家庭网路的定义在于连接「家庭规模」范围内的所有网路与控制设备，以达到通讯、资讯互享、娱乐与控制和保全的目的，如图一所示。从早期以控制和保全为诉求的出发点，建立起低速率的资料传输通道，例如以X-10为标准的电力线网路技术，可控制家庭电气设备的操作，甚至专业保全公司为客户装设的保全设备，遇到状况时（Alarm），亦会透过低速率Modem回报控管中心；到现在因人们习于使用网际网路分享资讯，家庭网路扮演资讯互享的提供者，我们可随时随地透过家庭网路交换资讯，就如同我们处在企业内部的LAN一般；未来趋势的预测，则如同宽频网际网路的趋势一般，在网路架构建立与频宽资源充足后，多媒体通讯与娱乐将会是各种网路上的明日之星。

《图一 家庭网络的应用》 数据源：Cahners In-Stat Group

家用闸道器这个名词在这两年，随着宽频网际网路的快速建置与普及，以及后PC时代IA产品的问世，而渐渐在网路通讯与数位娱乐领域为人所引用。标榜各式各样功能的家用闸道器，也逐渐在市场上出现。但是何谓家用闸道器？目前并无统一的定义，我们可从功能面与产品的演进，来一窥究竟。以功能来定位家用闸道器，是站在宽频网际网路与家庭网路之间，扮演桥梁与出入口的角色，如图二所示。

《图二 家用网关的定位》 数据源：Microsoft

从产品演进来看，家用闸道器的由来可大致区分为二。其一来自所谓的网路通讯产品，先从Broadband Modem（ADSL与Cable Modem为例）来分析，一开始虽然有各式各样的产品型态（PCI、Ethernet与USB界面），但都是单纯的宽频接取（Broadband Access）功能。接着，加入NAT Router的Feature后，​​就已经在用户端拉出一个以Ethernet为主的网路。然后Wireless、HomePNA与HomePlug等Home Network上的标准就可继续结合进来。若再考虑Firewall与VPN等Security的考量，就可称之为家用闸道器了。同样地，若从NAT Router制造商的观点来看，NAT Router加上Broadband Modem的模组后，也是殊途同归地往家用闸道器的产品开发。

其二是从数位机上盒（Set-Top Box；STB）所演进而来的。何谓数位机上盒呢？其实很难用三言两语定义清楚。其外型千篇一律为正方形的盒子，前端面板为一些显示灯号、功能键、红外线接收器或IC卡槽，背板则为一些相关的网路接头（如电话、轴缆、乙太等网路）、电源、音/视讯接头（如AV端子及S-Video端子）、电脑连接介面（IEEE 1394、RS-232或USB）等。它原本设计仅为单向的视讯接收或定址解码功能，现今则朝向双向多媒体网路通讯的应用发展。总而言之，STB将所收到的信号加以转换或处理后，再送到电脑或一些家电产品上储存或显示。而使用者亦可透过STB将控制或资料上传给服务供应者（Service Providers），以达到互动（Interactivity）的双向服务。如(图三)所示，其中的「宽频网路」除了我们熟知的宽频网际网路外，亦包括数位广播网路；而在未来更可整合IAD（Integrated Access Device）或RG（Residential Gateway）的功能，并达到家庭网路（Home Networking）的服务。

《图三 数字机顶盒》

网路通讯应该是无所不在的，Anywhere、Anytime and Anyone都可无拘无束的随时上网。过去这几年，研发人员已成功地布建宽频网路的设备与架构，网路架构一直延伸到所谓的Last Mile（Home Networking的范围），现阶段则致力于要把Final Mile串接起来，这时就必需要家用闸道器的帮忙。而最近几年多媒体的应用，则是一个考量的重点。

新兴家庭多媒体的技术介绍

家庭多媒体技术的OSGI（Open Services Gateway initiative），是家庭网路上的多媒体应用技术，并以MOD/VOD/KOD、网路远端监控、互动电视、远距教学、视讯电话/会议等为主。

上述的多媒体应用，在实现上所需的多媒体技术可大略分为多媒体信号处理与编码（指压缩与解压缩）两部分。多媒体信号处理技术包括电脑视觉（Computer Vision）、多媒体判别（如Pattern and Speech Recognition）、多媒体合成（如Video and Speech Synthesis）与多媒体资料搜寻等。可用于其上应用的Human Recognition、Interactive TV、Multimedia Search等功能的呈现。在本文中笔者将讨论的范围锁定于多媒体编码技术与家庭网路结合的讨论，所以我们将谈到MPEG-4的编码标准与Multimedia Streaming的技术。

MPEG-4编码标准与技术

MPEG-4视讯压缩技术是由国际标准组织（ISO/IEC）底下的委员会MPEG（Moving Picture Experts Group）所制定；该委员会成立于1988年并制定过曾荣获艾美奖（Emmy Award）的MPEG- 1及MPEG-2标准，并成功应用于VCD、MP3、DVD、DTV及HDTV等相关产业，造就电脑与消费性多媒体产业近年来的快速发展。

MPEG-4标准一路走来，各种未来应用也一一浮现，综观MPEG-4技术的卓越性，颇有在多媒体通讯与储存方面的产品应用，准备一统江湖的味道，尤其是Video部分。其应用可以分为下面几大类：

频宽对称式多媒体通讯

如视讯电话/会议，尤其结合3G Mobile Network的多媒体通讯，将是改变人类未来生活的应用。它使用了MPEG-4高压缩率、可变resolution、适应性位元率及容错性编码技术的特点，在3G这种error prone的环境上实现视讯通讯，达到人类渴望已久的视讯电话/会议，也为3G的服务供应商寻求加值的服务。

用于辅助通讯的多媒体讯息传递

此种应用是从E-Mail及二代行动通讯的SMS（Short Messaging Service）演进而来，如多媒体讯息简讯（Multimedia Messaging Service；MMS）等，这也将会是第一个与MPEG-4相关的大量且商业化应用。

频宽非对称式多媒体传输与娱乐

如远端监控、远距教学或随选多媒体（Multimedia On Demand；MOD）。对日益普及的宽频网路，提供多元化的服务。除了应用细微式可调适性编码技术，以设计对付Internet变动频宽的环境外，也利用物件型态编码及合成影像的压缩，将高阶互动功能与特殊效果加进此类服务中。

使用于储存装置

如数位相机/数位摄录影机或其他光碟储存设备的需求。此种应用会强调于低成本的高压缩比与储存和延长使用时间与降低耗电量，当然低价、小尺寸与容易整合都是要考虑的问题；所以此类应用会以硬体，甚至SoC的型态出现。

大众广播系统

透过现有广播网路或网际网路的数位电视，并可有互动功能，以达到真正的T-Commerce。其中最典型的产品就是我们常听到的MPEG-4 STB（Set-Top Box），利用MPEG-4的高压缩率，以求有限广播频道的再扩增，同时，如同第三项的应用一般，也利用物件型态编码及合成影像的压缩，将高阶互动功能与特殊效果加进此类服务中。而以IP（Internet Protocol）为主要执行平台的MPEG-4 system技术，更可以将所有目前的网路服务与视讯广播服务整合在一起。

多媒体串流技术现况

以市场应用面来看，串流媒体（Streaming Medium）随着积体电路及宽频有线/无线网路技术的发展，将成为IT与多媒体产业的下一步。各种多媒体资讯传输的维持度提高，将视讯、动画、音效，甚至3D物件引入网路世界来传播。而上网装置也将成就于所谓的IA device，随时随地可连上网路获取丰富的资讯，提供"远距离即时互动多媒体"的功能。其产业的关联性不仅止于多媒体资讯的传输，更能与以MPEG-7标准为主流的多媒体搜寻技术相结合，建立起一个以网际网路为基础的无地域性资料库。

串流媒体早是由RealNetworks从1995年先开始的，而微软及Apple都是较晚才进入这个市场，三大公司（Big Three）并没有使用一致的标准。由于微软的进入，串流媒体的市场进入战国时代，该公司的免费策略（encoder、stream server及SDK都是免费），的确快速占领一片市场，至于Apple的QuickTime目前也是免费。这些将多媒体串流的技术应用于家用闸道器的概念，形成了一个家庭媒体中心的架构。

在2002年的CES Show上，就有此类概念产品的展出。 Moxi在EchoStar的展区推出Moxi Home Media Center，此架构就是利用一台家用闸道器，搭配一些所谓的Light Client。家用闸道器其实就是一台Digital Hub，它拥有WAN 界面、Hard Disk/DVD ROM、Home Network界面、近端家电界面与多媒体解码播放等。利用Home Network界面，可与Light Client沟通，并可从WAN或是Digital Hub内部Hard Disk/DVD ROM所有的影音多媒体传至Light Client。

《图四 家庭媒体中心的概念架构》

Home Gateway与多媒体技术的整合要点

近年来，一些国内外的学界都在研究多媒体与网路整合的问题。这方面的研究称之为Networked Multimedia，其本质在于如何让多媒体讯息很顺畅、即时的透过网路播放给使用者

应用层的网路控制

。新一代多媒体讯息编码技术与标准（如MPEG-4）的使用，使得编码过的内容更小（如MPEG-4 AVC）、更易于串流。再配合一些错误回复/隐藏工具的实现，会使多媒体讯息对传输过程的抗杂度提高。同时依赖应用层所监控到的网路流量统计，在传送与接收者之间做出反应，并利用Rate control/shaping的机制，达到不需下层网路配合（application aware QoS），就可拥有某种程度的QoS功能。

多媒体传送的网路架构与管理

CDN（Content Delivery Network）、Proxy与Load Balance的技术，也是常用于处理多媒体串流的方式；利用网路建构与管理，让多媒体资料能以最佳频宽在网路上传送。此种方式较适合ISP的营运模式，运用在家庭网路的环境是不需要的。

现有网路设备的穿透（Traversal）

在网际网路的布置上，某些网路设备，如NAT或Firewall，可能会阻挡多媒体讯息的连线；所以在此，我们将讨论多媒体讯息与NAT/Firewall这类型网路设备共存的相关技术问题。 NAT近年来的普遍性，随着宽频路由器的普及而大增，其主要目的在于扩充可用IP Address、较有弹性设计可用IP范围、避免全球IP Address的耗尽、隐藏自身IP Address以减少被攻击的机会等。 Firewall主要功能则在提供内部上网机器的保护与过滤封包以控管有限的网路资源。这两种设备随着网路的无所不在，也渐渐普及于各个网路接取点。

在家用闸道器的设计上，NAT与Firewall的功能是必要的。而且其成本也一直在下降中。要让闸道器两边的多媒体讯息服务能顺利通过NAT/Firewall有下列几种方式：

ALG（Application Level Gateway）

此软体元件是架设于NAT/Firewall之上，利用处理相关协定（如H.323的H.245或RTSP）的内容时与NAT/Firewall沟通，让接下来的Audio Connection能顺利通过。此法让NAT/Firewall适时检视Layer 4以上的封包，并做出正确的反应，可确实解决问题，但每个NAT/Firewall都必须实现ALG，且每一种应用都必须需有特定的ALG来处理，提高NAT/Firewall的产品复杂度。

《图五 ALG与VPN的实现》 数据源：Ridgeway

VPN型式

以VPN的型式，来达到穿过NAT/Firewall的目的，这种方法亦有布建的趋势。若广义地看ISP布建Network based VPN，以提供企业不同Branch sites之间Intranet的通讯服务（Data and VoIP），则企业本身不需考量NAT/Firewall issues；但要是从CPE based VPN的角度来看，则可完全提供点对点的VPN服务。如图五所示，利用VPN来穿透NAT/Firewall，但所有在此PC上的应用都可以使用此VPN Tunnel；假如NAT/Firewall外的PC被攻击成功，那么也会影响到NAT/Firewall内的安全，同时NAT/Firewall开给VPN的特定Port也需再加以保护，以免被攻击。

Proxy based形式

另一种常见的方式就是Proxy based形式。将特殊应用（Real Player、QuickTime Player、H.323、SIP、MGCP等）相对应的Proxy位置放在Firewall的DMZ，当遇到相对应的应用时，Proxy就会起来工作，让资料顺利通过。此种方式的缺点在于Proxy必须是应用附属，且所有的资料流量都会到Proxy去，并会形成瓶颈（bottleneck）。

以上各种方式都各有利弊，端看布建家庭网路环境者的考量点。

结论

家庭网路的发展，实依赖宽频网际网路的成熟，宽频接取服务更是重要的催化剂。而其中的家用闸道器，将会是全球网路设备商下一阶段的目标；不过多媒体的应用在此是扮演何种角色？影响的因素有那些？笔者认为还是要从下列诸点观察：

延 伸 阅 读

现在有越来越多用户利用虚拟私有网路（VPNs）来传输一些重要、敏感的资料，因为VPN可 以安全地连结一处以上的远端位置，而且成本低廉。 VPN目前有二大主要用途。第一，用VPN来替代昂贵的E1、T1专线，以连接二地办公室。第二，透过电脑终端与办公室连线的电子通勤者也利用VPN来连 线工作，就好像是连接到区域网路（LAN）一样；本文将对VPN有一番深层的介绍，相关介绍请见「Home Gateway家用闸道器 VPN软硬体技术建构要点」一文。 MPEG-7是一个以XML为语法的多媒体内容资料标准，用于描述多媒体内容的特征，并提供可用的最全面视听内容描述工具。这些描述工具基于视听内容的目录(题名、作者、版权)、语义(关于物件和事件的人物、时间、地点及动作资讯)、结构(图像的颜色资料或所录制歌曲的音质资讯)等诸多特征。本网页中有有详尽之定义介绍，你可在「MPEG-7标准详细定义」一文中得到进一步的介绍。 近年来，各种网路与通讯技术的高度发展，使得人与人之间的沟通更加顺畅，而宽频环境的日渐成熟，也促使各种高频宽需求的应用更加蓬勃发展，然而这些应用的地点己不再局限是工作或公众场所，而是消费性市场的大本营：家庭；在家庭网路的应用中，Home Gateway家用闸道器就是扮演内外环境桥梁的关键角色，在「后PC时代杀手级应用产品现身！」一文为你做了相关的评析。

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