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数位家庭网路技术发展现况与挑战
 

【作者: 陸向陽】2009年08月24日 星期一

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家庭网路概念的出现有其脉络,最初是美国开放民间使用Internet,一时间ISP商林立,之后1997年Low-Cost PC兴起,甚至出现Free PC,如此居家开始有2部以上的PC(愈来愈多家庭成员争相上网,过往1户1部PC不敷使用),然PC周边(如扫描器、印表机)因使用率较低而不需要2套,因而有了「在家庭内建构网路,使2部PC间有更高的资源分享,包括档案分享、列印分享、频宽分享等」的概念。



要建构家庭网路,最直接作法是取用已普遍用于企业的Ethernet,然多数家庭的建筑设计未埋设Ethernet线路,且Ethernet的布建对家庭成员而言过于技术性,须了解Hub/Switch连接拓朴、IP配置概念等,因此业界认为应另行提出家用网路,目标是尽可能沿用家庭原有的线路建设,并尽可能减少技术性设定工作。




《图一 HomePNA 3.1版连线示意图,图中线为建筑隔间,红线为电话线,黑色为同轴电缆线。 》 - BigPic:883x507


資料來源:HomePNA.org (资料来源:HomePNA.org)




家用网路 漫长摸索路


针对此第一提出的是HomePNA,即利用家庭原有埋设的电话线做为家用网路,只要家中壁内的电话线互有连通,如此将客厅PC接上电话孔,另将卧房PC也接上电话孔,如此2部PC即完成连网并共享资源,整体连线中不需要Hub/Switch。



HomePNA 1.0可连接25个居家装置,总体连线最长150m,但速率过低,仅1Mbps,之后2.0将速率提升至10Mbps,线路长度延伸至300m,达到更实用。不过,由于平均每户家庭仅有2.2个电话孔,孔数过少的结果使HomePNA推行未如预期,HomePNA 3.0将速率再提升,并不再限定使用电话线,亦可使用同轴电缆线,然截至目前为止推行成效仍有其限。



在电话线网路推行不力后,业界转希望用家用电源线来充当网路,事实上业界之所以优先推行电话线,在于一般建筑中,电话线路采各层各户的发散式配接。各户线路独立,此有助于传输安全性,而电源线则经常同楼层中跨户布设,倘若传输未加密,将有传输内容遭拦窃的疑虑。



由于家用网路初期的速率低,不适合再行加密(资料加密将耗占频宽),然随着速率的提升,电源线家用网路逐渐可行,因而业界转力推HomePlug标准。



然而,HomePlug推行亦不如预期,原因之一在于未消除地域性标准,HomePlug以美国业者为多,然日本业者则主张推行其联合订立的HD-PLC,欧洲则力推UPA,三者均为家用电源线网路,如此稀释了推行能量。



进一步的,亦有业者联合推行以家用同轴缆线(多用于传递有线电视视讯)为主的家用网路,业者以同轴缆线的高传输量特性为其优势,虽然同轴缆线的家庭普遍性更低,多仅有客厅与主卧房才具备同轴缆线孔,然业者只诉求同轴缆线为居家网路的骨干,末梢仍透过转接装置,转化成其他更便于使用的有线/无线连接(如蓝牙、Wi-Fi、Ethernet、或影音线路)。



然很明显的,MoCA的主张与HomePNA 3.0后的主张有所重叠,且技术标准不相容,两者日后必有番较劲。




《图二 HomePlug连线示意图,透过各房间内的电源插座,可连接各类影音周边、家电。 》 - BigPic:931x557


資料來源:HomePlug.org (资料来源:HomePlug.org)




DLNA试图消弭内容孤岛


若说各类家庭网路是为了消弭资讯、资料孤岛,使PC间可共享资料、周边、频宽,那么DLNA则是为消弭媒体、内容孤岛而制定。原因是家中有愈来愈多装置具有数位内容(照片、音乐、影片)的储存、播放能力,但装置间却难以平顺共享、传递内容。



以情境为例,某人自网路下载一段影片,影片为720p解析度24位元色深,须自行用工具软体转换成320 x 480解析度、18位元色深,才能放入Apple iPhone(或PMP)内携出观看。另外,运用卧房PC下载的网路音乐、影片,也无法传递到客厅的TV上观赏聆听,PC与TV间如孤岛般毫无联系。



简言之,存于各装置内的数位内容,须以全程人工、手动的技术性转传、技术性转档等程序,才能转移至另一装置内播放,无法如一般消费电子、一般影音家电般,按按遥控器即可达到所要目的。



所以,DLNA期望所有装置于设计时即能依据其定义、规范,如此装置间便可直接、平顺地传递照片、音乐、影片,大解析度的内容传输至小装置前,会自动转换成小装置合适的播放格式,不需人工转换。同时,过往「一定要将内容传递至另一装置后,才能于另一装置播放内容的概念」也就此打破,依据DLNA作法,A装置命令B装置,将B装置内的内容即时传输给A装置,再由A装置进行播放。



进一步的,也可以由A装置充当遥控器,遥控B装置将内容传递给C装置,且相同的,内容的转移、复制均自行于无形中完成格式转换,不再需要使用者操烦、介入。另外除传递、转换、播放外,若装置为印表机亦可进行内容列印,若装置为电视、摄影机、数位相机等亦可进行内容录制。



从某种角度而言,DLNA是多赢局面,消费者付费购买媒体内容后,多数授权合约均允许使用者将内容转换成他种格式或传递至其他装置上,使内容更便于使用。而内容能更容易地于各装置间平顺转移、传递,如此对内容发行商而言将拥有更大的潜在销售机会,对装置的硬体制造商而言,也因装置有更多可用的内容而增加产品出货量。




《图三MoCA连线示意图,骨干部份运用同轴电缆线连接,并可直接连至视讯机顶盒、媒体中心等家庭固接影音装置,而可携式装置方面可用Wi-Fi无线存取点进行存取通讯。 》 - BigPic:878x510


資料來源:MoCAAlliance.org (资料来源:MoCAAlliance.org)




DLNA规范发展历程


理解DLNA立意概念后,进一步是其技术实现方式。平实而言,DLNA不需再行创立任何新资通讯技术,以现有标准进行更严谨、共识的规范定义即可达到目的。因此DLNA在有线网路上使用Ethernet的IEEE 802.3标准,在无线网路上使用Wi-Fi的IEEE 802.11标准,协定即使用IPv4、HTTP 1.0/1.1,更上层的装置侦测控管协定则用UPnP、UPnP AV。媒体格式方面,照片采JPEG,音乐采LPCM,影片则采MPEG-2。



在具体规范上,DLNA于2004年6月提出1.0版,当时仅定义2种装置角色,一为数位内容的服务提供者(DMS),另一是数位内容的取用播放者(DMP)。之后2006年3月提出的1.5版再增10种角色,如控制者、列印者、上传者、下载者等,同时将角色类群从原有1.0的仅「家用网路装置」一类,再增加「行动可携装置」、「家用互通装置」等,形成3大类装置、12种装置角色。




《图四 DLNA各层通讯均直接取用现有资讯业界的最普遍性标准,如IPv4、HTTP、UPnP等。 》


資料來源:DLNA.org (资料来源:DLNA.org)




DLNA的新强化方向


DLNA规范看似已完备,然实际上仍有诸多细节待强化,其中以防拷的数位版权管理(DRM)最迫切,此成了DLNA工作小组于2007年后的重要制订课题。此外,DRM主要在于确立某已授权内容是否允许拷贝至其他装置上,在权限允许后,于拷贝过程中也须有内容保护机制(Content Protect、Link Protect),防止有心人士于传输中截窃内容。



进一步的,DLNA原所订立的媒体格式也稍嫌老旧(MPEG-2),DLNA工作小组正考虑将MPEG-4 AVC(亦称H.264)列入新视讯标准,另外在传输技术上,虽然Ethernet与Wi-Fi最普及亦最标准,然其他通讯亦日渐普遍,DLNA小组即在后续版本中将蓝牙传输列入正式标准中。



更重要的,DLNA允许媒体内容不需要完整传输至另一装置后才能播放,而是可边传递、边播放的串流播放,然串流播放的缺点在于频宽不稳定时即会产生播放延迟,影响观赏使用体验。因此强化频宽流量管理(QoS)也成了新规范的制定重点。



虽然DLNA仍有诸多细节待强化,但小组的共同默契是放慢新功效的制订脚步,而将较多心力转移到标准、规范的推行,理由在于:若未能有更多业者、装置支援DLNA ,则持续强化的DLNA标准将增加支援难度,日后将更难增加支援业者与装置数。因此除1.0、1.5版外,短期内版本不会有太大改变。




《图五 DLNA 1.0/1.5版订立的装置角色及类别。 》 - BigPic:938x420


資料來源:DLNA.org (资料来源:DLNA.org)




结语


往未来看,家用网路仍会持续是「人人有机会,个个无把握」的局面,无论是HomePNA、HomePlug、MoCA等,均未明显成为主流,家用网路的大宗依然是需额外布线的Ethernet或不需布线的Wi-Fi。且在资通讯网路外,家用监控网路(属家用的WSN无线感测器网路)亦同样是各联盟相互抗争,如ZigBee联盟与Z-Wave联盟均在争取主流地位。



类似的,随着高清晰度视讯的逐渐普及,业者也提出各种以无线技术传递高清晰度视讯的标准,如WirelessHD、Wireless HDMI、WHDI等,此称为无线视讯区域网路(WVAN),亦是家用网路应用的另一争端。



不仅家用底层网路未定,网路上层应用亦持续发展演进,DLNA仅为数位媒体内容的分享、转移标准,而在此之外,有愈来愈多的连网装置支援Widget,使装置可订阅网路上定期更新的资讯内容,如新闻、天气预报、股价、航班、赛事比数等,然Widget的服务业者及其呼用介面尚需更进一步的一致性标准,标准化后连网装置才能呼应支援,此均是家庭网路未来有待持续努力、精进的方向。



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