典型數字家庭設計實(shí)例集錦（一）

　　目前，基于GPON技術(shù)的FTTx是寬帶接人的最佳技術(shù)，是實(shí)現語(yǔ)音、數據、視頻三網(wǎng)融合的保證。

　　但GPON技術(shù)設備相對復雜，GPON承載有QoS保障的多業(yè)務(wù)和強大的OAM 能力等優(yōu)勢，很大程度上是以技術(shù)和設備的復雜性為代價(jià)換來(lái)的，從而使得相關(guān)設備成本較高。隨著(zhù)GPON技術(shù)的發(fā)展和大規模應用，GPON設備的成本將會(huì )下降。

　　4 總 結

　　在網(wǎng)絡(luò )和通信技術(shù)快速發(fā)展的今天，數字家庭網(wǎng)絡(luò )有著(zhù)重要的研究?jì)r(jià)值，它是公共網(wǎng)絡(luò )服務(wù)向家庭的延伸，也是電信運營(yíng)商和網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商下一個(gè)重要的市場(chǎng)擴展空間。高速的家庭業(yè)務(wù)需要高的帶寬，因此數字家庭網(wǎng)絡(luò )的接人技術(shù)也是隨之研究的一大熱點(diǎn)，GPON無(wú)疑將成為未來(lái)接入網(wǎng)的最好選擇，數字家庭網(wǎng)絡(luò )和GPON結合是未來(lái)家庭寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的必然結果。
二、基于智能網(wǎng)關(guān)的數字家庭網(wǎng)絡(luò )系統設計

　　引言

　　可以預見(jiàn)，未來(lái)幾年將是寬帶網(wǎng)絡(luò )發(fā)展和家庭網(wǎng)絡(luò )普及的上升期，隨著(zhù)全球3C（Cornputer，Communication，Cosumer）的融合趨勢，數字家庭網(wǎng)絡(luò )系統將是計算機、數字家電和移動(dòng)信息終端通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫協(xié)作。

　　目前的數字家庭網(wǎng)絡(luò )，除了PC和家庭網(wǎng)關(guān)／路由器以外，又出現了媒體適配器及媒體服務(wù)器，這類(lèi)新設備將許多媒體處理任務(wù)從PC中分流出來(lái)，構成一種無(wú)中心網(wǎng)絡(luò )結構，如何將家庭控制網(wǎng)、數字數據網(wǎng)和家庭A／V網(wǎng)這三個(gè)相互之間異構的網(wǎng)絡(luò )共同構成家庭高速信息網(wǎng)，以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )接入、防盜報警、室內電器自動(dòng)控制管理、門(mén)禁對講、遠程抄表、遠程Web監控、視頻點(diǎn)播等成為信息技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

　　l 數字家庭網(wǎng)絡(luò )系統主要研究?jì)热?/P>

　　1．1 數字家庭網(wǎng)絡(luò )系統的基本功能

　　數字家庭網(wǎng)絡(luò )通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)將公共網(wǎng)絡(luò )功能和應用延伸到家庭，并以可靈活配置的家庭智能布線(xiàn)系統，連接多種多樣的終端設備，提供集成的話(huà)音、數據、多媒體、控制和管理等功能，達到信息在家庭內部終端與外部公網(wǎng)及家庭內部終端之間的充分流通和共享。其具備以下功能：

　　家庭網(wǎng)關(guān)可同時(shí)連接多個(gè)或不同種類(lèi)的接入技術(shù)，如支持ADSL和局域網(wǎng)接入。在系統功能上能夠同時(shí)處理多種類(lèi)型的接入網(wǎng)技術(shù)和多種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。

　　家庭網(wǎng)絡(luò )分為三部分：家庭控制網(wǎng)、數字數據網(wǎng)、家庭A／V網(wǎng)，這三種網(wǎng)絡(luò )在傳輸速率、帶寬需求、傳輸介質(zhì)、安全要求以及QoS（網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量）要求上均有明顯差異，因此可以使用多種技術(shù)來(lái)構建，家庭控制網(wǎng)以采用基于X-10總線(xiàn)協(xié)議的PLC電力線(xiàn)載波技術(shù)為傳輸介質(zhì)；而數字數據網(wǎng)、家庭A／V網(wǎng)以無(wú)線(xiàn)為傳輸介質(zhì)，采用超寬頻UWB技術(shù)，以極低功率的信號實(shí)現114 Mb／s的傳輸速率，滿(mǎn)足多媒體業(yè)務(wù)對帶寬的需求。

　　支持射頻接入技術(shù)，用戶(hù)通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)內置的Web Server功能控制高頻頭選臺，并通過(guò)多媒體編碼器實(shí)時(shí)捕捉模擬數據流，編碼轉換為符合數字標準（如MPEGl）的數字媒體流，經(jīng)WLAN傳輸到各多媒體播放終端，實(shí)現家庭內部各種信息終端的高速信息共享。

　　家庭網(wǎng)關(guān)能橋接接入網(wǎng)QoS和家庭網(wǎng)絡(luò )的QoS，保障訪(fǎng)問(wèn)的內容不依賴(lài)于用以傳送內容的硬件和傳輸機制；通過(guò)模塊的遠程下載功能，靈活地支持最新技術(shù)，使得系統很容易升級，以支持未來(lái)新興業(yè)務(wù)。

　　通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)內置的Web Server功能實(shí)現遠程對各種家用電器設備的控制、調節和監測，并通過(guò)SSID和VLAN技術(shù)保證用戶(hù)控制命令和數據的安全性。

　　家庭網(wǎng)關(guān)可通過(guò)Intranet VPN接入公司的VPN網(wǎng)關(guān)，實(shí)現Intranet、遠程辦公。

　　1．2 數字家庭網(wǎng)絡(luò )系統架構設計

　　以PLC電力線(xiàn)載波技術(shù)和UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)為基礎，開(kāi)發(fā)基于智能網(wǎng)關(guān)的數字家庭網(wǎng)絡(luò )系統，采用嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)將家庭數據通信網(wǎng)、家庭A／V網(wǎng)、家庭控制網(wǎng)有機的結合在一起，以標準C和JAVA作為開(kāi)發(fā)平臺，采用RC232434作為嵌入式系統核心CPU，應用嵌入式Linux操作系統作為軟件開(kāi)發(fā)平臺，采用多SSID技術(shù)、VLAN技術(shù)和VPN技術(shù)實(shí)現智能路由，并提高QoS品質(zhì)，通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)服務(wù)器將小區網(wǎng)絡(luò )信號、射頻數字電視信號、電話(huà)信號、音視頻信號、家電控制信號同時(shí)納入到家庭網(wǎng)絡(luò )中，實(shí)現處理多種類(lèi)型的接入網(wǎng)技術(shù)和多種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。數字家庭網(wǎng)絡(luò )系統架構系統框圖如圖1所示。

　　1．3 嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)架構框圖及分析

　　家庭網(wǎng)關(guān)架構框圖（如圖2所示）有7個(gè)模塊：

　?。?）RC32434 CPU核心模塊，是家庭網(wǎng)關(guān)最為核心的部分，以L(fǎng)inux操作系統為核心，管理、協(xié)調各周邊模塊。主要實(shí)現網(wǎng)絡(luò )協(xié)議轉換、智能路由、QoS動(dòng)態(tài)配置、網(wǎng)絡(luò )安全等功能；

　?。?）以太網(wǎng)接口模塊是管理多個(gè)以太網(wǎng)接入端口，負責實(shí)現輕量級TCP／IP協(xié)議棧；

　?。?）ADSL電話(huà)接口模塊，實(shí)現電話(huà)信號的數字化，并通過(guò)UWB進(jìn)行傳輸，同時(shí)可將寬帶ADSL信號解調后進(jìn)行廣域網(wǎng)服務(wù)端口和局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器之間的轉發(fā)規則映射；

　?。?）射頻接口模塊，內置高頻頭，對高頻電視信號進(jìn)行處理，具備選頻、放大及變頻功能，并通過(guò)多媒體編碼器實(shí)時(shí)捕捉模擬數據流，編碼轉換為符合數字標準（如MPEG1）的數字媒體流；

　?。?）PLC電力線(xiàn)載波接口模塊，通過(guò)PCI總線(xiàn)與RC32434 CPU進(jìn)行信息交互，將外網(wǎng)對家電控制信息通過(guò)電力線(xiàn)載波的方式傳輸給各家電終端，此模塊實(shí)現采用正交頻分復用（OFDM）調制和前向糾錯等核心算法；

　?。?）UWB無(wú)線(xiàn)通信模塊，通過(guò)PCI總線(xiàn)與

　　RC32434 CPU進(jìn)行信息交互，將寬帶網(wǎng)絡(luò )數據和多媒體音視頻流通過(guò)超寬頻UWB傳輸，同時(shí)接收PC和媒體終端的流媒體，通過(guò)網(wǎng)關(guān)轉發(fā)到外網(wǎng)或內網(wǎng)；

　?。?）Web Servet管理模塊是家庭內部各種智能應用終端的信息和狀態(tài)均以網(wǎng)頁(yè)的形式通過(guò)Web服務(wù)器傳給遠程監控用戶(hù)。

　　系統引入VPN技術(shù)，遠程用戶(hù)可以通過(guò)Access VPN接入家庭網(wǎng)關(guān)，實(shí)現對家庭網(wǎng)絡(luò )的安全遠程訪(fǎng)問(wèn)和控制。家庭網(wǎng)關(guān)可通過(guò)Intranet VPN接入公司的VPN網(wǎng)關(guān)，實(shí)現Intranet、遠程辦公。

　　2 數字家庭網(wǎng)絡(luò )系統技術(shù)原理

　　2．1 PLC技術(shù)原理

　　PLC利用1．6～30 MHz頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時(shí)，利用GMSK或OFDM調制技術(shù)將用戶(hù)數據進(jìn)行調制，然后在電力線(xiàn)上進(jìn)行傳輸；在接收端，先經(jīng)過(guò)濾波器將調制信號濾出，再經(jīng)過(guò)解調，就可得到原通信信號。PLC技術(shù)主要包括電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )單元（PNU），它負責控制電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )并從單元配電網(wǎng)集成話(huà)務(wù)，通過(guò)適當的電信干線(xiàn)接口，PNU再將話(huà)務(wù)傳至饋電網(wǎng)絡(luò )。根據饋電網(wǎng)絡(luò )中使用的不同介質(zhì)，PNU也可轉換來(lái)自低壓配電網(wǎng)的數據話(huà)務(wù)。

　　2．2 UWB技術(shù)原理

　　UWB技術(shù)最基本的工作原理是發(fā)送和接收脈沖 間隔嚴格受控的高斯單周期超短時(shí)脈沖，超短時(shí)單周期脈沖決定了信號的帶寬很寬，接收機直接用一級前端交叉相關(guān)器就把脈沖序列轉換成基帶信號，省去了傳統通信設備中的中頻級，極大地降低了設備復雜性。UWB技術(shù)采用脈沖位置調制PPM單周期脈沖來(lái)攜帶信息和信道編碼，一般工作脈寬為0．1～1．5 ns，重復周期在25～1 000 ns。

　　3 系統創(chuàng )新內容

　　3．1 應用創(chuàng )新

　　3．1．1 基于RC32434的MIPS+Linux的系統平臺

　　本系統采用IDT的RC32434 Interprise集成通信處理器，其采用32位MIPS 4Kc CPU，支持標準媒體獨立接口（MII）及簡(jiǎn)化標準媒體獨立接口（RMII），在此硬件平臺上移植Linux，并且開(kāi)發(fā)了多協(xié)議應用協(xié)議庫和設備驅動(dòng)程序，MIPS+Linux系統平臺具有良好的穩定、移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )功能、完整的TCP／IP協(xié)議棧、完備的對各種文件系統的支持，以及標準豐富的API，其內核緊湊，編譯后小于512 KB。

　　3．1．2 多SSID和VLAN技術(shù)應用

　　家庭網(wǎng)關(guān)可采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式（如通過(guò)802．1lX）進(jìn)行家庭內部組網(wǎng)，引入SSID技術(shù)可以將一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)分為幾個(gè)需要不同身份驗證的子網(wǎng)絡(luò )，每一個(gè)子網(wǎng)絡(luò )都需要獨立的身份驗證，防止未被授權的用戶(hù)進(jìn)入本網(wǎng)絡(luò )，而且采用多SSID技術(shù)可以實(shí)現虛擬AP功能。不同的SSID可以采用不同的認證方式及訪(fǎng)問(wèn)權限，也可映射為不同的VLAN，實(shí)現公共熱點(diǎn)與家庭內部網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò )隔離。

　　3．1．3 強型X-10的總線(xiàn)技術(shù)應用

　　家庭控制網(wǎng)采用X-10的總線(xiàn)傳輸技術(shù)，性?xún)r(jià)比高、兼容性、可擴充性強等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應用于家庭控制網(wǎng)絡(luò )，但由于其是在電力線(xiàn)中傳播數據，抗干擾能力較差，為了解決此問(wèn)題需要對X-10協(xié)議進(jìn)行改