基于電信網(wǎng)的家庭網(wǎng)關(guān)

　　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(chēng)RG駐地網(wǎng)關(guān)，是實(shí)現家庭網(wǎng)絡(luò )內部各設備與外部設備相互通信的設備，是家庭網(wǎng)絡(luò )中最核心的構成部分。通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò )內的設備，可以與電信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行信息交互，也可以進(jìn)行內部設備之間的信息交互。家庭網(wǎng)關(guān)在家庭內部建立統一的數據處理中心，對家庭內部數據進(jìn)行管理，對外連接運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )。RG論壇組織對家庭網(wǎng)關(guān)的定義為：一種簡(jiǎn)單的、智能的、標準的、靈活的整個(gè)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(guò)家庭網(wǎng)絡(luò )傳遞信號給各個(gè)設備。
　　
　　下一代網(wǎng)絡(luò )（NGN）是業(yè)務(wù)驅動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )。目前用來(lái)整合家庭多種數字應用設備接入的家庭網(wǎng)關(guān)倍受關(guān)注。其驅動(dòng)力一方面是來(lái)自用戶(hù)的業(yè)務(wù)需求，另一方面是得到了運營(yíng)商的青睞。
　　
　　對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)高速寬帶上網(wǎng)和家庭電腦的普及，越來(lái)越多的數字多媒體設備如筆記本電腦、數學(xué)電視、手機、固定電話(huà)以及其他消費電子產(chǎn)品，經(jīng)常需要同時(shí)或同一時(shí)間段通過(guò)不同的網(wǎng)絡(luò )接入到互聯(lián)網(wǎng)上。同時(shí)，用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )優(yōu)質(zhì)廉價(jià)服務(wù)的追求，如VoIP電話(huà)服務(wù)、藍牙業(yè)務(wù)、IPTV服務(wù)等，使得家庭網(wǎng)關(guān)的應用自然而然的被推出。家庭網(wǎng)關(guān)可以使用戶(hù)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外網(wǎng)絡(luò )和多媒體設備。
　　
　　對運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，家庭網(wǎng)關(guān)是提升其業(yè)務(wù)對個(gè)人用戶(hù)滲透力的最佳武器，是其接入網(wǎng)的擴展和延伸。通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)，運營(yíng)商可以縮短自己與用戶(hù)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(yíng)商從過(guò)去的“最后一公里”到如今的“最后十米”。此外，由于移動(dòng)網(wǎng)對固網(wǎng)難以阻擋的替代，固網(wǎng)運營(yíng)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(gè)層面的融合，其中就包括終端側的融合。固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的融合，FMC系統需要大量的家庭網(wǎng)關(guān)終端設備。這就進(jìn)一步推動(dòng)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(gè)融合的網(wǎng)絡(luò )，即融合了固定和移動(dòng)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(gè)主要特點(diǎn)是提供寬帶接入能力和基于IP的數據處理能力。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(mǎn)足用戶(hù)的需求外還要考慮其靈活的擴展性。這樣既可以保證用戶(hù)的投資，又可以滿(mǎn)足不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)需求。家庭網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)應該包括以下幾個(gè)網(wǎng)絡(luò )實(shí)體：網(wǎng)絡(luò )接入功能實(shí)體（NAE），負責終結接入技術(shù)；家庭網(wǎng)絡(luò )核心功能實(shí)體（HCE），負責完成家庭網(wǎng)絡(luò )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(shí)體（FPE），負責IP/非IP的轉換，以及信令和媒體格式的轉換；用戶(hù)終端功能實(shí)體（EUTE），由用戶(hù)直接使用，提供用戶(hù)界面（UI）。家庭網(wǎng)絡(luò )的物理設備可以分為4類(lèi)：接入網(wǎng)絡(luò )終端設備、家庭網(wǎng)關(guān)、適配設備、用戶(hù)終端設備。其中適配設備完成非IP設備到IP網(wǎng)絡(luò )的轉化接入功能。
　　
　　家庭網(wǎng)關(guān)所提供的業(yè)務(wù)有如下幾類(lèi)：
　　
　?。?）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(wù)，包括各類(lèi)電話(huà)業(yè)務(wù)，如固定電話(huà)、VoIP、移動(dòng)電話(huà)、小靈通等語(yǔ)音電話(huà)。按照其特點(diǎn)，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(lèi)。
　?。?）家庭娛樂(lè )和信息服務(wù)家庭娛樂(lè )是對電信運營(yíng)商傳統通信領(lǐng)域的擴展。通過(guò)與IT廠(chǎng)商、家電廠(chǎng)商以及廣播電視內容提供商的合作，家庭娛樂(lè )進(jìn)一步實(shí)現電信綜合信息提供能力。信息業(yè)務(wù)主要滿(mǎn)足家庭成員對家庭內部以及外部信息獲取的需求，并通過(guò)多種方式實(shí)現業(yè)務(wù)獲取的便捷性以及個(gè)性化。
　?。?）家庭辦公 通過(guò)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(guò)布置傳真機、網(wǎng)絡(luò )打印機等設備，采用電視會(huì )議電話(huà)等方式實(shí)時(shí)參與企業(yè)協(xié)同辦公。
　?。?）智能家居服務(wù) 智能家居的實(shí)現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(chǎng)商協(xié)同一致，形成合力才能加速其發(fā)展進(jìn)程。
　　
　　從應用上看家庭網(wǎng)關(guān)應該具備的兩個(gè)基本功能：連接所有外部公共網(wǎng)絡(luò )與家庭內部網(wǎng)絡(luò )之間的橋梁；使用戶(hù)在家庭內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)應該包括三個(gè)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)側接口和局域網(wǎng)側接口；業(yè)務(wù)功能上必須具有語(yǔ)音、數據等業(yè)務(wù)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(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(gè)功能模塊的組合，接入功能模塊主要實(shí)現家庭網(wǎng)絡(luò )與電信網(wǎng)絡(luò )的連接；聯(lián)網(wǎng)功能模塊主要實(shí)現家庭內部的用戶(hù)終端設備之間的連接；傳送功能模塊主要實(shí)現家庭網(wǎng)絡(luò )內部設備與電信網(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(shí)現家庭網(wǎng)關(guān)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(shí)現多業(yè)務(wù)流的分級處理及轉發(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(fǎng)問(wèn)以及內部網(wǎng)絡(luò )的非法接入，遠程管理主要實(shí)現運營(yíng)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(shí)現家庭網(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(shí)現相關(guān)。業(yè)務(wù)種類(lèi)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?xún)r(jià)比等問(wèn)題。1.家庭網(wǎng)關(guān)的接入技術(shù)
　　
　　家庭網(wǎng)關(guān)必須同時(shí)支持WAN和LAN接入。目前家庭網(wǎng)關(guān)的上行統一的接口和規范標準正在制定中，同時(shí)還需要確定很多開(kāi)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(lái)家庭網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)化趨勢，使基于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的Wi-Fi或者藍牙技術(shù)也應該得到廣泛的應用。用戶(hù)可以選擇家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )加有線(xiàn)接入這種傳統的模式。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 )的結合。目前歐洲一些運營(yíng)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(gè)延伸。每個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)類(lèi)似于一個(gè)簡(jiǎn)化的小型微蜂窩。通過(guò)專(zhuān)用3G網(wǎng)絡(luò )接入信道（EVDO，WCDMA或HSDPA），提供任何類(lèi)型的蜂窩服務(wù)，如話(huà)音、Internet接入、下載、網(wǎng)絡(luò )電視等?？梢酝ㄟ^(guò)無(wú)線(xiàn)接入到TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )，克服2 GHz頻點(diǎn)的衰落，把家庭網(wǎng)關(guān)當作一個(gè)小的“基站”。同時(shí)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(dòng)衰落大、組網(wǎng)復雜的問(wèn)題；另一方面移動(dòng)通信終端不需要改成雙模終端就可以同時(shí)使用室內室外的 3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。同時(shí)，家庭網(wǎng)關(guān)內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(gè)高級集成的網(wǎng)關(guān)，而要實(shí)現家庭網(wǎng)絡(luò )的集成協(xié)作，必然要求一套統一的QoS策略。家庭網(wǎng)絡(luò )的各個(gè)元素，包括網(wǎng)關(guān)、家庭終端設備、網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)等同時(shí)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(shí)，由于不同的業(yè)務(wù)都需要經(jīng)過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)，如何在復雜的組網(wǎng)模式下，區分不同的業(yè)務(wù)流，對不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)流進(jìn)行合適的調度對QoS提出了很高的要求。家庭網(wǎng)關(guān)作為運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )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(luò )的管理包括網(wǎng)關(guān)自身的管理、網(wǎng)關(guān)連接設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(hù)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(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議（SNMP），而基于TR069的管理體系會(huì )逐步成為主流。同時(shí)，作為家庭設備連接寬帶網(wǎng)絡(luò )的關(guān)口，家庭網(wǎng)關(guān)承擔著(zhù)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(gè)方面加以考慮：設備安全、用戶(hù)個(gè)人信息管理和信息控制過(guò)濾。
　　
　　3.家庭網(wǎng)關(guān)的模塊集成度與性?xún)r(jià)比
　　
　　應用于不同場(chǎng)合的家庭網(wǎng)關(guān)代表著(zhù)不同類(lèi)型的產(chǎn)品，以滿(mǎn)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(zhuān)門(mén)服務(wù)的特殊家庭設備。家庭網(wǎng)關(guān)應該集成不同類(lèi)型的應用，但是由于外部接入網(wǎng)絡(luò )的不同特點(diǎn)，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(wèn)題，家庭網(wǎng)關(guān)統一的解決方案短期內無(wú)法達成共識。電信運營(yíng)商發(fā)展家庭網(wǎng)關(guān)遇到的最大問(wèn)題就是如何集成模塊以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。家庭網(wǎng)關(guān)如何應需而變，適應業(yè)務(wù)不斷發(fā)展和豐富的需求也挑戰著(zhù)運營(yíng)商現有的運營(yíng)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(gè)性化問(wèn)題，如何以最少的模塊組合來(lái)滿(mǎn)足最大多數用戶(hù)的需求。此外，家庭網(wǎng)關(guān)面臨最突出的問(wèn)題是需求和價(jià)格之間的平衡，運營(yíng)商希望設備能提供盡可能多的功能以方便業(yè)務(wù)的開(kāi)展，同時(shí)希望價(jià)格越低越好，但制造商提出的價(jià)格遠遠超過(guò)運營(yíng)商的期望。不過(guò)還是有理由相信隨著(zhù)對家庭網(wǎng)關(guān)與家庭網(wǎng)絡(luò )相關(guān)標準的制定，各個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家對于產(chǎn)品相關(guān)功能統一認識，能夠生產(chǎn)出高性?xún)r(jià)比、功能豐富的家庭網(wǎng)關(guān)，在運營(yíng)商推動(dòng)與培養下，家庭網(wǎng)絡(luò )會(huì )很快成為電信運營(yíng)收入中的重要一環(huán)，從而打開(kāi)雙贏(yíng)的局面。
　　
　　四、家庭網(wǎng)關(guān)的展望
　　
　　隨著(zhù)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(kāi)。由于一直以來(lái)缺少統一的標準，相應產(chǎn)品性能參差不齊，制約了家庭網(wǎng)關(guān)的進(jìn)一步發(fā)展。因此需要完善和修改家庭網(wǎng)關(guān)標準，同時(shí)通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈上位于不同環(huán)節的廠(chǎng)商大力推動(dòng)，家庭網(wǎng)關(guān)的成熟應用將指日可待。
　　
　　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(yíng)商挖掘接入門(mén)戶(hù)價(jià)值，打造綜合競爭優(yōu)勢。整個(gè)電信業(yè)務(wù)的運營(yíng)價(jià)值鏈中，運營(yíng)商應該從最初的單純接入服務(wù)轉到綜合信息服務(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(yíng)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。家庭網(wǎng)關(guān)，已隱隱顯出新王者之姿。