G.hn: ITU-T 標準將引爆居家有線網(wǎng)絡(luò)的廣大市場

驅(qū)動近年來電信服務(wù)供貨商寬帶存取網(wǎng)絡(luò)快速成長的來源，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用的寬帶存取技術(shù)，包括ADSL2+、VDSL2以及GPON等。

雖然這些可供運用的寬帶存取技術(shù)擁有著高達1Gb/s（即1Gb/s）的速度，但也只能解決一部分的問題。對于服務(wù)供貨商來說，次世代網(wǎng)絡(luò)的另一項挑戰(zhàn)就是該如何妥善處理用戶家中的每一項裝置（電視、個人計算機、機上盒等）的聯(lián)機問題，以便消費者可以在家里的每一個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，對于大眾市場普遍存在的用戶既有網(wǎng)絡(luò)，才是考驗著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供貨商的重點。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，不僅所費不貲，還要動輒打攪用戶的生活。正因為如此，以太網(wǎng)絡(luò)并非IPTV服務(wù)供應者所考慮的主要解決方案之一。

而對于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)802.11n來說，要透過這項技術(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)境里各個娛樂節(jié)點（例如平板計算機與平板電視）的聯(lián)機應用。

運用居家環(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。面對這樣的條件，服務(wù)供貨商一般都是以當?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)機線路乃是同軸電纜，但這種聯(lián)機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，而北美地區(qū)以外的市場則以電力線（HD-PLC、HomePlug或UPA）為依歸。

圖1 有線/無線的混合網(wǎng)絡(luò)

時至今日，這些聯(lián)機方式都只做出了部分成績而已，畢竟是受到了許多技術(shù)限制與市場因素所影響。（根據(jù)研究機構(gòu)iSuppli的預估，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)機方式，則會需要一個以上的收發(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)的應用環(huán)境中。

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

與上述兩大原因緊密相關(guān)的另一項限制，就是即使廠商開發(fā)出這樣的芯片，但卻無法達到經(jīng)濟規(guī)模。就算全球出貨量在2009年達到三千萬臺，但單一技術(shù)項目卻無法突破一千萬臺的關(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擔的價格高不可攀。

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)團體里打轉(zhuǎn)，更無法讓從業(yè)者有機會享受由多家技術(shù)提供者所聯(lián)合推出的開放標準（唯一例外的應該只有HomePNA，該技術(shù)草案G.9954已經(jīng)成為ITU-T的標準）。

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

ITU-T G.hn:開放標準取向
對于服務(wù)供貨商的這些要求，也引爆出業(yè)界對于G.hn這種標準的期待，并使其成為真正適合于大眾市場的居家聯(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)標準系列家族。在G系列標準中，還有包括其他知名的標準，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)機中運作。透過G.hn，要設(shè)計出能夠在線路中運作的單一芯片，將不再是難事，因為所有的主要參數(shù)（調(diào)變方式、錯誤修正、加密、媒體存取控制等）都能通用于不同的實體媒介中。

降低系統(tǒng)/芯片設(shè)計負擔：由于可以在單一芯片中同時提供多重聯(lián)機功能，將可大幅提升設(shè)備供貨商（不用再設(shè)計系統(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)計好幾種芯片來滿足不同市場區(qū)隔）的投入意愿，并且降低設(shè)計的負擔。

經(jīng)濟規(guī)模：因為有足夠的市場總量，使得被切割成不同區(qū)隔的市場將破鏡重圓。用在同軸電纜聯(lián)機地區(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)濟規(guī)模。

將硅知識產(chǎn)權(quán)IPR的不確定性降到最低：所有參與ITU標準開發(fā)的業(yè)者，都能享受到知識產(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程序跟其他國際標準組織（例如ISO與IEC）一樣容易親近。

次世代數(shù)據(jù)傳輸速率與可擴充性：在G.hn標準的規(guī)格中，其數(shù)據(jù)傳輸速率可高達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、芯片復雜度與性能表現(xiàn)等，并達成可交互運作的保證。舉例來說，單廠商采用了最高傳輸速率1Gb/s的高級裝置，而另一家從業(yè)者設(shè)計出的最高傳輸速率只有10Mb/s的低復雜度裝置，兩者之間仍可完全地互通。

這種具備了高擴充性，使得G.hn成為吸引業(yè)界目光的焦點，并滿足各種應用需求，例如，電信導向的多房間高畫質(zhì)網(wǎng)絡(luò)電視（multi-room HD IPTV）（所需頻寬高達數(shù)百個單位的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)應用環(huán)境，透過新興的G.hn標準，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標準，是由兩項各自獨立的技術(shù)草案文件規(guī)格所組成：Recommendation G.9960（實體層）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。

導入嶄新的ITU-T G.hn標準
在G.hn標準通過之后的這些日子以來，符合這項標準的新集成電路已經(jīng)出現(xiàn)在市場上。其中一個代表產(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標準建置，包括支持了所有實體媒介類型（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，以確保應用裝置能透過高性能的通信連結(jié)，并借此享受G.hn標準。

至于HNX176的目標應用范圍，則至少有：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接裝置、居家網(wǎng)關(guān)、機上盒（STB）、HDTV、PC、網(wǎng)絡(luò)儲存、有線無線橋接裝置、分離式揚聲系統(tǒng)（distributed speaker systems）等。

圖2 電力線與Gb以太網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換裝置

圖3 混合電力線與Wi-Fi的橋接裝置

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的橋接裝置應用范例，該應用中可以透過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。