专题6-家-庭-网-络

第6章家庭网络,6.1家庭网络概述,6.1.1家庭网络的愿景6.1.2家庭网络的概念6.1.3家庭网络的相关产品6.1.4家庭网络的业务,6.1.1家庭网络的愿景,坐在沙发上就可以遥控全家的设备。躺在床上才想起厨房灯没有关上，可以通过手中的遥控器，将厨房灯关闭。轻触一下床头的按钮，就可以将全家的灯关上。外出之前只要轻按一个键就可以关上所有的灯和应该关闭的电器。无论在家还是在办公室，都可以通过计算机登录到家的网站。,下班前可以用手机来进行远程控制。启动“主人在家模拟模式”，将灯打开，电视机打开。在客厅里，方便地选择不同的灯光场景。可远程或本地访问家庭监控业务。每天晚上，所有的窗帘都会定时自动关闭。家用电器制造商可以通过网络对其生产的设备进行售后跟踪服务。家用电器发生故障时能自动按预设的邮件地址发送电子邮件进行报警。,6.1.2家庭网络的概念,1IT/家电行业提出的家庭网络概念,对于IT和家电行业，目前的数字家庭网络通常有两种理解。第一种理解指的是低速的家庭电器设备控制系统，主要用于家用电器设备的控制、安防等。,主要应用于智能楼宇以及个别的高档小区。另一种理解指的是融合家庭控制网络和多媒体信息网络于一体的家庭信息化平台，是在家庭范围内实现信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、保安（监控）装置及水电气热表设备、家庭求助报警等设备互连和管理以及数据和多媒体信息共享的系统。现在的应用主要包括PC与家庭存储设备、打印机等PC外设联网实现资源共享，家电网络控制。,家庭网络不仅仅是一种网络技术，更重要的是一种业务/服务。数字家庭网络一定要与电信网络连接。家庭网络能提供集成的话音、数据、多媒体、高质量音视频及其控制和管理等业务。不强调家庭内部各终端设备的互连。侧重于“基于电信网络/因特网提供面向家庭的多种业务”的概念。,2通信业提出的家庭网络概念,流行着“智能化小区”和“智能家居”的概念。第一种情况是政府作为面向社区推进信息化的一种方式，涉及水电气、医疗、安防、物业等各行业；另一种情况是一些高端小区房地产开发商以“智能家居”概念作为吸引消费者的卖点或小区物业以此提供多样化的服务来满足居民的各种生活需要。,3小区物业、社区等其他行业提出的家庭网络概念,“智能家居”的家庭网络的结构如图6-1所示。,图6-1“智能家居”的家庭网络结构图,数字家庭网络是指通过家庭网关将公共网络功能和应用延伸到家庭，并以有线网络或无线网络连接各种信息终端（如家电、PC等），提供语音、数据、多媒体、控制和管理等功能，达到信息在家庭内部终端之间及其与外部公网的充分流通和共享。从用户的角度来看，通过数字家庭网络可以享受以下服务：上网、IP电话、VOD点播、海量存储和个性化的信息服务、互动的娱乐游戏、远程网络上的家庭控制和安全服务管理等。,4数字家庭网络,典型的未来家庭管理网络,6.1.3家庭网络的相关产品,家庭计算机接口类设备。包括家用计算机、打印机、扫描仪和数码设备等。电话设备。包括有线电话、手机和对讲机等。多媒体设备。包括电视机、音响、DVD、摄像机等。安全系统。包括运动检测仪、门禁设备和报警设备等。抄表系统。水、电、气等公用事业公司推广的远程抄表。,新世纪的家用网络电器。网络信息冰箱。网络全球收音机。网络冲浪电视机。网络可视电话机。网络视像摄像机。网络家用监视器。网络购物微波炉。,6.1.4家庭网络的业务,1家庭娱乐,包括家庭内部资源共享、因特网访问、网络电视、视频播放、绿色上网、即时通信。视频点播。电视直播。时移电视。个人录像。,包括各类电话，如PSTN、IP电话、WLAN电话、移动电话、无线市话等语音电话，可视电话、视讯会议等可视方式的通信。,2家庭通信,家庭控制是包括安防、监控、家电控制等内容在内，可以为用户提供更为便利服务的一种家庭网络功能。下面是一些家庭中可以开展的业务：家庭工作通信服务内容传递电子商务家用电器控制,3家庭控制,娱乐教育医疗安全电子测量远程控制远程监视,6.2家庭网络的技术与发展,6.2.1家庭网络的现状与发展6.2.2家庭网络的标准6.2.3家庭网络的关键技术,6.2.1家庭网络的现状与发展,20世纪90年代中期以来，家庭网络技术开始起步。目前我国对家庭网络成熟的研究主要集中在一些分散的智能家庭控制子系统方面，如三表抄送子系统、门禁子系统、可视对讲子系统等。,在欧洲，家庭网络的核心是多媒体家庭平台（MHP，MultimediaHomePlatform）。MHP是指以电视为中心构筑数字网络，使用一台机顶盒实现对来自卫星、无线电和有线信号的交互式操作，完成电子商务、银行转账等服务。MHP在欧洲已进入实用化。到2007年在1000万个韩国家庭部署了先进的家庭网络系统（占家庭总数的60%）。,1部分国家家庭网络的发展情况,美国将固定、移动、数据或IP业务应用进行智能整合，使用户持有的各种通信终端实现个性化的无缝应用融合，形成个人通信设备网。英国电信在家庭网络上的切入点是多种型号的家庭网关。BT利用网关以套餐的形式提供用户业务。法国电信的家庭网络产品包括家庭网关设备、家庭监控、将数码相机中的照片上传至网络相册、电力线上网转换插座、通过移动电话获得家庭内部WiFi摄像头的监控图像、支持VoIP的蓝牙电话、插在HiFi音响或家庭影院上的WiFi设备（该设备可存储家庭内部PC上的音乐）等。,意大利电信制定了比较明确的家庭网络业务发展战略，即“SinglePlay-DoublePlay-TriplePlay-MultiplePlay”。西班牙电信的家庭网络业务遵循“通信多媒体安全、本地和远程管理自动控制”的路线。,首先是融合。家庭网络本身就是多网络、多业务和多终端的汇聚点，不同终端、不同网络、不同业务之间的融合将越来越明显。这种融合包括两个方面，一个方面是通信、信息和娱乐业的融合。第二个方面是有线和无线的融合。其次是家庭网络的不断发展将突破宽带因特网应用对于PC的依赖性。,2家庭网络的发展方向,首先是融合。家庭网络本身就是多网络、多业务和多终端的汇聚点，不同终端、不同网络、不同业务之间的融合将越来越明显。这种融合包括两个方面，一个方面是通信、信息和娱乐业的融合。第二个方面是有线和无线的融合。其次是家庭网络的不断发展将突破宽带因特网应用对于PC的依赖性。,2家庭网络的发展方向,影响家庭网络进一步发展的两个主要因素是网络的易用性和系统造价。（1）无线联网技术日益重要，最终会成为主要载体家庭数字网络通过无线技术将家庭内的各种智能家电和网络设备连接在一起，包括无线安全监控、无线媒体接收器、无线摄录像机、无线投影播放器、无线音箱、无线冰箱、无线微波炉等。,3家庭网络的发展趋势,媒体适配器负责在数字家庭网络中准备流式多媒体内容，在家庭娱乐设备中播放。媒体服务器需要在数字家庭网络中提供捕捉、编码和传输多媒体内容的能力，除了必需的LAN和/或WAN网络连接和管理能力以外，还要求包括：支持多媒体编码功能，可实时捕捉和编码模拟数据流来创建数字化媒体流；支持硬盘驱动器标准化集成智能设备控制器接口来连接存储媒体流的硬盘驱动器；直接支持媒体创建和外围设备，如数码相机。,（2）媒体适配器和媒体服务器,6.2.2家庭网络的标准,1国外家庭网络标准化组织介绍,（1）以网络设备厂商为主的标准化组织OSGi建立于1999年，现有成员80多个，包括电信服务商，设备商，计算机、家电、控制系统供应商。制定家庭外部网络向家用电子设备提供业务所需的接口、服务标准，目前已推出了3.0版本。,IHA于2000年成立，主要成员包括思科、GM、惠普、IBM、松下、SUN及微软等公司，全部成员有30多家。该联盟主要解决白色家电在家庭网络中的互连、因特网接入及相关服务。,2004年改名为DLNA，现有成员超过150家企业。该组织并不制定具体标准，而是利用现有成熟标准制定设备互操作的技术指南，实现所有家庭信息设备的互连互通，达到信息共享和智能控制的目的。UPnP（UniversalPlugandPlay）论坛是微软和其他25家公司于1999年成立的，现有成员720家。制定了一个应用层协议技术体系，实现在“零配置”的前提下提供连网设备之间的发现、接口声明和信息交换等互动操作规范。,（2）以IT厂商为主的标准化组织,ECHONET（EnergyConservationandHomecareNetwork）协会于1997年12月成立，由日立联合日本国内152家企业组建而成。该组织的主要目标是制定家庭网络标准体系，并应用至家庭能源管理、居家医疗保健等服务上，最新的标准是ECHONETver3.0。,（3）以家电厂商为主的标准化组织,Echelon公司在1990年推出了LonWorks控制技术，该公司致力于工业自动化、楼宇自动化和家庭自动化领域。LonWorks技术的核心标准LonTalk协议已被EIA/CEMA、ANSI和IEEE等标准组织确定为正式标准。,（4）以自动化控制类厂商为主的标准化组织,韩国产业资源部技术标准院提出了“共同通信网络协议”，并且已被国际电工委员会确定为国际标准方案。ECHONET是日本在家庭监控应用方面具有代表性的标准化组织。该协会于2002年4月26日公布了2.11版本。该版本的主要内容如下。第一部分概论第二部分中间件规范第三部分传送媒质和低层通信软件规范,2国外相关标准制定情况,第四部分ECHONET基本API规范第五部分ECHONET通用低层通信接口规范第六部分ECHONET个别低层通信接口规范第七部分ECHONET通信设备规范第八部分ECHONET服务中间件规范第九部分ECHONET网关规范第十部分ECHONET系统设计指南附件ECHONET设备对象的详细规定,2004年1月8日，在ECHONET协会成员内部公布了ECHONET规范3.20版本。早在2002年4月，东芝已开始销售可以上网的冰箱、微波炉、洗衣机美国的Echelon提出了LonTalk通信协议；美国家电制造商协会（AHAM）联合GE、惠而浦、美泰克、三星、Electrolux、ZILOG等公司，于2002年5月提出了“家电设备互连标准”（CHA-1）。,ISO/IECJTC1SC25WG1已经制定的标准和技术报告,标准工作组骨干单位海尔、清华同方、上海广电、春兰、长城集团联合原中国网通、上海贝岭等公司于2004年7月发起成立了“家庭网络标准产业联盟ItopHome”（e家佳）。2005年，e家佳推出“海尔e家”系列网络产品。,3我国家庭网络标准情况,我国家庭网络标准工作组已经完成六项电子行业推荐性标准。这六项标准已于2005年6月28日经原国家信息产业部正式批准发布。这六项标准分别为SJ/T113122005家庭主网通信协议规范、SJ/T113132005家庭主网接口一致性测试规范、SJ/T113142005家庭控制子网通信协议规范、SJ/T113152005家庭控制子网通信协议一致性测试规范、SJ/T113162005家庭网络系统体系结构及参考模型和SJ/T113172005家庭网络设备描述文件规范。,4中国通信标准化协会（CCSA）家庭网络标准及研究课题,6.2.3家庭网络的关键技术,1家庭网络互连技术,用于家庭的组网技术非常多，有线技术包括LAN、HomePNA、IEEE1394、USB、有线电视电缆、电力线等，无线技术包括802.11、UWB、蓝牙等。,包括终端发现、终端标志、终端能力管理、终端自动配置和终端远程维护。,2终端管理技术,在未来家庭网络中，IP地址不仅会分配给传统的因特网接入设备、通信设备，还会分配给各种家电设备，因此对于IPv4和IPv6的选择是编址技术的研究重点。,3编址技术,自动发现技术可以分为两类：一是在PC及其外设领域广泛得到应用的UPnP技术；二是在家用电器和家庭控制领域中的即插即用技术，包括HomePNP、LonWorks等。,4自动发现技术,媒体技术是实现不同媒体设备/格式之间互通的基础。包括音频和视频编码技术，格式互通的规则制定工作。,5媒体技术,数字家庭的业务使用需要进行两个阶段的认证：接入认证和业务认证。,6统一的多业务认证平台,通过家庭网关可为家庭网络提供一个全面的网络安全解决方案，包括用户验证、授权、数据保护等。家庭网关所采用的安全技术包括多SSID和VLAN、802.1X认证、WEP和WiFi保护接入（WPA，WiFiProtectedAccess）、备份中心、AAA认证、CA技术、包过滤技术、地址转换、VPN技术、加密与密钥交换技术、应用层报文过滤（ASPF，ApplicationSpecificPacketFilter）、入侵检测系统、安全管理等。,7安全技术,因此如何在这样的环境中保证每类业务的服务质量是一个重要的课题。QoS主要有两种实现方法。第一种是优先级QoS，这种方法设置了不同用途封包的优先级。它基本的方法是：根据基本的优先级元组确定和区分不同的业务流，并将不同的业务流分配到不同的优先级队列中。第二种方法是有保证的QoS。该种方法为每一种业务分配相应的带宽，相应的业务以承诺的速率发送数据，从而得到业务服务质量的保障。,8QoS技术,6.3家庭网络的结构、模型与实现方,6.3.1家庭网络的功能实体模型6.3.2家庭网络的体系结构和参考模型6.3.3家庭网络的实现方式,6.3.1家庭网络的功能实体模型,家庭网络控制功能实体：主要负责家庭网络的网络和设备控制。网络接入功能实体：实现家庭网络和外部网络的综合接入。内部网络连接功能实体：实现家庭内部设备的互连。PC/终端功能实体：主要指家庭网络的IP终端设备。,媒体网关功能实体：媒体网关主要实现媒体的处理功能。控制应用功能实体：主要负责处理控制数据。模拟设备：主要指家庭网络中以模拟功能和控制为核心的设备。家庭网络管理功能实体：主要实现家庭网络的管理。,6.3.2家庭网络的体系结构和参考模型,家庭主网的信息传输速率在10Mbit/s以上，主要用来连接家庭主网关、家庭娱乐设备、信息设备、通信设备、家庭控制子网关以及其他高数据传输速率的设备。,1家庭主网,因特网访问，包括网上购物，远程医疗、远程教育、因特网浏览、收发E-mail等。智能管理，包括系统及设备的网上升级、远程控制、远程查询、集中控制、家庭监控、家庭安全防卫、远程维护等。家庭电子娱乐，包括共享网络游戏，将音频、视频信息分发给不同的设备进行播放，实现娱乐信息的上传和下载等。,（1）家庭主网的主要功能,家庭主网关应具备如下4个主要功能。提供外部网络与家庭网络互连的接口。与家庭主网设备之间的通信。实现家庭主网设备的管理和配置。提供家庭网络中的各种服务。,（2）家庭主网的通信协议,图6-6家庭主网通信协议的分层结构,家庭主网通信协议的物理层。采用无线方式时，应遵循IEEE802.11b、IEEE802.11g或IEEE802.11a协议。采用有线方式时，应遵循GB/T15629.3（IEEE802.3）的规定家庭主网通信协议的网络传输层。采用TCP/IP支持TCP/IP。家庭主网通信协议的应用层。包括HTTP、FTP、Telnet、SLP、SNMP、LRP、CCP等。家庭主网关外部接口通信协议的物理层。其通信协议的物理层需根据不同的外部网络的接入方式支持相应的物理层协议。,家庭控制子网的信息传输速率一般不超过100kbit/s，主要用来连接家庭中各种家用电器设备、三表三防设备以及照明系统等。家庭控制子网关既是家庭控制子网设备，又是家庭主网设备，它支持家庭控制子网和家庭主网的通信协议。移动控制终端是家庭控制子网中的设备。,2家庭控制子网,通过子网关可以查询、控制家庭控制子网设备的状态。实现对家庭控制子网配置。移动控制终端提供友好的人机界面。家庭控制子网设备能够主动向子网关报告自身的状态。家庭控制子网设备通过子网关接入家庭主网。,（1）家庭控制子网的主要功能,子网关应具有以下功能。对家庭控制子网设备进行控制、查询、参数设置。实现对家庭控制子网设备的配置和管理。,（2）家庭控制子网通信协议,图6-7家庭控制子网通信协议结构,6.3.3家庭网络的实现方式,1以PC为中心的实现方案,图6-8以PC为中心的实现方案,图6-9以家庭网关为中心的实现方案,2以家庭网关为中心的实现方案,图6-10分离设备的实现方案,3分离设备的实现方案,6.4家庭网关,6.4.1家庭网关的概念和类型6.4.2家庭网络网关的系统结构,6.4.1家庭网关的概念和类型,1家庭网关的基本概念,家庭网关是实现其内部各设备与外部设备相互通信的集中式智能接口设备。家庭网关在家庭内部建立统一的数据处理中心，对家庭内部数据进行管理，对外连接运营商网络。它可从不同的外部网络接收通信信号，通过家庭网络传递信号给某个设备。,（1）按照业务和应用不同，家庭网关可以分为数据网关、应用网关和控制网关三类数据网关是主要用于进行数据吞吐的简单路由器，为网络协议提供传递支持，通常支持有线和无线联网。家庭应用网关是指通过有线或无线的方式互连各种多媒体设备，并通过宽带网络接口实现各种因特网上的应用。控制网关可以实现远程网络上的家庭控制和安全服务管理。,2家庭网关的分类与功能,家庭网关能同时连接和处理多个或不同种类的接入技术和网络技术。信息家电网络中，网关要完成