G.hn: ITU-T 标准将引爆居家有线网络的广大市场

驱动近年来电信服务供货商宽带存取网络快速成长的来源，就是那些需要超高速频宽的新一代因特网服务（例如高画质IPTV）。今天，服务供货商有许多可以运用的宽带存取技术，包括ADSL2+、VDSL2以及GPON等。

虽然这些可供运用的宽带存取技术拥有着高达1Gb/s（即1Gb/s）的速度，但也只能解决一部分的问题。对于服务供货商来说，次世代网络的另一项挑战就是该如何妥善处理用户家中的每一项装置（电视、个人计算机、机上盒等）的联机问题，以便消费者可以在家里的每一个角落享受到高速上网的种种乐趣。

为何不用以太网络和Wi-Fi无线局域网络
以太网络（Ethernet）这种联机技术虽然非常成熟，但其建置成本却较为昂贵，而且只有在全新的建置环境里，对于大众市场普遍存在的用户既有网络，才是考验着网络服务供货商的重点。即使是最新一代的平板电视，也都提供了以太网络的接口，但大部分的家庭都没有或只有一部分有以太网络线路。要安装新的基础建设需要大量的人力投入，不仅所费不赀，还要动辄打搅用户的生活。正因为如此，以太网络并非IPTV服务供应者所考虑的主要解决方案之一。

而对于无线网络技术802.11n来说，要透过这项技术来传递IPTV的服务已经具有纯熟表现的程度了。然而，要能同时在无线传输里，满足高画质（HD）影像以及其他家中的数据传输，则仍旧充满了一些技术挑战。在诸多常见的应用环境中，服务供货商得在类似家中骨干的有线网络以及无线传输之间取得平衡，以提供居家环境里各个娱乐节点（例如平板计算机与平板电视）的联机应用。

运用居家环境里既有的线路来连结IPTV
基于上述的种种原因，影像与数据传输服务的供货商希望能在用户家里既有的有线线路（例如家电所使用的电力线、有线电视的同轴电缆，或室内电话的电话线）中，找出可供使用的解决方案。面对这样的条件，服务供货商一般都是以当地最普遍的情形，来决定该用什么解决方案。举例来说，在北美地区的家庭里，最常见的居家联机线路乃是同轴电缆，但这种联机方式在欧洲却不普遍。这使得北美地区的服务供货商选择了同轴电缆（MoCA或HomePNA）来联机，而北美地区以外的市场则以电力线（HD-PLC、HomePlug或UPA）为依归。

图1 有线/无线的混合网络

时至今日，这些联机方式都只做出了部分成绩而已，毕竟是受到了许多技术限制与市场因素所影响。（根据研究机构iSuppli的预估，有线联网的出货埠数，在2009年只有将近三千万而已）
在这些联网技术里，最显著的限制就在于只透过单一种线路来连接（只用电力线或只用同轴电缆）。如果服务供货商要在客户家中安装一种以上的联机方式，则会需要一个以上的收发器（例如：芯片数量至少是一颗以上）。这么一来，将大幅增加系统的整体成本，而所使用的解决方案显然不适合于大多数的应用环境中。

这种作法还有一项限制，那就是技术之间存在着很大的差异（使用的调变机制、错误修正机制、信号封包方式、加密方式，以及不同的传输服务质量架构QoS architecture等）。对于硅芯片供货商来说，将很难透过单一芯片来同时支持这么多技术标准（即使是双模芯片，其所需要的晶粒面积会远比单模芯片大得多）。

与上述两大原因紧密相关的另一项限制，就是即使厂商开发出这样的芯片，但却无法达到经济规模。就算全球出货量在2009年达到三千万台，但单一技术项目却无法突破一千万台的关卡。量小的结果，使得制造与开发成本压不下来，这也让最终使用者所需负担的价格高不可攀。

这些原因都造就了厂商只能选择单一的有线居家联网技术，而且只能在某家规格开发业者或封闭的技术团体里打转，更无法让从业者有机会享受由多家技术提供者所联合推出的开放标准（唯一例外的应该只有HomePNA，该技术草案G.9954已经成为ITU-T的标准）。

有鉴于由单一规格开发业者所推出的技术，常会伴随着繁复的专利授权，而这样的不确定性可以避免，在由像ITU（国际电信联盟）这样知名的研发组织（SDO：Standard Development Organization）所推出的开放标准中，所有参与的成员都可享有的“合理且不受歧视”（RAND：Reasonable and Non-Discriminatory）的智慧财产权待遇。

ITU-T G.hn:开放标准取向
对于服务供货商的这些要求，也引爆出业界对于G.hn这种标准的期待，并使其成为真正适合于大众市场的居家联网技术。在名称上，G.hn是源自于英文里的“居家网络”（Home Network）（中文里有时也称为家用网络），而“Ｇ”的意思，则是代表了由ITU-T所发展出的“传输系统与媒介、数字系统与网络”这类型的技术标准系列家族。在G系列标准中，还有包括其他知名的标准，包括G.992.1（ADSL）、G.992.5（ADSL2+）、G.993.2（VDSL2），以及常见的音频编码译码器，像G.711与G.729等。

G.hn的设计初衷，就是要解决既有有线联网技术的问题，包括：
在单一PHY/DLL之下，享受多重线路连结：G.hn定义了通用的PHY（Physical Layer，实体层）以及DLL（Data Link Layer，数据链路层）架构，可以在包含电力线、电话线与同轴电缆在内的任何居家联机中运作。透过G.hn，要设计出能够在线路中运作的单一芯片，将不再是难事，因为所有的主要参数（调变方式、错误修正、加密、媒体存取控制等）都能通用于不同的实体媒介中。

降低系统/芯片设计负担：由于可以在单一芯片中同时提供多重联机功能，将可大幅提升设备供货商（不用再设计系统需要好几种芯片，成本大幅降低）与芯片开发商（不用再设计好几种芯片来满足不同市场区隔）的投入意愿，并且降低设计的负担。

经济规模：因为有足够的市场总量，使得被切割成不同区隔的市场将破镜重圆。用在同轴电缆联机地区的芯片也可以同样用在以电力线为依归的地区，这么一来，将创造出可以大幅降低制造成本的经济规模。

将硅知识产权IPR的不确定性降到最低：所有参与ITU标准开发的业者，都能享受到知识产权（IPR，Intellectual Property Rights）的福利。这样的“合理且不受歧视”的保证，将可以让过去由其他供货商所拥有的专利困扰不再重现，ITU的IPR程序跟其他国际标准组织（例如ISO与IEC）一样容易亲近。

次世代数据传输速率与可扩充性：在G.hn标准的规格中，其数据传输速率可高达1Gb/s。在技术上，已经取得了多种因素之间的平衡，诸如：电力消耗、芯片复杂度与性能表现等，并达成可交互运作的保证。举例来说，单厂商采用了最高传输速率1Gb/s的高级装置，而另一家从业者设计出的最高传输速率只有10Mb/s的低复杂度装置，两者之间仍可完全地互通。

这种具备了高扩充性，使得G.hn成为吸引业界目光的焦点，并满足各种应用需求，例如，电信导向的多房间高画质网络电视（multi-room HD IPTV）（所需频宽高达数百个单位的Mb/s），乃至于提升能源效率的智慧电网（所需传输速率只不过几个单位的Mb/s而已）等。

图1所呈现的是常见的有线/无线混合网络应用环境，透过新兴的G.hn标准，可以把包括IEEE 802.11n Wi-Fi在内的各种网络整合在一起。

G.hn:技术概要
在2010年6月通过的G.hn标准，是由两项各自独立的技术草案文件规格所组成：Recommendation G.9960（实体层）以及Recommendation G.9961（数据链路层）。

在G.9960以及G.9961中所具备的特性，详情可见表1。

导入崭新的ITU-T G.hn标准
在G.hn标准通过之后的这些日子以来，符合这项标准的新集成电路已经出现在市场上。其中一个代表产品，就是来自于Lantiq公司并已在2011年1月推出了的XWAY HNX100系列产品。

该系列产品中的芯片HNX176，提供了完整的G.hn标准建置，包括支持了所有实体媒介类型（电力线、电话线以及同轴电缆），以及支持所有频宽规划（25、50以及100MHz）。

除了G.hn的功能外，HNX176还提供了一连串高速传输接口，包含：10/100/1000 Ethernet PHY、RGMII与PCI express等，以确保应用装置能透过高性能的通信连结，并借此享受G.hn标准。

至于HNX176的目标应用范围，则至少有：网络转接装置、居家网关、机上盒（STB）、HDTV、PC、网络储存、有线无线桥接装置、分离式扬声系统（distributed speaker systems）等。

图2 电力线与Gb以太网络之间的转换装置

图3 混合电力线与Wi-Fi的桥接装置

图2所呈现的，就是G.hn电力线与Gb以太网络接口之间的转换装置应用范例，并由高度整合的HNX176解决方案，把内建的Gigabit PHY和芯片里的RAM整合在一起。图3则是混合电力线与Wi-Fi的桥接装置应用范例，该应用中可以透过HNX176把网络处理器和PCIe整合在一起，并大幅降低外接组件的数量。