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打造開放性家庭網路標準
 

【作者: 歐敏銓】   2004年05月26日 星期三

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Internet的出現,說它改變了許多事情並不傳神,事實上它的影響力幾乎遍及人為世界的各個角落、各項事物,而且還在不斷地拓展與深化當中。


Internet從資訊系統網路起家,在此領域已有相當多樣的應用;下個階段,很顯然地會朝數位消費費性電子(Digital Consumer)的市場進展,從手機、數位相機到家庭娛樂市場;更長遠來看,各種電子設備(如家電、街燈等)乃至於非電子設備(如桌、椅等)都將連結上網,形成一個不同層次卻又網網相連的生活空間。


一個在生活中舉足輕重的空間 - 家庭,即是當前網路發展的重要領域。在一個家庭中即涵蓋了資訊網路、娛樂網路(視聽、遊戲、玩具)及控制網路(家電、保全),可以說是自成一格的網路應用環境。目前PC在家庭中已相當普及,但資訊業者並不以此滿足,正積極與傳統家電業者競逐數位家庭娛樂中心的主導地位。


此外,在TV之外的眾多家電設備(如冰箱、烤箱、洗衣機、電燈等)也開始出現連網功能,賦與其連遠端監控的能力,在此環境中,未來出門在外也能打開家裏的空調、通過手機確認冰箱裏的食品、家電故障時會自動與售後服務中心聯絡;甚至可以在門窗上安裝感測器,當家裏出現異常情況可以將報警資訊發往手機;在老年人家庭,坐在馬桶上時可自動將體溫、脈膊等資料發到醫生那裏,每天自動進行健康檢查。以上所描述的,正是本期中所探討的「數位家庭網路(Digital-home Network)」願景。


數位家庭網路標準分歧

與數位家庭網路相關的名詞,自上一波網路熱開始就已不斷地出現,如資訊家電(Information Appliance,IA)、網路家電等等,但大都雷聲大而雨點少。為何應用上的創意豐富,實際的進展卻相當有限呢?一個很重要的理由就是與家庭網路相關的標準實在太多,例如HomePlug、WiFi(802.11)、HomeRF、Jini、LonWorks、HomePNA、HAVi、藍芽、X10、CEBus、UPnP等等,請參考表一。


表一 家庭網路相關組織與網站
名稱 定位 網址
DHWG 數位內容在視聽家電與資訊設備間的共通性 http://www.dhwg.org
OSGi 建立一套開放服務的閘道器標準 http://www.osgi.org
EchoNet 家電產品連網的設計規範 http://www.echonet.gr.jp
UOPF 讓數位家電能透過家庭內部網路及網際網路互連 http://uopf.org
HomePlug 讓設備以電源線上網互連的標準 http://www.homeplug.org
HomePNA 讓設備以電話線上網互連的標準 http://www.homepna.org
WiFi 無線區域網路(WLAN)標準 http://www.wi-fi.org
Echelon (LonWorks) 家電設備控制網路標準 http://www.echelon.com
HAVi 家庭影音內容互通性標準 http://www.havi.org
Jini 以Java為基礎的開放網路服務架構 http://www.jini.org
CEBus 網路家電連線標準 http://www.cebus.org
製表:HOPENET科技月刊編輯部,2004年5月

這麼多的標準若沒有辦法整合,也就形同沒有標準,因此業界逐漸認清結合資源的重要性,並取得以下的發展共識:


  • 1. 遵循開放的標準:由於沒有一家廠商能夠開發生產所有的軟、硬體產品,因此,惟有遵循開放的標準,才能夠專注於自己的業務領域,將產品的品質做到最好,同時又能保證廣泛的市場應用性。


  • 2. 選擇廣泛認可的產業平台:由於家庭網路的解決方案涉及產品的開發廠商、軟體供應商和服務供應商,這整個產業鏈之間必須有密切有效的協同合作,因此,惟有將解決方案建立在一個統一的、得到各方廣泛認可和支持的平台,才能保證家庭網路的成功應用與發展。


  • 3. 既然以網路為介面,家庭網路解決方案必須是不受個別平台/作業系統所限制的,這樣它才能夠在各種資訊、通訊、消費電子和家電用品上實現。


  • 4. 在網路平台上,同時存在許多服務供應商,以及多樣的管理對象(包括人與設備),因此必須具備完善的安全性能與一致性。


  • 為了早日實現一個通透的數位家庭網路環境,目前已有多個重量級的家庭網路規格組織相繼成立,包括DHWG、OSGi、Echonet、UOPF等,雖然仍未達到一致性的共識,但也算是邁向成功的一大契機,以下將就各個組織做進一步的介紹。



打造數位內容共通性 - DHWG

數位家庭工作組織(Digital Home Working Group,DHWG)在去(2003)年6月才成立,算是家庭網路相關組織中相當年輕的,但其氣勢極盛,從一開始的十七家創始廠商,在不到一年的時間裏已吸引了近百家業者的加入。DGWG的強烈號召來自於英特爾、Sony、微軟、HP、Nokia、Panasonic、Philips、三星等八家國際大廠,他們分別代表了資訊軟、硬體產業及家電產業,共同的宗旨在於讓消費者可以通過有線/無線網路,更輕易地在家中的PC、電視機、STB、印表機、音響、手機、PDA及DVD播放機等設備之間共用數位資訊內容。


目前要讓資訊設備與家電設備的內容互通仍大有問題,例如要在電視上看電腦中的影像,或用音響聽MP3音樂,還得做種種格式轉換,再燒成CD或DVD才能收看或收聽,相當麻煩。DHWG的概念即使要用區域網路(LAN)將電腦與數位家電連接起來,讓彼此間能無礙地交換資料和遠端操作。


因此,DHWG的主要任務有下列幾點:(1)達成數位家庭內各個設備間連結上的通透性;(2)在設備尋找、組態設定與控制上形成統一的架構;(3)媒體格式與串流協定的可互操作性;(4)媒體管理與控制架構的可互操作性;(5)針對用戶與設備建立一套可行的認證與授權機制。


DHWG所制定的規格從上(內容)而下(硬體)涵蓋了:數位版權管理(DRM)與內容保護、媒體格式、媒體傳輸、設備尋找與控制、網路協定與實體層網路等六大範疇。該小組預定在2006年時能制定一套完善的可互相操作(Interoperable)的架構環境,因此將在今、明兩年間如火如荼的推動各範疇的規範,例如今年首重媒體格式規格的制定,以JPEG、LPCM和MPEG2為必備支援格式,另有數個選擇性(Optional)的格式;至於2005年將以IPv6協定與新的802.11e/i無線標準的支援為制定的重點。請參考圖一及圖二。


此外,微軟在今(2004)年年初搭配其媒體中心(Media Center)技術所發表的Windows Media Connect技術,即遵循DHWG所制定的技術指南。該項技術是針對數位媒體接收機(DMR)等業務的硬體廠商提供支援,除支援UPnP(通用即插即用)和HTTP等標準技術外,所支援的媒體格式方面,音頻格式?WMA、MP3和PCM;視頻格式?WMV、MPEG-2、MPEG-1和AVI;靜態圖像格式?JPEG、GIF、PNG、BMP和TIFF。


《圖一 DHWG規範架構與進度》
《圖一 DHWG規範架構與進度》
《圖二 DHWG媒體格式制定策略》
《圖二 DHWG媒體格式制定策略》

開放服務閘道器計畫 - OSGi

OSGi(Open Services Gateway Initiative) 這個組織是在1999年3月成立的,當初制定OSGi標準的最主要的目的,是要為遠端的服務提供者(Service Provider)與本地端的設備(Device)之間提供完整的點對點服務傳送解決方案,因此OSGi致力於將各種寬頻網路技術與區域網路控制標準結合在一起,以構築一個開放的服務運作平台,進而使廠商能發揮所能,用戶能夠各取所需。


《圖三 OSGi與相關標準》
《圖三 OSGi與相關標準》

在這個平台上,負責內外網路連結的閘道器具有最關鍵的角色,這些裝置包括機上盒(STB)、ADSL數據機、纜線數據機(Cable Modem)、住宅區閘道器(Residential Gateway)等,因此在OSGi標準中最重要的元件就是開放服務閘道器(Open Service Gateway,OSG)規格。雖然OSGi一開始的重點是放在「住宅閘道器(Residential Gateway)」的市場上,但是OSGi規格中定義的開放OSG應用並不侷限於此,它可以應用在電信服務產品、內嵌至PDA及行動電話中,或配合個人電腦及其他消費性電子產品來使用。


OSGi的環境強調能提供以下的特性:(1)可靠性:沒有高可靠性,大規模的應用終將失敗;(2)可移植性:吸引第三方廠商創建新穎的服務;(3) 動態特性:允許根據用戶和操作者的需要而進行配置;(4)安全性:保護服務供應商的服務,保證其服務的質與量;(5)伸縮性:可以根據服務的需求配置不同的OSGi框架平台。


因此OSGi的設計有下列優點:


  • 1. 與作業平臺無關(Platform Independent):OSGi應用程式開發介面(API)可以在各樣的硬體平臺及作業系統中實作出來,目的是要讓OSG的設計能滿足使用不同硬體平臺及作業系統市場之需求。


  • 2. 與應用程式無關(Application Independent):OSGi提供標準的應用程式介面,讓軟體開發商可以藉此提供多樣化的應用服務。


  • 3. 安全性(Secure):OSGi規格之設計整合了許多不同等級的系統安全特性,從下載模組的數位簽署到精緻的物件存取控制等,均可配合不同的需求來使用。


  • 4. 多重服務(Multiple Services):在一個具有OSGi規格功能的閘道器上,使用者可以依據個別需要,安裝來自不同廠商所提供的服務,使閘道器具有提供多重服務的特性。


  • 5. 多重區域網路技術(Multiple Local Network Technologies):OSGi規格制定的目的之一在於補充各種有線、無線網路的規格及資料影音傳送等標準之不足,以及強化這些標準的特性。


  • 6. 多重設備存取技術(Multiple Device Access Technologies):OSGi的裝置存取開發介面(Device Access API)把UPnP跟Jini整合進來,讓用戶可從不同的地方透過不同的終端設備,像PDA、GSM手機、筆記型電腦、個人電腦等,來控制家庭網路中的其他設備。


  • 7. 與既有標準相容(Co-existence with Other Standards):OSGi可以應用在各種網路存取協定上,不論是高速或低速,有線或無線的網路架構均可適用。而在應用程式方面,服務供應商可以開發與其他標準相容,例如像符合RFC規格的SNMP網管功能等服務。



當使用者購買了符合OSGi規格的新設備,在安裝並連接至家庭網路後,只要上網填一下註冊資料,廠商就會把一些叫做「服務包(Bundle)」的東西從遠端載入用戶的OSG中,未來使用者就可從遠端透過用Web瀏覽器去控制家庭網路中的家用設備。目前加入OSGi的廠商包括了IBM、Motorola、Nortel、Nokia、Philips、Panasonic、Sony、Toshiba、Echelon等,而根據OSGi規格所實作出來的產品則有SUN JES2.0、IBM Websphere等。


再創日本家電王國推手 - Echonet

在網路家電的發展上,身為家電王國的日本,其腳步自然是領先其他國家。早在2002年4月,東芝已開始銷售可連上網路的冰箱、微波爐、洗衣機。同年7月,日立家居生活解決方案與松下電器產業也宣佈於2003年投產網路家電。這些網路家電的先鋒都支援一項標準,也就是“EchoNet”的規格。


加入EchoNet(Energy Conservation and Homecare Network)的主要企業(A級會員)包括:夏普、東芝、日立製作所、松下電器、三菱電機等日本著名家電製造商及東京電力,此外還有近百家電子製造商為該團體的B級會員,從這些名單中不難發現其再創家電王國盛況的強烈企圖心。


EchoNet聯盟的目標是:透過採用通用的語言、通用的應用和跨平台連接技術,把家電和感測器連接起來,形成可以分享資訊和功能的家庭網路。然後,在此基礎上利用衛星、廣播、有線電視和ISDN等通訊方式,進一步把電力公司、煤氣公司、保全系統、醫院和辦公室與家庭連接起來,因而形成一個無處不在的網路世界,把公共系統的服務透過網路與家庭連結,實現資訊與功能的共享。用戶還可以利用控制終端(如手機)對家電和感測器進行直接控制。


Echonet標準雖包含OSI參照模型的1層至7層的內容廣泛的標準,實際上EchoNet只規定了基本的通信約定,控制終端與網路家電間的通信方式沒做限制;這樣做的目的在於確保EchoNet的彈性,因為家電的平均更換周期為10年,因此即便通信方式發生了變化,支援EchoNet的網路家電也要能很容易地繼續連結使用網路。


《圖四 EchoNet依OSI參照模型之規格架構》
《圖四 EchoNet依OSI參照模型之規格架構》

在EchoNet 3.0版的規格中,為底層傳輸媒介增加了藍芽和乙太網,也就是從2.11版的5種(電線、特定小功率無線、擴展HBS用雙絞線、紅外線、遵照LonTalk的小功率無線)增至7種,該協會表示,此標準還有可能逐漸支援其他的傳輸媒介。其最新的規格是今(2004)年1月8日發布的3.20版,目前此版本只對會員開放。


無所不在新願景 - UOPF

近來日本電子業界中的流行話無非「無所不在(Ubiquity)」,這個詞來自Sony所提出的「無所不在的價值網路(ubiquitous value network)」,所看好的也是因網路而興起的電子設備連網趨勢。在此風潮下,10家電子廠商和4家網路服務商於今(2004)年2月10成立了「無所不在開放平臺論壇(Ubiquitous Open Platform Forum,UOPF)」,其目的在於制訂讓數位家電能透過家庭內部網路及網際網路互連的標準。


該論壇希望能打造一個“任何人都可以簡單、安全地使用” 數位家電的網路環境。具體而言,將實現以下幾點:(1)無需進行複雜的設置、任何人都可以連上寬頻的“簡單設置”;(2)可以簡單安全地支付內容及服務使用費的“網路結算”;(3)在網路上可隨時簡單、安全地將不同設備連接起來的“即時連接”。另外還將研究與服務供應商及內容供應商之間的合作問題。


UOPF將進行相關技術標準的制定、相互連接驗證、促進在國內外的普及和聯合試驗、應用IPv6技術等。預計UOPF最初的標準將於2004年春季敲定,之後,將進行修改及增加標準的作業。如果一切順利,將於2004年秋季推出遵循新標準的網路服務及設備,並計劃在兩年後實現預定目標。


目前贊同UOPF的廠商包括:NTT通信、KDDI、三洋電機、夏普、索尼、索尼通信網路、東芝、Nifty、NEC、先鋒、日立製作所、松下電器、松下電工、三菱電機,其中NTT通信扮演著最主要的推手角色。NTT通信在UOPF成立的三天後,隨即公布了名為“m2m-x”的網路家電即插即用協定,可實現無論何時何地在經過認證的條件下把任何設備連接到互聯網上,並且這個設備可以與同樣經過認證的其他設備進行通信。


此外,贊同UOPF的多數製造商也同時參加了DHWG,因此,UOPF也有可能採用DHWG制定的標準。


結論

上述的標準規範組織雖然都以家庭網路為訴求,但各自的著力處卻有不同。從區域性來看,大致可分為歐美或日本兩大主導區域,其中DHWG以美國資訊大廠如英特爾、微軟為主要勢力,所著重的規範也在於數位內容在視聽家電與資訊設備間的共通性;OSGi也是歐美主導的規格,但如其名,它的重點在於內外網路傳輸標準的無障礙溝通,也就是建立一套開放服務的閘道器標準。


相較之下,EchoNet和UOPF都是由日本主導的標準組織,而日本確實也具有這樣的地位與實力。其中EchoNet定位在家電產品連網的設計規範上,近三年來已有不少的成功應用實蹟;最年輕的UOPF則打出「無所不在(Ubiquity)」與「開放平台」的動人口號,但可惜仍未端出確切的架構與作法。


標準的主導一向是產業龍頭汲汲營營的目標,因為這關係到龐大的市場收益。然而就更廣的面向來看,一個通達無礙的標準更是一個新興產業蓬勃發展的基石,尤其是在今日的網際網路平台上,開放更是成功的不二法門。因此,不論數位家庭網的願景多麼迷人,我們還是先期待各個規格組織放下私見,密切攜手合作吧。


延 伸 閱 讀

數位家庭白皮書(Digital Home Whitepaper)
愈來愈多消費者想透過視廳家電、行動設備或PC來收聽、收看數位內容,但他們不想受到設備或地點的限制。本文中說明了DHWG的定位、工作內容與發展規劃,企圖透過業界合作一步步達成數位家庭的願景。

網路家電、OSGi與LonWorks技術
想要引入家庭網路的概念與產品,有必要將服務的傳輸與應用與多樣性的內外部網路分開處理,才能有清楚的分層與設計分工。本文中除介紹了網路家電的設計要領,並對閘道層的OSGi及家電控制網路LonWorks規格做了介紹。
EchoNet標準介紹
本網頁對EchoNet標準的處理議題、規格範圍、發展進度及應用領域等做了簡明的介紹。

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在中國方面,2004年3月31日閃聯標準《資訊設備資源分享協調服務協定標準1.0版》正式提交到中國資訊產業部,此一同樣針對數位家庭網路所提出的行業標準,是否會與DHWG打起對台呢?

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