ITU-T G.hn開放標(biāo)準(zhǔn)的的居家聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解析

驅(qū)動(dòng)近年來電信服務(wù)供貨商寬帶存取網(wǎng)絡(luò)快速成長(zhǎng)的來源，就是那些需要超高速頻寬的新一代因特網(wǎng)服務(wù)（例如高畫質(zhì)IPTV）。今天，服務(wù)供貨商有許多可以運(yùn)用的寬帶存取技術(shù)，包括ADSL2+、VDSL2以及GPON等。

雖然這些可供運(yùn)用的寬帶存取技術(shù)擁有著高達(dá)1Gb/s（即1Gb/s）的速度，但也只能解決一部分的問題。對(duì)于服務(wù)供貨商來說，次世代網(wǎng)絡(luò)的另一項(xiàng)挑戰(zhàn)就是該如何妥善處理用戶家中的每一項(xiàng)裝置（電視、個(gè)人計(jì)算機(jī)、機(jī)上盒等）的聯(lián)機(jī)問題，以便消費(fèi)者可以在家里的每一個(gè)角落享受到高速上網(wǎng)的種種樂趣。

為何不用以太網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi無線局域網(wǎng)絡(luò)

以太網(wǎng)絡(luò)（Ethernet）這種聯(lián)機(jī)技術(shù)雖然非常成熟，但其建置成本卻較為昂貴，而且只有在全新的建置環(huán)境里，對(duì)于大眾市場(chǎng)普遍存在的用戶既有網(wǎng)絡(luò)，才是考驗(yàn)著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供貨商的重點(diǎn)。即使是最新一代的平板電視，也都提供了以太網(wǎng)絡(luò)的接口，但大部分的家庭都沒有或只有一部分有以太網(wǎng)絡(luò)線路。要安裝新的基礎(chǔ)建設(shè)需要大量的人力投入，不僅所費(fèi)不貲，還要?jiǎng)虞m打攪用戶的生活。正因?yàn)槿绱?，以太網(wǎng)絡(luò)并非IPTV服務(wù)供應(yīng)者所考慮的主要解決方案之一。

而對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)802.11n來說，要透過這項(xiàng)技術(shù)來傳遞IPTV的服務(wù)已經(jīng)具有純熟表現(xiàn)的程度了。然而，要能同時(shí)在無線傳輸里，滿足高畫質(zhì)（HD）影像以及其他家中的數(shù)據(jù)傳輸，則仍舊充滿了一些技術(shù)挑戰(zhàn)。在諸多常見的應(yīng)用環(huán)境中，服務(wù)供貨商得在類似家中骨干的有線網(wǎng)絡(luò)以及無線傳輸之間取得平衡，以提供居家環(huán)境里各個(gè)娛樂節(jié)點(diǎn)（例如平板計(jì)算機(jī)與平板電視）的聯(lián)機(jī)應(yīng)用。

運(yùn)用居家環(huán)境里既有的線路來連結(jié)IPTV

基于上述的種種原因，影像與數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的供貨商希望能在用戶家里既有的有線線路（例如家電所使用的電力線、有線電視的同軸電纜，或室內(nèi)電話的電話線）中，找出可供使用的解決方案。面對(duì)這樣的條件，服務(wù)供貨商一般都是以當(dāng)?shù)刈钇毡榈那樾?，來決定該用什么解決方案。舉例來說，在北美地區(qū)的家庭里，最常見的居家聯(lián)機(jī)線路乃是同軸電纜，但這種聯(lián)機(jī)方式在歐洲卻不普遍。這使得北美地區(qū)的服務(wù)供貨商選擇了同軸電纜（MoCA或HomePNA）來聯(lián)機(jī)，而北美地區(qū)以外的市場(chǎng)則以電力線（HD-PLC、HomePlug或UPA）為依歸。

圖1 有線/無線的混合網(wǎng)絡(luò)

時(shí)至今日，這些聯(lián)機(jī)方式都只做出了部分成績(jī)而已，畢竟是受到了許多技術(shù)限制與市場(chǎng)因素所影響。（根據(jù)研究機(jī)構(gòu)iSuppli的預(yù)估，有線聯(lián)網(wǎng)的出貨埠數(shù)，在2009年只有將近三千萬而已）

在這些聯(lián)網(wǎng)技術(shù)里，最顯著的限制就在于只透過單一種線路來連接（只用電力線或只用同軸電纜）。如果服務(wù)供貨商要在客戶家中安裝一種以上的聯(lián)機(jī)方式，則會(huì)需要一個(gè)以上的收發(fā)器（例如：芯片數(shù)量至少是一顆以上）。這么一來，將大幅增加系統(tǒng)的整體成本，而所使用的解決方案顯然不適合于大多數(shù)的應(yīng)用環(huán)境中。

這種作法還有一項(xiàng)限制，那就是技術(shù)之間存在著很大的差異（使用的調(diào)變機(jī)制、錯(cuò)誤修正機(jī)制、信號(hào)封包方式、加密方式，以及不同的傳輸服務(wù)質(zhì)量架構(gòu)QoS architecture等）。對(duì)于硅芯片供貨商來說，將很難透過單一芯片來同時(shí)支持這么多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（即使是雙模芯片，其所需要的晶粒面積會(huì)遠(yuǎn)比單模芯片大得多）。

與上述兩大原因緊密相關(guān)的另一項(xiàng)限制，就是即使廠商開發(fā)出這樣的芯片，但卻無法達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模。就算全球出貨量在2009年達(dá)到三千萬臺(tái)，但單一技術(shù)項(xiàng)目卻無法突破一千萬臺(tái)的關(guān)卡。量小的結(jié)果，使得制造與開發(fā)成本壓不下來，這也讓最終使用者所需負(fù)擔(dān)的價(jià)格高不可攀。

這些原因都造就了廠商只能選擇單一的有線居家聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，而且只能在某家規(guī)格開發(fā)業(yè)者或封閉的技術(shù)團(tuán)體里打轉(zhuǎn)，更無法讓從業(yè)者有機(jī)會(huì)享受由多家技術(shù)提供者所聯(lián)合推出的開放標(biāo)準(zhǔn)（唯一例外的應(yīng)該只有HomePNA，該技術(shù)草案G.9954已經(jīng)成為ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)）。

有鑒于由單一規(guī)格開發(fā)業(yè)者所推出的技術(shù)，常會(huì)伴隨著繁復(fù)的專利授權(quán)，而這樣的不確定性可以避免，在由像ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）這樣知名的研發(fā)組織（SDO：Standard Development Organization）所推出的開放標(biāo)準(zhǔn)中，所有參與的成員都可享有的“合理且不受歧視”（RAND：Reasonable and Non-Discriminatory）的智慧財(cái)產(chǎn)權(quán)待遇。

ITU-T G.hn：開放標(biāo)準(zhǔn)取向

對(duì)于服務(wù)供貨商的這些要求，也引爆出業(yè)界對(duì)于G.hn這種標(biāo)準(zhǔn)的期待，并使其成為真正適合于大眾市場(chǎng)的居家聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在名稱上，G.hn是源自于英文里的“居家網(wǎng)絡(luò)”（Home Network）（中文里有時(shí)也稱為家用網(wǎng)絡(luò)），而“Ｇ”的意思，則是代表了由ITU-T所發(fā)展出的“傳輸系統(tǒng)與媒介、數(shù)字系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)”這類型的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)系列家族。在G系列標(biāo)準(zhǔn)中，還有包括其他知名的標(biāo)準(zhǔn)，包括G.992.1（ADSL）、G.992.5（ADSL2+）、G.993.2（VDSL2），以及常見的音頻編碼譯碼器，像G.711與G.729等。

G.hn的設(shè)計(jì)初衷，就是要解決既有有線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的問題，包括：

在單一PHY/DLL之下，享受多重線路連結(jié)：G.hn定義了通用的PHY（Physical Layer，實(shí)體層）以及DLL（Data Link Layer，數(shù)據(jù)鏈路層）架構(gòu)，可以在包含電力線、電話線與同軸電纜在內(nèi)的任何居家聯(lián)機(jī)中運(yùn)作。透過G.hn，要設(shè)計(jì)出能夠在線路中運(yùn)作的單一芯片，將不再是難事，因?yàn)樗械闹饕?a target="_blank">參數(shù)（調(diào)變方式、錯(cuò)誤修正、加密、媒體存取控制等）都能通用于不同的實(shí)體媒介中。

降低系統(tǒng)/芯片設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)：由于可以在單一芯片中同時(shí)提供多重聯(lián)機(jī)功能，將可大幅提升設(shè)備供貨商（不用再設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要好幾種芯片，成本大幅降低）與芯片開發(fā)商（不用再設(shè)計(jì)好幾種芯片來滿足不同市場(chǎng)區(qū)隔）的投入意愿，并且降低設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。

經(jīng)濟(jì)規(guī)模：因?yàn)橛凶銐虻氖袌?chǎng)總量，使得被切割成不同區(qū)隔的市場(chǎng)將破鏡重圓。用在同軸電纜聯(lián)機(jī)地區(qū)的芯片也可以同樣用在以電力線為依歸的地區(qū)，這么一來，將創(chuàng)造出可以大幅降低制造成本的經(jīng)濟(jì)規(guī)模。

將硅知識(shí)產(chǎn)權(quán)IPR的不確定性降到最低：所有參與ITU標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的業(yè)者，都能享受到知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IPR，Intellectual Property Rights）的福利。這樣的“合理且不受歧視”的保證，將可以讓過去由其他供貨商所擁有的專利困擾不再重現(xiàn)，ITU的IPR程序跟其他國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（例如ISO與IEC）一樣容易親近。

次世代數(shù)據(jù)傳輸速率與可擴(kuò)充性：在G.hn標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格中，其數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)1Gb/s。在技術(shù)上，已經(jīng)取得了多種因素之間的平衡，諸如：電力消耗、芯片復(fù)雜度與性能表現(xiàn)等，并達(dá)成可交互運(yùn)作的保證。舉例來說，單廠商采用了最高傳輸速率1Gb/s的高級(jí)裝置，而另一家從業(yè)者設(shè)計(jì)出的最高傳輸速率只有10Mb/s的低復(fù)雜度裝置，兩者之間仍可完全地互通。

這種具備了高擴(kuò)充性，使得G.hn成為吸引業(yè)界目光的焦點(diǎn)，并滿足各種應(yīng)用需求，例如，電信導(dǎo)向的多房間高畫質(zhì)網(wǎng)絡(luò)電視（multi-room HD IPTV）（所需頻寬高達(dá)數(shù)百個(gè)單位的Mb/s），乃至于提升能源效率的智慧電網(wǎng)（所需傳輸速率只不過幾個(gè)單位的Mb/s而已）等。

圖1所呈現(xiàn)的是常見的有線/無線混合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，透過新興的G.hn標(biāo)準(zhǔn)，可以把包括IEEE 802.11n Wi-Fi在內(nèi)的各種網(wǎng)絡(luò)整合在一起。

G.hn：技術(shù)概要

在2010年6月通過的G.hn標(biāo)準(zhǔn)，是由兩項(xiàng)各自獨(dú)立的技術(shù)草案文件規(guī)格所組成：Recommendation G.9960（實(shí)體層）以及Recommendation G.9961（數(shù)據(jù)鏈路層）。

在G.9960以及G.9961中所具備的特性，詳情可見表1。

導(dǎo)入嶄新的ITU-T G.hn標(biāo)準(zhǔn)

在G.hn標(biāo)準(zhǔn)通過之后的這些日子以來，符合這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的新集成電路已經(jīng)出現(xiàn)在市場(chǎng)上。其中一個(gè)代表產(chǎn)品，就是來自于Lantiq公司并已在2011年1月推出了的XWAY HNX100系列產(chǎn)品。

該系列產(chǎn)品中的芯片HNX176，提供了完整的G.hn標(biāo)準(zhǔn)建置，包括支持了所有實(shí)體媒介類型（電力線、電話線以及同軸電纜），以及支持所有頻寬規(guī)劃（25、50以及100MHz）。

除了G.hn的功能外，HNX176還提供了一連串高速傳輸接口，包含：10/100/1000 Ethernet PHY、RGMII與PCI express等，以確保應(yīng)用裝置能透過高性能的通信連結(jié)，并借此享受G.hn標(biāo)準(zhǔn)。

至于HNX176的目標(biāo)應(yīng)用范圍，則至少有：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接裝置、居家網(wǎng)關(guān)、機(jī)上盒（STB）、HDTV、PC、網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存、有線無線橋接裝置、分離式揚(yáng)聲系統(tǒng)（distributed speaker systems）等。

圖2所呈現(xiàn)的，就是G.hn電力線與Gb以太網(wǎng)絡(luò)接口之間的轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用范例，并由高度整合的HNX176解決方案，把內(nèi)建的Gigabit PHY和芯片里的RAM整合在一起。圖3則是混合電力線與Wi-Fi的橋接裝置應(yīng)用范例，該應(yīng)用中可以透過HNX176把網(wǎng)絡(luò)處理器和PCIe整合在一起，并大幅降低外接組件的數(shù)量。

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