关于数字家庭网络技术与发展概况研究

1 引言
　　数字技术的飞速发展不断催生着众多的数码产品，个人电脑、PDA、手机、数字电视、DVD、MP3、DV/DC等数字产品逐步进入普通生活中，与此同时，宽带通信与互联网的普及极大地促进了数字媒体内容的发展。而今，除了家电产品数字化的革新之外，构建一个宽带接入、内部互联、内容共享的家庭网络需求也日趋突显。
　　从1994年数字家庭概念的诞生，到今天数字家庭市场的正式启动；从“维纳斯”计划的推出，到UPnP 论坛、DLNA数字家庭组织的成立，历经十余年发展，数字化生活已步入真正的发展期，数字家庭网络离我们又近了一步。
2 数字家庭网络标准与国际组织
随着数字家庭网络梦想的逐步清晰，标准的问题随之而来。家庭网络连接的接口标准涉及到所有的信息设备，无论消费电子、计算机，还是通信领域都会受到这种接口标准的影响。
2.1 数字生活网络联盟（DLNA）
2003年6月，英特尔、飞利浦、IBM、惠普、微软和富士通等17家消费电子行业巨头成立“数字家庭工作组”（DHWG：Digital Home Work Group），共同研发在开放的行业标准基础上，建立一个具备协同工作能力的平台，从而使各厂商开发出能通过家中有线或无线的互联网络进行内容共享的数字家庭产品。DLNA得到了超过500家厂商的支持，尤其是传统PC厂商和消费电子厂家的大力支持。该标准组织主要是采纳成熟的业界标准作为自身的提案，这大大促进了标准的建设；2004上半年，DHWG的标准趋于完善，推出了HNV1互通性测试标准；2004下半年，DHWA更名为数字生活网络联盟（DLNA：Digital Living Network Alliance），将工作的重点由标准的建设，迁移到产品的互通性测试阶段。
2.2 开放业务网关OSGI标准

　OSGI（Open services Gateway initiative）于1999年3月成立，由IBM发起，现有成员40多个。最初，OSGi的目标是带有家庭自动化应用的住宅互联网网关，现在应用领域扩展到数字移动电话、汽车（BMW的X5系列）、信息通讯业务、嵌入式的电器、家庭网关、工业计算机台式计算机、高端服务器。
2．3 UPnP论坛
UPnP（Universal Plug and Play），即通用即插即用。UPnP论坛于1999年10月18日创建，该组织已经吸引了超过200个在消费电子、计算机、家庭自动化和安全、家电、计算机网络和移动设备等领域的顶级供应商的参与。迄今为止，很多国际组织，如DLNA，NMPR，IGRS已经宣布兼容UPnP的网络协议框架。
UPnP技术在IP（传输层）以上、应用层以下，所以与具体的物理接入手段和应用无关，为了拓展UPnP在家电控制、网络接入、自动控制、Wlan等领域的应用，相继成立了WLan Access Point，HAVC（White machine control），Internet Gateway，Device Security，QoS，Light Control，Scanner External Activities，Printer Device，Remote U/I等子工作组。
3 数字家庭网络关键技术研究
数字家庭网络是计算机、数字家电和移动信息终端通过有线或无线网络无缝协作，在家庭环境中共享数字媒体内容，并提供集成的话音、数据、多媒体应用，提供自动控制与远程管理等功能，达到信息在家庭内部网络的共享及与外部公网的充分流通和共享。
家庭网络并非如孤岛般独立存在，因此作为宽带网络接入在家庭内部的延伸，一个可运营可管理的数字家庭网络解决方案的成熟应用将建立在以下关键技术的基础之上。
3.1 家庭网络互联技术
家庭网络的互联主要指家庭中物理网络的构建，目前用于家庭的组网技术非常多，有线技术包括LAN，HomePNA，IEEE1394，USB、，电力线PLC等，无线技术包括802.11，UWB，蓝牙（BlueTooth）等。其中，主流组网技术的对比参考表1。
3.2 家庭数字版权保护DRM（Digital Right Management）
现在得到广泛应用的DRM系统，如Windows Media，XCP，SmartRight，OCCAM都采用严格的与终端捆绑的策略，也就是终端上必须运行DRM的播放软件，并且以密文的形式存储在家庭内部的媒体服务器上。但是，高昂的价格、严格的时间、播放次数的限制、繁多的媒体格式，都将导致家庭购买内容需求的下降。
数字家庭存在的基础和吸引用户的地方在于媒体资源的共享，CPSA推出的DTCP-IP较好地解决了这个问题。DTCP-IP理念的核心是，购买的内容的DRM保护，在家庭网络设备（如家庭网关HGW）上终结后，可以在家庭内部加密传输，从而实现媒体资源的共享。
3.3 数字家庭自助业务定制
一个家庭允许申请多个业务，而且支持多个业务能同时上网。一个家庭只有一个账号称之为父账号，所有业务的费用最后多归结于这个账号下进行统一计费；父账号下可以申请多个业务，称之为子账号，家庭父账号可订制个性化的业务属性和计费策略，以不同业务名进行区分，且业务名不能重复。
3.4 统一的多业务认证平台
数字家庭的业务使用需要进行两个阶段的认证，接入认证和业务认证。接入认证和业务认证是两套不同的认证体系，都是基于用户开户，获取一个用户名/密码。现有的数字家庭的业务平台在如下方面可以得到优化和改进：
（1）接入认证和业务认证都是基于用户名/密码，需要预先开户、对最终用户来说、不安全、不方便；
（2）目前业务认证阶段是HTTP方式、业务名和密码都是明文的，十分不安全；
（3）现阶段方案中，计费目前是按照包月实现的，不能对用户提供实时点播，实时扣费的功能；
（4）统一的SIM接入业务认证平台（AS）可以融合接入认证和业务认证。
3.5 安全技术
通过家庭网关可为家庭网络提供一个全面的网络安全解决方案，包括用户验证、授权、数据保护等。家庭网关所采用的安全技术包括：多SSID和VLAN、802.1X认证、WEP和WPA、备份中心、AAA、CA技术、包过滤技术、地址转换、VPN技术、加密与密钥交换技术、ASPF、安全管理等。
（1）多SSID和VLAN技术
无线家庭网关可以通过802.11X进行家庭内部组网，家庭网关支持多SSID可以实现虚拟AP功能。不同的SSID可以采用不同的认证方式及访问权限，也可映射为不同的VLAN，实现公共热点与家庭内部网之间的网络隔离（2）802.1x认证
802.1X认证可以实现双向认证、动态密钥管理等安全特性。IEEE 802.1x是一种基于端口的认证方法，它为每个端口（物理端口/逻辑端口） 都定义了一个受控子端口和一个非受控子端口。非受控子端口主要用于认证消息包，而受控子端口在认证成功之前是关闭的，只有在认证成功之后才完全打开，用户从而可以进行正常的通信。802.1x解决的是用户与网络之间的鉴别机制问题，另外802.1x还定义了一套动态密钥协商管理机制，支持无线口组播和单播密钥的动态协商。802.1x具体认证协议由EAP方法决定，其体系结构非常灵活，EAP-TTLS，EAP-SIM，EAP-AKA，PEAP等EAP方法支持双向鉴权、用户账号信息匿名传输、动态密钥协商管理等机制。EAP-MD5等认证方式支持单向鉴权认证。

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