基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關及實現(xiàn)方法

萬 象，丁英麗，劉文超，韓建亭

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，家庭用戶對于包含娛樂、信息等多業(yè)務的需求越來越旺盛。與此同時，中國各大電信運營商為家庭客戶提供了更加豐富、實用的服務，不斷提高服務質量，增強客戶感知，以更好地提升在家庭客戶領域的綜合信息服務能力。“家庭網(wǎng)關”作為家庭融合業(yè)務實現(xiàn)的網(wǎng)絡基礎設施，是電信運營商網(wǎng)絡在用戶家庭的延伸，是實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡內部組網(wǎng)和外部聯(lián)網(wǎng)的核心設備，滿足家庭客戶多業(yè)務綜合接入和家庭內部聯(lián)網(wǎng)，配合各類應用終端提供家庭應用，同時支持終端管理系統(tǒng)的遠程管理和配置。本文通過分析現(xiàn)有家庭網(wǎng)關的網(wǎng)絡部署架構和業(yè)務零配置開通中遇到的瓶頸，介紹了一種新型的基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關。

2 現(xiàn)有家庭網(wǎng)關的網(wǎng)絡部署架構和業(yè)務零配置開通遇到的瓶頸

（1）現(xiàn)有家庭網(wǎng)關的網(wǎng)絡部署架構

家庭網(wǎng)關是家庭網(wǎng)絡和外部網(wǎng)絡的接口單元，在網(wǎng)絡中的位置如圖1所示。家庭網(wǎng)絡內部的各種終端可通過家庭網(wǎng)關的用戶側接口與家庭網(wǎng)關進行通信，家庭網(wǎng)關對經(jīng)過的數(shù)據(jù)和應用進行轉發(fā)、控制和管理，并通過網(wǎng)絡側接口與業(yè)務平臺和綜合終端管理系統(tǒng)（integrated terminal management system，ITMS）進行交互，實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡和外部網(wǎng)絡的通信，提供各種可管理、可控制的應用。圖1中的綜合終端管理系統(tǒng)是家庭網(wǎng)關所承載業(yè)務的部署和控制平臺，也是家庭網(wǎng)關設備的遠程管理平臺。通過它既可以實現(xiàn)對家庭網(wǎng)關的數(shù)據(jù)、語音、視頻、QoS等功能進行部署、管理和控制,又可以實現(xiàn)對家庭網(wǎng)關的遠程狀態(tài)查詢、故障管理、設備配置和軟件升級。圖1中的電信業(yè)務運營支撐系統(tǒng)(BOSS),包含業(yè)務支撐系統(tǒng)(BSS)和運營支撐系統(tǒng)(OSS)。

具體接口的說明如下：

·N接口是家庭網(wǎng)關與承載網(wǎng)之間的寬帶接入接口，實現(xiàn)寬帶業(yè)務的接入；

·D接口是業(yè)務網(wǎng)絡和電信業(yè)務運營支撐系統(tǒng)之間的接口，實現(xiàn)用戶業(yè)務申請和開通的相關信息的同步；

·A接口是綜合終端管理系統(tǒng)與電信業(yè)務運營支撐系統(tǒng)之間的接口，實現(xiàn)業(yè)務工單下發(fā)。

（2）現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務零配置開通中遇到的瓶頸

目前，現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務零配置開通大致分為兩大類。

第一類，采用家庭網(wǎng)關出廠時預配置好的與所有業(yè)務相關的參數(shù)，家庭網(wǎng)關只須正確連接到網(wǎng)絡，上電啟動即可自動適配、提供各種業(yè)務。該情況大多是網(wǎng)絡無法具備為家庭網(wǎng)關提供安全可靠的管理通道。在這種情況下，家庭網(wǎng)關無法被管理，在后續(xù)無法通過網(wǎng)絡的綜合終端管理平臺向家庭網(wǎng)關動態(tài)加載及配置新的業(yè)務。

第二類，采用家庭網(wǎng)關出廠時僅預置一條管理通道的網(wǎng)絡連接，家庭網(wǎng)關通過前端（即電信營業(yè)廳的營業(yè)員）或后端（即用戶或電信外線維護人員）將終端與寬帶賬號進行綁定，再將家庭網(wǎng)關正確連接到網(wǎng)絡，上電啟動后，由網(wǎng)絡的綜合終端管理平臺實現(xiàn)對家庭網(wǎng)關的多業(yè)務遠程配置，為用戶提供相應的業(yè)務。這種模式是目前國內電信運營商提倡的家庭網(wǎng)關業(yè)務零接觸開通。在這種模式下，雖然家庭網(wǎng)關可以被網(wǎng)絡的綜合終端管理平臺管理，但是需要采用全網(wǎng)統(tǒng)一部署家庭網(wǎng)關的管理通道，同時需要電信營業(yè)員、用戶或上門服務的電信外線維護人員的人工參與。因此，對現(xiàn)行網(wǎng)絡和相關人員有較高的要求，也使家庭網(wǎng)關的業(yè)務開通和設備更換的流程相對復雜，不僅影響了產品的易用性和用戶的滿意度，還導致現(xiàn)網(wǎng)存在很多無法管理的家庭網(wǎng)關，為后續(xù)通過網(wǎng)絡平臺遠程加載業(yè)務設置了障礙。

與當前現(xiàn)網(wǎng)應用的家庭網(wǎng)關不同，本文介紹的基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關正是通過業(yè)務和家庭網(wǎng)關的低相關性，解決了以上的問題。

3 基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關及相關系統(tǒng)的設計考慮

基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關是在現(xiàn)有家庭網(wǎng)關的基礎上，通過將與用戶業(yè)務和功能相關的參數(shù)剝離出來，獨立存儲在SIM卡上。家庭網(wǎng)關通過讀取SIM卡的信息，為用戶提供上網(wǎng)、IPTV等業(yè)務通道。

結合現(xiàn)網(wǎng)家庭網(wǎng)關業(yè)務零配置的流程，通過對綜合終端管理系統(tǒng)進行改造和開發(fā)部署卡管理平臺及寫卡系統(tǒng)，實現(xiàn)機卡分離型家庭網(wǎng)關業(yè)務開通的真正零接觸。系統(tǒng)設計架構如圖2所示。

（1）基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關

· 對家庭網(wǎng)關終端卡（SIM卡）的要求

作為負責存儲家庭網(wǎng)關業(yè)務和功能參數(shù)信息的SIM卡，采用PLUG-IN型卡，遵循GSM11.11要求，滿足實時在線防拔，SIM卡內的邏輯結構如圖3所示。

· 機卡接口的設計考慮

考慮到用戶對家庭網(wǎng)關插卡時的便利性和機卡接口運行情況的可讀性，該接口采用外置方式，支持即插即用，同時可通過家庭網(wǎng)關的前面板指示燈標識機卡接口的運行狀態(tài)。

為了保證SIM卡內數(shù)據(jù)的安全性和接口交互數(shù)據(jù)的有效性，采用3DES加密算法、PBOC密鑰分散算法和MAC校驗方法對交互數(shù)據(jù)進行保護。

為了保證SIM卡的可擴展性，機卡接口除應遵循GSM11.11有關規(guī)定外，還應對APDU命令進行擴展，具體擴展內容見表1。

表1 APDU命令的擴展內容

· 通信處理及終端管理模塊

實現(xiàn)家庭網(wǎng)關業(yè)務的路由以及遠程綜合終端管理系統(tǒng)的業(yè)務管理、控制交互。

（2）其他相關系統(tǒng)設計考慮

· 綜合終端管理系統(tǒng)

在現(xiàn)有綜合終端管理系統(tǒng)的基礎上進行改造，通過擴展TR069相關字段（如卡序列號），對inform和認證流程進行改造，實現(xiàn)綜合終端管理系統(tǒng)對基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關的遠程管理和維護。

· 卡管理平臺

負責對家庭網(wǎng)關終端卡（SIM卡）相關信息，如卡內預配置數(shù)據(jù)、制卡資源等進行管理和維護。同時，卡管理平臺還負責寫卡過程中產生的寬帶賬號和家庭網(wǎng)關終端卡（SIM卡）序列號綁定關系的自動生成，并向綜合終端管理系統(tǒng)同步。

· 寫卡系統(tǒng)

負責生成和補發(fā)家庭網(wǎng)關終端卡（SIM卡），對寫卡組件進行管理等。

具體接口的說明如下：

·N接口是家庭網(wǎng)關和SIM卡的接口，遵循ISO 7816規(guī)范，采用特定擴展的APDU報文進行數(shù)據(jù)和命令交互；

·M接口是家庭網(wǎng)關與承載網(wǎng)之間的寬帶接入接口，實現(xiàn)寬帶業(yè)務的接入；

·F接口是綜合終端管理系統(tǒng)和卡管理平臺之間的接口，實現(xiàn)寬帶綁定關系的同步；

·D接口是卡管理平臺和寫卡系統(tǒng)之間的接口，實現(xiàn)寫卡信息的交互。

（3）主要交互流程

基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關和綜合終端管理系統(tǒng)的信息交互流程如圖4所示。

4 基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關的優(yōu)劣勢分析

（1）優(yōu)勢

本文介紹的機卡分離型家庭網(wǎng)關具有諸多優(yōu)勢，可以有效地解決現(xiàn)有家庭網(wǎng)關業(yè)務零配置開通遇到的瓶頸。

·由于管理通道的網(wǎng)絡連接參數(shù)是在用戶申請業(yè)務的時候寫入卡內的，不需要在家庭網(wǎng)關出廠時就預置管理通道的網(wǎng)絡連接，因此家庭網(wǎng)關的管理通道是否全網(wǎng)統(tǒng)一不再是業(yè)務零配置實施的前提條件，這樣簡化了網(wǎng)絡部署的要求。

·由于寬帶賬號和家庭網(wǎng)關終端卡（SIM卡）序列號綁定關系是卡管理平臺在寫卡過程中自動生成并向綜合終端管理系統(tǒng)同步，因此無需電信營業(yè)員、上門服務的電信外線維護人員或用戶人工進行寬帶賬號與終端序列號的綁定，這樣簡化了業(yè)務開通的流程，實現(xiàn)了家庭網(wǎng)關業(yè)務開通的真正零接觸以及對家庭網(wǎng)關的遠程管理和控制。

·由于綜合終端管理系統(tǒng)對機卡分離型家庭網(wǎng)關的識別是基于SIM卡序列號，而不是終端序列號，有效降低了業(yè)務與終端的關聯(lián)性，大大簡化了設備維護及更換的流程。

·機卡分離型家庭網(wǎng)關的推出有利于推動家庭網(wǎng)關社會化銷售的進程，可極大地降低營銷成本。

·機卡分離型家庭網(wǎng)關的推出使得電信運營商更專注于業(yè)務的更新和豐富，加快業(yè)務融合和增值業(yè)務開發(fā)的推進速度；對于終端廠商而言，將更關注于推動終端多樣化，滿足用戶的個性化需求，同時通過不斷提升終端的美觀性、易用性，提升用戶的滿意度。

（2）劣勢

為實現(xiàn)使用基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關用戶的業(yè)務申請和開通，需要對電信網(wǎng)絡的相關支撐系統(tǒng)進行改造，因此會帶來一定的系統(tǒng)部署成本，具體要求如下：

·需要在現(xiàn)有支撐系統(tǒng)中部署家庭網(wǎng)關終端卡（SIM卡）管理平臺和寫卡系統(tǒng)；

· 電信營業(yè)廳需部署寫卡系統(tǒng)的客戶端（提供瀏覽器和寫卡器），用于辦理新開戶、補卡業(yè)務。

5 結束語

本文介紹的基于SIM卡的可管理的家庭網(wǎng)關以現(xiàn)有家庭網(wǎng)關為基礎，利用SIM卡作為網(wǎng)關業(yè)務和功能參數(shù)的數(shù)據(jù)源，降低業(yè)務和網(wǎng)關的相關性，實現(xiàn)家庭網(wǎng)關業(yè)務的零接觸開通。通過綜合終端管理系統(tǒng)對家庭網(wǎng)關進行遠程管理、維護和業(yè)務加載，為現(xiàn)代家庭寬帶綜合信息服務提供保障。它能夠使電信運營商的網(wǎng)絡、業(yè)務以及管理支撐能力得到延伸，提高整體網(wǎng)絡和業(yè)務維護的管理效率，提升用戶使用體驗，還有利于推動家庭網(wǎng)關的社會化銷售，降低運營商的營銷成本。未來，我們將基于機卡分離型家庭網(wǎng)關，考慮實現(xiàn)通過電信的統(tǒng)一賬號（如手機號）實現(xiàn)家庭寬帶業(yè)務、手機業(yè)務的統(tǒng)一認證、計費。