家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是處理、管理、傳輸以及存儲(chǔ)信息實(shí)現(xiàn)家庭中多部計(jì)算、控制、監(jiān)控和通信設(shè)備連接與集成的要素集合。
家庭網(wǎng)絡(luò)需求加大
直到不久前，家庭網(wǎng)絡(luò)一直沒(méi)有得到人們的重視。但是，隨著家庭中PC和Internet迅速普及、電信技術(shù)的發(fā)展以及開(kāi)發(fā)智能設(shè)備取得的進(jìn)步，越來(lái)越證明了消費(fèi)者相關(guān)網(wǎng)絡(luò)最后100英尺的重要性。
此外，隨著這種發(fā)展和進(jìn)步趨勢(shì)的繼續(xù)，對(duì)簡(jiǎn)單、靈活和可靠的家庭網(wǎng)絡(luò)的需要將越來(lái)越大。我們將就與家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有關(guān)的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素、目前和未來(lái)的技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探討。
傳統(tǒng)無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被應(yīng)用于紅外線、無(wú)方向手持控制器，目前典型的應(yīng)用包括VCR、TV和某些安全及報(bào)警。另一項(xiàng)顯而易見(jiàn)的無(wú)線技術(shù)是無(wú)繩電話。然而，這些技術(shù)中沒(méi)有一個(gè)可以被完全地歸類為強(qiáng)健的家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無(wú)線電話仍需要銅雙絞線和插座作為接入點(diǎn)，而目前的紅外應(yīng)用很少能脫離家庭的范圍。
基于無(wú)線的傳輸設(shè)備
目前主要關(guān)注無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（無(wú)線電頻率[RF]）的標(biāo)準(zhǔn)工作組包括IEEE 802.11、HomeRF、藍(lán)牙和標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線訪問(wèn)協(xié)議（SWAP）?；跓o(wú)線的傳輸設(shè)備可以用于在家庭內(nèi)傳送多種信息，其中一些使用分立的控制器設(shè)備，一些使用PC作為控制器設(shè)備，另一些則完全不使用控制器設(shè)備（如對(duì)等設(shè)備）。無(wú)線RF傳輸由于其靈活性、可移動(dòng)性以及無(wú)需有線連接即可組成網(wǎng)絡(luò)的功能，成為新興的以網(wǎng)絡(luò)為中心的家庭公認(rèn)的首選家庭網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
RF傳輸網(wǎng)絡(luò)
多數(shù)新興家庭網(wǎng)絡(luò)無(wú)線系統(tǒng)利用擴(kuò)頻技術(shù)。這些技術(shù)提供了高帶寬容量并且由于其可靠性被廣泛地用于軍事方面。目前有兩種常用的擴(kuò)頻無(wú)線電技術(shù)：跳頻擴(kuò)頻（FHSS）和直接序列擴(kuò)頻（DSSS）無(wú)線電技術(shù)。這兩種無(wú)線電技術(shù)由于采用不同的頻帶和不同的廠商系統(tǒng)，因此不能互操作。選擇系統(tǒng)非常關(guān)鍵，一旦用戶選定了供應(yīng)商，則很難更換到另一家供應(yīng)商，甚至在實(shí)施業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的情況下。在這里，事實(shí)或?qū)Ｓ械臉?biāo)準(zhǔn)起支配作用。
FHSS是一種窄帶載波，它具有接收方和傳送方可以識(shí)別的變化的傳輸模式。當(dāng)雙方的設(shè)備同步時(shí)，它們就建立了一種邏輯通信信道。
DSSS生成所謂碎片或切分碼（chipping codes）的比特模式。其可靠性是基于切分碼的長(zhǎng)度的或基于其所傳送的數(shù)據(jù)比特長(zhǎng)度的。由于具有糾錯(cuò)功能，因此它通常不需要重新發(fā)送數(shù)據(jù)，從而改進(jìn)了性能。
以PC為中心的純數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)
一些軟件和硬件供應(yīng)商利用無(wú)線局域網(wǎng)提供家庭網(wǎng)絡(luò)解決方案，解決方案利用家庭PC作為中心控制要素。在這種配置中，一臺(tái)PC作為網(wǎng)絡(luò)的主控器，它提供家庭與Internet之間的尋址和路由功能。
這種直觀的方式簡(jiǎn)單地將人們熟悉的PC技術(shù)與新型家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，它還在取得最終大規(guī)模應(yīng)用的成功基礎(chǔ)上向廠商提出了消費(fèi)市場(chǎng)的挑戰(zhàn)。
首先，圍繞PC而建的家庭網(wǎng)絡(luò)意味著PC將永遠(yuǎn)開(kāi)機(jī)運(yùn)行，總可以進(jìn)行通信。它還意味著其他運(yùn)行在PC上的軟件或硬件不會(huì)妨礙PC執(zhí)行通信任務(wù)。消費(fèi)者對(duì)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤必須重新引導(dǎo)的PC一般采取寬容的態(tài)度，但他們通常不能容忍通信網(wǎng)絡(luò)的故障，因?yàn)樗麄兤谕W(wǎng)絡(luò)時(shí)刻平穩(wěn)運(yùn)行。
其次，圍繞PC而建的家庭網(wǎng)絡(luò)只能處理家庭中與PC相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如文件和打印機(jī)共享、多人參加的游戲以及共享的單一ISP賬戶。它沒(méi)有解決其他如語(yǔ)音通信以及控制與監(jiān)控應(yīng)用這類要素。
基于控制器的數(shù)據(jù)與語(yǔ)音家庭網(wǎng)絡(luò)
在這種情況下，基于微處理器的數(shù)字交換機(jī)作為通信服務(wù)器，為家庭中傳送的語(yǔ)音數(shù)據(jù)流提供尋址和路由功能。它還通過(guò)一種功能強(qiáng)大的板上RF收發(fā)器傳送家庭網(wǎng)絡(luò)傳輸要素。收發(fā)器是基于獲得專利的數(shù)字?jǐn)U頻技術(shù)的，可以有效地覆蓋家庭周圍幾百英尺的距離。
控制器提供了一種具有高帶寬容量、用于語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹?qiáng)健的家庭網(wǎng)絡(luò)。它是一座架在消費(fèi)者所選擇的服務(wù)提供商為家庭提供服務(wù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)要素與無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備不需要連線和固定連線插座。這種系統(tǒng)還在家庭內(nèi)和家庭外提供了幾百英尺的接入功能。這里不存在重定位的限制，包括內(nèi)部設(shè)備到設(shè)備通信在內(nèi)的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音服務(wù)都可以做到。
基于控制器的數(shù)據(jù)與語(yǔ)音家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以提供四種不同的功能范圍：
家庭局域網(wǎng)——其網(wǎng)絡(luò)功能向家庭網(wǎng)絡(luò)用戶提供了連接家庭中所有PC的易于安裝的局域網(wǎng)。它允許共享計(jì)算機(jī)文件、打印機(jī)和磁帶驅(qū)動(dòng)器，并通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)和TCP/ IP局域網(wǎng)支持多人參與游戲。
Internet 網(wǎng)關(guān)——這種控制器為共享單一ISP賬戶以及與所有PC的連接提供了Internet網(wǎng)關(guān)尋址和路由功能。在只交一份月租費(fèi)的情況下，所有人可以同時(shí)在一個(gè)56kbps、128kbps或更快的賬戶上進(jìn)行Internet沖浪。
無(wú)線語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)——在每臺(tái)無(wú)線手機(jī)都可以察看和管理最多達(dá)四條普通電話服務(wù)（POTS）線路的同時(shí)，多臺(tái)PC可以同時(shí)在局域網(wǎng)上使用。手機(jī)的顯示使用戶可以訪問(wèn)呼叫者ID和語(yǔ)音管理狀態(tài)信息，并實(shí)時(shí)地做出呼叫管理的決定。
傳統(tǒng)線路POTS網(wǎng)絡(luò)——家庭中所有電話線路都接入到控制器上。然后，電話線路分配到無(wú)線手機(jī)或具有內(nèi)置收發(fā)器的無(wú)線RJ－11電話插座上，而標(biāo)準(zhǔn)的電話機(jī)、傳真機(jī)或配置調(diào)制解調(diào)器的PC則可以連接到無(wú)線電話插座上。
這種非基于PC的交換中心是基于軟件的，因此，無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模的改動(dòng)，就可使家庭中新的網(wǎng)絡(luò)需求得到滿足。
家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論它是標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布的，還是領(lǐng)先系統(tǒng)供應(yīng)商作為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的，將在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的許多不同格式正在家庭網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)，其中包括下列格式：
IEEE 802.11無(wú)線局域網(wǎng)——IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)為兩類網(wǎng)絡(luò)定義了協(xié)議，即臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)和客戶機(jī)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)。臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)是一種簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)中無(wú)需使用接入點(diǎn)或服務(wù)器，就可在給定覆蓋區(qū)域內(nèi)的多個(gè)站點(diǎn)之間建立通信。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了每個(gè)站點(diǎn)必須遵守的規(guī)則，這樣所有的站點(diǎn)都可以公平地訪問(wèn)無(wú)線媒介。它提供了仲裁媒介使用請(qǐng)求的方式，以保證為基礎(chǔ)服務(wù)集合中的所有用戶提供最大的吞吐量?？蛻魴C(jī)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)使用一個(gè)接入點(diǎn)，該接入點(diǎn)控制所有站（station）的傳輸時(shí)間分配并使移動(dòng)站可以從一個(gè)蜂窩到另一個(gè)蜂窩漫游。接入點(diǎn)用于處理來(lái)自移動(dòng)無(wú)線電到該客戶機(jī)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的有線或無(wú)線骨干線路的傳輸流。這種安排考慮到了基礎(chǔ)服務(wù)中所有站的協(xié)調(diào)，并保證了對(duì)數(shù)據(jù)流的正確處理。接入點(diǎn)為無(wú)線站之間數(shù)據(jù)或輸入輸出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)提供了路由功能
藍(lán)牙——藍(lán)牙無(wú)線電技術(shù)為現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)接口提供了一座通用橋梁，并可在遠(yuǎn)離固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的地方構(gòu)建由連接設(shè)備組成的小型專用臨時(shí)工作組。在設(shè)計(jì)上可用于噪聲RF環(huán)境的藍(lán)牙無(wú)線電技術(shù)利用一種快速應(yīng)答和跳頻方案來(lái)建立穩(wěn)固的鏈接。藍(lán)牙無(wú)線電模塊通過(guò)在傳送或接收數(shù)據(jù)包后跳到新頻率上來(lái)避免其他信號(hào)的干擾。
SWAP 1.0——SWAP系統(tǒng)既可以作為臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，也可以作為在連接點(diǎn)控制下的被管理網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。在只支持?jǐn)?shù)據(jù)通信的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)中，所有的站都是平等的，而網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)分布在各站之間。在進(jìn)行像交互語(yǔ)音這類時(shí)間敏感的通信時(shí)，需要一個(gè)連接點(diǎn)來(lái)協(xié)調(diào)系統(tǒng)。這種為PSTN提供網(wǎng)絡(luò)功能的連接點(diǎn)，可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)的通用串行總線這類標(biāo)準(zhǔn)接口連接到PC上。SWAP還可以利用連接點(diǎn)，通過(guò)安排設(shè)備喚醒和輪詢時(shí)間來(lái)支持電源管理以延長(zhǎng)電池壽命。
X10——這是一種通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)家庭交流輸電線路實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行控制和通信的通信協(xié)議。
IEEE 1394——這是一種用于娛樂(lè)和計(jì)算機(jī)設(shè)備之間短距離、低數(shù)據(jù)速率紅外通信的串行接口。
家庭電話線網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(huì)（HomePNA）——家庭電話線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必須能適應(yīng)完全隨機(jī)的以及不規(guī)范的線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它們還必須在設(shè)計(jì)上考慮到在隨機(jī)樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的未知但衰減程度通常很高的信號(hào)衰減。一個(gè)傳輸脈沖由于在線路內(nèi)部不斷反射，因而在線路上出現(xiàn)衰減和擴(kuò)散。脈沖在室內(nèi)線路上傳輸時(shí)間越長(zhǎng)，其衰減和耗散就越厲害。家庭電話線路網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要具有變化的和很高的信號(hào)噪音電平，并且必須容忍動(dòng)態(tài)變化的傳輸線路特性，同時(shí)可以與電話服務(wù)共存并且符合聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）Part 68規(guī)范。最后，它們必須在上述約束和限制下，實(shí)現(xiàn)最大的數(shù)據(jù)吞吐量。
HWN SSERQ/AAWG——超分布等邊保留隊(duì)列（SSERQ）協(xié)議為無(wú)線傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和多媒體服務(wù)進(jìn)行了優(yōu)化。其數(shù)據(jù)包保留方案提供了語(yǔ)音和多媒體服務(wù)所需的QoS和接入優(yōu)先級(jí)。寬帶及公共信道信令實(shí)現(xiàn)了用于高速Intranet傳輸流和Internet接入的虛擬專用電路的快速建立和拆除。SSERQ利用空中到空中無(wú)線網(wǎng)關(guān)支持IEEE 802.11基礎(chǔ)設(shè)施模式（客戶機(jī)/服務(wù)器）網(wǎng)絡(luò)，空中到空中無(wú)線網(wǎng)關(guān)則提供了802.11與SSERQ網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換、管理和傳輸。
