家庭網絡(Home Networking)的技術其實相當多，定義上，只要能將家庭內信息家電、影音系統、PC系統、寬帶網絡連結起來，讓家庭成員可以互傳數據，接收及資源共享的非廣域網絡系統。雖然家庭網絡有線與無線模式都有，但是近年來以無線的規格較為受到注目。

　　數字匯流會將新形式的內容，帶入家庭中，不過，目前已經具有雛形的商業模式，似乎都還推不起來，例如隨選視訊這樣的服務，原因之1當然是內容還不夠多，其2就是家庭網絡的建設還有待加強。

　　需要家庭網絡的原因，主要可分為幾點：

　　1、資源共享

　　數字匯流帶來的信息，如果只能給單款產品享用，那與目前的內容提供模式并無太大分別，例如MOD與CableTV，單比內容可能還拼不過，頂多帶來多一些新鮮感、與少許便利性，但如果有完善的家庭網絡建設，因為MOD帶來的是數字數據，可以與其它設備分享，優勢立刻超越CableTV。

　　此外，一般不太懂IT技術的消費者，購買昂貴的家電用品后，像計算機、機上盒、攝錄像機、數字相機、纜線調制解調器以后，利用家庭網絡，才能讓這些設備互相分享，物盡其用。此外，擁有多PC的家庭越來越多，互相間的連接也成為重要議題。

　　共享的資源，也包括重要的分享對外連網頻寬。許多家庭都已連接寬帶網絡，但絕大多數僅為PC對外連接用途，但是在數字匯流時代來臨后，非PC類的產品上網需求大增，但是絕大多數家庭的裝潢，卻都沒有為這些產品設立網絡插孔，畢竟當時沒有人想過電視、甚至冰箱也需要上網。

　　如果將這些非PC類裝置連接目前主流網絡環境，立刻遇到布線的難題，由于一般家庭對于「屋內到處拉線」有著不少顧忌與不能重新裝潢的困難，因此各個技術團體，就研發出不少強調除保有以太網絡標準外「不需布新線路」(No New Wire)的家庭網絡新技術，并由業界廠商各自成立標準協會，以爭取成為業界主流標準。

　　2、串連起各個子系統

　　例如家庭保全與新興的遠距醫療感測系統，可視為自成一個網絡，但是它們所連結的卻不是PC與PC周邊，而是感應器與中央控制器。如將這類系統的網絡與現行的PC網絡相結合，更有助于加強功能，例如提供保全系統遠程監看能力，并讓不同的子系統更好管理。

　　了解技術規格前 先看看一般家庭網絡真實需求

　　絕大多數不熟悉技術的家庭網絡使用者，對網絡的要求，與非家庭(如企業)的網絡環境，有相當大的不同：

　　1、低復雜度、易于使用：絕大多數家庭網絡系統管理者，沒有MIS可以協助維修，因此家庭網絡必須容易安裝、且使用簡便，后續更不能有復雜的維修。

　　2、可靠度： 家庭網絡除了耐用外，可靠度還指，必須能夠隔絕來自家中電器設備的干擾，像是微波爐以及無線電話等。

　　3、擴充性：當家中可連網的裝置越來越多，擴充性就成為一大考慮，省得以后重復投資。

　　4、標準兼容性：要獲得主流市場的認同，家庭網絡標準是不可或缺的要素。此外避免買到即將過時的產品，并必須兼具互通性(Interoperability)與未來的應用兼容。

　　5、對需大寬帶的多媒體支持度：在一般網絡中所傳輸的檔案與數據型態，大多不需要很高的頻寬。反觀家庭網絡，必須支持各種需要大寬帶的多媒體內容，像是電視、DVD播放機、數字錄像機、數字音響/MP3播放器、DBS、平面顯示器、機上盒等等，可預見數字匯流到位后，支持多媒體傳輸能力強弱，成為家庭網絡發展的關鍵。

　　舉例而言，HDTV等級的視訊約需要20Mbps的頻寬，如果家中有數個數字裝置在家庭網絡中傳輸數據，則可以想象40~100Mbps的頻寬是基本要求。此外，因為影音具有強烈同步性的需求，因此QoS(Quality of Service)的效能也相當重要。

　　6、成本：絕大多數消費者，不會像企業一樣愿意花大錢投資網絡。家用網絡主要的功能在于分享因特網資源、外圍設備資源及提供連網游戲等，因此在布線、價格及安裝上，則以方便、便宜、簡單為要。

　　目前家庭網絡的介質，分別朝向家既有的電話線、電源線及無線網絡等3個方向發展，但也有廠商為求得更佳效能，發展必須全新布線的家庭網絡系統。

　　電話線家庭網絡 HomePNA為主要勢力

　　Home Phoneline Networking Alliance所制定的HomePNA標準，是將Ethernet的媒體介接控制協議(Medium Access Control Protocol)，用在傳統的電話在線加以修改，便能使用電話線路來傳送數據，使得家用計算機可以透過家中現存的電話線網絡連接。

　　HomePNA技術，將電話線傳送的語音和數據數據分離。語音傳輸頻段設在20Hz~3.4KHz之間，xDSL主要利用25KHz~1.1MHz頻段，而HomePNA設備則使用5.5MHz~9.5MHz。

　　HomePNA目前的規范為3.1版，增加了每標志10位的新模式支持，3.0版僅為8位。3.1版支持4條頻帶，避免與來自服務供貨商廣域網絡的VDSL訊號發生沖突。頻寬方面，支持同步雙通道320Mbps，以及單信道128Mbps的傳輸速率。

　　HomePNA技術的優點，是施工簡單、成本較低，因其雖走以太網絡技術，但不用重新布線，只需在原有的電話線路2端加裝簡單的端點設備即可，不需要特殊的終端機、過濾器或分歧器。所需的新增硬件是HomePNA網絡卡，以連接電話線與各種信息接口設備，串接的距離達150公尺。

　　但是HomePNA的弱點，則為一般家庭中的電話線接孔數量未必夠多，且距離需上網的終端裝置，可能也很遠。此外，干擾的克服也相當重要，例如必須適應任意及非特定的電話線連接架構，如電話或傳真機簡單地插上電話線插座后，便形成新的分枝(branch)架構。此外，家庭中的電熱器、空調等家電設備，都會對電話線產生干擾。

 圖 HomePNA 3.0版運作原理

　　電力線家庭網絡競爭者眾 HomePlug AV規格期望一統

　　電力線通訊(Power Line Communication；PLC)是一種透過電力線傳遞數據數據的通訊技術，亦被稱為寬帶電力在線網(Broadband Over Power Line；BPL)。

　　這項技術已經發展許久，所以業界組織聯盟眾多，但是彼此間規格技術不能互通，減緩PLC推廣速度，因此HomePlug Powerline Alliance(HPA)在2004年中提出HomePlug AV標準，提供高達200Mbps傳輸率，讓家庭中的影、音設備，也能透過此網絡傳遞影、音信息，但新趨勢使HomePlug AV可望成為共同規格，借此加速PLC推廣。

　　HomePlug原理，是利用2個連接器，需把1個對外網絡給HomePlug橋接器輸入，再由橋接器把網絡信號轉接到電力在線；使用網絡的一方則需要1個接收器，把電線上的網絡信號隔離電源取出訊號后，給計算機或其它信息裝置使用。

　　HomePlug技術，使用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)作為主要的傳輸方式。OFDM是發展成熟的展頻調變技術，可使通訊設備在靜態、動態多路干擾情況下，仍保持穩定的傳輸性能。

　　目前力推的HomePlug AV優勢在于頻寬高，且所有需要上網的電器設備，當然都需要電源，因此布線方式較便利。

　　不過HomePlug與所有利用電力線傳輸的技術一樣，難避免干擾威脅，雖傳輸頻寬高，但只要家中有會發出大量電磁波的微波爐、吹風機等電器運作，就會產生巨幅干擾，舉例而言，如果傳輸的是高質量影像數據，受到干擾可能就會產生鬼影。因此許多廠商技術的重點，就在于如何減少干擾。

　　此外，許多地區電力線老舊，也會影響HomePlug的傳輸質量，甚至住宅安裝的電源濾波器與不斷電系統(UPS)，同樣會干擾電力線通訊網路，也須避開才能讓電力線通訊正常運作，也是廠商技術的挑戰，需不少研發成本，壓低電力線設備的成本也成為進入市場并普及的關鍵。

    圖 HomePlug AV運作原理

　　同軸纜線也受到廠商關注 以MoCA為名搶攻家庭網絡

　　電話線與電力線，都已是一般家庭中既有的線路，能夠利用成為家庭網絡，故在家庭中也相當普及的同軸纜線(Coaxial Cable)自然也成為焦點。用現有已牽布的同軸電纜線，做為家庭局域網絡的概念，多家企業與機構共同成立了MoCA(Multimedia over Coax Alliance)聯盟，共同制訂將家用同軸電纜做為家庭網絡標準。
　
　　MoCA采用OFDM調變機制，由于同軸本來就是設計傳輸數據，因此抗干擾能力佳，促成在傳輸效率上，MoCA網絡可以達到270Mbps的實體傳輸效率，而在未來的發展上，運作于800到1.5GHz頻段上的同軸電纜網絡，理論上可達到4,000Mbps。

　　MoCA不僅在實質傳輸頻寬上勝出，在傳輸延遲表現也不錯。例如前述，HomePNA、HomePlug的傳輸延遲都在20ms至30ms間，而MoCA則能在10ms、5ms之下，延遲愈少，也愈能支持重度的視訊傳輸。

　　同軸電纜在強固性方面，也要比電力線或電話線來得可靠，由于同軸電纜被多個保護層包覆，抗腐蝕能力上要比電力線、電話線，甚至以太網絡線強的多。

　　不過MoCA的弱點與HomePNA相似，在于端點可能過少，或是距離終端上網裝置過遠，仍須面對重新布線的問題，那就違背了利用既有路線的初衷。

 圖 Moca運作原理

　　家庭網絡無線勢力興起 USB接口也走無線

　　USB是PC上相當普及的接口，其中USB 2.0版本的480mbps頻寬，足以滿足目前大多數應用的需求，不過越來越多的USB裝置，代表越來越多的線，對于家庭設備來說，不雅觀也不方便。

　　因此，Wireless USB技術于2005年公布。無線USB是采用了UWB(Ultra Wide Band)技術，利用窄脈沖電波，以及高頻寬搭配(不超過-41.3dBm、頻段從3.1GHz~10.6GHz)，提供短距離、高速度傳輸模式來傳送數據，并且更能達到低耗功率要求。

　　Wireless USB優勢在于USB裝置的普及、及傳輸表現佳，在3公尺范圍內，能達到480Mbps，在10公尺時還有110Mbps，對于高流量的影像來說，就算是20Mbps的HD等級，也能勝任。此外，原本USB規格能同時連結127個裝置，Wireless USB也不例外，且無線連結更為便利。

　　由于USB裝置的普及性，因此雖然短距離無線傳輸已經有Bluetooth、HomeRF、IrDA、WPAN等規格，但是Wireless USB的發展仍被看好。例如足與Wirelss USB對抗的技術中，Bluetooth 3.0仍在發展中，至于Wireless 1394則幾乎沒有任何新的技術訊息更新。

　　但無線裝置的安全性一直被質疑，目前在Wireless USB的傳輸范圍內，另一個裝置幾乎可以很輕易的擷取數據，這是大部分無線傳輸裝置的隱憂，因此目前Wireless USB的相關解決方案，也開始加入加密機制。

  圖 Wireless USB已經開始大量商品化

　　軍規ZigBee轉民用發展尚在努力 家庭網絡以監控用途為主

　　ZigBee是由ZigBee Alliance所制定的無線網絡通信協議，底層采用IEEE 802.15.4標準規范的媒體存取層與實體層，被定位為低成本、低耗電、高可靠性、擴展性強、雙向傳輸、感應網絡功能、且容易布建等用途，這些規范相當嚴格，甚至有些南轅北轍，不過因為ZigBee當初是為軍事用途設計，因此要求較高。

　　ZigBee聯盟在2006年推出ZigBee 2006規范，并且在11月推出ZigBee 2007的草案，在草案中更新增不少功能。ZigBee傳輸頻寬約20~250kbps，標準通訊范圍大約是30~100公尺，但透過續傳方式，依舊可延伸到數公里。

　　ZigBee是以樹狀為主要通訊架構，并延伸出星狀(Star)及網狀(Mesh)通訊架構，ZigBee裝置除可獨立或內嵌于各種3C產品負責終端感知外，每個ZigBee裝置都可以擔任中繼封包路由器(Router)，各ZigBee裝置間不需任何實體線路。

　　換句話說，如果家具內嵌ZigBee芯片，其本身就是1個傳感器，也可以同時擔任路由工作，輕易達成無線感測網絡架設。

　　ZigBee的特性，對于家庭網絡來說，較熱門的應用方向為監控類，例如安全監測、能源管理、健康照護等服務，皆是根基于具有環境感知能力的無線感測網絡環境。不過整體上來看，目前ZigBee的發展還僅在起步階段。

圖 ZigBee模塊設計

　　超高頻段傳送高畫質影片 Wireless HD鎖定影音市場

　　家庭無線網絡用途中，的挑戰就是HD規格的高畫質影片，特別是符合Full HD的1080P高分辨率影片，流量相當大，幾乎都在20Mbps以上，形成無線網絡傳輸的考驗。

　　2006年成立的Wireless HD聯盟，利用60GHz頻段(因該頻段中，可利用的未授權頻寬高達7GHz)，Wireless HD聯盟發表的技術，可傳送分辨率達1,920x1,080的未經壓縮高解析視訊，且其延遲在5~15ms間，目前頻寬達到5Gbps。

　　「未壓縮」是一個重點，Wireless HD聯盟認為以UWB典型的480Mbps頻寬為例，必須為數據封包或廣播視訊訊號進行再壓縮，迫使OEM廠商在系統中建置昂貴譯碼器及更多的RAM，而在處理過程中卻可能造成視訊內容丟失和延遲增加等現象。

　　不過Wireless HD傳輸范圍僅10公尺，墻壁穿透性差，因此只能限制特定的影音傳輸用途上，量產化的控制芯片也還在發展中，此外權利金等商業化問題還未確定，因此要打入家庭，還有不少努力空間。

 圖 Wireless HD運用類似MIMO原理，避開干擾

　　家庭網絡大魔王Wi-Fi 802.11n能否一統江湖？

　　Wi-Fi 802.11x規格，從802.11a/b/g一路演進至802.11n，在數據傳輸量(Throughput)、距離、服務質量(QoS)上都一直有所進展，拜筆記本電腦強力推動之賜，普及率相當高。許多家庭也因為筆電無線上網的需求，建置了802.11x的相關設備，因此對802.11n的接受度也較高。

　　不過802.11n推出時，相關設備的價位與草案規格，卻讓許多使用者望之卻步，不過802.11n目前成為主流應用，在相關控制芯片價位逐漸下滑后，態勢已經逐漸形成。802.11n標準目前已進入3.0版草案，IEEE可望在2008年10月公布終版規格。

　　針對802.11n技術規格，由于前期專題已有詳細報導，在此不作贅述，只從家庭網絡的角度看802.11n。

　　802.11n具備多進多出(Multiple-Input and Multiple-Output；MIMO)技術，加上頻寬高，比之前的版本更適合影音傳輸，特別是在家庭同時使用時，更能夠避免干擾，兼顧高質量影音收視與因特網數據傳輸。

　　此外，PC市場接受802.11n并不是問題，甚至目前較新版的筆記本電腦，絕大多數都已經內建了802.11n規格，但是家電方面的發展則較不明朗，不過隨著802.11n起飛的態勢明顯，家用網絡的接受度應可逐漸上升。

　　802.11n進軍家電產品，初期應會以家用網關器(Residential Gateway)、機上盒(STB)、數字多媒體轉接器(DMA)等為灘頭堡。不過隨著各國TV數字化時程逼近，數字機上盒的后勢看俏，因此802.11n的家電產業重心可能將逐漸轉移至數字電視相關產品上。

　　家庭網絡競爭者眾又復雜 成為推展隱憂

　　家庭網絡由于是各方預測具增長潛力的新市場，因此投入這個市場的廠商相當多，大家都想當規格制訂者的結果，就是一人一把號，各吹各的調，產品規格分裂難以整合。

　　雖然，多樣化的技術確保發展遇到瓶頸時，市場不會走入死胡同，但是技術分裂的結果，卻會造成產品間可能產生不兼容問題，消費者也不敢作太多設備投資，讓市場形成惡性循環。

　　此外，眾多競爭規格中，也缺乏安全金鑰這類防護機制，以及沒有標準的操作系統，廠商基本上把家用消費者當作有MIS人員維護的企業來看待，結果，前述大量規格，造成目前家庭網絡市場面臨難題，例如家庭網絡設備不夠簡化，絕大多數的家用消費者也缺乏安裝、維護能力。

　　不過，這場家庭網絡規格戰爭，仍繼續進行中，許多專家也預計Gbits級規格是下個決勝點，不過恐怕也可能只是一個逗號，甚至是戰役中的一個腳注而已。