家庭網路概念的出現有其脈絡,最初是美國開放民間使用Internet,一時間ISP商林立,之後1997年Low-Cost PC興起,甚至出現Free PC,如此居家開始有2部以上的PC(愈來愈多家庭成員爭相上網,過往1戶1部PC不敷使用),然PC週邊(如掃描器、印表機)因使用率較低而不需要2套,因而有了「在家庭內建構網路,使2部PC間有更高的資源分享,包括檔案分享、列印分享、頻寬分享等」的概念。
要建構家庭網路,最直接作法是取用已普遍用於企業的Ethernet,然多數家庭的建築設計未埋設Ethernet線路,且Ethernet的佈建對家庭成員而言過於技術性,須瞭解Hub/Switch連接拓樸、IP配置概念等,因此業界認為應另行提出家用網路,目標是盡可能沿用家庭原有的線路建設,並盡可能減少技術性設定工作。
《圖一 HomePNA 3.1版連線示意圖,圖中綠線為建築隔間,紅線為電話線,黑色為同軸電纜線。》 - BigPic:883x507
資料來源:HomePNA.org
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家用網路 漫長摸索路
針對此第一提出的是HomePNA,即利用家庭原有埋設的電話線做為家用網路,只要家中壁內的電話線互有連通,如此將客廳PC接上電話孔,另將臥房PC也接上電話孔,如此2部PC即完成連網並共享資源,整體連線中不需要Hub/Switch。
HomePNA 1.0可連接25個居家裝置,總體連線最長150m,但速率過低,僅1Mbps,之後2.0將速率提升至10Mbps,線路長度延伸至300m,達到更實用。不過,由於平均每戶家庭僅有2.2個電話孔,孔數過少的結果使HomePNA推行未如預期,HomePNA 3.0將速率再提升,並不再限定使用電話線,亦可使用同軸電纜線,然截至目前為止推行成效仍有其限。
在電話線網路推行不力後,業界轉希望用家用電源線來充當網路,事實上業界之所以優先推行電話線,在於一般建築中,電話線路採各層各戶的發散式配接。各戶線路獨立,此有助於傳輸安全性,而電源線則經常同樓層中跨戶佈設,倘若傳輸未加密,將有傳輸內容遭攔竊的疑慮。
由於家用網路初期的速率低,不適合再行加密(資料加密將耗佔頻寬),然隨著速率的提升,電源線家用網路逐漸可行,因而業界轉力推HomePlug標準。
然而,HomePlug推行亦不如預期,原因之一在於未消除地域性標準,HomePlug以美國業者為多,然日本業者則主張推行其聯合訂立的HD-PLC,歐洲則力推UPA,三者均為家用電源線網路,如此稀釋了推行能量。
進一步的,亦有業者聯合推行以家用同軸纜線(多用於傳遞有線電視視訊)為主的家用網路,業者以同軸纜線的高傳輸量特性為其優勢,雖然同軸纜線的家庭普遍性更低,多僅有客廳與主臥房才具備同軸纜線孔,然業者只訴求同軸纜線為居家網路的骨幹,末梢仍透過轉接裝置,轉化成其他更便於使用的有線/無線連接(如藍牙、Wi-Fi、Ethernet、或影音線路)。
然很明顯的,MoCA的主張與HomePNA 3.0後的主張有所重疊,且技術標準不相容,兩者日後必有番較勁。
《圖二 HomePlug連線示意圖,透過各房間內的電源插座,可連接各類影音週邊、家電。》 - BigPic:931x557
資料來源:HomePlug.org
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DLNA試圖消弭內容孤島
若說各類家庭網路是為了消弭資訊、資料孤島,使PC間可共享資料、週邊、頻寬,那麼DLNA則是為消弭媒體、內容孤島而制定。原因是家中有愈來愈多裝置具有數位內容(照片、音樂、影片)的儲存、播放能力,但裝置間卻難以平順共享、傳遞內容。
以情境為例,某人自網路下載一段影片,影片為720p解析度24位元色深,須自行用工具軟體轉換成320 x 480解析度、18位元色深,才能放入Apple iPhone(或PMP)內攜出觀看。另外,運用臥房PC下載的網路音樂、影片,也無法傳遞到客廳的TV上觀賞聆聽,PC與TV間如孤島般毫無聯繫。
簡言之,存於各裝置內的數位內容,須以全程人工、手動的技術性轉傳、技術性轉檔等程序,才能轉移至另一裝置內播放,無法如一般消費電子、一般影音家電般,按按遙控器即可達到所要目的。
所以,DLNA期望所有裝置於設計時即能依據其定義、規範,如此裝置間便可直接、平順地傳遞照片、音樂、影片,大解析度的內容傳輸至小裝置前,會自動轉換成小裝置合適的播放格式,不需人工轉換。同時,過往「一定要將內容傳遞至另一裝置後,才能於另一裝置播放內容的概念」也就此打破,依據DLNA作法,A裝置命令B裝置,將B裝置內的內容即時傳輸給A裝置,再由A裝置進行播放。
進一步的,也可以由A裝置充當遙控器,遙控B裝置將內容傳遞給C裝置,且相同的,內容的轉移、複製均自行於無形中完成格式轉換,不再需要使用者操煩、介入。另外除傳遞、轉換、播放外,若裝置為印表機亦可進行內容列印,若裝置為電視、攝影機、數位相機等亦可進行內容錄製。
從某種角度而言,DLNA是多贏局面,消費者付費購買媒體內容後,多數授權合約均允許使用者將內容轉換成他種格式或傳遞至其他裝置上,使內容更便於使用。而內容能更容易地於各裝置間平順轉移、傳遞,如此對內容發行商而言將擁有更大的潛在銷售機會,對裝置的硬體製造商而言,也因裝置有更多可用的內容而增加產品出貨量。
《圖三 MoCA連線示意圖,骨幹部份運用同軸電纜線連接,並可直接連至視訊機頂盒、媒體中心等家庭固接影音裝置,而可攜式裝置方面可用Wi-Fi無線存取點進行存取通訊。》 - BigPic:878x510
資料來源:MoCAAlliance.org
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DLNA規範發展歷程
理解DLNA立意概念後,進一步是其技術實現方式。平實而言,DLNA不需再行創立任何新資通訊技術,以現有標準進行更嚴謹、共識的規範定義即可達到目的。因此DLNA在有線網路上使用Ethernet的IEEE 802.3標準,在無線網路上使用Wi-Fi的IEEE 802.11標準,協定即使用IPv4、HTTP 1.0/1.1,更上層的裝置偵測控管協定則用UPnP、UPnP AV。媒體格式方面,照片採JPEG,音樂採LPCM,影片則採MPEG-2。
在具體規範上,DLNA於2004年6月提出1.0版,當時僅定義2種裝置角色,一為數位內容的服務提供者(DMS),另一是數位內容的取用播放者(DMP)。之後2006年3月提出的1.5版再增10種角色,如控制者、列印者、上傳者、下載者等,同時將角色類群從原有1.0的僅「家用網路裝置」一類,再增加「行動可攜裝置」、「家用互通裝置」等,形成3大類裝置、12種裝置角色。
《圖四 DLNA各層通訊均直接取用現有資訊業界的最普遍性標準,如IPv4、HTTP、UPnP等。》
資料來源:DLNA.org
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DLNA的新強化方向
DLNA規範看似已完備,然實際上仍有諸多細節待強化,其中以防拷的數位版權管理(DRM)最迫切,此成了DLNA工作小組於2007年後的重要制訂課題。此外,DRM主要在於確立某已授權內容是否允許拷貝至其他裝置上,在權限允許後,於拷貝過程中也須有內容保護機制(Content Protect、Link Protect),防止有心人士於傳輸中截竊內容。
進一步的,DLNA原所訂立的媒體格式也稍嫌老舊(MPEG-2),DLNA工作小組正考慮將MPEG-4 AVC(亦稱H.264)列入新視訊標準,另外在傳輸技術上,雖然Ethernet與Wi-Fi最普及亦最標準,然其他通訊亦日漸普遍,DLNA小組即在後續版本中將藍牙傳輸列入正式標準中。
更重要的,DLNA允許媒體內容不需要完整傳輸至另一裝置後才能播放,而是可邊傳遞、邊播放的串流播放,然串流播放的缺點在於頻寬不穩定時即會產生播放延遲,影響觀賞使用體驗。因此強化頻寬流量管理(QoS)也成了新規範的制定重點。
雖然DLNA仍有諸多細節待強化,但小組的共同默契是放慢新功效的制訂腳步,而將較多心力轉移到標準、規範的推行,理由在於:若未能有更多業者、裝置支援DLNA,則持續強化的DLNA標準將增加支援難度,日後將更難增加支援業者與裝置數。因此除1.0、1.5版外,短期內版本不會有太大改變。
《圖五 DNLA 1.0/1.5版訂立的裝置角色及類別。》 - BigPic:938x420
資料來源:DLNA.org
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結語
往未來看,家用網路仍會持續是「人人有機會,個個無把握」的局面,無論是HomePNA、HomePlug、MoCA等,均未明顯成為主流,家用網路的大宗依然是需額外佈線的Ethernet或不需佈線的Wi-Fi。且在資通訊網路外,家用監控網路(屬家用的WSN無線感測器網路)亦同樣是各聯盟相互抗爭,如ZigBee聯盟與Z-Wave聯盟均在爭取主流地位。
類似的,隨著高清晰度視訊的逐漸普及,業者也提出各種以無線技術傳遞高清晰度視訊的標準,如WirelessHD、Wireless HDMI、WHDI等,此稱為無線視訊區域網路(WVAN),亦是家用網路應用的另一爭端。
不僅家用底層網路未定,網路上層應用亦持續發展演進,DLNA僅為數位媒體內容的分享、轉移標準,而在此之外,有愈來愈多的連網裝置支援Widget,使裝置可訂閱網路上定期更新的資訊內容,如新聞、天氣預報、股價、航班、賽事比數等,然Widget的服務業者及其呼用介面尚需更進一步的一致性標準,標準化後連網裝置才能呼應支援,此均是家庭網路未來有待持續努力、精進的方向。