| 家庭网络实现方案的研究 |
|
| [大
中 小] |
|
1引言
随着数字化进程的日益加深，人们的家居生活越来越明显地印上了“网络”的烙印，最突出的表现就是，家电开始走向数字化、网络化，即我们所称的家庭网络。据统计，1999年美国安装家庭网络的约占8万户，而估计在2004年时可高达52万户，而且数码影音装置的市场将有45亿美元的潜力。以这样的发展趋势来看，电脑将与所有的家电设备连线沟通，预计未来将有近1亿的家庭装设家庭网络，而每户安装与购置的费用约在1，000至1，500美元上下，可见其可观的市场发展潜力。家庭网络设备不外乎提供视听娱乐的功能、沟通功能、设备的操作与控制功能及家庭安全防护功能等。然而，不论是大量的信息流通或简单的控制信息，要达到信号间的相互流通，就必须将家用设备连结成网络的型态。一般的家庭设备皆属于简便的运算程序，并不需要运用繁复的功能来处理。所以，建立家庭网络的设置较一般公司的网络设置有所不同，家庭网络最重要的是必须将设备间彼此串联及进行相关的运用。许多设备制造商提出了家庭网络连接一些解决方案，然而至今尚未有正式的统一标准问世，各公司仍然各行其是，勿庸置疑，谁掌握家庭网络的技术标准，谁就能这一飞速发展的巨大市场中独占鳌头。几家大的厂商如Intel、IBM、Lucent、Microsoft、Compaq以及Sony等，早已涉足这块潜力无穷的领域，彼此较劲。
当前在家庭网络所采用的连接技术可以分为“有线”和“无线”两大类。有线方案主要包括：双绞线或同轴电缆连接、电话线连接、电力线连接等；无线方案主要包括：红外线连接、无线电连接、基于RF技术的连接和基于PC的无线连接等。
2有线家庭网络连接技术
有线家庭网络连接技术的优点在于数据传输的可靠性强，传输速率高，而缺点在于网络体积庞大，灵活性差，且布线复杂，主要应用于早期点对点网络和星型网络的拓扑结构中。
2.1. 双绞线或同轴电缆（以太网）
这种系统的典型拓扑结构如图表1所示： 这种连接建立在IEEE802.3标准的基础上。经过了多次修改之后，该标准实现了在不同的设备制造商之间的互操作性。基于铜介质的双绞线和同轴电缆能够实现信号的双向传输，有着较高的可靠性，因而被广泛地应用在商业企业中，成为办公室计算机和打印机网络的标准选择。建立这样的网络需要大量的五类电缆（CAT 5），造价昂贵，不易安装。在某些家庭网络的中使用了以太网的形式，但由于成本太高和安装维护困难的问题，极少有人愿意采用这样的方案来实现家庭网络的连接。(如图1所示)
2.2. 铜介质双绞线（电话线）
这种连接技术的拓扑结构图如图表2所示： 利用大多数家庭已有的电话线来实现家庭网络的连接是一个经济实惠的方案。在一定的条件下，三类电缆（CAT3）的传输速率可以达到1Mbps，而且，据估计，不久的将来它的传输速率可以达到10M。采用频分多用技术，可以让使用者在察觉不到的情况下，实现数据传输，语音与Internet服务同时工作。“家庭电话网络联盟”HomePNA（Home Phone Network Alliance），正在开发一系列标准和规范，解决利用电话线实现家庭网络设备的互联和互操作性问题。虽然这一技术充分利用了现有的资源，但是线路在灵活性和带宽方面的限制阻碍了它的进一步推广。通常一般的家庭里没有足够的RJ－11接口，要在每一个房间或者电话、计算机和其它设备能够触及的地方安装插座也会带来了技术上和成本上的问题。而且，由于电话线路并非为高速数据传输而设计，其衰减和阻抗特性也不能很好地控制。
2.3 交流电力线
这种系统的典型拓扑结构如图表3所示：
交流电力线可以连接整个房屋的每一个角落，而且不象某些无线电波或者红外线，难以穿过钢精混凝土地墙壁和地板，很早就作为家庭网络的连接的媒介。图表3显示了一个基于X－10技术的电力线连接方案，该方案由电源面板、智能控制设备和多个组件组成，每个组件可以象普通电器设备一样插入电源插座，而其他的家电设备就插在那些组件上。智能控制设备可以插入家庭中任意一个电源插座，来控制插在远程组件上的家电设备。利用X－10技术实现的家庭网络连接，其数据传输有很高的可靠性，但是，由于电力线本身的噪声和信号输送能力有限，这种技术不适合数据的高速传输，而且也没有任何标准来保证设备之间的互操作性。
3. 无线家庭网络连接技术
无线系统的典型拓扑结构如图表4所示：
许多公司和标准化组织正在倡导无线家庭网络技术（Radio Frequency[RF]），如Sony，Diamond Multimedia System，Proxim，Sharewave和Web gear等公司纷纷推出了自己的无线家庭网络产品，而一些基于无线技术的协议，如IEEE802.11，HomeRF，蓝牙和标准无线访问协议（SWAP）等也逐渐浮出水面。比较有线网络而言，无线网络为可移动设备连入家庭网络提供了便利，连入家庭网络的设备的位置相对灵活，但是数据的传输的可靠性相对来说较差，而且通讯的范围往往受到居室的限制。
3.1 RF传输网络组件
无线微波扩频通信技术（spread－spectrum）在家庭网络中的使用日益成熟。这一技术提供了高容量的带宽，曾被广泛用于军事用途。其中两种微波扩频技术的使用较为普遍：跳频扩频FHSS（frequency－hopping spread－spectrum）和直接序列扩频DSSS（direct－sequence spread－spectrum）。由于频段不同，供应商采用的系统不同，它们之间不能相互操作。系统选择至关重要，一旦用户采用了某一供应商的系统，他就很难转向其他的系统，有时即使在那些采用了工业标准的系统中也无法通用。
· 跳频扩频FHSS支持1Mb/s数据速率，共22组跳频图案，包括79信道，输出的同步载波经调解后，可获得发送端送来的信息。
·直接序列扩频DSSS可在很宽的频率范围内进行通信，支持1～2Mb/s数据速率，在发送和接收端都以窄带方式进行，而传输过程中则以宽带方式通信。由于它内建了纠错功能，所以一般不必重新发送数据，因而提高了传输的性能。
3.2 基于PC或非PC的无线家庭网络
基于PC或非PC的无线家庭网络的拓扑结构可分为两类：无中心或对等式拓扑和有中心拓扑。其结构如图表5，图表6所示。无中心拓扑的网络要求网中任意两点均可直接通信。采用这种结构的网络一般使用公用广播信道，而信道接入控制(MAC)协议多采用载波监测多址接入(CSMA)类型的多址接入协议。 在有中心拓扑结构中，要求一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由中心站控制。这里仅列出了两种方式：一种是以PC为中心拓扑的，仅有数据应用的家庭网路，另一种是以控制器（非PC）为中心拓扑的既有数据又有语音的家庭网路。
3.2.1 以PC为中心的，数据网络 一些软件和硬件提供商提供了家庭网络解决方案：通过无线局域网，使用家用电脑作为中央控制单元。图表5显示了一个无线家庭局域网的配置，其中PC充当网络的主角。它在家庭与Internet之间提供寻址和路由。
这一直截了当的方式把熟悉的PC技术简单地嫁接到新的家庭网络技术中。它也显示了某些消费类市场进军大型市场的成功。以PC为中心拓扑的，仅有数据应用的家庭网路有两个特点：首先，家庭网络以PC为中心，PC与外设之间以无线（如蓝牙）的方式通讯，要求计算机一直处于开机并且可以进行通讯的状态。它还要求不能在计算机上运行干扰通讯任务的软件和硬件。某些消费者可以容忍某些计算机的致命错误和必须重新启动，但是他们一般不能容忍计算机通讯的失败，因为他们期望网络能够一直顺利的工作。
第二，以PC为中心的家庭网络智能寻址和PC相关的家庭网络设备，例如文件和打印共享，多人游戏机，和单独的ISP账号。其他的设备如语音通讯，控制和监视应用程序，却没有相应的解决方案。
3.2.2 基于控制器（非PC）的数据语音家庭网络
图表 6显示了在今天的市场可以见到的一个家庭网络集成系统的使用。
图中，基于微处理器的数字开关扮演着无线通讯服务器的角色。在整个家庭网络中传递和路由语音数据。通过一个功能强大的板载RF收发器，它还能够为家庭网络传输设备传输信号。收发器是基于数字扩频专利技术，能够在几百英尺的范围内有效的传递信息。
图表 6中所示的控制器能够为家庭网络提供宽带的数据和语音服务。它是网络传输设备和无线家庭网络之间的纽带。网络设备需要无线的或者固定的有线接口，这个系统也提供了几百英尺的访问能力。无重新布置的限制。
基于控制器的数据和语音家庭网络系统有4个独特的功能区域：
·家庭本地网络——可以把室内所有计算机构成一个易于安装的局域网，可以共享计算机文件，打印机和磁盘驱动器，可以通过无线以太网支持多人电脑游戏和TCP/IP局域网。
·Internet网关——控制器提供Internet网关寻址和路由功能，使所有的计算机共享一个ISP账号和连接。利用一个56kbps，128kbps，或者更快的账号，所有用户可以同时在网上冲浪。
·无线语音网络——每部无绳电话可以查看和控制4条POTS（plain old telephone service）线，而同时计算机仍然可以在局域网中使用。电话显示器可以使用户看到呼叫者的ID号和语音状态信息，实时地对呼叫管理作出决定。
·传统的有线POTS网络——所有家中的电话线都连接到控制器上。他们被分配到无绳电话或者内置于收发器中的有线RJ－11电话接口中。
基于非PC的交换中心（图表 6中的控制器）是一个应用软件，它使得新的网络需求能够在没有大的变化的前提下得到满足。
4.展望
家庭网络技术是集计算机技术，建筑和供应商于一体的综合技术。消费者将会要求家庭网络系统应该能够管理，监视以及控制家中的一切：
·室内外的数据和语音通讯；
·电子娱乐设备；
·膳食服务用具；
·家庭维护设备；
·家庭环境系统；
·家庭安全设备；
一个成功的家庭网络系统提供商必须开发向上兼容的能力，一个中央控制器（微处理器，交换机或数据存储设备）能够察觉家庭网络中的事件并且做出反应对于将来的产品创新是至关重要的。总之，随着适用于家庭网络的产品价格的逐渐下降，相应软件的逐渐成熟，无疑，高速传输能力和高度灵活性家庭网络连接方案将未来市场受到消费者的青睐。
|
|
| 出处： 作者：网络文摘 |
|
|
|
您的位置：首页 → 电工技术 → 电气常识 → 家庭网络实现方案的研究
热点文章
沪公网安备31010702003255号