基于電信網(wǎng)絡(luò)的家庭網(wǎng)關(guān)

摘要：隨著三重播放甚至多重播放業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，家庭網(wǎng)絡(luò)中部署家庭網(wǎng)關(guān)顯得越來越重要，因此有必要對(duì)基于電信網(wǎng)絡(luò)的家庭網(wǎng)關(guān)全面認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)確定位。家庭網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)相互通信的設(shè)備，應(yīng)該提供服務(wù)質(zhì)量(QoS)、安全和管理的技術(shù)手段。通過家庭網(wǎng)關(guān)，家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)可提供家庭通信、信息娛樂、家庭辦公、智能家居服務(wù)等業(yè)務(wù)。家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)尚不成熟，需要通過產(chǎn)業(yè)鏈上位于不同環(huán)節(jié)的廠商共同推動(dòng)。

關(guān)鍵詞：家庭網(wǎng)關(guān)；家庭網(wǎng)絡(luò)；服務(wù)質(zhì)量；安全；管理

Abstract: As triple-play and multi-play services are emerging， deployment of the home gateway becomes more and more important for home networks. Therefore it’s necessary to make a comprehensive understanding and exact orientation of the home gateway based on telecom networks. The home gateway is a device via which home networking devices communicate with external networks. It should support QoS， security and management for the home network. With the home gateway， home networks can provide various services such as home communications， information and entertainment， home office and intelligent home services. However， the home-gateway technology is not mature yet. It needs the promotion of manufactures at different links in the industry chain.

Key words: home gateway; home network; QoS; security; management

隨著家庭和個(gè)人通信的不斷發(fā)展，人們對(duì)于多樣化的通信需求，如數(shù)據(jù)和多媒體應(yīng)用，變得越來越強(qiáng)烈，家庭網(wǎng)絡(luò)化的呼聲也越來越響亮。由于IT業(yè)開始大舉入侵家電行業(yè)，家電更多地應(yīng)用不斷發(fā)展的信息技術(shù)，因而使得橫跨兩者之間的數(shù)據(jù)交換和兼容性問題成為研究熱點(diǎn)。

從電信網(wǎng)絡(luò)的角度來看，伴隨著家庭寬帶接入的進(jìn)一步普及，現(xiàn)有的小型家庭辦公室(SOHO)/家庭路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字用戶線調(diào)制解調(diào)器提供了多樣化的通信接入手段，完成了“最后一公里”的接入任務(wù)，但網(wǎng)絡(luò)接入功能的增強(qiáng)并未給消費(fèi)者帶來全新的生活體驗(yàn)。僅僅提供數(shù)據(jù)接入基本手段，毫無創(chuàng)新的接入終端成為制約寬帶網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步深入發(fā)展的“瓶頸”。

目前電信業(yè)界正在形成一種認(rèn)識(shí)，智能的、標(biāo)準(zhǔn)化的、靈活的家庭網(wǎng)關(guān)會(huì)替代現(xiàn)有的單一接入終端，成為構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。

1 家庭網(wǎng)關(guān)的定義和特點(diǎn)

基于電信網(wǎng)絡(luò)的家庭網(wǎng)關(guān)是連接家庭網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的接口單元，應(yīng)該能夠提供家庭聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)質(zhì)量(QoS)保障、安全管理、維護(hù)管理、地址管理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能，除提供基本接入功能外，還可以擴(kuò)展提供特定應(yīng)用。

家庭網(wǎng)關(guān)在家庭網(wǎng)絡(luò)中的位置如圖1所示。家庭網(wǎng)關(guān)可以通過各種接口(如數(shù)字用戶線、無源光網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)、無線接口等)直接與家庭外部的接入網(wǎng)設(shè)備相連^[1]。

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(shù)據(jù)處理能力。隨著基于寬帶環(huán)境中各種應(yīng)用業(yè)務(wù)的不斷豐富，家庭網(wǎng)關(guān)必須包含以下關(guān)鍵要素：

·支持對(duì)于家庭網(wǎng)關(guān)、家庭網(wǎng)絡(luò)和家庭應(yīng)用終端的遠(yuǎn)程管理。

·確保家庭網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備和應(yīng)用在有服務(wù)質(zhì)量保障的前提下接入業(yè)務(wù)平臺(tái)。

·設(shè)備發(fā)現(xiàn)和協(xié)同應(yīng)用的開發(fā)。

·成為家庭網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)設(shè)備之間聯(lián)系的紐帶。

2 家庭網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)

家庭網(wǎng)關(guān)是家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)相互通信的設(shè)備，家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備以下基本要求：

·具有廣域網(wǎng)(WAN)側(cè)接口(如xDSL、以太網(wǎng)等)。

·具有局域網(wǎng)(LAN)側(cè)接口(如以太網(wǎng)、WiFi、藍(lán)牙、通用串行總線等)。

·滿足應(yīng)用要求的系統(tǒng)處理能力(如CPU、存儲(chǔ)器等)。

·提供端到端的雙向安全保證

·具有語音、視頻等多業(yè)務(wù)支持能力，并有應(yīng)用擴(kuò)展能力。

·支持即插即用和自配置。

·滿足基于業(yè)務(wù)級(jí)的QoS保證。

·可遠(yuǎn)程管理。

2.1 家庭網(wǎng)關(guān)功能參考模型

家庭網(wǎng)關(guān)處于家庭網(wǎng)絡(luò)的核心地位，除滿足以上要求外，還需考慮可靈活擴(kuò)展。一來保證用戶既有投資，再者可以滿足不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)要求。因此，通過功能模塊進(jìn)行劃分，定義一種較合理的家庭網(wǎng)關(guān)的架構(gòu)成為共識(shí)。

圖2所示的家庭網(wǎng)關(guān)架構(gòu)已在主流網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品上得到體現(xiàn)^[2]。

在圖2所示架構(gòu)中，QoS、安全和網(wǎng)關(guān)管理這3個(gè)模塊是家庭網(wǎng)關(guān)最為關(guān)鍵的部分。

2.2 家庭網(wǎng)關(guān)的QoS

隨著三重播放甚至多重播放業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，對(duì)QoS的要求成為必然。QoS只有實(shí)現(xiàn)端到端才有意義，因此，以家庭網(wǎng)關(guān)為核心構(gòu)建的家庭網(wǎng)絡(luò)中必須采用QoS技術(shù)。在家庭網(wǎng)關(guān)中運(yùn)用QoS技術(shù)對(duì)運(yùn)營(yíng)商提供的業(yè)務(wù)和家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的應(yīng)用都很有意義。

在家庭網(wǎng)關(guān)中應(yīng)用的主要QoS技術(shù)包括流分類、標(biāo)記、擁塞管理、優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、流量整形、輸出調(diào)度等。

圖3提供了一種家庭網(wǎng)關(guān)可采用的QoS實(shí)現(xiàn)模型^[3]。

2.3 家庭網(wǎng)關(guān)的安全

家庭網(wǎng)關(guān)中對(duì)于安全的考慮主要包括：

(1)設(shè)備安全

將家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離，可以采用防火墻、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)、防端口掃描和拒絕服務(wù)(DOS)攻擊等技術(shù)，同時(shí)，提供網(wǎng)絡(luò)訪問的日志功能，便于網(wǎng)絡(luò)安全出現(xiàn)問題后的追蹤和分析。

(2)用戶個(gè)人信息管理

用戶進(jìn)行身份驗(yàn)證的通常方式是通過用戶名和密碼。為了保證可靠性，這種鑒權(quán)和認(rèn)證必須采用安全的方式進(jìn)行。對(duì)于用戶身份驗(yàn)證的唯一性可以采用證書和簽名方式，并同時(shí)對(duì)身份等重要信息進(jìn)行傳輸加密處理。基于安全的超文本傳輸協(xié)議(HTTP)方式和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議安全虛擬專用網(wǎng)(IPSec VPN)是經(jīng)常采用的用戶身份驗(yàn)證方式。

(3)信息控制過濾

信息控制過濾主要包括網(wǎng)站過濾、家長(zhǎng)控制(不同終端接入家庭網(wǎng)關(guān)的權(quán)限不同)等應(yīng)用。

2.4 家庭網(wǎng)關(guān)的管理

在家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中家庭網(wǎng)關(guān)的管理需要涉及的內(nèi)容主要包括：

(1)網(wǎng)關(guān)自身的管理

網(wǎng)關(guān)自身的管理包括對(duì)網(wǎng)關(guān)軟件的遠(yuǎn)程管理、參數(shù)配置管理、服務(wù)配置管理等。

(2)網(wǎng)關(guān)連接設(shè)備的管理

網(wǎng)關(guān)連接設(shè)備的管理包括對(duì)網(wǎng)關(guān)連接設(shè)備的遠(yuǎn)程管理、連接設(shè)備的發(fā)現(xiàn)、地址分配管理等。

(3)零接觸服務(wù)(Zero-touch)下的即插即用

從用戶使用的角度來說，對(duì)于家庭網(wǎng)關(guān)等設(shè)備的管理，用戶參與越少越好。可以采用的方式有發(fā)放設(shè)備前的預(yù)配置，或者提供給用戶安裝光盤，讓用戶便捷地完成設(shè)備的安裝(類似安裝軟件)。

針對(duì)以上的管理要求，目前可采用的遠(yuǎn)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。

3 通過家庭網(wǎng)關(guān)提供的業(yè)務(wù)

家庭網(wǎng)絡(luò)所提供的業(yè)務(wù)取決于用戶的最終需求，同時(shí)也取決于家庭設(shè)備的能力。從目前家庭網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展來看，通過家庭網(wǎng)關(guān)構(gòu)建的家庭網(wǎng)絡(luò)所提供的業(yè)務(wù)歸納起來大致有以下幾類：

(1)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、IP電話、移動(dòng)電話、小靈通等語音電話。隨著接入家庭通信帶寬的增加，可視電話、多方視頻會(huì)議等可視方式的通信也將會(huì)為越來越多家庭所接受。家庭作為社會(huì)的重要組成成分，按照其特點(diǎn)，通信主要分兩大類：家庭內(nèi)部成員之間的通信、家庭與外界的通信。

(2)家庭娛樂和信息服務(wù)

家庭娛樂是對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商傳統(tǒng)通信領(lǐng)域的擴(kuò)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(jìn)一步實(shí)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(duì)家庭內(nèi)部以及外部信息獲取的需求，并通過多種方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)獲取的便捷性以及個(gè)性化。同時(shí)也可以通過與內(nèi)容提供商的合作，提供給家庭用戶日常生活必備的豐富多彩的信息來源，滿足家庭用戶多樣化的信息獲取需求，實(shí)現(xiàn)電信綜合信息提供能力。

(3)家庭辦公

隨著企業(yè)無紙化辦公以及辦公網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)，家庭辦公成為可能。通過遠(yuǎn)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(jī)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等設(shè)備，采用電視會(huì)議電話等方式實(shí)時(shí)參與企業(yè)辦公協(xié)同。

(4)智能家居服務(wù)

智能家居(如智能家電、家居安防等)的實(shí)現(xiàn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了電信領(lǐng)域的范疇，其真正實(shí)現(xiàn)會(huì)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活帶來巨大的變革，但目前來看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(jìn)程。

4 結(jié)束語

隨著家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)產(chǎn)品性能參差不齊，因此家庭網(wǎng)絡(luò)中家庭網(wǎng)關(guān)的技術(shù)成熟不會(huì)一蹴而就，但通過產(chǎn)業(yè)鏈上位于不同環(huán)節(jié)的廠商的大力推動(dòng)，家庭網(wǎng)關(guān)的成熟應(yīng)用將指日可待。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì). 基于電信網(wǎng)絡(luò)的家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)要求:家庭網(wǎng)關(guān)[S]. 2006.

[2] Home Gateway Initiative. Home gateway architecture and security reference model and basic requirements[S].

[3] Home Gateway Initiative. Home gateway release 1 requirements[S].

收稿日期：2006-05-20

作 者 簡(jiǎn) 介

王民，北京理工大學(xué)畢業(yè)。中興通訊股份有限公司網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部多媒體終端產(chǎn)品線主任工程師，曾主持ATM、DSLAM、家庭網(wǎng)關(guān)終端等多項(xiàng)產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目，主要研究領(lǐng)域?yàn)榧彝ゾW(wǎng)關(guān)、家庭網(wǎng)絡(luò)、IPTV等。