論智能家庭網(wǎng)絡(luò)的門戶——家庭網(wǎng)關(guān)

1　家庭網(wǎng)關(guān)的定義

　　智能家庭網(wǎng)絡(luò)是信息時(shí)代帶給人們的又一個(gè)高科技產(chǎn)物。它借助現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將家庭內(nèi)各種家電和設(shè)備連網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為人們提供各種豐富、多樣化、個(gè)性化、方便、舒適、安全和高效的服務(wù)。家庭網(wǎng)絡(luò)化也是整個(gè)社會(huì)信息化的一個(gè)重要的部分。智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部信息與家庭外部信息的交換，無(wú)疑是家庭連網(wǎng)的目的所在。它的實(shí)現(xiàn)需要設(shè)計(jì)一個(gè)理想的家庭網(wǎng)關(guān)。

　　家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備的兩個(gè)主要功能是：

　　(1)作為所有外部接入網(wǎng)連接到家庭內(nèi)部，同時(shí)將家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接到外部的一種物理接口；

　　(2)使住宅用戶可以獲得各種家庭服務(wù)（包括現(xiàn)有的服務(wù)和未來(lái)可能出現(xiàn)的服務(wù)）的平臺(tái)。

　　不同的人或不同的廠商對(duì)家庭網(wǎng)關(guān)有著不同的定義。Residential Gateway Group（RG）是一個(gè)在1995年建立的正式的工業(yè)論壇組織，它率先采用家庭網(wǎng)關(guān)來(lái)代表一個(gè)集中式智能接口，將外部的家庭接入網(wǎng)絡(luò)和家庭內(nèi)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)。

　　RG的家庭網(wǎng)關(guān)定義為：一種簡(jiǎn)單的、智能的、標(biāo)準(zhǔn)化的、靈活的整個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)接口單元，它可以從不同的外部網(wǎng)絡(luò)接收通訊信號(hào)，通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)傳遞信號(hào)給某個(gè)消費(fèi)設(shè)備。借助引入家庭網(wǎng)關(guān)的概念，希望能夠?yàn)榧刹煌耐獠烤W(wǎng)絡(luò)和豐富新的應(yīng)用提供一個(gè)有效的途徑。

　　在過(guò)去的幾年當(dāng)中，許多生產(chǎn)廠商的努力共同推動(dòng)家庭網(wǎng)關(guān)走出了其概念階段。同時(shí)，家庭網(wǎng)關(guān)被用于代表不同類型的產(chǎn)品，因此也引起了一些混淆。其中已有的部分產(chǎn)品包括：網(wǎng)絡(luò)接口單元/設(shè)備（如電話接口盒）、DSL調(diào)制解調(diào)器、電纜調(diào)制解調(diào)器、機(jī)頂盒、結(jié)構(gòu)布線系統(tǒng)的Hub、增強(qiáng)的PC機(jī)、結(jié)合家庭網(wǎng)絡(luò)解決方案的寬帶調(diào)制解調(diào)器，提供某些專門服務(wù)的特殊家庭設(shè)備，以及RG所推崇的整個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品等。

　　Cisco System公司的家庭網(wǎng)關(guān)定義是：一個(gè)在家庭內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)化信息設(shè)備與智能寬帶接入網(wǎng)之間的智能化網(wǎng)關(guān)。2Wire公司的家庭網(wǎng)關(guān)定義是：一種將家庭網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫連接到寬帶網(wǎng)絡(luò)，使所有家庭內(nèi)連網(wǎng)設(shè)備同時(shí)享有高速連接的設(shè)備。上面這兩種定義都認(rèn)為家庭網(wǎng)關(guān)是一種將外部寬帶網(wǎng)絡(luò)與家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備。

　　Parks Associates認(rèn)為家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)是：連接一個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)或多個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)某種類型的家庭網(wǎng)絡(luò)分配服務(wù)給一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的設(shè)備。即一個(gè)集中式整個(gè)家庭的網(wǎng)關(guān)才能視為一個(gè)真正的網(wǎng)關(guān)。但由于現(xiàn)有一些產(chǎn)品已具備其中的某些功能，而且目前存在許多不同的觀點(diǎn)，因此家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)有一個(gè)比較廣義或普遍的意義上的定義。

　　2　家庭網(wǎng)關(guān)所實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用及其產(chǎn)品

　　家庭網(wǎng)關(guān)的基本類型見(jiàn)圖2?！　?/p>

　　不同的家庭網(wǎng)關(guān)可以提供不同水平和類別的應(yīng)用。由RG定義的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以使家庭消費(fèi)者使用幾乎所有主要的應(yīng)用。如TIA制造的家庭網(wǎng)關(guān)可以滿足以下幾類應(yīng)用：遠(yuǎn)程通訊、Internet接入、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、可視電話、家電管理和集成、安全系統(tǒng)管理、家庭能源調(diào)節(jié)和管理、自動(dòng)計(jì)量讀表、鄰里無(wú)繩漫游電話、視頻傳送和分配、虛擬VCR和視頻點(diǎn)播、視頻交互通訊、CD點(diǎn)唱機(jī)、在線廣告和電子公告。

　　集中式網(wǎng)關(guān)傾向于在一個(gè)寬帶網(wǎng)絡(luò)上集成視頻、音頻和語(yǔ)音應(yīng)用，如高級(jí)的機(jī)頂盒產(chǎn)品、Motorola的DCT－5000、 Scientific－Atlanta的Explorer2000、NextLevel Communication的LP系列N3家庭網(wǎng)關(guān)。前兩種允許通過(guò)HFC提供集成化服務(wù)，最后一種一般應(yīng)用于VDSL網(wǎng)絡(luò)，可為不同終端設(shè)備提供聲音、視頻和數(shù)據(jù)信號(hào)。近來(lái)市場(chǎng)上出現(xiàn)一種新型集中式網(wǎng)關(guān)，它集成了一個(gè)寬帶Modem（DSL或Cable Modem）和一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)解決方案（如HomePNA或HomeRF的解決方案）。這樣的網(wǎng)關(guān)有Cisco System公司的Internet 家庭網(wǎng)關(guān)，2Wire公司的HomePortal，ShareGate公司的ISIS/Jupiter網(wǎng)關(guān)，以及Caymen System公司的3220HW網(wǎng)關(guān)。

　　大多數(shù)專用服務(wù)網(wǎng)關(guān)和瘦服務(wù)器網(wǎng)關(guān)所允許的應(yīng)用被限制在特定的應(yīng)用類型，諸如Internet接入，電話，能量管理，和家庭控制與安全。新出現(xiàn)的瘦服務(wù)器網(wǎng)關(guān)可以允許多種類型的應(yīng)用。例如Ericsson公司的e－box，被設(shè)計(jì)用于能源管理、家庭自動(dòng)化、家庭護(hù)理、家庭安防，以及共享 Internet接入。其他的專用和瘦服務(wù)器網(wǎng)關(guān)包括Coactive Networks公司的Connect2000和3000系列，Emerald Gateway公司的ESG400，Sage System公司的Aladn網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)等。

　　隨著新的家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，不同類型的應(yīng)用集中于一個(gè)裝置將是家庭網(wǎng)關(guān)研究和開(kāi)發(fā)的未來(lái)趨勢(shì)。

3　家庭網(wǎng)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)

　　許多公司都開(kāi)發(fā)了自己的家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。然而開(kāi)發(fā)出更多復(fù)雜的和具有兼容性的家庭網(wǎng)關(guān)，迫切要求制定相應(yīng)的家庭網(wǎng)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。目前已有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)下表所示。

　　開(kāi)放服務(wù)網(wǎng)關(guān)組織（OSGi）當(dāng)前正在制訂他們稱之為服務(wù)網(wǎng)關(guān)的規(guī)范。該規(guī)范包含的技術(shù)的主要特點(diǎn)是：需要開(kāi)放的和獨(dú)立的平臺(tái)；目標(biāo)是成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)有較高的獨(dú)立性和保密性；應(yīng)支持不同類型的家庭連網(wǎng)協(xié)議；應(yīng)具有較高的可靠性。

　　OSGi標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上是一系列API（應(yīng)用編程接口）的集合。這些API包括核心的API和可選的API，它們共同構(gòu)成了OSGi的網(wǎng)關(guān)規(guī)范。如果必要，OSGi可以使用已有的Java標(biāo)準(zhǔn)，其重點(diǎn)是如何集成這些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　核心的API執(zhí)行服務(wù)傳輸、從屬和周期管理、資源管理以及遠(yuǎn)程服務(wù)管理。所有核心的API可由開(kāi)發(fā)人員或OSGi的技術(shù)工作組來(lái)完成。

　　可選的API定義了向一個(gè)基于HTTP Web服務(wù)器輸出資源的機(jī)制、客戶機(jī)與網(wǎng)關(guān)的交互作用以及數(shù)據(jù)管理。

　　值得指出的是OSGi提供了一種簡(jiǎn)單的會(huì)員制，會(huì)員是所有盈利或非盈利公司、政府、組織教育機(jī)構(gòu)，或其他支持OSGi目標(biāo)的企業(yè)。目前已有許多著名公司成為OSGi的會(huì)員: AMD, Cisco Systems, Coactive Networks, Compaq, Deutsche Telekom, Domosys, Echelon, emWare, Enikia, Ericsson, France Telecom, Hewlett－Packard, IBM, Motorola, National Semiconductor, Nokia, Oracle, Philips, Schneider Electric, Sharp, Siemens, Sony, ST Microelectronics, Sun Microsystems, Sybase, Tokyo Electric Power, Toshiba等。

　　家庭網(wǎng)關(guān)接口的有效的解決方案，當(dāng)前比較統(tǒng)一的觀點(diǎn)是開(kāi)發(fā)一個(gè)集中式網(wǎng)關(guān)，然而這只是最終的期望。因?yàn)椴煌耐獠拷尤刖W(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)不同，不同的服務(wù)提供商有不同的商業(yè)模式，存在不同的已有的或正在研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，它涉及許多不同的技術(shù)或商業(yè)問(wèn)題，因此在不遠(yuǎn)的將來(lái)是不會(huì)有一個(gè)單一的家庭網(wǎng)關(guān)解決方案出現(xiàn)。另一方面，盡管一個(gè)分布式或多個(gè)網(wǎng)關(guān)的方案也有許多支持者、制造商和服務(wù)提供商，但其同時(shí)也面臨著集成網(wǎng)關(guān)方案的挑戰(zhàn)。最終，一個(gè)整個(gè)家庭集中式網(wǎng)關(guān)將提供一個(gè)最有效的橋接外部網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備的解決方案。

　　4　家庭網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用前景

　　家庭網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用將會(huì)是大量的。其最大和最多的應(yīng)用是在家庭內(nèi)多個(gè)PC同時(shí)共享一個(gè)寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。例如，家中的小孩可以接入Web來(lái)學(xué)習(xí)學(xué)校的課程，同時(shí)另外一個(gè)家庭成員可以同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)上購(gòu)物。多個(gè)人可以同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)操作，而不需要等待其他人完成操作。

　　家庭網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用不僅僅是高速Internet的接入,未來(lái)的寬帶接入進(jìn)入家庭后，將會(huì)帶來(lái)更多的服務(wù)內(nèi)容，不僅是Internet的接入，還有混合視頻和音頻信息流的可視電話，以及其它交互形式的娛樂(lè)服務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)游戲等。家庭網(wǎng)關(guān)將執(zhí)行智能化的路由算法，把這些信息流（數(shù)據(jù)）分配給各種電話、智能電器、數(shù)字電視和音響等設(shè)備。例如，高級(jí)的家庭網(wǎng)關(guān)可以使用呼叫者ID信息來(lái)發(fā)送電話呼叫給家庭內(nèi)某個(gè)電話，兒童的電話只能送到他們的房間，或晚上10點(diǎn)以后的電話呼叫（不包括緊急電話）只能送到遠(yuǎn)離臥室的地方。

　　上述技術(shù)如何應(yīng)用到家庭內(nèi)存在著許多新的發(fā)展趨勢(shì)。首先是高速寬帶Internet接入進(jìn)入家庭。當(dāng)前大約有1％的美國(guó)家庭擁有DSL、Cable調(diào)制解調(diào)器，到1999年末有超出1百萬(wàn)的美國(guó)家庭安裝。Forrester 研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)到2003年將有超出2千萬(wàn)美國(guó)家庭擁有通過(guò)DSL或Cable調(diào)制解調(diào)器的寬帶接入。

其次，連網(wǎng)家庭的數(shù)目到2002年也將快速增長(zhǎng)。Jupiter 通訊公司預(yù)計(jì)屆時(shí)將有1千5百萬(wàn)的家庭網(wǎng)絡(luò)。家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)將因家庭內(nèi)存在多個(gè)PC，以及其他電氣設(shè)備的使用而得以加速。在1999年，有60％新的 PC購(gòu)買是來(lái)自已有一個(gè)PC的家庭。目前已有大約15％的美國(guó)家庭擁有多個(gè)PC。