絡。目前，除了P1905.1，其他任何一種現有技術都無法獨立完成多種有線和無線技術、介質、平臺以及設備的整合。

易用：作為一種面向消費者的技術，至關重要的是，網絡配置和使用對消費者要透明。P1905.1為網絡增加設備、建立安全鏈路、實現QoS保證以及智能地管理網絡提供了通用配置方法。

可靠的服務：擁塞或連接暫時中斷等常見網絡問題可能導致服務質量劣化。通過采用鏈路選擇機制(參見圖4)，設備可以使用可替換的鏈路，以減少服務中斷次數，從而確保良好的用戶體驗，并減少運營商必須管理的售后服務電話的數量。

增大網絡容量：混合網絡能匯聚不同鏈路的所有帶寬，最大限度地增大吞吐量。

同時傳輸多路媒體流：在互動電視等應用中，甚至一個用戶也可以同時觀看多個媒體流，因此新一代網絡必須有能力同時支持幾路高清流媒體。

擁塞管理：P1905.1支持負載均衡和Qos，可限制網絡擁塞，保證網絡的可靠性和內容的質量。

徹底的互操作性：新一代家庭網絡必須支持運營商已經安裝的任何現有網絡基礎設施。P1905.1是惟一全面支持HomePlug、Wi－Fi、以太網以及MoCA技術的規范，而且可實現與這些技術的向后兼容性。

透明的安全性：運營商和內容提供商希望有牢固可靠的安全機制，以保護內容的安全。然而，為了避免成本高昂的上門服務和／或售后電話服務、這類機制必須足夠簡單，以便于消費者使用。P1905.1設備按一下按鈕就可以配置，避免了輸入密碼這類復雜操作(參見圖5)。P1905.1還允許舊有設備使用與新的P1905.1設備一致的密碼和驗證方法。

通過先進的監控和診斷實現更高的可靠性：基于P1905.1的網絡能提供一致的診斷。此外，運營商還能遠程監控網絡，提前地修復可能的損壞，以防止用戶體驗受到影響。

自助安裝：就控制網絡部署和運營成本而言，避免售后及安裝電話服務是至關重要的。新一代家庭網絡必須支持簡單的安裝、發現和自助配置。例如，當用戶將第二個P1095.1Wi－Fi接入點連接到網絡上時、無論第二個接入點使用的是什么接口、主接入點都會自動配置第二個接入點、為其提供網絡名稱和密碼。

自由移動：支持無線設備也很有必要，這樣用戶就可以將智能手機、普通手機、筆記本電腦和平板電腦連到家庭網絡上。

通用互連：新一代網絡要實現徹底的透明性，必須使用戶從家中任何一個房間都能連接到網絡上，而且用戶不必知道他們在通過哪一種接口通信。此外，從一個房間(和接口)轉移到男一個房間(和接口)時，鏈路切換必須是無縫的。

電源效率：P1905.1支持多種電源管理功能，以協調能耗與可靠性和響應速度，從而使網絡能以更高效率、更環保地工作。例如，路游功能可以查看哪些節點已經喚醒并正在運行，以確定最節能的路徑。

以前人們曾嘗試過，用單一互連技術實現家庭網絡。現實情況是，在可用標準中，沒有哪一種能單獨實現可靠的、對整個家庭的覆蓋，或者說沒有哪一種能非常容易地支持所有類型的消費類設備。要想實現可靠的、全面的、支持所有消費類設備的家庭互連，建議采用混合網絡。P1905.1不是要解決一些假想的問題，而是要提供一種有效的技術，以切實解決今天的家庭網絡中存在的現實問題，只有解決了這些問題，運營商才能有把握地部署混合網絡。P1905.1無縫連通了今天已經部署的互連技術，提供了實現家庭互連所需的最后一個要素。

IEEE P1905.1委員會正在如期制定P1905.1標準草案，預計該草案將于2011年末完成。該草案的1.0版將奠定新一代家庭網絡的基礎，并作為一個平臺，為將來引入先進功能提供方便。P1905.1獲得了廣泛的業界支持，博通等公司已成為提供相關關鍵技術與標準的核心力量。憑借這些技術和標準，消費者將能在自己選定的房間中和設備上獲得想要的視頻、應用、照片以及其他任何內容。例如，博通開發了Xtendnet智能決策軟件架構技術，該技術可實現支持HomePlug、同軸電纜及wi－Pi的混合網絡，以在不同的傳輸介質之間動態地切換媒體流。

就運營商而言，P1905意味著，能以可靠的方式提供高質量的內容，能提供新的、優質高價的業務，因此能吸引新客戶并提高收入。而從消費者的角度來看，P1905將成為連通有線和無線技術的橋梁，將實現真正的家庭互連，進而創造全新的互連生活方式。