家庭网关在家庭网络中的作用与功能.pdf

网络技术 电信 网技 术 年月第期 口 家庭网关在家庭网络中的作用与功能 刘述孙明俊 摘要介绍了家庭网关在家庭网络中的重要地位 并对 家庭网关 构成的家庭网络的 结构 家庭网 关的类型 与模块 家庭网关对于业务开展所必 须支持的与管理等问题进行了简要的阐述 关键词家庭网络家庭网关服务质量管理 引言 家庭网络 是在家 庭范 围 内 可扩展至邻居 小区将 家 电 安 全系统 照 明系统和 广域网相 连接的一种新技术 虽然实际的家庭空间可能 会和 图所示不同 但这 张图基本上能够代表目前家庭 网络使用 的主要空间和 主要设备 主要是以资源共享为主 儿童房里可能会有台式机 游戏 机 可能会有监控设备 卧室 的主要设备是电视和电话 厨房里的设备以家电为主 主要的需求是对于这些设备 的控制 家庭网关占据了数字家庭 中的关键位置 可以看出 网关是连接公网和家庭私网的喉舌 即负责家庭 内部对 公网的访问和交互 又负责用户从公网上对于家庭网络 的访问和控制 另外还需要负责家庭内部设备的互联 互 控等操作 家庭网关需要具备宽带接人 业务 识别 控制 信息转发等功能 家庭网关所构成的家庭网络 的结构 图为 由家庭网络构成 的家庭网络与运营商联接示 意图 图数字 家庭架构 数字家庭 内部划分为客厅 厨房 书房 儿童房和卧 室 其 中 客厅里面会使用 的设备包括笔记本电脑 电话 电视 音响等 这里 的设备主要以娱乐位置 书房里面可 能会有 台式机 打印机 摄 像机 数码 相机等 这里 的设备 图家庭网络的联接示意图 刘述 孙明俊 信息产业部电信研究 院通信标 准研究所与多媒体 研究部高级工程 师 信息产业部电信研究 院通信标准研究所与多媒体 研究部工程师 以家庭网关为界 用户家庭一侧为家庭网络 另一侧 为运营商的网络 家庭网关 与运营商连 接一端可 选 用 口 旧 方式或用以太网方式接人到运营商的接人服务器 上 对家庭 内的媒体流进行汇聚 这样不仅可以提供网络 浏览一类的业务还可以进行媒体流 的汇聚 如视频点播 视频广播 通信服务 卡拉 游戏 用 户节目预定 等 运营商的接人服务器根据用户媒体流 的业务 把数据 发送到相应 的业务网络 内 在家庭网络一侧根据设备的 不 同分为几个子网 把相对独立 的功能加以隔离 根据家 庭网络业务 的划分可以把通信 娱乐与控制分别划分到 不 同的子网 网段中 对于控制一类 的业务可以加以特别 的防护手段保证访问的安全 所有这些子网可以通过家 庭网关进行互联 家庭网关 的类型 家庭网关 的定义 由于家庭网关跨接各种不 同的行业 其具体应用也 各有差异 目前不同公司或组织对家庭网关有着很多不 同的定义和理解 的家庭网关定义 盯即 是一个在年建立 的正式 的工业论坛组织 它率先采用家庭网关来代表一个 集中式智能接口 将外部的家庭接人网络和家庭 内网络联 系起来 的家庭网关定义为一种简单的 智能 的 标准 化的 灵 活的整个家庭网络接口单元 它可以从不同的外 部网络接收通讯信号 通过家庭网络传递信号给某个消费 设备 借助引人家庭网关的概念 希望能够为集成不同的 外部网络和丰富新 的应用提供一个有效的途径 公司的家庭网关定义 一个在家庭内 的网络化信息设备与智能宽带接人网之间的智能化网关 公司的家庭网关定义 一种将家庭网络无 缝连接到宽带网络 使所有家庭 内连网设备 同时享有高 速连接的设备 的家庭网关定义 连接一个外部 网络或多个接人网络 通过某种类型的家庭网络分配服 务给一个或多个设备的设备 即一个集中整个家庭的 网 关才能视为一个真正的网关 但由于现有一些产品已具 备其 中的某些功能 而且目前存在许多不同的观点 因此 家庭网关应有一个比较广义或普遍 的意义上的定义 不同的家庭网关可以提供不同水平和类别的应用 由定义的家庭网关设备可以使家庭 消费者使用几乎 所有主要 的应用 如远程通讯 接人 远程教育 远程医疗 可视电话 家 电管理和集成 安 全系统管理 家 庭能源调节和管理 自动计量读表 邻里无绳漫游电话 视频传送和分配 虚拟 和视频点播 视频 交互通讯 点唱机 在线广告 和电子公告 因此 由 玉定义的家 庭网关的概念被广泛地接受 在过去的几年当中 许多生产厂商的努力共同推动 家庭网关走 出了其概念 阶段 同时 家庭网关被用于代表 不 同类型的产品 因此也 引起了一些混淆 其中已有的部 分产品包括网络接 口单元 设备如电话接 口盒 调制解调器 电缆调制解调器 机顶盒 结构布线系统的 增强的机 结合家庭网络解 决 方案的宽带调制 解调器 提供某些专门服务 的特殊家庭设备 以及所 推崇 的集中型家庭网关产品等 家庭网关分类 家庭网关的类型受到家庭网关定位的影 响 目前分 为了集中式网关和专用型 网关两种 集中式网关 集 中式网关的方案倾向于在家庭网络中只使用一个 家庭网关 这个网关具备接人 认证 和管理等功能 能够 支持集成 的视频 音频和语音应用 如高级的机顶盒产 品 允许通 过提供集成 化服务 目前 有些基于 的 网关集成了接人功能和业务功能 可为不同终端 设备提供声音 视频 和数据信号 专用型网关 专用型网关或服务器型 网关是设计用于提供特定类 型的应用 诸如接人 电话 家庭控制与安全 因 此专用型 网关根据其应用的场景不 同而体现为一个集线 器 机顶 盒 或者等 随着新 的家庭网关产品的不断出现 不同类型的应 用集 中于一个装置应该是家庭网关研究和开发 的未来趋 势 然而这只是最终的期望 因为一方面 不同的外部接 人 网络的特点不同 不同的服务提供商有不同的商业模 式 存在不同的已有的或正在研发 的网络接口设备 它涉 及许多不 同的技术或商业问题 因此在一段时间内很难 有一个单一的家庭网关解决方案出现 另一方面 尽管一 个分布式或多个网关的方案也有许多支持者 包括制造 商和运营商 但其同时也面临着集成网关方案的挑战 我 们相信整个家庭最终还是通过集 中式网关提供一个最有 效的桥接外部网络和家庭网络或设备的解决方案 网络技术 电信网技 术 年月第期 口 网关的功能模块 家庭网关应该具备三个方面的功能 即接人功能 业 务功能和管理功能 见图 这三类功能是针对集中式网 关而言的 能够为用户提供全部的家庭网络服务 设备制 造商可以根据运营商的需求 提供具备某些 功能模块或 者全部模块的物理设备 管理功能包括管理 发现和防备措施 地址解析和包 转发 服务质量 和安全几个方面 检测功 能 功能 地址功能 防火墙 功能 安全功 能 命名功能 管理功能八个模块构成 其中 家庭网关的业务质量保证 和管理两个功能尤为重要 家庭网关对于 业务质量的保证 图家庭网关功能模块划分示意图 接入功能 家庭网关的接人 功能主要是用来实现数字家庭网络 与公共网络的连接 目前的接人公共网络 的方式有很多 种 如 以太网 有线电视电缆 电力线都有可能作 为接人方式 家庭网关也需要集成多种内部网络连接技 术 可以通过电力线 双绞线 同轴线 无线 等多种方式接 人家庭网络中的设备 其它的不能满足家庭网络标准的 设备则通过 等接口接到一 台转换设备连 接到家庭 网络 中 业务功能 业务功能模块需要完成部分公共网络推进到家庭中 的业务功能 家庭网络中可能存在着娱乐 通信 和控制等 几种类型的业务 娱乐和控制类 的业务 主要是需要家庭 网关做桥接 控制点或者是转发 的作用 而对于通信类的 业务 由于其主要是公共网络延伸到家庭 中的应用 家庭 网关需要具备控制信令交换和编解码功能 同时还能够 负责将业务转发到合适的应用设备上去 现在的专用 型 网关 如 机 顶盒等 都可以看作是具备业务功 能模 块的家庭网关设备 管理功能 家庭网关承载的主要业务包括娱乐 通信和控制三 种 这三种业务对于网络传送质量要求各不相同 与运营 商之 间的连接带宽是有限的 如果对这些业务不加以 区 分 在网络拥塞时 每种业务 的服务质量都会大大降低 因此 保障也是家庭网关一项重要的功能 家庭网关实现保障有两种方法第一种是优先 级 这种方法设置了不同用途封包的优先级 例如 高分辨率的视频或音频的优先级最高 标准分辨率的视 频 其次 数据的优先级最低 第二种方法 是有保证的 这种方法保留了带宽 例如 一旦带宽被保留以支持 一个高分辨率的视频 当带宽不足以同时支持两个高分 辨率视频时 另一个视频即被丢弃 目前 各个标准化组织 如 一 等都 非常关注的问题 但目前看来仍然是基于优先级的 方式更能有效地解决现在的问题 家庭网关 的管理 家庭网络的管理分两级 一级是公网的管理 一级是 家庭网络内部的管理 见图 通过这两 级管理实现家庭 网络的设备和业务的正常运作和安全 配配 置置置置置置置置 夕夕夕夕夕夕七二七 七 管管理理 一一 图家庭网络的管理 结构 口 公网管理 公网管理是运营商级的管理 在这一级运 营商主要 是管理每个家庭网络的 出口设备 家庭网关 它包括 配置管理 故障管理 日志管理和安全管理 具体需要完 成的管理功能有 配置管理 家庭网络在公网级的配置管理就是对 家庭网关的配置管理 主要 指业 务数据录音通知数据 语音元素和字段等 用户数据的配置 以及家庭网络正 常工作所需 的相关配置 故障管理 家庭网关可以在定期或必要时进行在 线自检 检测设备的状态和故障 并通过告警系统 对监 测异常做出相应 的处理 其 中 告警系统应该可以按照故 障的严重程度分类 一般至少应分为两大类 即紧急告警 和非紧急告警 安全管理 应对管理员的访问权限有严格的规定 管理员登录时要求账户和密码 系统对每次访问做记录 根据管理员的需要 系统可以对其权限进行分类 如系统 管理员 配置管理员 维护管理员 等 日志管理 日志主要用来记录用户的活动过程 结果以及设备的运行状况 一般分为用户日志 系统日志 和故障日志 家庭级管理 家庭级管理是指用户对家庭内部的设备管理 安全 管理和业务的管理 对于家庭网关管理主要是通过家庭 网关在线申请业务 激活和去激活业务 对允许用 户修改 的业务数据进行个性设置等 设置家庭网络出口的安全 级别 以保证家庭网络 内部信息 的安全 对业务和家庭网 络管理员身份设置密码 家庭网络的应用前景 家庭网络市场的发展是以家庭宽带市场发展为基础 的 年全球共有万个家庭引进了家庭网络 预 计年将增加到接近亿个家庭 从市场角度看 随着我 国计算机互联网用户的增加 以 以太网 等多种宽带接人方式也 逐渐普及起来 从运营商角度看 通过开展更多更新的家庭网络业 务也可以改变目前固网的 的降低 部分固话业务 向移动转移的状况 结束语 家庭网关做为家庭网络 中最为重要的一个设备 连 接着家庭 网络与运营商 家庭网关对于家庭网络的开展 至关重要 因此家庭网络是否 可能成功部署 与家庭网关 是否易用 是否可以与家庭网络中的设备相互发现与互 操作 是否可以支持多种业务均是紧密相关的 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 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 为电信运营收人 中的重要一环 收稿日期 一一 红色财富 金色 在 中国 全球峰会月开幕 刚刚结束的北京财富论坛上 信息产业部部长王旭东 郑重表示 中国承诺在年提供技术服务 同时 王部长也指 出 在推进过程 中一个很重要 的问题 就 是最终要看技术的发展程度和市场发育情况 即面对将 要到来的时代 我们真的都准备好了吗由国内权威 电信科研机构 信息产业部电信研究 院年月 一 日在北京举办的 在中国 全球峰会 将会 对这个问题进行全面 客观的剖析 本届峰会依托信息产业部电信研究 院