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家庭網絡實現方案的研究

          

          


          

          
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 1引言
              隨著數字化進程的日益加深，人們的家居生活越來越明顯地印上了“網絡”的烙印，最突出的表現就是，家電開始走向數字化、網絡化，即我們所稱的家庭網絡。據統計，1999年美國安裝家庭網絡的約占8萬戶，而估計在2004年時可高達52萬戶，而且數碼影音裝置的市場將有45億美元的潛力。以這樣的發展趨勢來看，電腦將與所有的家電設備連線溝通，預計未來將有近1億的家庭裝設家庭網絡，而每戶安裝與購置的費用約在1，000至1，500美元上下，可見其可觀的市場發展潛力。家庭網絡設備不外乎提供視聽娛樂的功能、溝通功能、設備的操作與控制功能及家庭安全防護功能等。然而，不論是大量的信息流通或簡單的控制信息，要達到信號間的相互流通，就必須將家用設備連結成網絡的型態。一般的家庭設備皆屬于簡便的運算程序，并不需要運用繁復的功能來處理。所以，建立家庭網絡的設置較一般公司的網絡設置有所不同，家庭網絡最重要的是必須將設備間彼此串聯及進行相關的運用。許多設備制造商提出了家庭網絡連接一些解決方案，然而至今尚未有正式的統一標準問世，各公司仍然各行其是，勿庸置疑，誰掌握家庭網絡的技術標準，誰就能這一飛速發展的巨大市場中獨占鰲頭。幾家大的廠商如Intel、IBM、Lucent、Microsoft、Compaq以及Sony等，早已涉足這塊潛力無窮的領域，彼此較勁。
              當前在家庭網絡所采用的連接技術可以分為“有線”和“無線”兩大類。有線方案主要包括：雙絞線或同軸電纜連接、電話線連接、電力線連接等；無線方案主要包括：紅外線連接、無線電連接、基于RF技術的連接和基于PC的無線連接等。 
               2有線家庭網絡連接技術 
              有線家庭網絡連接技術的優點在于數據傳輸的可靠性強，傳輸速率高，而缺點在于網絡體積龐大，靈活性差，且布線復雜，主要應用于早期點對點網絡和星型網絡的拓撲結構中。 
          2.1. 雙絞線或同軸電纜（以太網） 
              這種系統的典型拓撲結構如圖表1所示： 這種連接建立在IEEE802.3標準的基礎上。經過了多次修改之后，該標準實現了在不同的設備制造商之間的互操作性。基于銅介質的雙絞線和同軸電纜能夠實現信號的雙向傳輸，有著較高的可靠性，因而被廣泛地應用在商業企業中，成為辦公室計算機和打印機網絡的標準選擇。建立這樣的網絡需要大量的五類電纜（CAT 5），造價昂貴，不易安裝。在某些家庭網絡的中使用了以太網的形式，但由于成本太高和安裝維護困難的問題，極少有人愿意采用這樣的方案來實現家庭網絡的連接。(如圖1所示) 
          2.2. 銅介質雙絞線（電話線） 
              這種連接技術的拓撲結構圖如圖表2所示： 利用大多數家庭已有的電話線來實現家庭網絡的連接是一個經濟實惠的方案。在一定的條件下，三類電纜（CAT3）的傳輸速率可以達到1Mbps，而且，據估計，不久的將來它的傳輸速率可以達到10M。采用頻分多用技術，可以讓使用者在察覺不到的情況下，實現數據傳輸，語音與Internet服務同時工作。“家庭電話網絡聯盟”HomePNA（Home Phone Network Alliance），正在開發一系列標準和規范，解決利用電話線實現家庭網絡設備的互聯和互操作性問題。雖然這一技術充分利用了現有的資源，但是線路在靈活性和帶寬方面的限制阻礙了它的進一步推廣。通常一般的家庭里沒有足夠的RJ－11接口，要在每一個房間或者電話、計算機和其它設備能夠觸及的地方安裝插座也會帶來了技術上和成本上的問題。而且，由于電話線路并非為高速數據傳輸而設計，其衰減和阻抗特性也不能很好地控制。 
          2.3 交流電力線 
              這種系統的典型拓撲結構如圖表3所示：
              交流電力線可以連接整個房屋的每一個角落，而且不象某些無線電波或者紅外線，難以穿過鋼精混凝土地墻壁和地板，很早就作為家庭網絡的連接的媒介。圖表3顯示了一個基于X－10技術的電力線連接方案，該方案由電源面板、智能控制設備和多個組件組成，每個組件可以象普通電器設備一樣插入電源插座，而其他的家電設備就插在那些組件上。智能控制設備可以插入家庭中任意一個電源插座，來控制插在遠程組件上的家電設備。利用X－10技術實現的家庭網絡連接，其數據傳輸有很高的可靠性，但是，由于電力線本身的噪聲和信號輸送能力有限，這種技術不適合數據的高速傳輸，而且也沒有任何標準來保證設備之間的互操作性。 
          3. 無線家庭網絡連接技術 
              無線系統的典型拓撲結構如圖表4所示：
              許多公司和標準化組織正在倡導無線家庭網絡技術（Radio Frequency[RF]），如Sony，Diamond Multimedia System，Proxim，Sharewave和Web gear等公司紛紛推出了自己的無線家庭網絡產品，而一些基于無線技術的協議，如IEEE802.11，HomeRF，藍牙和標準無線訪問協議（SWAP）等也逐漸浮出水面。比較有線網絡而言，無線網絡為可移動設備連入家庭網絡提供了便利，連入家庭網絡的設備的位置相對靈活，但是數據的傳輸的可靠性相對來說較差，而且通訊的范圍往往受到居室的限制。
          3.1 RF傳輸網絡組件 
              無線微波擴頻通信技術（spread－spectrum）在家庭網絡中的使用日益成熟。這一技術提供了高容量的帶寬，曾被廣泛用于軍事用途。其中兩種微波擴頻技術的使用較為普遍：跳頻擴頻FHSS（frequency－hopping spread－spectrum）和直接序列擴頻DSSS（direct－sequence spread－spectrum）。由于頻段不同，供應商采用的系統不同，它們之間不能相互操作。系統選擇至關重要，一旦用戶采用了某一供應商的系統，他就很難轉向其他的系統，有時即使在那些采用了工業標準的系統中也無法通用。 
               · 跳頻擴頻FHSS支持1Mb/s數據速率，共22組跳頻圖案，包括79信道，輸出的同步載波經調解后，可獲得發送端送來的信息。 
               ·直接序列擴頻DSSS可在很寬的頻率范圍內進行通信，支持1～2Mb/s數據速率，在發送和接收端都以窄帶方式進行，而傳輸過程中則以寬帶方式通信。由于它內建了糾錯功能，所以一般不必重新發送數據，因而提高了傳輸的性能。
          3.2 基于PC或非PC的無線家庭網絡 
              基于PC或非PC的無線家庭網絡的拓撲結構可分為兩類：無中心或對等式拓撲和有中心拓撲。其結構如圖表5，圖表6所示。無中心拓撲的網絡要求網中任意兩點均可直接通信。采用這種結構的網絡一般使用公用廣播信道，而信道接入控制(MAC)協議多采用載波監測多址接入(CSMA)類型的多址接入協議。 在有中心拓撲結構中，要求一個無線站點充當中心站，所有站點對網絡的訪問均由中心站控制。這里僅列出了兩種方式：一種是以PC為中心拓撲的，僅有數據應用的家庭網路，另一種是以控制器（非PC）為中心拓撲的既有數據又有語音的家庭網路。 
               3.2.1 以PC為中心的，數據網絡 一些軟件和硬件提供商提供了家庭網絡解決方案：通過無線局域網，使用家用電腦作為中央控制單元。圖表5顯示了一個無線家庭局域網的配置，其中PC充當網絡的主角。它在家庭與Internet之間提供尋址和路由。 
               這一直截了當的方式把熟悉的PC技術簡單地嫁接到新的家庭網絡技術中。它也顯示了某些消費類市場進軍大型市場的成功。以PC為中心拓撲的，僅有數據應用的家庭網路有兩個特點：首先，家庭網絡以PC為中心，PC與外設之間以無線（如藍牙）的方式通訊，要求計算機一直處于開機并且可以進行通訊的狀態。它還要求不能在計算機上運行干擾通訊任務的軟件和硬件。某些消費者可以容忍某些計算機的致命錯誤和必須重新啟動，但是他們一般不能容忍計算機通訊的失敗，因為他們期望網絡能夠一直順利的工作。 
               第二，以PC為中心的家庭網絡智能尋址和PC相關的家庭網絡設備，例如文件和打印共享，多人游戲機，和單獨的ISP賬號。其他的設備如語音通訊，控制和監視應用程序，卻沒有相應的解決方案。 
               3.2.2 基于控制器（非PC）的數據語音家庭網絡 
               圖表 6顯示了在今天的市場可以見到的一個家庭網絡集成系統的使用。 
               圖中，基于微處理器的數字開關扮演著無線通訊服務器的角色。在整個家庭網絡中傳遞和路由語音數據。通過一個功能強大的板載RF收發器，它還能夠為家庭網絡傳輸設備傳輸信號。收發器是基于數字擴頻專利技術，能夠在幾百英尺的范圍內有效的傳遞信息。 
               圖表 6中所示的控制器能夠為家庭網絡提供寬帶的數據和語音服務。它是網絡傳輸設備和無線家庭網絡之間的紐帶。網絡設備需要無線的或者固定的有線接口，這個系統也提供了幾百英尺的訪問能力。無重新布置的限制。 
               基于控制器的數據和語音家庭網絡系統有4個獨特的功能區域： 
               ·家庭本地網絡——可以把室內所有計算機構成一個易于安裝的局域網，可以共享計算機文件，打印機和磁盤驅動器，可以通過無線以太網支持多人電腦游戲和TCP/IP局域網。 
               ·Internet網關——控制器提供Internet網關尋址和路由功能，使所有的計算機共享一個ISP賬號和連接。利用一個56kbps，128kbps，或者更快的賬號，所有用戶可以同時在網上沖浪。 
               ·無線語音網絡——每部無繩電話可以查看和控制4條POTS（plain old telephone service）線，而同時計算機仍然可以在局域網中使用。電話顯示器可以使用戶看到呼叫者的ID號和語音狀態信息，實時地對呼叫管理作出決定。 
               ·傳統的有線POTS網絡——所有家中的電話線都連接到控制器上。他們被分配到無繩電話或者內置于收發器中的有線RJ－11電話接口中。 
          基于非PC的交換中心（圖表 6中的控制器）是一個應用軟件，它使得新的網絡需求能夠在沒有大的變化的前提下得到滿足。 
              4.展望 
               家庭網絡技術是集計算機技術，建筑和供應商于一體的綜合技術。消費者將會要求家庭網絡系統應該能夠管理，監視以及控制家中的一切： 
          ·室內外的數據和語音通訊； 
               ·電子娛樂設備； 
               ·膳食服務用具； 
               ·家庭維護設備； 
               ·家庭環境系統； 
               ·家庭安全設備；
               一個成功的家庭網絡系統提供商必須開發向上兼容的能力，一個中央控制器（微處理器，交換機或數據存儲設備）能夠察覺家庭網絡中的事件并且做出反應對于將來的產品創新是至關重要的。總之，隨著適用于家庭網絡的產品價格的逐漸下降，相應軟件的逐漸成熟，無疑，高速傳輸能力和高度靈活性家庭網絡連接方案將未來市場受到消費者的青睞。 
                     		

          

          


          

          
出處： 作者：網絡文摘 

          

          

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