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新一代家庭網路
 

【作者: Stephen Palm】   2011年10月13日 星期四

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在整個家中共享數位內容(包括電視節目、相片、網路影片或音樂)的概念正不斷發展。同時,更快的寬頻速度以及新的數位調諧技術,在內容方面給消費者更多選擇,也讓消費者能更快速並透過各種介面或終端設備下載多媒體。日益多樣化的數位裝置與資料格式,已使得各種裝置之間的密切連通性成為家庭連網不可或缺的要素。消費者需要能夠從任何房間以任何裝置存取內容,而不需知道自己所觀看的內容是來自樓上的電腦硬碟串流、網際網路、手持奘置,或是儲存在機上盒數位錄放影機 (DVR)。


家庭網路連結技術即將邁入第二代,同時也不斷演進並提供優質服務來滿足供應商和消費者對品質與透明存取的要求。新的佈建不需要複雜的配置或連線機制,就能支援各種類型的數位裝置。新的佈建也能夠支援現有的服務以及新服務 (例如多點 DVR 功能)。此外,任何新一代家庭網路技術還必須支援整個家中普遍存在的連線,讓消費者在家中即可隨處連結網路。所以,家庭基礎設施需要能夠快速且可靠地傳輸資料,以提供多重高品質內容串流,迎向全面互通的家庭網路發展。


無需新的線路即可無所不在完整覆蓋

大部分消費者已在家中安裝一些網路。例如,透過同軸電纜為一或多個機上盒提供節目內容的衛星或有線連結、或使用電力線通訊 (PLC) 將某部電腦與其他電腦連接,以及使用 Wi-Fi 在多部筆記型電腦與手持裝置間分配共享的網際網路連線等。雖然乙太網路提供非常可靠的連接性,但CAT5 配線的安裝相當昂貴,因此部分人士還是會嘗試重複利用現有的線路,例如同軸電纜、電力線或無線方式:


媒體 通訊協定


CAT5/6 Ethernet


同軸電纜 MoCA


電力線 HomePlug


無線 Wi-Fi


然而,沒有任何單一連結技術能在每個地區每個家庭的每個房間裡提供 100% 覆蓋率。甚至從最近開始,只有 11% 的家庭安裝 CAT5,而其中大部分並未正確解除原有設備並安裝乙太網路設備。在部份地區,各類房間內都有同軸電纜接口,但並非所有地區都是如此 (請參閱圖一)。雖然幾乎家中的每個房間都有電源插座,但家中部分區域可能位於其他 PLC 相位或易受干擾的影響,因而縮減了效能與有效頻寬。甚至無線的覆蓋率也沒有百分百的保證,因為可存取性取決於家中的陳設、結構以及建材密度。



《圖一  沒有任何單一連結技術能在每個地區的每個家庭裡提供 100% 覆蓋率。》
《圖一 沒有任何單一連結技術能在每個地區的每個家庭裡提供 100% 覆蓋率。》

新一代家庭網路會以整個家中可用的現有基礎設施 (乙太網路、同軸電纜、電力線以及無線資源) 為基礎建立,並將基礎設施加以連結整合,以提供全面的覆蓋性。例如,當上述任何單一技術無法提供整個家庭內的覆蓋時,包含多種通訊技術的網路能大幅改善狀況。讓家中的每個房間都能使用至少一種技術,在許多案例中,每個房間已能使用好幾種技術。


運用多種技術建立混合式網路,也能在家中主要的房間提供冗餘容量覆蓋能力。假想一對夫妻正在觀看來自網際網路串流的節目。資料可以透過電力線、同軸電纜或以無線方式串流傳輸到臥房內的電視。如果特定連線開始發生阻塞情形 (亦即其他房間內的多位成員也在觀看 HD 內容節目) 或干擾大幅降低輸送量,串流可以移至另一個連線。這樣一來,不論家中連線運作狀況如何變化,連線的可靠度以及內容的品質就得以維持。


由於每種連結技術會以不同的媒體和通訊協定為基礎,它們會有所謂的「正交減損機制」(Orthogonal Impairment Mechanism)。例如,在電力線上造成干擾的雜訊來源對無線輸送量的影響可能就非常輕微。這表示某個房間內的所有連線同時發生問題的可能性很低。


運用多種連結技術也能提升在整個家中提供的內容品質。負載共用技術可用於將內容分配到多個頻道。此技術不會在某個頻道保持閒置時,而使用其他頻道進行高容量傳輸,而增加阻塞的可能性;而是讓兩個頻道進行資料負載共用,讓兩者同時進行低容量傳輸,提供更佳的可靠度並減少延遲情形。(請參閱圖二)



《圖二  運用多種連結技術,在家中主要的房間提供冗餘容量覆蓋能力,這樣一來,不論運作狀況如何變化,內容的品質就得以維持。》
《圖二 運用多種連結技術,在家中主要的房間提供冗餘容量覆蓋能力,這樣一來,不論運作狀況如何變化,內容的品質就得以維持。》

新一代家庭網路的另一優勢是完美的互連性。因為重複利用現有的基礎設施,所以,消費者目前擁有的裝置將能夠連接到混合式家庭網路。網路內建的橋接功能會支援不同連結技術間順暢的資料傳輸,從而支援所有連接網路的裝置。因此,消費者能夠在無需知道內容實際儲存位置或儲存方式的情況下,透過任何裝置存取內容。此外,內容所在的儲存裝置 (例如網路連接儲存裝置,NAS) 也不需要知道本身是將內容串流傳送到電腦、電視或手機。


透過運用已於家中佈建的現有基礎設施和連結技術,新一代的家庭網路將能夠運用多餘的容量為家中提供完整的覆蓋性,而不需要安裝任何新的線路。這一點對於希望能於整個家中提供新服務而不需進行高成本到府安裝的服務供應商,以及希望能以經濟價格輕鬆進行連線的消費者尤其重要。


統一家庭網路

許多服務供應商和設備製造商都瞭解能順暢連接家中所有裝置的混合式網路的必要性。第一代家庭網路產生的困難,是因為沒有一致的標準讓消費者使用多個網路,網路上的每個裝置皆必須個別加以配置、管理和操作。


目前正由 IEEE 開發中的新 P1905.1 標準提供了可統一組成家庭網路之不同連結技術的基礎機制。P1905.1 為以 Wi-Fi、HomePlug、MoCA 和 Ethernet 通訊協定為基礎的混合式網路定義了通用的資料和控制服務存取點。不論目前使用的通訊協定和媒體為何,資料可於抵達後透過任何介面加以傳送。


P1905.1 在第二層和第三層之間引入了能擷取每個使用介面的特定操作詳細資訊 (請參閱圖三) 並跨不同介面匯聚資料的軟體層,為家庭網路提供密切的連結性。這個軟體層也使得提供高水準網路管理變得可能。例如,使用者不再需要為裝置可能連接的每個網路輸入不同的密碼,只需要進行簡單的按鈕動作即可。除了其他先進的網路管理功能外,P1905.1 也會規定協調的服務品質 (QoS) 機制、處理裝置探索與配置以及建立安全連線。



《圖三  P1905.1 在第二層和第三層之間引入了能擷取每個使用介面的特定操作詳細資訊的軟體層,為家庭網路提供密切的連結性。如此一來,除了其他先進的網路管理功能外,P1905.1 也能提供服務品質 (QoS)、裝置配置與安全連線。》
《圖三 P1905.1 在第二層和第三層之間引入了能擷取每個使用介面的特定操作詳細資訊的軟體層,為家庭網路提供密切的連結性。如此一來,除了其他先進的網路管理功能外,P1905.1 也能提供服務品質 (QoS)、裝置配置與安全連線。》

透過提供多項重要功能與優勢,P1905.1 讓新一代家庭網路得以建立。目前,沒有其他單一技術可用以統一大量有線與無線技術、媒體、平台和裝置。


容易使用:以消費者為導向的技術而言,為使用者提供清晰便利的網路配置和使用是很重要的。P1905.1 為網路指定了通用的配置程序,包括增加裝置到網路、建立安全的通路、實現QoS和以智慧方式管理網路資源等。


可靠的服務:常見的網路問題 (例如阻塞或暫時性連線中斷) 可能導致品質降低。透過實施路徑選擇機制 (請參閱圖 4),裝置可以使用另一條通路幫助減少服務中斷,從而確保良好的使用者體驗,減少服務供應商必須管理的支援電話服務次數。


更佳網路容量:混合式網路能透過跨所有不同介面匯聚頻寬的能力,提供最大的輸送量。


同時傳輸多模影音串流:隨著即使單一使用者也可同時觀看多模影音串流的互動電視等應用的發展,新一代網路必須具能同時處理多個 HD 串流的容量。


傳輸阻塞管理:P1905.1 能讓負載共用與 QoS 等功能限制網路阻塞,以維持網路可靠性和內容品質。


完整互連性:新一代網路必須支援任何服務供應商已設置的現有基礎設施。P1905.1 是具備與 HomePlug、Wi-Fi、Ethernet 和 MoCA 等技術全面向下互通性的唯一規格。


透明的安全性:服務供應商和內容擁有者需要適當的穩健安全機制以保護內容。然而,為避免成本不低的到府安裝與/或支援電話服務,這些機制必須簡單明瞭,以利消費者執行。P1905.1 裝置可透過單一按鈕動作進行配置,不需複雜的密碼輸入流程 (請參閱圖 5)。P1905.1 也能提供一致的密碼與驗證程序以支援舊式裝置。


透過先進的監控和診斷功能增進可靠度:以 P1905.1 為基礎的網路能夠提供一致的診斷功能。此外,服務供應商能夠遠端監控網路,並預先應付可能的損害,避免使用者受到影響。


自行安裝:免除維修與安裝電話服務在控制網路佈建和營運成本方面非常重要。新一代家庭網路必須支援簡易安裝、探索與自行配置。例如,當使用者將第二個 P1905.1 Wi-Fi 存取點連接到網路時,不論使用的介面為何,主要存取點會以網路名稱和密碼自動配置第二個存取點。


行動性帶來的自由度:行動裝置支援非常重要,如此才能供使用者連接本身的智慧型手機、手機、筆記型電腦和平板電腦。


完美互連性:要達到真正的透明度,使用者需要能夠從家中的每個房間連接到新一代網路,而不需知道本身是透過哪種介面進行通訊。此外,各個房間 (與介面) 之間網路連接的傳輸必須是順暢的。


能源效率:P1905.1 透過能在電源消耗以及連線可靠度和回應性間取得平衡的電源管理功能,支援更有效率且更環保的操作。例如,通路選擇功能會考慮哪些節點已喚醒且在作用中,以選擇網路中最省電的途徑。



《圖四  P1905.1 會使用路徑選擇解決常見的網路問題 (例如阻塞與干擾),以維持內容品質與服務的可靠性。》
《圖四 P1905.1 會使用路徑選擇解決常見的網路問題 (例如阻塞與干擾),以維持內容品質與服務的可靠性。》

《圖五  P1905.1 相容裝置透過單一按鈕動作進行配置,避免複雜的密碼輸入流程。P1905.1 也能提供一致的密碼與驗證程序以支援舊式裝置。》
《圖五 P1905.1 相容裝置透過單一按鈕動作進行配置,避免複雜的密碼輸入流程。P1905.1 也能提供一致的密碼與驗證程序以支援舊式裝置。》

過去各方已嘗試使用單一連結技術連接家庭網路。但現實狀況是,沒有任何可用的標準能提供可靠且涵蓋整個家庭範圍的覆蓋度,或與每種類型消費者裝置輕鬆互動;要達到這個程度的連結性,建議使用混合式網路架構。P1905.1 的設計目的並非用以解決假設性問題,而是為服務供應商提供可行的技術,因應佈建混合式網路的實際家庭網路時可能碰到的問題。透過密切連結現今佈建的現有連結技術,P1905.1 能夠提供家庭連網所需的最後要件。


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