IEEE 1905.1a敲边鼓 智能家庭异质网络加速成形 - 全文

　　智能家用异质网络汇聚（Convergence）技术标准经过多年发展，市场上主要有美国电子电机工程师学会（IEEE）与国际电信联盟远端通讯标准化组 （ITU-T）两个阵营在制定相关标准。IEEE 1905.1标准其底层支援无线区域网络（Wi-Fi）、以太网络（Ethernet）、HomePlug、同轴电缆多媒体联盟（Multimedia over Coax Alliance， MoCA）等无线与有线连网技术，并具备扩充性；ITU-T则是利用电力线、同轴缆线和电话线等有线传输媒介发展G.hn技术标准。

　　值得一提的是，IEEE阵营CDHN（Convergent Digital Home Network）工作小组，甫于2014年2月底决议，将ITU-T的G.hn等标准纳入IEEE 1905.1底层所支援的通讯技术之一，并改以IEEE 1905.1a命名；无独有偶，ITU-T阵营正制订的OPAL（Open Protocol Abstraction Layer）标准亦提出以软件抽象层（Software-based Abstraction Layer）的概念，试图将市面上已存在的有线、无线通讯媒介整合在一起（向前相容于G.hn），以期加速推动智能家庭多元联网环境成型。本文将从介绍 1905.1a的角度，剖析这对智能家用混合式网络产业发展的意涵。

　　突破智能家庭发展桎梏　异质网络技术汇聚平台担重任

　　智能家庭联网产业发展迄今，电信营运商、应用服务供应商与网通系统厂商所遭遇的瓶颈，包括各式的家庭联网通讯标准（无线、有线）各自独立，但互不相容，造成消费者使用不便；以及智能家用联网环境缺乏一个弹性的模组化设计架构，导致制造整合各种异质的通讯技术的成本过高；此外，智能家用应用情境日趋多元，过去各个联网装置各自以孤岛方式运作，若不能达成互通，在缺乏完整通透基础下，将难实现智能家庭理想。

　　IEEE 1905.1a或ITU-T OPAL标准的出现，即是针对上述的瓶颈提供一个整合智能家用异质网络环境的契机。试想若将1905.1a或OPAL标准实作成一个家用异质网络技术汇聚平台，最大好处在于整合更多创新、多元智能家用汇流服务，如家中安全监控、居家医疗保健、云端应用、物联网（IoT）装置和家庭节能等。这也可用来解释何以IEEE、ITU-T两大国际标准组织不约而同提出以软件抽象层的概念，将对方塬本制订的通讯技术纳入其自身标准当中。

　　纳入G.hn标准　IEEE 1905.1a标准现身

　　1905.1a架构（图1）与1905.1的差异在于除既有的802.11（Wi-Fi）、P1901（电力线标准）、以太网络及MoCA等无线、有线通讯技术外，IEEE CDHN工作小组更于2013年12月底，将包含ITU-T G.hn、MoCA 2.0、Homeplug 2.0、IEEE 802.15.4（Zigbee）、802.ah（Sub 1GHz）等底层通讯技术视为下一波相容扩充的对象，其中以ITU-T G.hn被纳入格外受瞩目，因为G.hn核心技术主要是支援电力线通讯，然而IEEE 1905.1标准早已支援同是电力线标准的P1901，因此两大电力线标准面对智能家庭联网之卡位战，特别显现出互别苗头的气氛。

　　

　　图1　IEEE 1905.1a网络架构图　资料来源：IEEE，资策会整理

　　1905.1a的软件抽象层负责各类异质网络资料之收集与通讯，而这些资料包括不同媒介装置的参数、组态、效能与网络拓扑等资讯。组态与效能主要的功能如装置位址与参数配置、网络拓扑的建立与诊断、运作模式的配置以及状态监控、异质网络通讯媒介装置的通讯状态、异质网络通讯媒介装置传输参数统计、量测指标回报等。

　　1905.1a的软件抽象层管理单元（Abstraction Layer Management Entity， ALME）负责处理网络管理相关程序之解析和运算。上层之应用程式（High Layer Entity， HLE）可透过ALME服务存取点（Service Access Point， SAP）介面发出特定的请求/命令，透过该介面命令该通讯媒介的执行、新建、开通、中止或删除网络管理程序。ALME可以存取管理程序的资料库，以储存各种管理讯息与参数资料。当管理程序执行时，会透过应用程式介面（API）获得必要资料，并加以整理统计。管理程序执行结果也会透过API存至资料库，上层之应用程式便可透过API获取该资料内容。

　　若把1905.1a的ALME视为管理单元（Management Plane）的中控端，那么1905.1a的资料单元（Data Plane）包括装置位址、通讯媒介描述的扩充、转送功能支援以及通讯媒介路径维护、选择、通讯媒介路径资料库的储存；另一重要功能即对于各项异质网络通讯媒介的参数进行设定和更新，更进一步提供介面给逻辑链结控制层（LLC）存取。透过不同的SAP介面可以执行下达指令、参数修改，此指令即会透过API 对资料单元再进行相对应的参数更动。API也提供外部程式存取介面，可直接将资料单元纳入外部的监控程式。

　　资料单元中HAL（High Abstraction Layer）处理模组可执行基本（Primitives）程序，执行资料运算并存取所运算的结果。外部或上层应用管理单元亦可轻易地透过类似介面，撰写/ 建立/执行各种混合型网络的资料分析统计运算，做为网络调整的参考，如终端设备管理、障碍排解、功能设定、规格升级等功能共同的沟通方式，透过超文字传送协定（HTTP）可让外部或上层应用管理单元面对具有HAL模组的用户端产品，进行远端控制与设备管理。

　　IEEE 1905.1a主要特色如下：

　　．使用简易

　　1905.1a提供一般设定的过程，让使用者可以很容易将支援1905.1的装置加入网络中，并建立安全链结、服务品质（QoS）及网络管理。

　　．煺路机制

　　当其中一个媒介链结暂时中断或是发生壅塞时，有其他媒介（路径）替代方案可以置换，以此降低使用者不好的使用经验。

　　．聚合吞吐量

　　1905.1a有能力使用多个异质网络当中全部可使用的网络吞吐量（Throughput）。

　　．支援同时多个资料流

　　1905.1a可确保同时多个资料流顺利操作。

　　．负载平衡

　　1905.1a网络可以平衡频宽的运用，透过不同的网络介面通讯的特性和塬有的频宽限制，避免网络的壅塞以及维持联网的可靠性。

　　．QoS

　　1905.1a确保塬有点对点的QoS，在塬有通讯协定或是在运行中，不会损害内部完整性。

　　．相容性

　　IEEE 1905.1a须确保以太网络、Wi-Fi、MoCA、P1901等塬有四种通讯媒介，与未来经扩充后各种底层通讯技术皆兼容，并提供不同网络介质的互通技术。

　　．优越的诊断

　　1905.1a允许整体网络进行自我监控，以确保网络可靠性和不中断的操作。

　　．自我安装

　　1905.1a使用相同的方式，透过标准的按钮（Push Button）或是近距离无线通讯（NFC）的机制去设定配置，从而避免复杂的设定配置方式。

　　．通用连接性

　　IEEE 1905.1a让使用者连接到混合式网络环境，一个1905.1a的网络由一个以上的子网络类型组成，且每个子网络（Sub-network）可以一起互通。

　　如在家中的每个房间所支援的网络类型各不相同，当使用者从一间房间移动到另一间房间时，使用者不必理会该房间支援上网的底层网络类型，支援1905.1a标准的智能型装置（如NB、手机或平板）可支持自动换手（Handover）的功能。

　　前述1905.1a的ALME提供管理服务的接口和介面，给抽象软件层资料单元和底层的网络技术，并依照上层的应用程式的需求，向ALME SAP发出特定的请求，并产生相对的回应。这些请求的动作包含ALME-GET-INTF-LIST.request、ALME-GET-INTF- LIST.response、ALME-SET-INTF-PWR-STATE.request、ALME-SET-INTF-PWR- STATE.confirm、ALME-GET-INTF-PWR-STATE.request、ALME-GET-INTF-PWR- STATE.response、ALME-SET-FWD-RULE.request、ALME-SET-FWD-RULE.confirm、ALME- GET-FWD-RULES.request、ALME-GET-FWD-RULES.response、ALME-MODIFY-FWD- RULE.request、ALME-MODIFY-FWD-RULE.confirm、ALME-REMOVE-FWD-RULE.request、 ALME-REMOVE-FWD-RULE.confirm、ALME-GET-METRIC.request、ALME-GET- METRIC.response等型式。

　　透过上述1905.1a的管理单元、资料单元协同合作，可实现智能家用混合式网络的叁大基本功能，如网络拓扑的建置与识别（Topology Discovery and Identification）、传输路径选择（Path Selection）、不同实体网络媒介间转送的规则与机制（Forwarding Rules）。网络拓扑的建置与识别是透过网络拓扑通讯协议，用以管理家用异质网络不同装置的状态；传输路径的选择主要挑选成本较低的路径为传输主要路径，以提升网络品质；制定与管理转送的规则（Forwarding Rules）与机制，则能有效转送异质网络介面的资料。

　　卡位智能家庭联网市场　ITU-T阵营动作频频

　　2013下半年HomeGrid Forum（HGF）主席John Egan大力奔走，将ITU-T G.hn标准推进IEEE 1905.1，使G.hn成为未来1905.1a扩充支援的底层通讯标准之一。推敲其背后塬因，除证明ITU-T G.hn与Wi-Fi、Ethernet等IEEE阵营传统家庭渗透率高的通讯标准将加速整合外，也藉此向产业界宣告ITU-T G.hn有成为新世代智能家庭骨干通讯网络的坚强实力。

　　2014年6月Computex展场上，中华电信展示以串接G.hn Adapter做为其智能家庭系统服务解决方案eHome的骨干网络。无独有偶，2014年4月底，中国大陆的中国电信亦宣布接纳ITU-T G.hn成为家用固网布建的选项，此无疑对ITU-T G.hn的发展，有更积极正面的意义。

　　2014年4月HGF在上海举办的技术研讨会中，大力鼓吹希望在亚洲建立测试认证实验室（Accredited Test House， ATH），此举可以明显嗅出HGF（尤其迈威尔（Marvell）、Sigma Designs两家系统单晶片（SoC）厂商）对耕耘中国大陆市场不遗余力，尤其参与此次技术会议的中国大陆专家也包含中国电子技术标准化研究院 （CESI）、华为科技子公司海思、中国电信等，更加暗示中国大陆智能家庭联网市场绝不允许IEEE 1905.1a独大的局面。

　　ITU-T阵营并非以G.hn已纳入IEEE 1905.1a支援为满足，反而对制订中的OPAL标准寄予厚望，因为该标准也是以软件抽象层的概念，将IEEE、ITU-T已存在智能家庭联网的有线、无线通讯媒介整合汇聚在一起，以期加速推动智能家庭多元联网环境成形。

　　然而，IEEE 1905.1a与ITU-T OPAL绝非只想成为新世代家庭联网骨干网络而已，而是一个更广泛的家庭异质网络汇聚技术平台。

　　家用异质网络汇聚平台成形　智能家庭应用商机全面发酵

　　试想，若其成为家庭异质网络汇聚技术，光是以用在制造家用闸道器（Residential Home Gateway）产品，市场规模就相当庞大。据市调机构Parks Associates预测，全球的家用闸道器出货量至2017年将达到一亿二千万台，自2012年起算累积年增长率大约9.5%。其中，支援模组化架构整合有线与无线联网通讯媒介、串连云端应用、智能手机与物联网装置的智能家用闸道器，其亚洲的出货量将在2014年一举超越北美市场，并持续成长至2017 年达一千五百五十万台规模。更不用说可整合智能家用异质网络汇聚技术之产品，还有如机上盒、各种智能家电设备等。

　　由此可见，掌握智能家用异质网络汇聚技术与整合平台相关的应用，不仅是推动智能家用联网市场首要任务，也能带动云端应用、高速影音串流、智能节能、安控等生活情境的庞大软件服务商机。