在网络快速发展的今日，除了成功应用在企业外，目前已有越来越多的应用延伸到家庭之中。具有安装容易与操作简单的网络化智能家电产品就是其中的一种成功应用。另一方面，随着宽带网络的普及，网络设备及数字信息产品的相继问市，除了带动许多创新的网络应用服务外，同时也加速数字家庭的发展，进一步实现智能家庭的梦想。在业界对于智能家庭的定义虽然没有一个具体共通的说法，但大都是针对如何整合这些不同功能的网络家电设备，以达自动化、网络化与智能化的目标作努力，提供人们有一个更舒适、便利、安全的居家环境。本文将针对智能家庭网络技术作进一步之分析与探讨。
家庭网络技术
一般而言，现代家庭存在着数十种以上的家电或信息设备。这意味着未来家庭中将会有许多不同用途的智能家电与信息产品，欲整合这些多样性的设备，需要一个共通的网络平台。在整合技术上，家庭网络技术扮演着关键性角色。家庭网络依功能区分，大致上可分为家电控制网络、信息网络与多媒体影音视讯网络等三大类。
家电网络属于低速的控制网络，主要是将电视、冰箱或洗衣机等家电设备，透过外加或内建通讯模块的方式，达成家电连网的目的。此类网络型态全球目前并没有统一的技术标准，不同国家有不同的技术标准与支持的厂商。其传输速率通常在10Kbps以下。根据国内工研院的分析指出，目前以美规的SCP/UPnP、LonWorks，日规的Echonet与欧规的KNX为主。信息网络则是用来链接计算机，供数据传输与交换的网络，此类网络型态的通讯协议比较统一，架构也是大家比较熟悉，都是以TCP/IP协议为基础。随着高画质数字电视的兴起，加上娱乐用途的数字影音设备在家庭中逐渐普及，未来数字家庭中也会存在着串联这些数字影音设备的宽带多媒体影音视讯网络。
相关的技术标准
不管是何种用途的网络技术，可以将它概略区分为有线与无线二大类型，如(图一)所示。有线网络技术包括：Ethernet、HomePNA、HomePlug等，无线网络技术则有IEEE 802.11、Bluetooth与HomeRF、Zigbee等。在这些技术中，有些已经是非常成熟且为大家所熟知的技术，有些则正在发展中。对于比较熟知的技术，如Ethernet、IEEE 802.11等，由于有非常多的书籍及技术文件可供参考，在此就不再叙述。以下仅挑选几个应用在数字家庭中的技术标准作介绍。
HomePNA
HomePNA全名为Home Phone-line Networking Alliance，该组织目的在制定透过家中既有电话线路连网的一种技术规格。组织的主要成员有IBM、HP、AT&T、Intel、3COM与Broadcom等。HomePNA标准与以太网络一样实现了OSI七层中的物理层与链接层。在HomePNA 1.1的版本中支持到1Mbps的传输速率，HomePNA 2.0的版本中可支持到10Mbps，而在最新的HomePNA 3.0中，已经可以支持到100Mbps的速度，并且可以与ADSL、ISDN等服务兼容。
HomePlug
在一般家庭中，由于电话线接口数量通常不如电源线插座密集，加上以往在电源线通讯遇到的很多问题，藉由目前快速发展的通讯技术，已获得改善，使得电源线通讯（Power line communication；PLC）近年来在家庭的应用与发展，比HomePNA更受瞩目。
电源线通讯，传输速率达到1Mbps以上的高速通讯技术，在家庭应用方面主要是以HomePlug电源线联盟（HomePlug Powerline Alliance）所推出之技术规格为主。HomePlug电源线联盟是一个非营利性的机构，成立的目的是希望能建立一个藉由电源线进行家庭上网的业界标准。联盟由DS2、Intellon、Motorola、Panasonic和Texas Instrument等约50个左右的业界领导厂商所成立的一个组织。2001年6月，HomePlug联盟在北美进行500个家庭的测试，基于这些测试结果的验证，完成HomePlug 1.0规格的制定。
HomePlug主要之诉求在于家庭信息网络服务，因此传送之载波频率较高，数据的传输速度也较快。HomePlug 1.0带宽理论上可达14Mbps，（实际效能约为4～8Mbps），不过对于MP3、CD等媒体信息的传递已经足够，但对于传送数据量庞大的多媒体影音视讯数据，这样的带宽将会导致时间的延迟，影响收讯质量。
为了让宽带连接遍布每个家庭，HomePlug 1.0的下一代规格为HomePlug AV，期能达到200Mbps级的网络联机速率。从其命名即不难了解它是针对传输视讯（Audio and Video；AV）数据所发展。HomePlug AV针对家庭电源在线传输音/视讯流进行优化，目的在提升网络带宽，提供视听娱乐方面的服务，以达成家庭中计算机互连及达成网络资源共享等应用。
SCP（Simple Control Protocol）
SCP是微软所提倡的一种轻巧型控制协议，主要是针对家电控制网络作设计，利用此协议可建构出家电控制网络，使设备与设备之间可以在安全性高、稳健性够的低速网络达成相互沟通的目的，目前这种协议技术只支持电源线通讯。作为控制需求的家电网络，通常并不需要大量的讯息传递，而是要求立即反应与可靠的传输。因此，同样是以电源线作为通讯媒介，SCP与HomePlug之载波频率、调变技术与网络带宽，有很大的不同。目前SCP载波收发（transceiver）芯片由以色列ITRAN及日本Renesas制造。整体而言，其载波收发芯片价格与性能，颇具市场竞争力。
LonWorks
LonWorks是一种分布式控制网络技术，它是由美国Echelon于1990年所推出，采用LonTalk协议，此协议遵循国际标准化组织（ISO）所定义的开放系统互连（OSI）模型。LonWorks早期是应用在工业控制与大楼自动化领域，近年来，其应用遍及各自动化领域，也包括家庭自动化。Lonworks技术支持许多不同的传输接口与拓朴结构。由于LonWorks这项技术的发展已有十多年的历史，其电源线传输芯片在抗噪声与高衰减的电源线信道上有一定程度上的性能表现。惟其价格及整体开发成本相对较高，如果应用在低单价的家电设备，会因其整体价格高而影响民众之购买意愿。
Bluetooth
蓝芽（Bluetooth）技术是一种短距离无线传输的技术，属于无线个人局域网络（Wireless Personal Area Network；WPAN）的开放标准技术。提供固定设备或移动设备的通信环境建立通用的无线电接取接口，使通讯设备在无线的情况下，能在近距离范围内达到相互通信或操作的目的，是一种低功率无线技术。其传输频段为全球公用的2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速率和10～100公尺的传输距离。
Zigbee
Zigbee技术也是属于短距离无线通信技术，具有低成本、低耗电、双向传输等特色。主要诉求在于发展一种易布建的低成本无线网络。在产品发展的初期，以工业感测网络为主，提供感应辨识、灯光与安全控制等功能。接取方式是采直序展频技术，传输速率介于20kbps～250kbps之间，会随着传输距离的增长而减慢。目前国内资策会在经济部科专计划的支持下，也将其应用在家电控制之研究与产品开发。
UWB
超宽带（Ultra Wide Band；UWB）是一种短距离无线技术，具有低成本与低耗电双重优势，其带宽可达数百Mbps，适合应用于多媒体娱乐应用。基本上，传输速度达100Mbps的超宽带芯片技术即能够载送视讯与音频串流服务，并有极大的优势进入消费性电子产品市场。在IEEE 802.15的标准中，除了纳入蓝芽（Bluetooth）技术规格外，同时也发展高速传输的UWB与低耗电的ZigBee，这些都可能在未来数字家庭中崭露头角。
整体而言，应用于家庭影音视讯传输之网络技术，以目前发展的技术来看，高速电源线通讯技术HomePlug AV及UWB无线通信技术，皆适合应用于家庭影音视讯数据之传输。HomePlug AV的优势在于利用家庭中既有电源线载送信号，故可节省布线成本与施工带来的麻烦；UWB是一个具有高传输速率、低耗电量和低成本的无线通信技术，适合应用于需要高质量服务的无线个人局域网络等领域。
UPnP
UPnP全名为Universal Plug and Play，是微软延伸原本在计算机硬件中即插即用的概念至连网设备上，让各种连上网络的装置可以动态的加入网络。连接的硬件平台包括各种不同的数字电子产品，举凡计算机、家电设备等皆可成为UPnP网络的成员。整体架构属于一种分布式、开放性的网络结构。整个UPnP架构以协议为基础，使用标准的因特网协议，具有独立性可适用于各种不同操作系统。透过UPnP网络六项运作流程：寻址（Addressing）、发现（Discovery）、描述（Description）、控制（Control）、事件（Eventing）、呈现（Presentation），建立完整UPnP网络运作机制。
智能家庭雏型系统之实作
在介绍了一些常见的联机技术之后，则需选择适合的技术架构，建构智能家庭系统。下文将以SCP与UPnP技术，建立智能家庭之雏型系统。
首先将各个连网的家电设备链接SCP通讯模块，使设备间能够利用家庭既有的电源线路作为通讯媒介，形成互连之家电控制网络。再藉由SCP-UPnP网桥，将家电控制网络与信息网络作链接，如此一来，家电设备便可在IP网络的基础上，成为UPnP网域中的成员，达到家电控制的目的。
建置家电控制网络
在此，我们将采用ITRAN生产的IT800-SCP电源线通讯芯片，以SCP协议建置家电控制网络。一个SCP设备组件模型包括应用子系统及通讯子系统两个主要组件，这两个组件藉由SPI接口进行通讯，如(图二)所示。
应用子系统（Application Subsystem）
这个子系统主要是一个微控制器，微控制器执行存取家电设备信息的程序。
通讯子系统（Communication Subsystem）
通讯子系统的核心为通讯协议控制器，利用通讯协议控制器将讯号传送至电源线，或从电源在线接收讯号。
由于每个家电功能不一样，故在通讯子系统中以EEPROM储存着有关家电的信息。
| 《图二 SCP设备组件模型》 - BigPic:567x255 |
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链接UPnP网络
当设备加入UPnP网络时，必须拥有独一无二的地址以供识别。UPnP设备分为两种：一是受控设备（Controlled device），一是控制点（Control Point）。受控设备有如提供服务的服务器；而控制点则是使用服务的客户端。UPnP设备可以利用多点广播的方式发现讯息（Discovery message），并告诉网络中对它有兴趣的任何控制点。相对的控制点也会搜寻其所感到兴趣的受控设备。当受控设备加入UPnP网络之后，控制点可以不需要安装任何驱动程序即可找到所欲寻找之受控设备，控制点藉由受控设备的描述和服务的描述，即可得到更多的受控设备信息并加以控制。
网桥
网桥的作用，是让UPnP与SCP能够相互沟通的中介程序。透过网桥，可使UPnP协议格式与SCP协议格式相互转换，达到相互沟通的目的。此网桥为SCP Device Development Kit所提供。例如，当具有SCP装置之电灯泡与SCP控制器加入SCP网络后，启动网桥。此时，这两个SCP装置会被UPnP的控制点发现，并且存取其状态。在整个实作过程中，可以感受到以SCP/UPnP技术建构一个简易雏型智能家电网络的方便性。同时也了解SCP家电网络经由网桥，就可以藉由UPnP的控制点存取SCP网络的家电设备。
结论
同时也了解SCP家电网络经由网桥，就可以藉由UPnP的控制点存取SCP网络的家电设备。由于科技的进步、人们生活水平的提高以及对舒适方便生活方式的需求，将家电信息化的智能家电产品的研发，已逐渐成为各主要家电业者的发展重点。智能家电产品的研发，不仅可满足对客户提供良好服务的需求，同时也增加了传统家电产业者的竞争力。另一方面，信息业者也开始将信息产品家电化，提供家用信息家电产品。伴随着智能与信息家电的兴起，建构一个智能化的数字家庭将不再是一个梦想。
如何整合不同的技术标准，建立一个共通的技术平台，才能带动相关产业的兴起，而这也是未来各领导厂商需要共同努力的方向。
[2] D.A. Smolyansky, Time Domain Network Analysis:Getting S-parameters from TDR/T Measurements - Infiniband PlugFest, 2004＞ |
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