基于电信网的家庭网关

【中心议题】

• 介绍了家庭网关
• 探讨了基于电信网的家庭网关的关键技术

【解决方案】

• 接入技术中采用同时支持WAN和LAN接入的方案
• 采用一套统一的QoS策略
• 关注个性化问题,尽量以最少的模块组合来满足最大多数用户的需求

一、家庭网络和家庭网关概述

家庭网关(Home Gate Way)也称RG驻地网关,是实现家庭网络内部各设备与外部设备相互通信的设备,是家庭网络中最核心的构成部分。通过家庭网络内的设备,可以与电信网络进行信息交互,也可以进行内部设备之间的信息交互。家庭网关在家庭内部建立统一的数据处理中心,对家庭内部数据进行管理,对外连接运营商网络。RG论坛组织对家庭网关的定义为:一种简单的、智能的、标准的、灵活的整个家庭网络接口单元,可以从不同的外部网络接收通信信号,通过家庭网络传递信号给各个设备。

下一代网络(NGN)是业务驱动的网络。目前用来整合家庭多种数字应用设备接入的家庭网关倍受关注。其驱动力一方面是来自用户的业务需求,另一方面是得到了运营商的青睐。

对用户来说,随着高速宽带上网和家庭电脑的普及,越来越多的数字多媒体设备如笔记本电脑、数字电视、手机、固定电话以及其他消费电子产品,经常需要同时或同一时间段通过不同的网络接入到互联网上。同时,用户对网络优质廉价服务的追求,如VoIP电话服务、蓝牙业务、IPTV服务等,使得家庭网关的应用自然而然的被推出。家庭网关可以使用户方便地组建家庭网络、智能连接,还可以方便管理家庭内外网络和多媒体设备。

对运营商来说,家庭网关是提升其业务对个人用户渗透力的最佳武器,是其接入网的扩展和延伸。通过家庭网关,运营商可以缩短自己与用户的距离,方便新业务和增值业务的扩展。家庭网关可以做到使运营商从过去的“最后一公里”到如今的“最后十米”。此外,由于移动网对固网难以阻挡的替代,固网运营商将积极推行FMC。FMC成为其摆脱困境的优选工具之一。FMC的融合为三个层面的融合,其中就包括终端侧的融合。固网和移动网的融合, FMC系统需要大量的家庭网关终端设备,这就进一步推动了家庭网关标准的出台和技术的成熟。英国电信BT和法国电信FT推出的FMC业务就是典型的家庭网关成功商用的案例。因此,可以认为家庭网络就是一个融合的网络,即融合了固定和移动的网络。

二、家庭网关的参考模型

基于电信网络的家庭网关必须具备的两个主要特点是提供宽带接入能力和基于IP的数据处理能力。家庭网关处于家庭网络的核心地位,因此除了要考虑满足用户的需求外还要考虑其灵活的扩展性。这样既可以保证用户的投资,又可以满足不断发展的业务需求。家庭网络组网应该包括以下几个网络实体:网络接入功能实体(NAE),负责终结接入技术;家庭网络核心功能实体(HCE),负责完成家庭网络的核心功能,包括家庭内部设备的联网、远程管理、QoS、安全等;功能处理实体(FPE),负责IP/非IP的转换,以及信令和媒体格式的转换;用户终端功能实体(EUTE),由用户直接使用,提供用户界面(UI)。家庭网络的物理设备可以分为4类:接入网络终端设备、家庭网关、适配设备、用户终端设备。其中适配设备完成非IP设备到IP网络的转化接入功能。

家庭网关所提供的业务有如下几类:

(1)宽带接入后的家庭通信　家庭通信是家庭内最基本的业务,包括各类电话业务,如固定电话、VoIP、移动电话、小灵通等语音电话。按照其特点,通信主要分为家庭内部成员之间的通信、家庭与外界的通信两大类。

(2)家庭娱乐和信息服务　家庭娱乐是对电信运营商传统通信领域的扩展。通过与IT厂商、家电厂商以及广播电视内容提供商的合作,家庭娱乐进一步实现电信综合信息提供能力。信息业务主要满足家庭成员对家庭内部以及外部信息获取的需求,并通过多种方式实现业务获取的便捷性以及个性化。

(3)家庭办公　通过远程接入企业网络,并且在家庭办公室环境中通过布置传真机、网络打印机等设备,采用电视会议电话等方式实时参与企业协同办公。

(4)智能家居服务　智能家居的实现已远远超出了电信领域的范畴,目前最大的困难不是技术因素,而是需要不同行业的厂商协同一致,形成合力才能加速其发展进程。

从应用上看家庭网关应该具备的两个基本功能:连接所有外部公共网络与家庭内部网络之间的桥梁;使用户在家庭内部可以获得各种家庭服务的平台。从逻辑上看家庭网关应该包括三个方面的功能:接入功能、业务功能和管理功能。从功能上可以分别看出家庭网关的基本要求:接入上必须有广域网侧接口和局域网侧接口;业务功能上必须具有语音、数据等业务支持能力并有应用扩展能力;管理功能上必须提供端对端的安全保证,提供基于业务级的QoS以及远程管理。因此,可以将家庭网关看做是几个功能模块的组合,接入功能模块主要实现家庭网络与电信网络的连接;联网功能模块主要实现家庭内部的用户终端设备之间的连接;传送功能模块主要实现家庭网络内部设备与电信网络之间的IP包的传送;核心功能模块,包括地址功能、QoS功能、安全功能、远程管理功能、本地管理功能,其中,地址功能主要实现家庭网关自身IP地址获得以及支持家庭内部终端获得IP地址, QoS功能主要实现多业务流的分级处理及转发,安全功能主要防止外部网络对家庭网络的非法访问以及内部网络的非法接入,远程管理主要实现运营商对家庭网关的远程管理与控制,比如基于安全的超文本传输协议(HTTP)方式的TR069网管技术,本地管理主要实现家庭网关的本地登录管理与控制;业务功能模块与公共电信网络的业务实现相关,业务种类繁多,其具备的功能也与特定的业务相关。

三、家庭网关的关键技术

家庭网关的关键技术主要为接入技术、QoS策略、安全、管理以及模块集成度与性价比等问题。

1·家庭网关的接入技术

家庭网关必须同时支持WAN和LAN接入。目前家庭网关的上行统一的接口和规范标准正在制定中,同时还需要确定很多开放的可选技术。对于接入技术而言, xDSL和光纤技术是首选,而未来家庭网络的无线化趋势,使基于无线局域网的WiFi或者蓝牙技术也应该得到广泛的应用。用户可以选择家庭无线网络加有线接入这种传统的模式。此外,接入技术还需要考虑的就是和3G网络以及后3G网络的结合。目前欧洲一些运营商正在研究把家庭网络集成到UMTS网络中,作为3G网络的一个延伸。每个家庭网关类似于一个简化的小型微蜂窝。通过专用3G网络接入信道(EVDO,WCDMA或HSDPA),提供任何类型的蜂窝服务,如话音、Internet接入、下载、网络电视等。可以通过无线接入到TD-SCDMA网络,克服2 GHz频点的衰落,把家庭网关当作一个小的“基站”。

同时由于干扰环境局限在比较小的范围,采用HSDPA和EVDO技术可以达到几Mbit/s的传输速率。这么做的好处一方面可以做到克服TD-SCD-MA步行移动衰落大、组网复杂的问题;另一方面移动通信终端不需要改成双模终端就可以同时使用室内室外的3G无线网络。同时,家庭网关内部也需要集成多种网络连接技术,如WLAN、以太网、UWB, Wi-Fi和蓝牙等等。

2·家庭网关的QoS策略、管理和安全

家庭网关是一个高级集成的网关,而要实现家庭网络的集成协作,必然要求一套统一的QoS策略。家庭网络的各个元素,包括网关、家庭终端设备、网络节点等同时支持这么一套分级的QoS结构。从水平层面看,为了内外网协同工作,需要提供QoS WAN/LAN的映射;从垂直层面看,接入网和上层协议同样需要QoS接口和协作。同时,由于不同的业务都需要经过家庭网关,如何在复杂的组网模式下,区分不同的业务流,对不同优先级业务流进行合适的调度对QoS提出了很高的要求。

家庭网关作为运营商网络的一部分,必须具备远程控制、远程检测、远程设置等能力。家庭网络的管理包括网关自身的管理、网关连接设备的管理和零接触服务下的即插即用。家庭网关的管理希望用户参与的越少越好。目前采用的远程管理协议主要有TR069和简单网络管理协议(SNMP),而基于TR069的管理体系会逐步成为主流。同时,作为家庭设备连接宽带网络的关口,家庭网关承担着保护家庭网络安全的重大责任,因此,网关必须具备防攻击、防入侵的能力。家庭网关的安全主要从三个方面加以考虑:设备安全、用户个人信息管理和信息控制过滤。

3·家庭网关的模块集成度与性价比

应用于不同场合的家庭网关代表着不同类型的产品,以满足特定需求,比如电缆调制解调器、机顶盒等结合宽带调制解调器以提供某些专门服务的特殊家庭设备。家庭网关应该集成不同类型的应用,但是由于外部接入网络的不同特点,不同服务提供商的不同商业模式以及涉及到商业问题,家庭网关统一的解决方案短期内无法达成共识。电信运营商发展家庭网关遇到的最大问题就是如何集成模块以满足不同用户的需求。家庭网关如何应需而变,适应业务不断发展和丰富的需求也挑战着运营商现有的运营模式。因此家庭业务发展的首要前提是解决家庭网关的个性化问题,如何以最少的模块组合来满足最大多数用户的需求。此外,家庭网关面临最突出的问题是需求和价格之间的平衡,运营商希望设备能提供尽可能多的功能以方便业务的开展,同时希望价格越低越好,但制造商提出的价格远远超过运营商的期望。不过还是有理由相信随着对家庭网关与家庭网络相关标准的制定,各个生产厂家对于产品相关功能统一认识,能够生产出高性价比、功能丰富的家庭网关,在运营商推动与培养下,家庭网络会很快成为电信运营收入中的重要一环,从而打开双赢的局面。

四、家庭网关的展望

随着家庭网络的兴起,家庭网关的研究工作已全面展开。由于一直以来缺少统一的标准,相应产品性能参差不齐,制约了家庭网关的进一步发展。因此需要完善和修改家庭网关标准,同时通过产业链上位于不同环节的厂商大力推动,家庭网关的成熟应用将指日可待。

家庭网络的兴起,其核心是家庭网关。发展家庭网关有利于运营商挖掘接入门户价值,打造综合竞争优势。整个电信业务的运营价值链中,运营商应该从最初的单纯接入服务转到综合信息服务。下一代网络和三网融合是大势所趋,家庭网关与运营商提供的服务、提供的功能相融合,将使家庭更为舒适、高效、便捷和安全,由此形成一整套的家庭信息服务系统。家庭网关,已隐隐显出新王者之姿。