基于電信網的家庭網關
一、家庭網絡和家庭網關概述
家庭網關(Home Gate Way)也稱RG駐地網關，是實現家庭網絡內部各設備與外部設備相互通信的設備，是家庭網絡中最核心的構成部分。通過家庭網絡內的設備，可以與電信網絡進行信息交互，也可以進行內部設備之間的信息交互。家庭網關在家庭內部建立統一的數據處理中心，對家庭內部數據進行管理，對外連接運營商網絡。RG論壇組織對家庭網關的定義為：一種簡單的、智能的、標準的、靈活的整個家庭網絡接口單元，可以從不同的外部網絡接收通信信號，通過家庭網絡傳遞信號給各個設備。
下一代網絡(NGN)是業務驅動的網絡。目前用來整合家庭多種數字應用設備接入的家庭網關倍受關注。其驅動力一方面是來自用戶的業務需求，另一方面是得到了運營商的青睞。
對用戶來說，隨著高速寬帶上網和家庭電腦的普及，越來越多的數字多媒體設備如筆記本電腦、數學電視、手機、固定電話以及其他消費電子產品，經常需要同時或同一時間段通過不同的網絡接入到互聯網上。同時，用戶對網絡優質廉價服務的追求，如VoIP電話服務、藍牙業務、IPTV服務等，使得家庭網關的應用自然而然的被推出。家庭網關可以使用戶方便地組建家庭網絡、智能連接，還可以方便管理家庭內外網絡和多媒體設備。
對運營商來說，家庭網關是提升其業務對個人用戶滲透力的最佳武器，是其接入網的擴展和延伸。通過家庭網關，運營商可以縮短自己與用戶的距離，方便新業務和增值業務的擴展。家庭網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，由于移動網對固網難以阻擋的替代，固網運營商將積極推行FMC。FMC成為其擺脫困境的優選工具之一。FMC的融合為三個層面的融合，其中就包括終端側的融合。固網和移動網的融合，FMC系統需要大量的家庭網關終端設備。這就進一步推動了家庭網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業務就是典型的家庭網關成功商用的案例。因此，可以認為家庭網絡就是一個融合的網絡，即融合了固定和移動的網絡。
二、家庭網關的參考模型
基于電信網絡的家庭網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的數據處理能力。家庭網關處于家庭網絡的核心地位，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，又可以滿足不斷發展的業務需求。家庭網絡組網應該包括以下幾個網絡實體：網絡接入功能實體(NAE)，負責終結接入技術;家庭網絡核心功能實體(HCE)，負責完成家庭網絡的核心功能，包括家庭內部設備的聯網、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)。家庭網絡的物理設備可以分為4類：接入網絡終端設備、家庭網關、適配設備、用戶終端設備。其中適配設備完成非IP設備到IP網絡的轉化接入功能。
家庭網關所提供的業務有如下幾類：
(1)寬帶接入后的家庭通信 家庭通信是家庭內最基本的業務，包括各類電話業務，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電信綜合信息提供能力。信息業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業務獲取的便捷性以及個性化。 (3)家庭辦公 通過遠程接入企業網絡，并且在家庭辦公室環境中通過布置傳真機、網絡打印機等設備，采用電視會議電話等方式實時參與企業協同辦公。
(4)智能家居服務 智能家居的實現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，而是需要不同行業的廠商協同一致，形成合力才能加速其發展進程。
從應用上看家庭網關應該具備的兩個基本功能：連接所有外部公共網絡與家庭內部網絡之間的橋梁;使用戶在家庭內部可以獲得各種家庭服務的平臺。從邏輯上看家庭網關應該包括三個方面的功能：接入功能、業務功能和管理功能。從功能上可以分別看出家庭網關的基本要求：接入上必須有廣域網側接口和局域網側接口;業務功能上必須具有語音、數據等業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，提供基于業務級的QoS以及遠程管理。
因此，可以將家庭網關看做是幾個功能模塊的組合，接入功能模塊主要實現家庭網絡與電信網絡的連接;聯網功能模塊主要實現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家庭網絡內部設備與電信網絡之間的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，地址功能主要實現家庭網關自身IP地址獲得以及支持家庭內部終端獲得IP地址，QoS功能主要實現多業務流的分級處理及轉發，安全功能主要防止外部網絡對家庭網絡的非法訪問以及內部網絡的非法接入，遠程管理主要實現運營商對家庭網關的遠程管理與控制，比如基于安全的超文本傳輸協議(HTTP)方式的 TR069網管技術，本地管理主要實現家庭網關的本地登錄管理與控制;業務功能模塊與公共電信網絡的業務實現相關。業務種類繁多，其具備的功能也與特定的業務相關。
三、家庭網關的關鍵技術
家庭網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.家庭網關的接入技術
家庭網關必須同時支持WAN和LAN接入。目前家庭網關的上行統一的接口和規范標準正在制定中，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，而未來家庭網絡的無線化趨勢，使基于無線局域網的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絡加有線接入這種傳統的模式。此外，接入技術還需要考慮的就是和3G網絡以及后3G網絡的結合。目前歐洲一些運營商正在研究把家庭網絡集成到UMTS網絡中，作為3G網絡的一個延伸。
每個家庭網關類似于一個簡化的小型微蜂窩。通過專用3G網絡接入信道(EVDO，WCDMA或HSDPA)，提供任何類型的蜂窩服務，如話音、Internet接入、下載、網絡電視等。可以通過無線接入到TD-SCDMA網絡，克服2 GHz頻點的衰落，把家庭網關當作一個小的“基站”。同時由于干擾環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無線網絡。同時，家庭網關內部也需要集成多種網絡連接技術，如WLAN、以太網、UWB，Wi-Fi和藍牙等等。
2.家庭網關的QoS策略、管理和安全
家庭網關是一個高級集成的網關，而要實現家庭網絡的集成協作，必然要求一套統一的QoS策略。家庭網絡的各個元素，包括網關、家庭終端設備、網絡節點等同時支持這么一套分級的QoS結構。從水平層面看，為了內外網協同工作，需要提供QoS WAN/LAN的映射;從垂直層面看，接入網和上層協議同樣需要QoS接口和協作。同時，由于不同的業務都需要經過家庭網關，如何在復雜的組網模式下，區分不同的業務流，對不同優先級業務流進行合適的調度對QoS提出了很高的要求。家庭網關作為運營商網絡的一部分，必須具備遠程控制、遠程檢測、遠程設置等能力。家庭網絡的管理包括網關自身的管理、網關連接設備的管理和零接觸服務下的即插即用。家庭網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議主要有TR069和簡單網絡管理協議(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絡的關口，家庭網關承擔著保護家庭網絡安全的重大責任，因此，網關必須具備防攻擊、防入侵的能力。家庭網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.家庭網關的模塊集成度與性價比
應用于不同場合的家庭網關代表著不同類型的產品，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。家庭網關應該集成不同類型的應用，但是由于外部接入網絡的不同特點，不同服務提供商的不同商業模式以及涉及到商業問題，家庭網關統一的解決方案短期內無法達成共識。電信運營商發展家庭網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。家庭網關如何應需而變，適應業務不斷發展和豐富的需求也挑戰著運營商現有的運營模式。因此家庭業務發展的首要前提是解決家庭網關的個性化問題，如何以最少的模塊組合來滿足最大多數用戶的需求。
此外，家庭網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關與家庭網絡相關標準的制定，各個生產廠家對于產品相關功能統一認識，能夠生產出高性價比、功能豐富的家庭網關，在運營商推動與培養下，家庭網絡會很快成為電信運營收入中的重要一環，從而打開雙贏的局面。
四、家庭網關的展望
隨著家庭網絡的興起，家庭網關的研究工作已全面展開。由于一直以來缺少統一的標準，相應產品性能參差不齊，制約了家庭網關的進一步發展。因此需要完善和修改家庭網關標準，同時通過產業鏈上位于不同環節的廠商大力推動，家庭網關的成熟應用將指日可待。
家庭網絡的興起，其核心是家庭網關。發展家庭網關有利于運營商挖掘接入門戶價值，打造綜合競爭優勢。整個電信業務的運營價值鏈中，運營商應該從最初的單純接入服務轉到綜合信息服務。下一代網絡和三網融合是大勢所趨，家庭網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。家庭網關，已隱隱顯出新王者之姿。
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