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基于電信網(wǎng)的家庭網(wǎng)關

2008/05/08

　　一、家庭網(wǎng)絡和家庭網(wǎng)關概述
　　
　　家庭網(wǎng)關（Home Gate Way）也稱RG駐地網(wǎng)關，是實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡內部各設備與外部設備相互通信的設備，是家庭網(wǎng)絡中最核心的構成部分。通過家庭網(wǎng)絡內的設備，可以與電信網(wǎng)絡進行信息交互，也可以進行內部設備之間的信息交互。家庭網(wǎng)關在家庭內部建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心，對家庭內部數(shù)據(jù)進行管理，對外連接運營商網(wǎng)絡。RG論壇組織對家庭網(wǎng)關的定義為：一種簡單的、智能的、標準的、靈活的整個家庭網(wǎng)絡接口單元，可以從不同的外部網(wǎng)絡接收通信信號，通過家庭網(wǎng)絡傳遞信號給各個設備。
　　
　　下一代網(wǎng)絡（NGN）是業(yè)務驅動的網(wǎng)絡。目前用來整合家庭多種數(shù)字應用設備接入的家庭網(wǎng)關倍受關注。其驅動力一方面是來自用戶的業(yè)務需求，另一方面是得到了運營商的青睞。
　　
　　對用戶來說，隨著高速寬帶上網(wǎng)和家庭電腦的普及，越來越多的數(shù)字多媒體設備如筆記本電腦、數(shù)學電視、手機、固定電話以及其他消費電子產(chǎn)品，經(jīng)常需要同時或同一時間段通過不同的網(wǎng)絡接入到互聯(lián)網(wǎng)上。同時，用戶對網(wǎng)絡優(yōu)質廉價服務的追求，如VoIP電話服務、藍牙業(yè)務、IPTV服務等，使得家庭網(wǎng)關的應用自然而然的被推出。家庭網(wǎng)關可以使用戶方便地組建家庭網(wǎng)絡、智能連接，還可以方便管理家庭內外網(wǎng)絡和多媒體設備。
　　
　　對運營商來說，家庭網(wǎng)關是提升其業(yè)務對個人用戶滲透力的最佳武器，是其接入網(wǎng)的擴展和延伸。通過家庭網(wǎng)關，運營商可以縮短自己與用戶的距離，方便新業(yè)務和增值業(yè)務的擴展。家庭網(wǎng)關可以做到使運營商從過去的“最后一公里”到如今的“最后十米”。此外，由于移動網(wǎng)對固網(wǎng)難以阻擋的替代，固網(wǎng)運營商將積極推行FMC。FMC成為其擺脫困境的優(yōu)選工具之一。FMC的融合為三個層面的融合，其中就包括終端側的融合。固網(wǎng)和移動網(wǎng)的融合，F(xiàn)MC系統(tǒng)需要大量的家庭網(wǎng)關終端設備。這就進一步推動了家庭網(wǎng)關標準的出臺和技術的成熟。英國電信BT和法國電信FT推出的FMC業(yè)務就是典型的家庭網(wǎng)關成功商用的案例。因此，可以認為家庭網(wǎng)絡就是一個融合的網(wǎng)絡，即融合了固定和移動的網(wǎng)絡。
　　
　　二、家庭網(wǎng)關的參考模型
　　
　　基于電信網(wǎng)絡的家庭網(wǎng)關必須具備的兩個主要特點是提供寬帶接入能力和基于IP的數(shù)據(jù)處理能力。家庭網(wǎng)關處于家庭網(wǎng)絡的核心地位，因此除了要考慮滿足用戶的需求外還要考慮其靈活的擴展性。這樣既可以保證用戶的投資，又可以滿足不斷發(fā)展的業(yè)務需求。家庭網(wǎng)絡組網(wǎng)應該包括以下幾個網(wǎng)絡實體：網(wǎng)絡接入功能實體（NAE），負責終結接入技術；家庭網(wǎng)絡核心功能實體（HCE），負責完成家庭網(wǎng)絡的核心功能，包括家庭內部設備的聯(lián)網(wǎng)、遠程管理、QoS、安全等；功能處理實體（FPE），負責IP/非IP的轉換，以及信令和媒體格式的轉換；用戶終端功能實體（EUTE），由用戶直接使用，提供用戶界面（UI）。家庭網(wǎng)絡的物理設備可以分為4類：接入網(wǎng)絡終端設備、家庭網(wǎng)關、適配設備、用戶終端設備。其中適配設備完成非IP設備到IP網(wǎng)絡的轉化接入功能。
　　
　　家庭網(wǎng)關所提供的業(yè)務有如下幾類： 　 　　
  1. 寬帶接入后的家庭通信 家庭通信是家庭內最基本的業(yè)務，包括各類電話業(yè)務，如固定電話、VoIP、移動電話、小靈通等語音電話。按照其特點，通信主要分為家庭內部成員之間的通信、家庭與外界的通信兩大類。


  2. 家庭娛樂和信息服務家庭娛樂是對電信運營商傳統(tǒng)通信領域的擴展。通過與IT廠商、家電廠商以及廣播電視內容提供商的合作，家庭娛樂進一步實現(xiàn)電信綜合信息提供能力。信息業(yè)務主要滿足家庭成員對家庭內部以及外部信息獲取的需求，并通過多種方式實現(xiàn)業(yè)務獲取的便捷性以及個性化。


  3. 家庭辦公 通過遠程接入企業(yè)網(wǎng)絡，并且在家庭辦公室環(huán)境中通過布置傳真機、網(wǎng)絡打印機等設備，采用電視會議電話等方式實時參與企業(yè)協(xié)同辦公。


  4. 智能家居服務 智能家居的實現(xiàn)已遠遠超出了電信領域的范疇，目前最大的困難不是技術因素，而是需要不同行業(yè)的廠商協(xié)同一致，形成合力才能加速其發(fā)展進程。

　　從應用上看家庭網(wǎng)關應該具備的兩個基本功能：連接所有外部公共網(wǎng)絡與家庭內部網(wǎng)絡之間的橋梁；使用戶在家庭內部可以獲得各種家庭服務的平臺。從邏輯上看家庭網(wǎng)關應該包括三個方面的功能：接入功能、業(yè)務功能和管理功能。從功能上可以分別看出家庭網(wǎng)關的基本要求：接入上必須有廣域網(wǎng)側接口和局域網(wǎng)側接口；業(yè)務功能上必須具有語音、數(shù)據(jù)等業(yè)務支持能力并有應用擴展能力；管理功能上必須提供端對端的安全保證，提供基于業(yè)務級的QoS以及遠程管理。因此，可以將家庭網(wǎng)關看做是幾個功能模塊的組合，接入功能模塊主要實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡與電信網(wǎng)絡的連接；聯(lián)網(wǎng)功能模塊主要實現(xiàn)家庭內部的用戶終端設備之間的連接；傳送功能模塊主要實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡內部設備與電信網(wǎng)絡之間的IP包的傳送；核心功能模塊，包括地址功能、QoS功能、安全功能、遠程管理功能、本地管理功能，其中，地址功能主要實現(xiàn)家庭網(wǎng)關自身IP地址獲得以及支持家庭內部終端獲得IP地址，QoS功能主要實現(xiàn)多業(yè)務流的分級處理及轉發(fā)，安全功能主要防止外部網(wǎng)絡對家庭網(wǎng)絡的非法訪問以及內部網(wǎng)絡的非法接入，遠程管理主要實現(xiàn)運營商對家庭網(wǎng)關的遠程管理與控制，比如基于安全的超文本傳輸協(xié)議（HTTP）方式的 TR069網(wǎng)管技術，本地管理主要實現(xiàn)家庭網(wǎng)關的本地登錄管理與控制；業(yè)務功能模塊與公共電信網(wǎng)絡的業(yè)務實現(xiàn)相關。業(yè)務種類繁多，其具備的功能也與特定的業(yè)務相關。
　　
　　三、家庭網(wǎng)關的關鍵技術
　　
　　家庭網(wǎng)關的關鍵技術主要為接入技術、QoS策略、安全、管理以及模塊集成度與性價比等問題。1.家庭網(wǎng)關的接入技術
　　
　　家庭網(wǎng)關必須同時支持WAN和LAN接入。目前家庭網(wǎng)關的上行統(tǒng)一的接口和規(guī)范標準正在制定中，同時還需要確定很多開放的可選技術。對于接入技術而言，xDSL和光纖技術是首選，而未來家庭網(wǎng)絡的無線化趨勢，使基于無線局域網(wǎng)的Wi-Fi或者藍牙技術也應該得到廣泛的應用。用戶可以選擇家庭無線網(wǎng)絡加有線接入這種傳統(tǒng)的模式。此外，接入技術還需要考慮的就是和3G網(wǎng)絡以及后3G網(wǎng)絡的結合。目前歐洲一些運營商正在研究把家庭網(wǎng)絡集成到UMTS網(wǎng)絡中，作為3G網(wǎng)絡的一個延伸。每個家庭網(wǎng)關類似于一個簡化的小型微蜂窩。通過專用3G網(wǎng)絡接入信道（EVDO，WCDMA或HSDPA），提供任何類型的蜂窩服務，如話音、Internet接入、下載、網(wǎng)絡電視等�？梢酝ㄟ^無線接入到TD-SCDMA網(wǎng)絡，克服2 GHz頻點的衰落，把家庭網(wǎng)關當作一個小的“基站”。同時由于干擾環(huán)境局限在比較小的范圍，采用HSDPA和EVDO技術可以達到幾Mbit/s的傳輸速率。這么做的好處一方面可以做到克服TD-SCDMA步行移動衰落大、組網(wǎng)復雜的問題；另一方面移動通信終端不需要改成雙模終端就可以同時使用室內室外的 3G無線網(wǎng)絡。同時，家庭網(wǎng)關內部也需要集成多種網(wǎng)絡連接技術，如WLAN、以太網(wǎng)、UWB，Wi-Fi和藍牙等等。
　　
　　2.家庭網(wǎng)關的QoS策略、管理和安全
　　
　　家庭網(wǎng)關是一個高級集成的網(wǎng)關，而要實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡的集成協(xié)作，必然要求一套統(tǒng)一的QoS策略。家庭網(wǎng)絡的各個元素，包括網(wǎng)關、家庭終端設備、網(wǎng)絡節(jié)點等同時支持這么一套分級的QoS結構。從水平層面看，為了內外網(wǎng)協(xié)同工作，需要提供QoS WAN/LAN的映射；從垂直層面看，接入網(wǎng)和上層協(xié)議同樣需要QoS接口和協(xié)作。同時，由于不同的業(yè)務都需要經(jīng)過家庭網(wǎng)關，如何在復雜的組網(wǎng)模式下，區(qū)分不同的業(yè)務流，對不同優(yōu)先級業(yè)務流進行合適的調度對QoS提出了很高的要求。家庭網(wǎng)關作為運營商網(wǎng)絡的一部分，必須具備遠程控制、遠程檢測、遠程設置等能力。家庭網(wǎng)絡的管理包括網(wǎng)關自身的管理、網(wǎng)關連接設備的管理和零接觸服務下的即插即用。家庭網(wǎng)關的管理希望用戶參與的越少越好。目前采用的遠程管理協(xié)議主要有TR069和簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議（SNMP），而基于TR069的管理體系會逐步成為主流。同時，作為家庭設備連接寬帶網(wǎng)絡的關口，家庭網(wǎng)關承擔著保護家庭網(wǎng)絡安全的重大責任，因此，網(wǎng)關必須具備防攻擊、防入侵的能力。家庭網(wǎng)關的安全主要從三個方面加以考慮：設備安全、用戶個人信息管理和信息控制過濾。
　　
　　3.家庭網(wǎng)關的模塊集成度與性價比
　　
　　應用于不同場合的家庭網(wǎng)關代表著不同類型的產(chǎn)品，以滿足特定需求，比如電纜調制解調器、機頂盒等結合寬帶調制解調器以提供某些專門服務的特殊家庭設備。家庭網(wǎng)關應該集成不同類型的應用，但是由于外部接入網(wǎng)絡的不同特點，不同服務提供商的不同商業(yè)模式以及涉及到商業(yè)問題，家庭網(wǎng)關統(tǒng)一的解決方案短期內無法達成共識。電信運營商發(fā)展家庭網(wǎng)關遇到的最大問題就是如何集成模塊以滿足不同用戶的需求。家庭網(wǎng)關如何應需而變，適應業(yè)務不斷發(fā)展和豐富的需求也挑戰(zhàn)著運營商現(xiàn)有的運營模式。因此家庭業(yè)務發(fā)展的首要前提是解決家庭網(wǎng)關的個性化問題，如何以最少的模塊組合來滿足最大多數(shù)用戶的需求。此外，家庭網(wǎng)關面臨最突出的問題是需求和價格之間的平衡，運營商希望設備能提供盡可能多的功能以方便業(yè)務的開展，同時希望價格越低越好，但制造商提出的價格遠遠超過運營商的期望。不過還是有理由相信隨著對家庭網(wǎng)關與家庭網(wǎng)絡相關標準的制定，各個生產(chǎn)廠家對于產(chǎn)品相關功能統(tǒng)一認識，能夠生產(chǎn)出高性價比、功能豐富的家庭網(wǎng)關，在運營商推動與培養(yǎng)下，家庭網(wǎng)絡會很快成為電信運營收入中的重要一環(huán)，從而打開雙贏的局面。
　　
　　四、家庭網(wǎng)關的展望
　　
　　隨著家庭網(wǎng)絡的興起，家庭網(wǎng)關的研究工作已全面展開。由于一直以來缺少統(tǒng)一的標準，相應產(chǎn)品性能參差不齊，制約了家庭網(wǎng)關的進一步發(fā)展。因此需要完善和修改家庭網(wǎng)關標準，同時通過產(chǎn)業(yè)鏈上位于不同環(huán)節(jié)的廠商大力推動，家庭網(wǎng)關的成熟應用將指日可待。
　　
　　家庭網(wǎng)絡的興起，其核心是家庭網(wǎng)關。發(fā)展家庭網(wǎng)關有利于運營商挖掘接入門戶價值，打造綜合競爭優(yōu)勢。整個電信業(yè)務的運營價值鏈中，運營商應該從最初的單純接入服務轉到綜合信息服務。下一代網(wǎng)絡和三網(wǎng)融合是大勢所趨，家庭網(wǎng)關與運營商提供的服務、提供的功能相融合，將使家庭更為舒適、高效、便捷和安全，由此形成一整套的家庭信息服務系統(tǒng)。家庭網(wǎng)關，已隱隱顯出新王者之姿。

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