融合創(chuàng)新家庭云的需求研究

◎中國有線電視網絡有限公司 張建生

融合創(chuàng)新家庭云的需求研究

◎中國有線電視網絡有限公司 張建生

以提升跨屏電視融合業(yè)務和智能家居服務等智能家庭服務能力為目標，以推進家庭云的研究和標準化為重點，以引領云計算、SDN/NFV、IoT等新興技術與傳統(tǒng)電視的融合創(chuàng)新和產業(yè)化發(fā)展為愿景，初步研究了家庭云的需求，包括用戶市場需求、業(yè)務支持需求和技術能力需求等方面。

家庭云；跨屏電視；智能家居；云計算；SDN/NFV

連接雙向、高速、多功能的有線電視接入網的寬帶有線電視的家庭網絡，可將標清和高清的直播電視、互動電視、多媒體內容和高速互聯(lián)網內容傳送給家庭用戶。隨著人們對高品質生活方式和數字家庭的需求日益增多，以智能家庭服務為主要形態(tài)的新業(yè)務對家庭網絡不斷提出新的要求。包括但不限于跨屏電視融合業(yè)務、智能家居服務和社交共享服務的智能家庭服務，將使家庭用戶、廣播電視網絡運營商和第三方服務提供商均受益。

在融合發(fā)展全媒體云和智能家庭服務時代的機遇和挑戰(zhàn)面前，廣播電視網絡工作者需要將互聯(lián)網思維運用在云計算（CC）等新一代技術和傳統(tǒng)廣播電視技術的融合創(chuàng)新中，以戰(zhàn)略眼光和全局意識重視家庭用戶終端和家庭網絡平臺的技術創(chuàng)新、標準規(guī)范和產業(yè)應用，走出融合技術創(chuàng)新、標準規(guī)范先行、產業(yè)應用推動的科學發(fā)展之路[1-5]。

研究背景

在新技術、新業(yè)務不斷發(fā)展的新環(huán)境下，廣播電視網絡需要結合技術融合創(chuàng)新，探索在“云-管-端”生態(tài)建設方面如何發(fā)揮更大作用。

首先要服務好“媒體云”。隨著中央全面深化改革領導小組第四次會議審議通過了《關于推動傳統(tǒng)媒體和新興媒體融合發(fā)展的指導意見》，在不遠的將來，一批形態(tài)多樣、手段先進、具有競爭力的新型主流媒體和新型媒體集團將會形成。在BIRTV2014上，以全媒體和云服務為特征的“媒體云”成為廣播電視臺和產業(yè)鏈展示的重要主題?！懊襟w云”的立體傳播、智能分發(fā)和互聯(lián)互通為廣播電視網絡提供了新機遇。

其次，適應用戶終端智能化規(guī)律。近年來，用戶終端不僅沒有“瘦”下去，而且智能化水平越來越高。智能手機、智能電視機、智能平板和智能網關等終端設備的處理器速度、存儲容量和軟件開放性仍在以摩爾定律發(fā)展。同時，終端用戶的需求更加個性化、多樣化和智能化。做好智能終端服務平臺成為鎖定用戶、粘著用戶和擴大用戶的入口，成為電信網絡運營商、互聯(lián)網服務商和廣播電視網絡運營商的必爭之地。

第三，重視終端用戶需求。面向立體多樣、融合發(fā)展的現(xiàn)代傳播體系，廣播電視網絡當前面臨重要的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，應需要運用互聯(lián)網思維，樹立用戶觀念，注重用戶體驗，推進云計算等新一代技術在廣播電視網絡上運用和融合創(chuàng)新，以滿足終端用戶個性化、多樣化和智能化的發(fā)展需求。

近年來，產業(yè)界對家庭云服務不斷進行探索。如聯(lián)想集團提出的以AIO服務器為家庭云中心的“樂云（Le?nevo Cloud）”方案，可為家庭用戶提供無線智能組網、娛樂即時分享、數據集中存儲和統(tǒng)一設備管理服務；TCL集團提出的基于家庭無線局域網的“Tcloud”家庭云方案，可為家庭中的多屏設備提供文件分享和數據交換服務；浪潮集團提出了以智能家庭網關為中心的“Insper Home Cloud”家庭云方案，可提供直播多屏分享、云存儲與分享、智能安防監(jiān)控和智能家居服務；標準組織“閃聯(lián)”的IRRS2.0標準可支持家庭集成的設備云服務等。

此外，研究機構對SDN/NFV技術在接入網中的應用也進行了研究。國際電聯(lián)電信標準化第16組（ITU-T SG16）開展了虛擬家庭網絡研究（H. VHN）。歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）開展了家庭網絡功能虛擬化研究，其NFV ISG已發(fā)布虛擬家庭網絡環(huán)境白皮書。美國電纜實驗室（CableLabs）開展了SDN/NFV在電纜接入網絡中的應用研究，目前已開始進行客戶終端（CPE）虛擬化和接入網絡平臺虛擬化研究工作。華為公司開展了基于SDN/ NFV的虛擬家庭（vFamily）研究，提出了虛擬機頂盒（Vstb）和虛擬家庭網關（vRGW）方案。工信部電信研究院開展了“基于SDN/NFV的接入網及家庭網絡技術研究”，對SDN在接入網及家庭網絡中的總體技術要求進行研究。

目前，上述產業(yè)界對家庭云服務的探索，還處于傳統(tǒng)的電視技術、IT技術和設備集成和局限于家庭網絡內部階段。而上述研究機構對SDN/NFV對接入網或家庭網的研究，也處于起步階段。如何將傳統(tǒng)電視技術與新興CC，SDN／NFV和IoT技術進行融合創(chuàng)新，推進有線電視家庭網絡高級業(yè)務承載能力，是影響有線電視網絡承載能力、業(yè)務水平和用戶體驗的重要課題，意義深遠，需要在戰(zhàn)略上認識和重視。

國際電聯(lián)電信標準化第9組（ITU-T SG9）的課題9，除了重點研究寬帶同軸電纜家庭網絡的高級業(yè)務要求之外，正在計劃開展云計算、SDN/ NFV和IoT技術在有線家庭網絡上的應用研究，以提高有線寬帶家庭網絡對跨屏融合互動電視業(yè)務和智能家居服務等高級業(yè)務的承載能力。筆者已向ITU-T SG9提交了2份相關提案。

本文對融合創(chuàng)新家庭云需求進行了初步探索，其針對家庭用戶和廣播電視網絡需求，以提升家庭服務智能化為目標，以開展跨屏電視融合業(yè)務和智能家居服務為方向，探索云計算、軟件定義網絡（SDN）、網絡功能虛擬化（NFV）和物聯(lián)網（IoT）等新一代技術在寬帶有線電視家庭網絡上運用和融合創(chuàng)新，以求促進廣播電視網絡的技術創(chuàng)新、業(yè)務創(chuàng)新和模式創(chuàng)新。

本文研究的家庭云的需求，是家庭云在后續(xù)網絡架構、平臺功能、關鍵技術和產業(yè)開發(fā)等方面工作的基礎，可供標準研究機構、產業(yè)界和有線電視網絡工作者參考。

總體描述

家庭云需求主要包括資源按需使用，功能按需配置，跨屏智能互動，遠程分享控制等內容。

1.基本定義

家庭云是云計算技術與家庭網絡技術的融合創(chuàng)新，是利用有線和無線技術互聯(lián)互通和融合覆蓋，由家庭設備集成組合，可實現(xiàn)資源彈性便捷使用，并提供家庭內容與數據的融合服務的家庭網絡系統(tǒng)平臺。

2.總體架構

家庭云的總體架構應符合云計算架構，其架構如圖1所示。

基礎層，包含家庭終端和家電家居設備，家庭用戶可使用多種屏幕規(guī)格終端（包括電視機、計算機、手機和Pad等終端等，下同）來進行媒體娛樂、信息獲取和日常工具。家庭中擁有多種類型的家用電器（包括電冰箱、空調、洗衣機等）和家居設備（包括視頻監(jiān)控、窗簾控制、市電/燃氣采暖器、燃氣泄漏監(jiān)測、空氣質量監(jiān)測等）。該層終端和設備通過家庭網絡中的有線或無線方式連接到物理網絡資源層，是家庭云的應用環(huán)境。

物理網絡資源、IT資源層中，物理網絡資源包含智能家庭網關、智能機頂盒、無線傳感/路由器等設備，IT資源包含家庭服務器和家庭存儲器等設備，該層是家庭云融合創(chuàng)新的物理資源基礎。

圖1 家庭云總體架構圖

虛擬資源池與功能虛擬化層，包括虛擬娛樂設備（如虛擬機頂盒vSTB、虛擬轉碼器vTransfer等）、虛擬網絡設備（包括虛擬家庭網關vRGW、虛擬路由器vRouter、虛擬交換機vSwitcher等）、虛擬計算存儲設備（包括虛擬服務器vServer、虛擬存儲器vNAS等）和虛擬控制管理設備（vControler），它們分別組成媒體娛樂中心、互聯(lián)互通中心、計算存儲中心和控制管理中心。該層是CC，SDN/NFV，IoT等新興技術融合創(chuàng)新的體現(xiàn)。

家庭云業(yè)務/服務層，包括跨屏電視融合業(yè)務、智能家居服務、集中存儲服務和遠程控制分享服務。

家庭云通過廣播電視智能傳輸網與全媒體云、互聯(lián)網云和移動互聯(lián)網云連接。家庭用戶可以通過廣播電視網、互聯(lián)網和移動網實現(xiàn)對家庭內容/數據的分享和對家庭設備的遠程控制。

3.技術支撐要求

家庭云是“微云”，是私有云和個人云在家庭環(huán)境的具體體現(xiàn)，是傳統(tǒng)TV技術與新興CC，SDN/NFV，IoT等技術的融合運用與創(chuàng)新。家庭云要求的四大支撐技術分別為TV技術、CC技術、SDN／NFV技術及IoT技術（參見圖2）。

傳統(tǒng)電視技術，提供了全媒體內容的傳播、認證、解碼和播放等功能，可實現(xiàn)直播電視、互動電視、3D電視、手機電視、互聯(lián)網電視和互動應用業(yè)務。

云計算技術，提供了計算、存儲、網絡等物理資源的池化和彈性分配等功能，可實現(xiàn)家庭設備資源的按需配置和內容數據的按需提供服務。

軟件定義網絡／網絡功能虛擬化，提供了集中設置、統(tǒng)一管理和功能虛擬化等功能，可實現(xiàn)設備的多功能靈活運行維護等服務。

物聯(lián)網技術，提供了家用電器設備和IT設備的設備聯(lián)網、信息傳遞和管理控制等功能，可實現(xiàn)智能家居服務。

家庭云總體特征可以概括為“跨屏智能互動、有線無線融合覆蓋、資源按需使用、功能按需配置、遠程分享控制”。如圖2所示。在技術能力上表現(xiàn)在以下幾個方面：

圖2 家庭云支撐技術總體特征示意圖

1）以智能家庭網關為家庭云核心連接；

2）家庭電視設備、IT設備、通信設備和家電設備的互聯(lián)互通；

3）媒體內容、家庭內容和數據的社交分享；

4）內容數據的集中存儲；

5）遠程接入家庭內容；

6）遠程控制家庭設備；

7）基于業(yè)務與應用的計算存儲資源按需配置；

8）縮短新業(yè)務部署時間。

市場需求

眾所周知，市場引領發(fā)展，需求驅動創(chuàng)新，基于此，下面從用戶需求出發(fā)，對運營需求及創(chuàng)新進行分析。

1.家庭用戶需求

隨著家庭用戶的信息消費需求，從過去單一看電視、撥聽電話的方式，正在向互動電視、互聯(lián)網、移動互聯(lián)和社交分享方式轉變，用戶的主動參與性、內容生成性和社交分享性也在不斷增強?；诖?，家庭網絡正在從單一媒體信息接收向多樣媒體互動、社交分享轉變和智能家居方式轉變。此外，家庭用戶的業(yè)務需求也越來越個性化、多樣化、信息化和智能化，涵蓋了媒體娛樂、內容信息、計算存儲、跨屏互動、社交分享、智能控制等多方面。概括起來，家庭用戶的需求包括但不局限于以下方面：

1）跨屏智能電視融合互動；

2）多屏內容信息分享；

3）智能家居；

4）遠程接入家庭內容、數據；

5）移動連接家庭內容和設備；

6）高性價比的設備；

7）低維護量的設備；

8）用戶體驗質量好。

2.網絡運營需求

近年來，在運營商進行數字化整體轉換的過程中，數字機頂盒不但始終是有線電視網絡巨大的投入成本，而且是困擾有線電視網絡業(yè)務升級和創(chuàng)新的難題。高性價比、平滑升級業(yè)務、低維護成本、用戶可商業(yè)購買的有線智能終端設備，一直是有線電視網絡工作者的期盼。歸納起來，有線電視網絡運營商的需求，包括但不限于以下方面：

1）增強業(yè)務創(chuàng)新能力；

2）業(yè)務平滑引進部署；

3）提高網絡利用效率；

4）降低投入成本；

5）降低運營成本。

3.融合創(chuàng)新是關鍵

樹立用戶觀念，注重用戶體驗，滿足用戶需求是爭取和擴大用戶規(guī)模的關鍵，也是互聯(lián)網思維的核心思維之一。從上文對家庭用戶需求和有線電視網絡需求的分析來看，要滿足用戶需求，提高用戶體驗，僅僅依靠單一機頂盒或家庭網關本身都很難滿足，需要將家庭的電視設備、IT設備、通信設備、信息設備和家電設備融合集成起來，需要將CC，SDN／NFV和IoT等新興技術和傳統(tǒng)電視技術融合創(chuàng)新，構建家庭網絡系統(tǒng)平臺——家庭云，才能實現(xiàn)。

業(yè)務支持需求

從目前的發(fā)展狀況看，家庭云支持的業(yè)務可概括為“跨屏電視、智能家居、存儲保護、分享控制”等幾大類。

1.跨屏電視融合業(yè)務

跨屏電視融合業(yè)務是家庭云需要支持的重點業(yè)務，可實現(xiàn)在多種屏幕規(guī)格終端上觀看電視節(jié)目和參與互動，主要包括以下方面：

1）支持電視機播放標清/高清/超高清、直播/點播/互動、錄看/回看等電視節(jié)目；

2）支持在多種屏幕規(guī)格終端上觀看對應的DVB/IP、INTERNET/LTE/OTT傳輸類型的電視節(jié)目；

3）支持電視機播放高清/超高清電視節(jié)目的同時，在多種屏幕規(guī)格終端上參與互動；

4）支持多種屏幕規(guī)格終端間的電視游戲節(jié)目；

5）支持電視節(jié)目搜索、本地緩存和播放。

2.智能家居管理服務

智能家居管理服務是家庭用戶智能生活方式的重要部分，是構建家庭云的重要組成，主要包含以下方面：

1）支持家庭安全的監(jiān)控管理和視頻存儲；

2）支持家庭自動化的家庭設備設施控制與管理；

3）支持家庭衛(wèi)生與健康的監(jiān)測管理和數據存儲；

4）支持家庭能源的節(jié)能管理與監(jiān)測控制。

3.集中存儲保護服務

在家庭信息化過程中，家庭成員將會產生越來越多的內容、數據和信息，需要更好地存儲和保護。這些服務主要包括：

1）支持照片、視頻、歌曲等家庭內容的集中存儲和安全保護；

2）支持家庭重要工作、商業(yè)和活動等數據的集中存儲和安全保護；

3）支持智能家居內容和數據的集中存儲和安全保護。

4.遠程分享控制服務

家庭云服務的優(yōu)勢是不但能在家庭環(huán)境內支持家庭內容分享和家電設備控制，而且能在廣域環(huán)境內隨時隨地遠程分享家庭內容和控制家庭設備：支持本地和遠程分享家庭內容和數據；支持本地和遠程控制家庭設備。

技術能力需求

家庭云在技術能力方面的需求可以概括為以下幾方面：“跨屏智能互動、遠程分享控制、資源按需使用、功能按需配置”。

1.跨屏電視融合服務能力需求

跨屏電視融合服務能力是電視技術、IT技術和有線無線覆蓋技術的融合支撐能力，也是媒體云“大云”和家庭云“微云”的互聯(lián)互通和相互協(xié)作的結果。這些能力需求主要包括以下方面：

1）支持接收來自媒體云的電視節(jié)目；

2）支持接收DVB和IP方式傳輸的電視節(jié)目；

3）支持對接收到的電視節(jié)目進行轉碼，以適應多種屏幕規(guī)格終端的播放；

4）支持對IP方式傳輸的手機電視、互聯(lián)網電視和OTT電視節(jié)目進行緩存（Cache）加速；

5）支持將電視節(jié)目在多種終端屏幕上切換和播放；

6）支持用手機、Pad等終端控制電視節(jié)目的播放進程；

7）支持電視機播放高清晰度電視節(jié)目的同時，在手機、Pad上進行對應節(jié)目互動；

8）支持用手機、身體姿勢傳感與控制器操控電視游戲。

2.計算存儲支撐能力需求

計算存儲支撐能力是CC、SDN/ NFV等新興技術和高級IT技術結合的成果，是實現(xiàn)“資源按需使用、功能按需配置”的基礎。這些能力包括：

1）支持CC，SDN/NFV，IoT等技術應用在網絡設備和IT設備上；

2）支持高速度處理器的虛擬池化和功能虛擬化；

3）支持大容量存儲器的虛擬池化和功能虛擬化；

4）支持高性能服務器的功能虛擬化。

3.按需配置使用能力需求

針對家庭用戶個性化、多樣化和多功能化的需求，家庭云需要能依據家庭所使用的業(yè)務與服務，進行資源按需使用，功能按需配置，主要包括：支持根據業(yè)務與服務的需要，對電視、網絡、IT等資源按需使用；支持根據業(yè)務與服務的需要，對家庭網絡進行功能按需配置。

4.有線無線融合覆蓋能力需求

家庭云的有線、無線融合覆蓋能力，主要包括以下方面：

1）支持同軸電纜、光纜和五類線的大帶寬、全雙向和多功能接入；

2）支持同軸電纜、五類線、光纜、電力線等有線方式高速家庭組網；

3）支持WiFi，DLNA等無線方式高速家庭組網；

4）支持ZegBee等方式進行家用電器設備的物物聯(lián)網（M2M/IoT）;

5）支持電視設備、IT設備和家電設備的自動智能發(fā)現(xiàn)和連接；

6）支持IP協(xié)議和非IP協(xié)議數據和信息的智能轉換。

5.廣域遠程接入控制能力需求

家庭云的廣域遠程接入控制能力需求，需要以下方面支持：

1）支持通過廣播電視傳輸網、公共互聯(lián)網、移動互聯(lián)網等網絡遠程接入家庭云；

2）支持通過云（包括公共云、專用云和私有云等）方式遠程接入家庭云；

3）支持通過多種屏幕規(guī)格終端遠程接入分享家庭云的內容和數據；

4）支持通過多種屏幕規(guī)格終端遠程接入控制家庭云設備。

6.安全認證管理能力要求

家庭內容與數據的安全接入和授權分享，是家庭信息安全的重要方面，需要提供以下支持：支持家庭云內容和數據的加密管理；支持家庭云內容和數據的身份認證接入和授權分享和控制；服從國家主管部門的安全監(jiān)控管理。

7.資源功能統(tǒng)一運維管理能力要求

家庭云資源與功能的統(tǒng)一運維管理能力，是降低運維工作成本的基礎，需要提供以下幾方面的支持：

1）支持網絡資源和IT資源的按需配置和調度；

2）支持功能虛擬化設備的功能按需設置和管理；

3）支持家庭云資源的本地和遠程統(tǒng)一管理；

4）支持家庭云設備的遠程運行和維護管理。

后續(xù)工作期望

家庭云是云計算等新興技術與傳統(tǒng)電視技術的融合創(chuàng)新，是網絡系統(tǒng)平臺及服務（NaaS）。未來，針對家庭云的標準規(guī)范化還需要開展大量工作，后續(xù)深入研究的重要課題主要包括以下方面：

1）業(yè)務應用需求；

2）業(yè)務功能需求；

3）網絡平臺架構；

4）功能模塊接口；

5）關鍵云化技術；

6）產品研究開發(fā)。

[1] 張建生.云媒體內容中心創(chuàng)新發(fā)展探索[J].電視技術，2014，38（6）：7-12.

[2]ZHANG Jiansheng，Proposal formodifying the question texts of Q9/9[EB/OL]. [2014-08-20]C60.http://www.itu.int/md/ T13-SG09-140908-C/en.

[3] ZHANG Jiansheng.Proposal of consider?ations on home cloud technology devel?oping[EB/OL].[2014-08-20].C61:http:// www.itu.int/md/T13-SG09-140908-C/en.

[4] NFV ISG of ETSI.Network Functions Virtualisation (NFV) [EB/OL]. [2014-08-20].http://www.etsi.org/tech?nologies-cLusters/technologies/nfr.

[5]李遠東.網絡功能虛擬化NFV發(fā)展綜述[EB/OL].[2014-08-20].http://www.dvbcn. com/2014/3/13-10912.htm l.

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近日，吉視傳媒宣布其移動客服系統(tǒng)開始投入使用，至此，吉視傳媒擁有包括96633客服熱線、營業(yè)廳、網上營業(yè)廳在內的4條服務渠道。據悉，吉視傳媒移動客服系統(tǒng)是以3G移動通訊網絡為主要手段，以智能手機等移動終端為主要應用形式，以適時接收工單、返回工單、辦理增值業(yè)務等為主要作用，建立了全方位、多功能、智能化的移動客戶服務綜合應用平臺。這套系統(tǒng)具備在1分鐘內發(fā)布1萬條信息的功能，不僅能讓客戶隨時了解吉視傳媒新業(yè)務的開展情況，而且還能為客戶提供溫馨的繳費提醒信息。

TN915

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【本文獻信息】張建生.融合創(chuàng)新家庭云的需求研究[J].電視技術，2014，38（18）.