目前智能電視、手機等終端裝置的使用量逐年增加，各種網絡技術在家中可說隨處可見。透過家庭中的無線網絡，在家中將可以更輕松地在自己喜歡的位置使用各種上網裝置；有線網絡則提供了更高的帶寬（Bandwidth）以及質量，甚至是透過家中的插座，都可以利用電力線隨時隨地使用網絡。

　　上述這些網絡技術大眾并不陌生，在現今生活也都廣泛地被使用，因此也促使電子電機學會（IEEE）開始訂定融合這些不同標準的網絡技術標準——IEEE 1905.1a.

　　本篇文章將從IEEE針對家庭異構網絡融合技術的技術層面開始介紹，亦即IEEE 1905.1a標準架構論述、IEEE 1905.1與IEEE 1905.1a的差異性，并藉由技術面的概述，進而探討家庭異構網絡的發展、應用層面，以及智能家庭異構網絡普及之后所面臨的挑戰。

　　IEEE 1905.1a標準架構論述

　　IEEE 1905.1a主要針對傳統的數據連接層（Data-link Layer）擴增定義抽象層（Abstraction Layer）的概念，存在于物理層（Physical Layer）與網絡層（Network Layer）之間，同時也可以稱做虛擬媒介訪問控制層（Virtual MAC Layer），如圖1所示；以下將之簡稱為1905 AL（1905 Abstract Layer）。

　　圖1虛擬媒介訪問控制層

　　以圖2抽像層模型來看，介于上層（LLC）與下層（MAC）之間的灰色區塊即是1905 AL，1905 AL融合了不同網絡技術，從LLC往下層看，可以透過1905 AL MAC address來識別，亦即利用AL MAC address識別一個1905的裝置（以及此裝置是否為1905裝置）。

　　圖2抽象層模型（數據源：IEEE Std 1905.1a 2014 ）

　　而從MAC/物理層（PHY）往上層看，1905 AL底層包含了不同網絡技術的MAC address，其主要利用1905 Interface SAP與底下各個不同網絡技術介接（如IEEE 802.1、IEEE 802.11、IEEE 1901、MoCA等），在1905.1a的標準規格中，并沒有要求修改底層的網絡技術，因此不須要改變任何底層網絡技術的行為或是實作方式，也可以與舊有的通訊標準兼容。

　　在1905的裝置和裝置之間，則是傳送控制信息數據單元（Control Message Data Unit， CMDU）來交換信息，1905 CMDU可以依據1905協議中不同的信息類型（例如Topology Discovery Message、Topology Notification Message、Topology Query Message、Topology Response Message、Link Metric Query Message、Link Metric Response Message等），將信息包在TLV（Type Length Value）中做傳送。在信息轉送（Forwarding）的功能上，IEEE 1905.1a規格本身并無特別訂定Forwarding Entity的行為，而是使用IEEE 802.1 bridge實現。

　　透過1905 CMDU的交換，可以讓1905裝置透過群播（Multicast）的方式建立家庭網絡的網絡拓撲（Network Topology），以及通知網絡拓撲的改變（如有新的網絡裝置增加，或是既有的網絡裝置脫機），也可以進一步利用單一傳播（Unicast）方式詢問鄰近1905裝置的狀態（例如鄰近1905裝置底下有幾個網絡接口、網絡接口的類型等信息），也包含了底層彼此相連的網絡接口鏈接狀態（Link State），如遺失封包的數量、傳輸封包的數量等。

　　IEEE 1905.1a藉通用物理層技術實現異構網絡整合

　　IEEE 1905.1a工作小組于2013年發行第一版后，隨即開始討論1905.1a修正版，期間開放且接受各方的請求，最后于2014年底發行IEEE 1905.1a正式版，最主要是制定一通用信息藉以支持額外的MAC/PHY異構接口，例如ITU-T G.hn和G.hnem、HD-PLC 3 inside、HomePlug AV2、IEEE 1901.2 Narrow band PLC、HomePNA、MoCA 2.0、ZigBee、藍牙（Bluetooth）與其他未在IEEE 1905.1中定義的網絡傳輸技術標準，同時提高此整合機制的可用性。以下就IEEE 1905.1a新增加的CMDU，分成上層信息交換、能源管理、通用物理層支持等三大類進行說明。

　　上層信息交換

　　上層信息請求（Higher Layer Query Message）與上層信息響應（Higher Layer Response Message），用以交換上層信息，包含1905 AL MAC地址、信息版本、裝置識別信息、設定與控制接口之URL、裝置對應的IP地址等。透過上層信息的交換，預期將使IEEE 1905.1a具有更好的網絡環境調適能力，并且使整個整合網絡環境在運作上更具有效率。

　　能源管理

　　透過1905裝置之間交換的能源狀態消息（Interface Power Change Information TLV/Interface Power Change Status TLV），讓彼此可以透過單一傳播達的方式，也就是利用請求（Request）、響應（Response），達到節能省電的目的，例如透過Interface Power Change Information可以要求鄰近裝置幾種使用能源的狀態，如關閉電源（PWR_OFF）、啟動電源（PWR_ON）、省電狀態（PWR_SAVE）。當鄰近裝置接收到請求時，也會針對目前狀態做幾種響應，如狀態改變完成（Request Completed）、狀態不須要做任何調整（No Change Made）等。

　　通用物理層支持

　　包含通用物理層查詢/回復（Generic Phy Query/Response Message）、網絡拓撲探索（Topology Discovery）等控制信息。現行網通技術多樣，可根據應用需求與布建環境選擇不同的通訊技術，面對如此多樣化的網絡環境與應用場景，IEEE 1905.1a提供了通用物理層的概念，此舉將使各種不同的網通技術得以交換物理層信息、進行拓撲探索，達到能彈性整合不同網絡技術的目的。

　　智能家庭異構網絡趨勢成形

　　智能家庭異構網絡的發展，主要基于各種不同家庭網絡技術之整合應用，例如以自動化系統控制各項家用設備，提供智能互動、保全監控、環保節能、居家照護、云端存取、高速影音串流等等提高生活質量的應用。

　　隨著此趨勢之發展，各種家電用品紛紛加入聯網功能，使家電變得更智能且人性化。視聽娛樂設備如智能電視，更可藉由因特網的豐富信息與寬帶網絡的普及，帶來更繽紛的使用體驗，滿足使用者的多樣化需求，而成為近年聯網裝置的熱門產品。同時，居家環境的網絡取用方便性，也可以讓親友之間的通訊變得更加便利，拉近人與人之間的距離。

　　而在未來智能家電大量應用于智慧家庭的環境中，會有許多智慧互動空間，包含客廳、書房、廚房、臥室，甚至是庭園等等的智慧環境。異構網絡整合扮演了相當重要的角色，方便且有效率地整合不同設備、通訊方式，勢必成為未來發展趨勢。

　　想象一下走進未來智慧家庭的場景，透過感測網絡技術，一進門會有互動玄關歡迎住戶回家，同時根據時間與習慣，開啟居家空間的燈光、空調，甚至是熱水器等。走進客廳，可能會有可與行動裝置整合的智能電視甚至是智能玻璃面板，整合多樣服務，使用者除了可以享有喜歡的數字內容、透過體感互動滿足人對于身心靈健康上的追求，也能實時控制家中各種裝置、不漏接小區信息，掌握生活信息。書房則有觸控書桌、電子畫布、電子白板等等工作、學習用設備；廚房有智能型冰箱、可于因特網搜尋食譜做為調理參考的智能型調理工具等等。

　　針對更多不同需求的應用，如居家照護需要的生命征象傳感器、空氣質量/溫濕度傳感器等，或是關系整個家庭空間安全的設備，如瓦斯偵測/遮斷器、煙霧偵測器、警報按鈕、紅外線或超音波入侵檢測等。這些機制都有助保障生命財產安全。

　　而能源也是近來大家所關注的焦點，透過智能家庭網絡，各項家電的用電狀況以及用電比例將透過一管理機制進行監控分析，參考過去的使用的數據，設定適合的電力使用目標值，讓家中電力消耗更具效率，輕松節約用電，主動省下不必要的浪費。上述這些都是現在與未來的發展趨勢，導入智能家庭網絡之概念，對于生活質量將可以大幅度地提升。

　　應用設定/網絡管理成智慧家庭發展兩大挑戰

　　居家空間多樣、可能存在特殊環境與需求等特性，帶來多變與廣泛的網絡環境需求。從傳統的有線以太網絡（Ethernet）、無線局域網絡（Wi-Fi），到ITU-T G.hn、MoCA 2.0、Homeplug 2.0、IEEE 802.15.4（ZigBee）、802.ah（Sub 1GHz）等等，皆在家庭網絡解決方案中角逐一席之地。對于新推出的不同網絡技術之融合（Convergence）、整合機制，所面臨的挑戰大致上可分為建置的方便性、運作的穩定性等兩個方面討論。

　　面對眾多的傳輸技術，在理想的狀況下，消費者可根據不同應用層面、空間規劃等需求，選擇最適合的布建方式與傳輸技術，建立心目中理想的智能居家網絡。然而眾多聯網技術標準構成的選擇難度及實施障礙，將會降低消費者建構完整智慧家庭環境的意愿。

　　智慧家庭網通產品之消費者，不一定為具備足夠知識背景的專業人士。有鑒于此，簡化設定程序、自動化設定、按鈕配對、通用即插即用（UPnP）等設計也陸續導入新的產品中。降低布建技術門坎也有利于家庭網絡、智慧家庭應用與相關系統之推廣，且也能降低無形的推廣成本；面對整合不同網絡通訊技術的需求，相關自動化設定機制的設計勢必要更有彈性，能夠精準地判斷、選擇，方能建立容易使用的智慧家庭網絡，此在未來將成為相當重要的課題。

　　在智能家庭異構網絡的架構中，同時具有低速控制網絡與高速數據傳輸網絡等不同性質的應用需求，如何有效率地使用各種傳輸特性不同的聯網技術為關鍵的重點。例如在家庭娛樂的部分，隨著高畫質影音網絡串流需求急遽增加，從Full-HD到Ultra-HD的影音傳輸，因所需的帶寬更大，以至于需要更快速的傳輸技術，加上不同裝置同時分享相同串流內容等需求，高速多任務是一大挑戰。同時，關系于家庭節能的低速控制部分也要能維持正常運作，在此場景下，除了通訊媒介整合之外，有效進行網絡管理也是使用一個異構網絡的重要挑戰。

　　由于不同的通訊媒介具有不同的帶寬、延遲（Latency）、抖動（Jitter）、通量（Throughput）及損耗（Loss）等特質，異構家庭網路管理的重要問題之一便是服務質量（Quality of Service， QoS）的控制，亦即針對每一個應用的需求，同時顧及聯機穩定性、數據傳輸的正確性、傳輸速度、傳輸延遲等等的各種可能影響網絡傳輸的層面，選用適當的通訊媒介與相關傳輸控制策略，使所有應用皆能享有穩定且有效率的網絡傳輸。

　　在家庭網絡中，各種不同的應用也日趨普及。從最基本的數據分享、通訊、影音娛樂，到智慧家電控制，或是結合各種感測技術的節能、安全、居家照護等等先進應用。透過1905.1與其增修版本——1905.1a，將有助于上述智慧家庭的實現，無論是支持不同網絡技術的整合、提高傳輸效能等面相，皆提出了對應的解決方案。有別于傳統網絡幾乎都是單一網絡技術的特性，不同網絡技術具有的不同特性，例如不同的帶寬、空間規劃對無線信號的影響、家電對于電力線相同回路的干擾等問題，同時也須兼顧對于一般消費者的易用性與整體網絡環境的自我調適能力與穩定性。上述皆為異構網絡整合后將帶來的愿景與挑戰，值得持續關注與期待。