数字家庭

　　数字家庭平台将与家居生活有关的各种分离的应用功能有机地结合为具有相关性的整体。数字家庭通常要建立两个应用平台：

　　第一，必须有一个兼容性强的数字家庭平台（例如：“家庭智能单元”或“家庭网关”），它是“数字家庭”的心脏，也可以理解为是一个家庭信息网络和安全与电器自动化的管理监制中心。有了它，住户可以和家庭内的各种智能化应用功能实现快速的信息沟通，以及远程的遥控操作和控制。建立数字家庭平台，是实现数字家庭最基本的物质条件。

　　第二，要求有一个家庭网络平台，它是建立家庭信息网络和控制网络融合的基础，它不仅将宽带网连接到家庭，同时通过家庭网络平台将住宅内的电话网络、电视网络、计算机网络以及家庭自动化监控网络合理的融合在统一的家庭网络平台中。

　　真正的数字家庭生活环境需要科技应用和网络的支撑。数字家庭平台和家庭网络平台的整合，将住宅内所有的电脑、电话、电视机、传真、打印机、扫描仪、数码相机、可视对讲摄像头，甚至网络家电通过家庭网络都连接到一体化的智能平台上来。通过集中与分布、有线与无线相结合的方式，实现对所有链接在家庭网络上的信息与通讯终端、家用电器、安全报警装置进行浏览、监视和遥控，最终满足住户对家庭舒适、安全、便捷和环保的现代生活与居住环境的要求。

　　“数字家庭”的出现将大大改变人们的生活方式、工作方式、并牵动房地产业、装修、物业管理以及IT产业和家电制造业等一大批产业。自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚以及新加坡等东南亚经济比较发达的国家和地区先后提出了各种“数字家庭”的解决方案。虽然国外“数字家庭”市场才刚刚启动，却已出现世界众多企业争食“遍地是黄金”的数字家庭市场。

　　根据美国一家权威市场调查机构预计，今后两年内将有近1亿的家庭构建家庭网络。在国内海尔、TCL、华为、中兴等一批家电和信息产业公司也将下一代智能家电和通讯产品研发的方向指向“数字家庭”和“网络家电”。因此应用智能化技术，研究和开发“家庭智能化系统产品”是建筑智能化深入发展的方向。

　　1、数字家庭网络的概念

　　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、基于ASP的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。

　　家庭网络由以下两大部分组成：一是家庭网关。这是整个家庭网络与外部网络发生联系的桥梁，也是数字家庭各种业务和应用的关键，它可以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。二是各种信息终端设备和智能家电设备。在一个家庭网络中，各类终端互联并与家庭网关相连，通过家庭内部的有线或无线网络，实现家庭网络各信息终端设备和智能家电设备的自组织联网并提供自动发现和配置功能。

　　家庭网络还包括Modem、PC、STB（机顶盒）、IAD（综合接入设备）等，这些设备内部互联形成家庭网络。来自xDSL线路的IPTV业务通过家庭网络传送到STB，由STB实现解码 的视频信号可在电视机上显示。STB可作为家庭网络的延伸，提供数字娱乐、通信、智能家居、网络共享等一体化解决方案，将宽带网络从用户的书房搬进客厅。

　　家庭网络概念的提出涉及到了电信、家电、IT等行业，从提供业务/服务的角度来说，涉及到信息服务提供商、电信网络运营商、小区物业等角色，从产品的角度来说，涉及到了通信网络设备和终端设备制造商，IT行业的芯片提供商、软件提供商和终端设备制造商以及家用电器制造商，这些行业对家庭网络的理解是不完全一样的：

　　●IT/家电行业最早提出家庭网络的概念，目的是打破各个家庭设备是“信息孤岛”的事实，实现各种信息终端之间的资源共享和协同工作。它认为数字家庭网络指的是家庭的信息设备、通信设备以及消费电子设备，包括电脑、数字电视机、高端手机等组成的一个家庭内部网络，可在这个宽带网络之上获取各种以数字娱乐为主的应用。提供的家庭网络服务并不一定要与电信网、互联网连接。

　　●通信行业认为家庭网络用户是从普通的电信业务用户和企业用户拓展延伸出来的一种用户群。数字家庭网络一定与电信网络进行连接，甚至可以看成是电信网络端到端的一部分，家庭网络可以通过家庭网关将公共网络功能和应用延伸到家庭。并不强调家庭内部各终端设备的互联，但能实现对外出口带宽的共享。

　　●社区/居民小区物业认为家庭网络是智能化小区的概念延伸到家庭中，因此应与小区自建的网络相连，支持自来水、煤气、电力、暖气的远程集中抄表。可提供小区和家庭安防，直接将安防信息和警报发给所在小区警备室、街道派出所、公安分局等。接入小区服务、社区医院等系统，只要用户触发按键，位置信息将自动发送到小区急救平台或者相关社区医院。

　　应该说，IT行业、通信行业、家电行业都在谈数字家庭，不同的行业都在期待数字家庭能够帮助各自的产业朝着健康的方向发展。

　　目前，IPTV业务被认为是数字家庭网络中的一个主要应用，数字电视机、IP机顶盒等终端产品成为家庭网络设备中的一个主要消费市场。

　　数字家庭网络最终的发展目标是：家庭网络不仅仅是一个为了完成家庭内部各种设备资源共享、协同工作的网络，还能通过与外部网络（电信网/互联网/社区网）的连接，实现家庭内部设备与外部网络信息交流的目的，通过丰富多彩的业务和应用使用户享受到舒适、便利、安全的新的生活体验，如图1所示。

　　图1　未来的家庭网络

　　2、数字家庭网络提供的业务类别以及需求

　　数字家庭网络提供和承载的业务和应用很多，家庭网络能提供集成的语音、数据、多媒体、高质量音视频以及控制和管理等业务和应用，从而达到信息与媒体在家庭内部终端之间充分共享及家庭终端与外部公网的信息流通的目的。

　　按照目前可预见的业务划分，在家庭网络上可以开展的业务可分为家庭娱乐、家庭通信、家庭控制3类。

　　虽然人为地将业务分成了很多类，但实质上可以预见的是，各种业务不会是以单一方式通过家庭网关向家庭单一推送，也不会是以简单捆绑的方式。家庭网络虽然可能不会出现类似于以往的“杀手级”业务，但是其相对于以前业务的“杀手锏”则是：用户将会更为便利而且随心所欲地在家庭中生活。

　　字家庭的存储容量扩展解决方案。实用便捷，用户可随时增添硬盘驱动器，而无需打开他们的PVR或PC机壳。

　　数字家庭需要更大的存储容量

　　家庭录像、电视节目、电影与音乐，所有这些内容都是以数字形式存储，而且它们大多数存放在数字家庭的某块硬盘上，它们的数量也比以前增多。数字文件的规模在变大，从数码相机百万级像素的快速升级，当今标准清晰度电视将升级为高清晰度电视(HDTV)，数字媒体的质量正在提高，因此存储这些内容的文件规模也随之增大。目前，标准清晰度电视节目存储率大约是2.3 GB/小时，而高清晰度电视存储率则是平均8.6 GB/小时左右。那就意味着，带有250GB硬盘驱动器的一台数字录像机(DVR)能够存储大约110小时的标准清晰度节目，而它只能存储30小时左右的高清晰度节目。根据传播集团TDG公司的最新报告指出，每个家庭的个人内容或者家庭参考数据的数量将从2005年的322GB左右增加到2010年的1933GB左右。

　　外部硬盘扩容的便携管理

　　外部存储硬盘盒是扩展数字存储日益流行的一种有效方式；不过，管理跨多个磁盘的(可能兼有内部磁盘与外部磁盘的)存储可能是非常困难的。因为每个驱动器都是以一个单独的“分卷”或者驱动器字母(C：、D：、E：等)形式出现并管理，当用户添加驱动器时，系统的复杂性也在增加。在为存满数据的系统添加新的驱动器时，用户必须重新建立一个类似的文件结构。不过，这样做将会创建一个存储在两个磁盘中的分段文件结构，需要用户强制记住哪个驱动器存放了哪个文件。这种额外附加的复杂性很快带来了新问题，比如，文件XYZ是在驱动器C：中还是在E：中呢?

　　当然，用户也可以有其他选择：每次使用新驱动器时，他们将花费几个小时重新清理并移植数据。更为糟糕的是，某些软件可能不允许将内容放在多个位置上。它们可能希望将所有内容放入指定的单一文件夹，避免使用第二个驱动器字母。因此，当用户能够通过添加一个驱动器获得更大的存储容量时，管理跨越多个驱动器的数据将是非常困难的。

　　另外一个问题就是，大多数消费产品的扩展能力，比如说个人录像机，也是非常有限的。通常也只提供单个额外的驱动器连接，它只允许连接一个单独的额外驱动器。在那个驱动器用完之后，就没有更多的扩展选择了。

　　一个全面的解决方案将允许用户随着时间的推移非常方便地增加存储，从而解除个人录像机后面的扩展端口数的限制，而且还不需要他们花费时间来管理文件系统。

　　容量扩展的实现

　　容量扩展是利用存储处理器将硬盘驱动器连接在一起，并允许它们以单个驱动器的方式运行。容量扩展在概念上非常简单，它对于改变存储在数字家庭中的管理方式具有强大的内在影响。不过，在想象容量扩展的好处之前，理解它的技术基础将大有裨益。

　　容量扩展借助以前仅在企业级层面应用的若干技术，并将它们应用于数字家庭当中，其目的就在于：对于消费者来说，向现有设备添加基于磁盘的存储的复杂工作将变得简单易行。其中需要用到的技术包括虚拟化、串行、堆叠、在线扩展与eSATA等。

　　虚拟化

　　容量扩展允许用户为他们现有的数字存储器增加空间，同时保持维护管理单个驱动器的方便性。为了实现这个目标，容量扩展借用了来自企业级存储空间的一个叫做虚拟化的概念。实际上，虚拟化意味着在一个系统中不考虑其物理配置来存储所有数字内容，而且它们是以单个分卷的形式出现并进行管理。在企业级层次上，这在过去就意味着采用多个服务器—仅用来存储数据的专用计算机—并通过单个虚拟接口访问并控制它们。

　　对于消费者来说，通过类似的方式工作使用一个存储处理器实现容量扩展，该处理器是位于物理存储设备与操作系统之间的一个芯片。这种存储处理器远胜于简单的驱动器控制器，它接管了与它连接的所有存储设备，而且让它们对于操作系统来说看起来像是单个驱动器，这种处理叫做“存储虚拟化”。

　　串行、堆叠与在线扩展

　　诚然，存储虚拟化在使得存储对消费者易用方面已经有了很大进展，但是光靠虚拟化仍然不够。容量扩展包括牵涉到存储增长问题的其他功能。其中一个重要的考虑就是驱动器如何相互作用。“串行”描述了一个驱动器相互紧挨“层叠”在一起的模型，只有在上一个驱动器物理盘存满后才使用下一个。这种方式的优点就是，用户可以利用不同规格的驱动器的全部容量。

　　堆叠是将硬盘驱动器以菊花链方式聚集起来，并将其虚拟化作为单个硬盘驱动器出现。这就意味着驱动器不需要为了虚拟化全部连接到同一个芯片上。此时，存储处理器芯片担当节点，它能够连接到其他存储处理器和硬盘驱动器上。在这个模型中，eSATA(外部串行ATA接口)成为将存储处理器连接在一起的总线。

　　在线扩展仅仅意味着，新的驱动器能够被添加到一个现有的驱动器组当中，而不会丢失已经存在于分卷中的任何数据。这就把用户从必须在每次添加一个驱动器时重新格式化存储器中解放出来，而且，非常重要的是，它能够让存储器与时俱进地扩展。

　　高速eSATA接口

　　最新一代的eSATA Gen2的速度最高可以达到300MB/s。目前的硬盘驱动器速度大约在60MB/s，单根eSATA电缆能够传输来自至多五个全速工作驱动器的数据。相反，与其连接的最快的外部连接1394b(也称为火线B)接口的速度仅为80MB/s，这就意味着即便是只连接两个驱动器，由于电缆速度的限制，使用1394b的性能也将下降40%。USB 2.0接口对速度的限制更大，其速度仅为eSATA的1/6左右。eSATA的高带宽能力使容量扩展变得切实可行。

　　容量扩展的好处

　　带有容量扩展的智能存储处理器使得可以随时间逐步增长的基于磁盘的易用存储成为现实。容量扩展允许用户将其所有的驱动器视为单个虚拟分区卷，从而简化了文件管理并降低了主机软件的复杂性。这个模型通过在一个菊链中进行eSATA层叠并支持多个磁盘，从而使得用户避免个人录像机的单个扩展驱动器的限制。

　　随着时间的推移，构建数10TB存储容量还要比您一次购买全部存储便宜一些。硬盘驱动器价格持续下降的趋势，意味着今后指定容量的驱动器将会比今天的成本更低，因此延期购买任何单个驱动器都会帮助您节省费用。

　　举例来说，在2003年，如果基于硬盘驱动器的外部存储器1GB的平均价格为1美元，那么，10TB的存储容量将需要花费1000美元。与此相反，如果用户从2003年到2006年每年购买250 GB(随着其存储需求增长)，那么，到现在他也将拥有10TB的存储容量，而只需要花费约689美元，比一次全部买齐节省了30%以上。

　　容量扩展所涉及的所有技术全部在存储处理器中直接实施，从而这种功能可以在任何平台上使用，包括个人录像机、高清晰数字录像机/数字电视、个人网络接入服务器以及台式机附加存储驱动器等。

　　结语

　　容量扩展为用户提供了一种按照自己的意愿随时将存储添加到现有设备的简单方法，同时使得用户每GB的成本最小化。它以一个芯片为基础， 该芯片可以利用eSATA速度并使用存储虚拟化将连接驱动器作为单个分卷来进行管理。这些芯片也可以层叠在一起，它允许一次性或者逐步将驱动器堆叠在一起。

　　许多年来，消费电子领域里的许多人一直听说能将各种不同的音/视频娱乐设备、计算机、安全监控设备和其它设备互通互联的“数字家庭”即将来临。遗憾的是，这些预测常常是建立在家庭为了布设高速网络进行预布线和再装修的基础上，只有这样才能满足动态传送多媒体信息所要求的连接性。

　　很大程度上，这些限制将数字家庭局限在整个消费市场的一小部分，即能够负担数万美元的布线费用并使用高端音视频设备的少部分用户。然而对于像网页浏览冲浪或传输文件这类的非实时数据运算任务来说，无线技术被证明是非常有用的，但由于墙体和其它干扰造成的信号劣化的影响，无线技术始终无法稳定地提供所需的覆盖、可靠性以及实时动态音视频内容所需的带宽。

　　家庭设备间互操作性要求进一步提升的另一个原因是潮水般涌现的各种新型音视频应用。例如，数以百万计的iPod用户希望以一种无缝和舒适的方式在家中的任何地方欣赏音乐。而且越来越多基于互联网的视频(像YouTube和可下载的电视节目)应用、视频点播业务还有用户自创的视频内容都使得用户能够把数字视频方便地分布到家庭的各个地方变得日益重要。与通过那些中间物理媒质(像购买的CD音乐和租借/购买的DVD)携带的内容不一样，迅速增长的各类节目内容正以原始数字信息流入家庭。结果是，利用和欣赏这类数字内容的机会大大增加，当然条件是能够很容易地将这些内容分布到家庭中的各个地方。

　　实现真正的数字家庭连接

　　使真正的数字家庭功能成为主流的条件是能有一种可靠易用的技术连接各种消费类设备(既有低端也有高端)，无需进行任何专门的布线，同时能够恒定地提供并维持支持实时和动态音视频内容所需的带宽、覆盖和可靠性。能够实现上述功能的技术目前已经以HomePlug标准的形式得到了验证，该标准可通过任何一个家庭都已存在的电源线网络来支持可靠的高带宽通信。

　　成立于2000年的HomePlug电源线联盟已经吸引了全球消费电子、通信和零售业的许多领先厂商来创建具有高度互操作性和极具鲁棒性的系列标准，最终目标是利用现有的住宅布线将数字信号分布到家庭的各个角落。由于许多设备已经采用了这种技术，且全球已经安装了数以百万计符合HomePlug的产品，故HomePlug已成为电源线通信的标准。

　　让音乐无处不在

　　虽然在家里处处能够欣赏音频通常指的是多房间音频系统(MRAS)，也代表了最受追捧的家庭娱乐解决方案中的一种，不过这些功能对许多消费者而言是可望而不可及的。在金字塔的顶部是费用高达2万美元的整个房屋预布线或翻修，而在金字塔的底部是导致每个房间成音乐孤岛的低成本分立系统。现在，HomePlug技术将有助于数字家庭功能向金字塔的底部推进，从少数富有的家庭推向大量的低端主流用户，从而使得各类音视频设备能够方便地通过现有布线网络实现互联。

　　随着HomePlug 生态系统中各类产品的增加，能够容易地与其它符合HomePlug 的设备互联互通很快就会成为许多消费者购买时的一个关键考虑因素。为了充分利用好这波机会，设计生产消费电子产品的OEM厂商需要在提供嵌入式智能的同时，能够迅速和更加成本有效地集成HomePlug 技术和多种CE接口，以便支持他们的特定应用。

　　迈向成功的构建模块：SoC

　　开发这种数字家庭生态系统设备的关键因素将是完全SoC解决方案的可用性，以便提供集成各种目标应用的全部接口。例如，这种SoC除了提供电源线接口外，还要能处理以太网通信、控制网络协议栈、管理数据处理以及处理用户接口功能(见图1)。

　　图1：Arkados AI-1100系统级芯片(SoC)

　　通过省去大多数多器件板级方案所需的板级布线、装配要求和潜在的故障点，SoC在成本和可靠性方面还具有很大的优势。单芯片SoC架构还能消除与分立器件设计中每个芯片上必须实现的驱动电路有关的成本、功耗和时序问题。

　　最终，对于产品设计师来说，SoC提供了极大的好处：它提供了一个完整的嵌入式解决方案，具有软件支持和经验证的参考设计，从而使他们能够轻松集成符合HomePlug的通信功能，同时把主要精力集中在使其产品体现差异化的高级功能上。

　　相同智能的基本SoC方案可以与不同的参考设计和固件一起用来在扬声器、数字像框、监视器或音视频存储和分配中心之间实现符合HomePlug规范的通信。这不仅能够使用户快速且方便地实现将音视频分配到各房间的愿望，而且通过集成其它的数字音视频应用，例如安全监控、对讲和婴儿监控等，来为扩展和升级他们的HomePlug互联系统打下广泛的基础。

　　数字家庭梦想的实现

　　看一看下面的典型数字家庭的使用场景。用户一回到家，将其iPod插到带有HomePlug接口的充电座上，他们的音乐库就立即成为家庭体验环境的一部分。在经过卧室时，用户可以在有HomePlug连接的数字像框上调用iPod接口，并选择一个播放列表，然后就可以在房屋各处安放并有HomePlug连接的扬声器上播放音乐。随后，当他们晚饭后坐在客厅里想观看他们一早下载到iPod中所喜欢的电视节目中的一段最新情节时，只需要简单地在有HomePlug连接的平板电视上弹出菜单并直接从iPod读取视频流。在观看的过程中，如果有人按门铃，用户只需简单地切换电视屏幕菜单就可以观看安装在门前并带HomePlug连接的监控摄像机。不是以iPod为中心的用户怎么办？只需要用任何型号的MP-3、数字视频记录器(DVR)或者计算机系统(PC或苹果电脑)置入上述场景中即可，而所有的基本原理都保持不变。

　　实质上，数字家庭就是提供分布于家中各处的“源”与“目的”之间灵活的连接性，因此只需用户弹指的功夫，即可立即欣赏音视频内容，无论他们位于家里的什么地方(见图2)。

　　图2：Arkados 公司的技术可以用来实现家庭中音视频信号的源和目的之间的数字连接

　　总之，无论需要将音视频内容分配到家庭环境中什么地方，HomePlug技术能够提供最具成本效益的解决方案。对于OEM厂商、产品设计师、零售商和家庭设计师或业务提供商来说，提供符合HomePlug的智能电源线接口的SoC将成为通往成功之路的基本构建模块。