基于電信網(wǎng)的家庭網(wǎng)關(guān)
2008/05/08
一、家庭網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)關(guān)概述
家庭網(wǎng)關(guān)（Home Gate Way）也稱RG駐地網(wǎng)關(guān)，是實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各設(shè)備與外部設(shè)備相互通信的設(shè)備，是家庭網(wǎng)絡(luò)中最核心的構(gòu)成部分。通過家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備，可以與電信網(wǎng)絡(luò)進行信息交互，也可以進行內(nèi)部設(shè)備之間的信息交互。家庭網(wǎng)關(guān)在家庭內(nèi)部建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心，對家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)進行管理，對外連接運營商網(wǎng)絡(luò)。RG論壇組織對家庭網(wǎng)關(guān)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(luò)接口單元，可以從不同的外部網(wǎng)絡(luò)接收通信信號，通過家庭網(wǎng)絡(luò)傳遞信號給各個設(shè)備。
下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）是業(yè)務(wù)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)。目前用來整合家庭多種數(shù)字應(yīng)用設(shè)備接入的家庭網(wǎng)關(guān)倍受關(guān)注。其驅(qū)動力一方面是來自用戶的業(yè)務(wù)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(shè)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(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)上。同時，用戶對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)廉價服務(wù)的追求，如VoIP電話服務(wù)、藍牙業(yè)務(wù)、IPTV服務(wù)等，使得家庭網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用自然而然的被推出。家庭網(wǎng)關(guān)可以使用戶方便地組建家庭網(wǎng)絡(luò)、智能連接，還可以方便管理家庭內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)和多媒體設(shè)備。
對運營商來說，家庭網(wǎng)關(guān)是提升其業(yè)務(wù)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(guān)，運營商可以縮短自己與用戶的距離，方便新業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)的擴展。家庭網(wǎng)關(guān)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(cè)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(guān)終端設(shè)備。這就進一步推動了家庭網(wǎng)關(guān)標準的出臺和技術(shù)的成熟。英國電信BT和法國電信FT推出的FMC業(yè)務(wù)就是典型的家庭網(wǎng)關(guān)成功商用的案例。因此，可以認為家庭網(wǎng)絡(luò)就是一個融合的網(wǎng)絡(luò)，即融合了固定和移動的網(wǎng)絡(luò)。
二、家庭網(wǎng)關(guān)的參考模型
基于電信網(wǎng)絡(luò)的家庭網(wǎng)關(guān)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(guān)處于家庭網(wǎng)絡(luò)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(wù)需求。家庭網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)應(yīng)該包括以下幾個網(wǎng)絡(luò)實體：網(wǎng)絡(luò)接入功能實體（NAE），負責終結(jié)接入技術(shù)；家庭網(wǎng)絡(luò)核心功能實體（HCE），負責完成家庭網(wǎng)絡(luò)的核心功能，包括家庭內(nèi)部設(shè)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(zhuǎn)換，以及信令和媒體格式的轉(zhuǎn)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(luò)的物理設(shè)備可以分為4類：接入網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備、家庭網(wǎng)關(guān)、適配設(shè)備、用戶終端設(shè)備。其中適配設(shè)備完成非IP設(shè)備到IP網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)化接入功能。
家庭網(wǎng)關(guān)所提供的業(yè)務(wù)有如下幾類：
- 寬帶接入后的家庭通信 家庭通信是家庭內(nèi)最基本的業(yè)務(wù)，包括各類電話業(yè)務(wù)，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(nèi)部成員之間的通信、家庭與外界的通信兩大類。
- 家庭娛樂和信息服務(wù)家庭娛樂是對電信運營商傳統(tǒng)通信領(lǐng)域的擴展。通過與IT廠商、家電廠商以及廣播電視內(nèi)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(wù)主要滿足家庭成員對家庭內(nèi)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(wù)獲取的便捷性以及個性化。
- 家庭辦公 通過遠程接入企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，并且在家庭辦公室環(huán)境中通過布置傳真機、網(wǎng)絡(luò)打印機等設(shè)備，采用電視會議電話等方式實時參與企業(yè)協(xié)同辦公。
- 智能家居服務(wù) 智能家居的實現(xiàn)已遠遠超出了電信領(lǐng)域的范疇，目前最大的困難不是技術(shù)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(yīng)用上看家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)該具備的兩個基本功能：連接所有外部公共網(wǎng)絡(luò)與家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁；使用戶在家庭內(nèi)部可以獲得各種家庭服務(wù)的平臺。從邏輯上看家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)該包括三個方面的功能：接入功能、業(yè)務(wù)功能和管理功能。從功能上可以分別看出家庭網(wǎng)關(guān)的基本要求：接入上必須有廣域網(wǎng)側(cè)接口和局域網(wǎng)側(cè)接口；業(yè)務(wù)功能上必須具有語音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)支持能力并有應(yīng)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(wù)級的QoS以及遠程管理。因此，可以將家庭網(wǎng)關(guān)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(luò)與電信網(wǎng)絡(luò)的連接；聯(lián)網(wǎng)功能模塊主要實現(xiàn)家庭內(nèi)部的用戶終端設(shè)備之間的連接；傳送功能模塊主要實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備與電信網(wǎng)絡(luò)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(guān)自身IP地址獲得以及支持家庭內(nèi)部終端獲得IP地址，QoS功能主要實現(xiàn)多業(yè)務(wù)流的分級處理及轉(zhuǎn)發(fā)，安全功能主要防止外部網(wǎng)絡(luò)對家庭網(wǎng)絡(luò)的非法訪問以及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的非法接入，遠程管理主要實現(xiàn)運營商對家庭網(wǎng)關(guān)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(shù)，本地管理主要實現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)的本地登錄管理與控制；業(yè)務(wù)功能模塊與公共電信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)實現(xiàn)相關(guān)。業(yè)務(wù)種類繁多，其具備的功能也與特定的業(yè)務(wù)相關(guān)。
三、家庭網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)
家庭網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)主要為接入技術(shù)、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(guān)的接入技術(shù)
家庭網(wǎng)關(guān)必須同時支持WAN和LAN接入。目前家庭網(wǎng)關(guān)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(shù)。對于接入技術(shù)而言，xDSL和光纖技術(shù)是首選，而未來家庭網(wǎng)絡(luò)的無線化趨勢，使基于無線局域網(wǎng)的Wi-Fi或者藍牙技術(shù)也應(yīng)該得到廣泛的應(yīng)用。用戶可以選擇家庭無線網(wǎng)絡(luò)加有線接入這種傳統(tǒng)的模式。此外，接入技術(shù)還需要考慮的就是和3G網(wǎng)絡(luò)以及后3G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。目前歐洲一些運營商正在研究把家庭網(wǎng)絡(luò)集成到UMTS網(wǎng)絡(luò)中，作為3G網(wǎng)絡(luò)的一個延伸。每個家庭網(wǎng)關(guān)類似于一個簡化的小型微蜂窩。通過專用3G網(wǎng)絡(luò)接入信道（EVDO，WCDMA或HSDPA），提供任何類型的蜂窩服務(wù)，如話音、Internet接入、下載、網(wǎng)絡(luò)電視等�？梢酝ㄟ^無線接入到TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，克服2 GHz頻點的衰落，把家庭網(wǎng)關(guān)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(shù)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(nèi)室外的 3G無線網(wǎng)絡(luò)。同時，家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)部也需要集成多種網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，如WLAN、以太網(wǎng)、UWB，Wi-Fi和藍牙等等。
2.家庭網(wǎng)關(guān)的QoS策略、管理和安全
家庭網(wǎng)關(guān)是一個高級集成的網(wǎng)關(guān)，而要實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的集成協(xié)作，必然要求一套統(tǒng)一的QoS策略。家庭網(wǎng)絡(luò)的各個元素，包括網(wǎng)關(guān)、家庭終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等同時支持這么一套分級的QoS結(jié)構(gòu)。從水平層面看，為了內(nèi)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(wù)都需要經(jīng)過家庭網(wǎng)關(guān)，如何在復雜的組網(wǎng)模式下，區(qū)分不同的業(yè)務(wù)流，對不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)流進行合適的調(diào)度對QoS提出了很高的要求。家庭網(wǎng)關(guān)作為運營商網(wǎng)絡(luò)的一部分，必須具備遠程控制、遠程檢測、遠程設(shè)置等能力。家庭網(wǎng)絡(luò)的管理包括網(wǎng)關(guān)自身的管理、網(wǎng)關(guān)連接設(shè)備的管理和零接觸服務(wù)下的即插即用。家庭網(wǎng)關(guān)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(luò)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(shè)備連接寬帶網(wǎng)絡(luò)的關(guān)口，家庭網(wǎng)關(guān)承擔著保護家庭網(wǎng)絡(luò)安全的重大責任，因此，網(wǎng)關(guān)必須具備防攻擊、防入侵的能力。家庭網(wǎng)關(guān)的安全主要從三個方面加以考慮：設(shè)備安全、用戶個人信息管理和信息控制過濾。
3.家庭網(wǎng)關(guān)的模塊集成度與性價比
應(yīng)用于不同場合的家庭網(wǎng)關(guān)代表著不同類型的產(chǎn)品，以滿足特定需求，比如電纜調(diào)制解調(diào)器、機頂盒等結(jié)合寬帶調(diào)制解調(diào)器以提供某些專門服務(wù)的特殊家庭設(shè)備。家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)該集成不同類型的應(yīng)用，但是由于外部接入網(wǎng)絡(luò)的不同特點，不同服務(wù)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(guān)統(tǒng)一的解決方案短期內(nèi)無法達成共識。電信運營商發(fā)展家庭網(wǎng)關(guān)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(guān)如何應(yīng)需而變，適應(yīng)業(yè)務(wù)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(wù)發(fā)展的首要前提是解決家庭網(wǎng)關(guān)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(guān)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(shè)備能提供盡可能多的功能以方便業(yè)務(wù)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(guān)與家庭網(wǎng)絡(luò)相關(guān)標準的制定，各個生產(chǎn)廠家對于產(chǎn)品相關(guān)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(guān)，在運營商推動與培養(yǎng)下，家庭網(wǎng)絡(luò)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(guān)的展望
隨著家庭網(wǎng)絡(luò)的興起，家庭網(wǎng)關(guān)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(yīng)產(chǎn)品性能參差不齊，制約了家庭網(wǎng)關(guān)的進一步發(fā)展。因此需要完善和修改家庭網(wǎng)關(guān)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(guān)的成熟應(yīng)用將指日可待。
家庭網(wǎng)絡(luò)的興起，其核心是家庭網(wǎng)關(guān)。發(fā)展家庭網(wǎng)關(guān)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(wù)的運營價值鏈中，運營商應(yīng)該從最初的單純接入服務(wù)轉(zhuǎn)到綜合信息服務(wù)。下一代網(wǎng)絡(luò)和三網(wǎng)融合是大勢所趨，家庭網(wǎng)關(guān)與運營商提供的服務(wù)、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(wù)系統(tǒng)。家庭網(wǎng)關(guān)，已隱隱顯出新王者之姿。
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