家庭網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)應(yīng)用研究

摘 要：隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)作為接入網(wǎng)絡(luò)的末端，也發(fā)生著日新月異的變化。家庭網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)主要用來解決家庭內(nèi)部各種終端的物理互連。利用現(xiàn)有家庭有線資源，如電力線、電話線、同軸電纜，可以有效解決家庭室內(nèi)的布線和終端互聯(lián)問題。將有線傳輸技術(shù)和無(wú)線技術(shù)結(jié)合起來，可以很好地解決無(wú)線覆蓋能力較差的問題，使家庭網(wǎng)路更加靈活，大大提升用戶體驗(yàn)。文章針對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了研究與分析。

關(guān)鍵詞：家庭網(wǎng)絡(luò);有線技術(shù);無(wú)線技術(shù)

1 有線和無(wú)線技術(shù)在家庭網(wǎng)絡(luò)中結(jié)合應(yīng)用

隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，家庭用戶接入帶寬得到大幅提升，家庭網(wǎng)絡(luò)作為接入網(wǎng)絡(luò)的末端，也發(fā)生著日新月異的變化。視頻業(yè)務(wù)是家庭中最基本的業(yè)務(wù)，高清電視也在逐步走進(jìn)用戶家中，成為普通大眾的選擇。除此之外，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能家居、家庭安防等新業(yè)務(wù)也在蓬勃發(fā)展中，智能家庭產(chǎn)業(yè)將是未來的發(fā)展方向。

家庭新業(yè)務(wù)的發(fā)展，必然導(dǎo)致家庭終端數(shù)量日趨增多、種類日趨復(fù)雜，并且新業(yè)務(wù)往往需要有良好的網(wǎng)絡(luò)支持，不然只能淪為空談。傳統(tǒng)家庭網(wǎng)絡(luò)互連一般采用網(wǎng)線和WiFi，隨著終端越來越多，布放一堆網(wǎng)線會(huì)影響美觀。WiFi雖然沒有布線的問題，但是由于各個(gè)用戶的戶型存在差異，通常存在覆蓋不好的問題。即使現(xiàn)在WiFi技術(shù)在不斷更新，但是覆蓋問題在家庭網(wǎng)絡(luò)中仍然是一個(gè)關(guān)鍵問題[1]。在家庭網(wǎng)絡(luò)中，如果將有線技術(shù)和無(wú)線技術(shù)相結(jié)合，既可以滿足日益增加的帶寬需求，又可以有效提高無(wú)線覆蓋能力，提升用戶體驗(yàn)。

2 家庭網(wǎng)絡(luò)有線互連技術(shù)

家庭網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)主要用來解決家庭內(nèi)部各種終端的物理互連。家庭內(nèi)部常用的有線資源除了傳統(tǒng)的網(wǎng)線外，還有電力線、同軸電纜、電話線，充分利用現(xiàn)有的有線資源，可以有效解決布線難題。

2.1 HomePlug技術(shù)

HomePlug是家庭插座電力線聯(lián)盟（Home Plug PowerLine Alliance）的縮寫，該聯(lián)盟由松下、英特爾、惠普、夏普等13家公司于2000年3月成立，主要負(fù)責(zé)制定及推廣HomePlug技術(shù)。作為一種電力線通信標(biāo)準(zhǔn)接口，該技術(shù)可以為各種家電產(chǎn)品提供統(tǒng)一的電力線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接入規(guī)范，家電產(chǎn)品只需插上電源插頭即可組建局域網(wǎng)，目前在歐洲、中國(guó)大陸等地區(qū)，已經(jīng)得到了廣泛使用。

HomePlug技術(shù)將載有信息的高頻信號(hào)通過電力線傳輸，接收端再將信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。該技術(shù)采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM），頻帶范圍為2～30 MHz，支持最大200 Mbps的傳輸速率，能夠滿足家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的需求。

電力線不是通信用的傳輸媒介，物理特性和電話線、同軸電纜都有較大區(qū)別。電力線的工作頻率為50 Hz，高頻信號(hào)衰減大。同時(shí)電力線上電器負(fù)載的變化，會(huì)造成信道環(huán)境不穩(wěn)定，噪聲干擾比較嚴(yán)重。因此，需要通過一些措施，降低干擾[2]。

2.2 MoCA技術(shù)

同軸電纜多媒體聯(lián)盟（Multimedia over Coax Alliance，MoCA）成立于2004年1月，創(chuàng)立者為Cisco，Comcast，EchoStar，Entropic，Motorola與Toshiba等。MoCA推行以同軸電纜來提供多媒體視頻信息傳遞，在北美國(guó)家使用率較高，主要是因?yàn)楸泵兰彝ネS電纜的普及率高達(dá)70%，基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)完善，同時(shí)同軸電纜傳輸多媒體的技術(shù)比較成熟穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)的同軸電纜普及率也很高，利用現(xiàn)有同軸電纜資源，MoCA也在逐漸推廣中。

MoCA采用OFDM技術(shù)，頻帶范圍為500～1 850 MHz，最大信道帶寬為50 MHz。MoCA的標(biāo)準(zhǔn)在不斷更新，速率也在不斷提升。MoCA 1.0的傳輸速率為100 Mbps，MoCA 2.0的傳輸速率提升到40 Mbps，而MoCA2.5可以提供高達(dá)2.5 Gbps的速率。此外，MoCA 2.5還能夠同時(shí)向后兼容MoCA 2.0和MoCA 1.1。

同軸電纜具備良好的屏蔽性能，能避免絕大部分的串?dāng)_及外部噪聲，因此其信道具有非常好的傳輸特性和很高的信噪比，即使采用簡(jiǎn)單的單載波QAM調(diào)制也能得到較好的性能。

2.3 G.hn技術(shù)

G.hn標(biāo)準(zhǔn)于2010年6月獲得了國(guó)際電信聯(lián)盟191個(gè)成員國(guó)的批準(zhǔn)支持，可以把現(xiàn)有的電話線、同軸電纜以及電力線進(jìn)行資源整合，能夠?qū)崿F(xiàn)在電力線、同軸電纜、電話線上進(jìn)行高速率數(shù)據(jù)傳輸，大大解決了家庭內(nèi)部的布線難題。隨著支持G.hn的芯片逐漸成熟并商用，支持G.hn的各種產(chǎn)品也在逐步推廣。

G.hn采用OFDM技術(shù)，頻帶帶寬可以支持25 MHz，50 MHz，100 MHz，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)1 Gbps。在同軸電纜應(yīng)用上，G.hn也支持200 MHz工作頻寬，可以將物理層數(shù)據(jù)速率提高至2 Gbps[3]。

當(dāng)前G.hn主流芯片主要使用100 MHz的頻寬，使用512個(gè)子載波，子載波間隔為195.31 kHz。每個(gè)子載波最高可以承載12 bit的數(shù)據(jù)。G.hn作為后來者，兼容了多種傳輸介質(zhì)，在家庭網(wǎng)絡(luò)中更具有靈活性，可以根據(jù)家庭的具體情況，僅使用G.hn標(biāo)準(zhǔn)就能滿足要求。

3 技術(shù)應(yīng)用方案

多年來，接入網(wǎng)技術(shù)在不斷更新，EPON，GPON技術(shù)演進(jìn)到10G-EPON，XG-PON技術(shù)。DSL技術(shù)也推出了G.fast，35b，35b bonding標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在接入網(wǎng)的帶寬已經(jīng)不是瓶頸，用戶可以在家庭中享受更快的上網(wǎng)速度。

在傳統(tǒng)應(yīng)用中，用戶主要使用電腦上網(wǎng)，但是現(xiàn)在技術(shù)飛速發(fā)展，各種無(wú)線終端、智能家居等，已經(jīng)遍布各個(gè)家庭。家庭網(wǎng)絡(luò)需要充分利用接入網(wǎng)的高帶寬，讓用戶在家中的各個(gè)地方，都能夠方便使用網(wǎng)絡(luò)[4]。

無(wú)線終端在家庭中是不可替代的，ZigBee、藍(lán)牙、WiFi，Zwave應(yīng)用越來越廣泛。但是，所有的無(wú)線技術(shù)基本都存在一個(gè)問題，就是覆蓋效果易受環(huán)境影響。現(xiàn)在無(wú)線技術(shù)在不斷發(fā)展，WiFi推出了IEEE 802.11ax，藍(lán)牙也推出了藍(lán)牙5.1標(biāo)準(zhǔn)，還有無(wú)線Mesh技術(shù)，新技術(shù)對(duì)無(wú)線覆蓋問題有所改善。由于各個(gè)用戶家庭環(huán)境不同，單純依靠無(wú)線技術(shù)還是不能很好地解決無(wú)線覆蓋問題，如果將有線技術(shù)和無(wú)線技術(shù)很好地結(jié)合起來，利用各自的優(yōu)勢(shì)，可以大大提升用戶體驗(yàn)。

如圖1所示的應(yīng)用方案中，運(yùn)營(yíng)商給用戶提供寬帶接入，接入方式根據(jù)各個(gè)地區(qū)情況有所不同。全球各個(gè)地區(qū)的接入網(wǎng)方式存在一些差異，國(guó)內(nèi)基本以光纖接入為主，歐洲主要為電話線接入，美洲則以同軸電纜和電話線為主。無(wú)論哪種方式，帶寬基本都能滿足家庭用戶的需求[5]。

通過家庭網(wǎng)關(guān)，用戶可以上網(wǎng)?，F(xiàn)在的家庭網(wǎng)關(guān)，用戶側(cè)主要有無(wú)線接口、電話接口和網(wǎng)線接口。對(duì)于小戶型的家庭，通常能夠滿足其需求，但是戶型較大的家庭，無(wú)線覆蓋較差，網(wǎng)線接口也有限。

家庭網(wǎng)關(guān)可以充分利用現(xiàn)有家庭中其他的有線資源，增加電力線或同軸電纜通信模塊，入戶家庭網(wǎng)關(guān)通過電力線，可以和樓上或其他房間電力貓進(jìn)行通信，電力貓可以將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換成無(wú)線信號(hào)，解決無(wú)線信號(hào)穿墻后衰減過大的問題，使用戶在各個(gè)房間都可以接收到較好的無(wú)線信號(hào)。電力線可以采用HomePlug或是G.hn標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 技術(shù)應(yīng)用方案示意

同軸電纜通常用來傳輸視頻，其連接到機(jī)頂盒，電視機(jī)通過機(jī)頂盒來接收視頻信號(hào)，同時(shí)機(jī)頂盒也能將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換成無(wú)線信號(hào)，擴(kuò)大無(wú)線覆蓋。

每個(gè)地區(qū)的有線資源有所不同，可以根據(jù)具體情況，使用相關(guān)的通信標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的互通。

4 結(jié)語(yǔ)

家庭網(wǎng)絡(luò)直接面向家庭，為用戶提供各項(xiàng)業(yè)務(wù)。隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、接入帶寬的飛速發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)也發(fā)生著巨大變化，正在受到越來越多的關(guān)注，不僅讓家庭用戶能夠享受到越來越豐富多彩的應(yīng)用，同樣也帶來了新的挑戰(zhàn)。根據(jù)各個(gè)地區(qū)的情況，利用現(xiàn)有家庭有線資源，如電力線、電話線、同軸電纜，對(duì)傳統(tǒng)的網(wǎng)線通信進(jìn)行補(bǔ)充，可以有效解決家庭室內(nèi)的布線和終端互連問題。將各種有線傳輸技術(shù)和無(wú)線技術(shù)結(jié)合起來，解決了無(wú)線覆蓋能力較差的問題，使家庭網(wǎng)路更加靈活，大大提升了用戶體驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介：邱騰淵（1984— ），男，江西寧都人，工程師，碩士;研究方向：智能家庭網(wǎng)絡(luò)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]孫裕.智能家庭網(wǎng)關(guān)驅(qū)動(dòng)數(shù)字家庭未來[J].中興通訊技術(shù)（簡(jiǎn)訊），2011（9）：12-13.

[2]鞏書蘭，郭文成.基于HomePlug的智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008（3）：60-62.

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Research on the application of the interconnection technology of home network

Qiu Tengyuan

（Nanjing Zhongxing New Software Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract：With the rapid development of the communication technology， the home network， as the end of the access network， has changed with each passing day. The home network interconnection technology is mainly used to solve the physical interconnection of various terminals in home. The existing household wired resource， such as power line， telephone line and coaxial cable， can effectively solve the problem of wiring and terminal interconnection in the home. By combining various wire transmission technology and wireless technology， the problem of poor wireless coverage capability can be well solved， and the home network is more flexible and the user experience is greatly improved. This paper studies and analyzes the application of the home network interconnection technology.

Key words：home network; wired technology; wireless technology