数字家庭网络及其组网方式.pdf

光纤与 电缆及其应用技术 Op t i c a l Fi b e r 一El e c t r i c Ca b l e 2 0 0 8年第 2期 NO 2 2 0 0 8 数字家庭 网络及其组网方式 王助娟 吴 军 张 轶 武汉 邮电科学研 究院 武汉 4 3 0 0 7 4 摘要 主要从数字家庭网络的定义 应用和组成人手 介绍 了家庭网络的核心设备家庭网关及其作用 最 后讨论 了家庭 网络组 网技术 及其 与公 共网络的 G P ON接入技 术 从宏 观上把握 了数 字家庭 网络及 其接入 技术 的未 来发展趋势 关键词 数字家庭网络 家庭网关 千兆无源光网络 中图分类号 TN9 1 5 6 TN 8 1 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 1 9 0 8 2 0 0 8 0 2 0 0 0 5 0 3 Di g i t a l Ho m e Ne t wo r k a nd I t s Opt i c a l Ac c e s s Te c hn o l o g y W ANG Z h u J u a n W U J u n Z HANG Yi W u h a n Re s e ar c h I n s t i t ut e o f Po s t Te l e c o mmun i c at i o ns W u ha n 43 00 74 Chi n a Ab s t r a c t S t a r t i n g wi t h t h e d e f i n i t i o n a p p l i c a t i o n a n d c o mp o s i t i o n o f t h e d i g i t a l h o me n e t wo r k t h e k e y d e v i c e ho me ga t e way of t he d i gi t a l h ome ne t wor k a n d i t s f u nc t i on i s d e s c r i be d The n t he i nt r a ho me n e t wo r ki n g t e c hnol o gi e s a n d t he a c c e s s t e c h nol o gy GPON a r e d i s c us s e d S O a s t o gr a s p t he f u t ur e de v e l opme n t t r e n d f r o m a ma c r o a s pe c t o f t h e d i g i t a l h o me n e t wo r k a n d i t s a c c e s s t e c h n o l o g y Ke y wo r ds d i g i t a l ho me ne t wor k h ome g a t e wa y giga bi t p a s s i v e op t ic al ne t wor k GPON 0 引 言 随着经济和技术 的发展 人们对通信服务 的需 求已不再是简单 的话音和单向的视频 而是更快速 更丰富 交互式 的宽带多媒体业务 宽带通信与互 联网的普及极大地促进了数字媒体 内容 的发展 而 今 除了家电产品数字化的革新之外 构建一个宽带 接入 内部 互联 内容 共 享 的 家庭 网络 也 日趋 突 显 从产业发展的潮流看 通信 信息 娱乐等技术迅速 成熟并开始融合 3 C融合 的趋势 已经显 现 信息资 源在个 人终 端上 得 以 整合 个 人用 户 可 以直 接 面 对 一 个虚拟的信息平台进行操作 设备 和信息之间实 现无缝链接 所有这些使得 数字家庭 网络 这个话 题 越来越 热 l 数字家庭 网络的定义和业务应用 数字家庭网络是指通过家庭网关将公共网络的 收稿日期 2 0 0 7 0 9 1 2 作者简介 王助娟 1 9 8 2 一 女 湖北省黄冈市人 武汉邮 电科学研究院硕士研究生 作者地址 湖北省武汉市洪山区邮科院路 8 8号 武汉邮 电科学研 究院烽 火 科技学 院 0 5级研 究 生 43 00 7 4 功能和应用延伸到家庭 并以可灵活配置的家庭智 能布线系统为基础或者构筑无线环境 连接各种信息 终端 如家 电 P C等 提供集成 的话音 数据 多媒 体 控制和管理等功能 达到信息在家庭 内部终端与 外部 公共 网络 及家庭 内部终端之 间的流通 和共 享 数字家庭网络 的业务通常定位 于三个方面 a 家庭 影 音 娱 乐 观 看 影 片 欣 赏 音 乐 个 人 影 音 s t u d i o b 电信及广播业务 VOD VOI P I P T V 网 络游戏 远程办公 教育 医疗 c 控制和监视功能 实现安防 电器控制 抄表 电源管理 通过数字家 庭 网络可以实现以下业务和应用 a 与 I n t e r n e t 互 联 通过机顶盒和电视机或者 电脑实现 VOD点播 并 提供 基 于 活 动 服 务 器 网页 Ac t i v e S e r v e r P a g e AS P 的海 量存储 和 个性化 的信息 服务及 互动 的 I n t e r n e t 娱乐游戏等服务 b 实现家庭 内部各种信 息终端的高速信息共享 如 P D A P C之间的数据共 享 c 通过 家庭 网关 实 现远程 对各 种家 用 电器 的控 制 调节和监测 如对微波炉 洗衣机 空调 灯光 电 动窗帘 温度和湿度 控制器 风量调节器等的控制 d 实现防盗报警器 自动烟雾探测器 有害气体检测 装 置 的 自动报警 并 通 过 网络 发 送 到 用 户 的手 机 E ma i l 信箱或者小 区的管 理 中心 e 通过家 中摄像 t 一 述一 十 一 综一 r 0 维普资讯 光纤与电缆 及其应用技术 2 0 0 8 年第 2期 头 利用家庭网关作为视频服务器 用户可远端通过 I n t e r n e t 实时 监控 家庭安 全 2 数字家庭 网络的组成 数字家庭 网络结构如 图 l所示 通常有三部分 组成 a 家庭 网关 b 各种信息终端设备和智能家 电 设备 c 家庭智能联网环境 的构筑 即将数字家庭 内 各类终端互联并与家庭 网关相连 通过家庭 内部有 线或无线方式的互联技术实现家庭网络各信息终端 设备和智能家电设备的 自组织联 网并提供 自动发现 和配 置 其 中 家 庭 网关 Re s i d e n t i a l Ga t e wa y R G 或 Ho me Ga t e wa y HG 是数字家庭 网络的核心 是 一 种简单的 智能的 标准化的 灵活的个人家庭 网 络接 口单元 它可 以从 不同的外部网络接收通信信 号 将信号传递 给某个设备 RG也是 整个家庭 网 络与外部网络联系的桥梁 是数字家庭各种业务和 应 用 的关 键 I T U T 已 经 将 家 庭 网 络 纳 入 NGN 新 一 代 网络 的一 部 分 而 RG将 在 其 中扮 演 重要 角 色 RG在 N GN中 的位 置 及 其 与 外部 的连接 如 图 N G N范围 2所示 MGC为媒体 网关控制器 MG为媒体网关 R G应具备以下功能 a 可 同时进行多个或不 同种 类 的接入 同样家庭网络可以使用多种技术来构建 b 能同时处理多种类型的接入网技术和多种类型的 网络 技 术 c 能 桥 接 接 入 网 Qo S 和 家 庭 网 络 的 Qo S d 能保障访问 的内容不依 赖于用 以传送 内容 的硬件和传输机制 e 能灵活地支持最新技术 f 应 建 立在 灵活 的平 台上 并且 能够很 容易 升级 竺 竺 H H 竺 l l 系统 l 若 干 终 端 及 其 外 设 电 话 一 r S We b r ico 等 类 型 一 视 听 终 端 设 备 水 表 电 表 等 各 种 仪 表 洗 农 机 冰 箱 等 家 用 电 各 种 智 能 终 端 设 备 无 线 终 端 设 备 图 1数字家庭网络的结构 图 2 N GN与家庭 网关 3 数字家庭 网络的组 网方式 3 1 数宇家庭网络内部组网方式 家庭 网络是把家庭 内部的设备进行汇聚 构成 以 R G为中心的通信 网络 因而家庭 网络 的连接技 术主要是家庭内部各个终端 的接入问题 R G与运 营商连接端可选用 G P O N接入方式 对于 R G 内部 与各设备间的互联可选用多种技术 每种技术都有 其特点和适用 的范围 RG内部与各设备间的互联最通用的连接方式 是 以太 网 所有 的设 备可 以 以太 网的接 口进行 互联 但 有线 网络在某 些场 合会受 到 布线 的 限制 布 线 改 线工程量大 线路容易损 坏 网中的各节点不可移 动 因此 还可 以通过无 线局域 网作 为接入方式 无线 局 域 网 标 准 可 选 用 I E E E 8 0 2 1 l a b g 其 中 8 0 2 1 l a g的传输速率为 5 4 Mb s 8 0 2 1 1 b的传输 速率为 1 1 Mb s 8 0 2 1 1 a和 8 0 2 1 1 b工作在两个 完全不同的频带 采用完全不同的调制技术 两者是 完 全不兼 容 的 但 可 以共 存 于 同一 区域而 互不 干扰 最新批准的 8 0 2 1 1 g有两个最主要的特征 高速率 和兼容 8 0 2 1 l b 8 0 2 1 1 g标准是下一个主流的无 线局域网标准 它提供了高速数据通信带宽 并以较 为经济的成本提供 了对原有主流无线局域 网标准的 维普资讯 王助娟 等 数字家庭 网络及其组 网方式 兼 容 除此之 外 家庭 内部组 网还可 以使 用 P I T 电力线通 信 技 术 Ho me P NA 家 庭 电话 线 网 络 联 盟 是 一 种 家 庭 网络 的计 算 机 互 联 标 准 技 术 Ho me P NA o n C o AX 基 于 同 轴 电缆 的 Ho me P NA 技术 蓝牙 U S B和 DE C T 增强型数字无绳通信 等 3 2 数字 家庭 网络 与外 部公 共 网络 的连接 随着宽带业务应用的多元化及带宽需求 的不断 提高 近两年来全球掀起 了光纤接人 的热潮 面 向 未来 的宽带 应用 包括 语音 Vo I P和视频 电话 数 据 高速 I n t e r n e t 业务 和视频 I P T V 三大类 由于 每一 类宽带 应用 对 接 人 带 宽 的需 求 不 同 因此 需 要 选 择不 同的宽带 接人 方式 目前 国 内绝 大 多数 宽带 接人用 户 的 主 要应 用 是 高 速 互 联 网接 人 x D S L或 L AN 可满 足绝 大 多 数 普 通用 户 需 求 但 如 果 还 需 要 利用 宽带 接人 实 现 其 它各 种 宽 带 应 用 包 括 各 种 视 频 服务 广播 电视 HD T V VOD 等 视频 会 议 视频电话 交互网络游戏等时 原有的接人技术在带 宽 上就 显得 难 以胜 任 了 而 GP O N 接 人 方 式 可 提 供更高带宽 为此类高端用户轻松提供充足的带宽 以享受各 类 宽带业 务 虽然 上一 代技 术 B P ON E P ON 可 以满 足 当前 网络的需求 但是基于 1 P协议 的互动电视和高清晰 度电视 以及电信运 营商 向综合信息服务转型后对 网络的要求更高 只有 G P ON才能更好地满足 首 先 GP ON可支持多 种速率等级 可支持 上下行不 对称 速率 上行 不一 定 要支 持 1 Gb s以上 速 率 而 E P ON只能支持对称 1 Gb s 单一速率 因此 G P ON 的光器件选 择余地更 大 从而 可降低成本 其次 G P ON可支持 o DN等级 Cl a s s A B和 C 而 E P O N 只支持 C l a s s A 和 B 因此 GP ON 可 支 持 高 达 1 2 8 的分路比和长达 2 0 k m 的传输距离 再者 GP O N 标准提供 了前所未有 的高带宽 下行 速率高达 2 5 Gb s 上行速率 1 2 Gb s 其非对称特性 更能适应 宽带 数 据 业 务 支 持 的业 务 类 型 包括 数 据业 务 E t h e r n e t 业务 1 P业 务 和 MP E G 视 频 流 P S TN 业务 P OT S I S D N 业 务 专 用 线 业务 T1 E1 DS 3 E 3和 ATM 和 视频 业 务 数 字视 频 提 供 Qo S 的全业务保障 同时可将 多业 务映射到 A TM 信元 和 或 GEM GP ON En c a p s u l a t i o n Me t h o d 帧 中进 行传送且有很好的服务等级 支持 Qo S保证 和全业 务接人的能力 承载 GE M 帧时 可 以将 TD M 业务 映射到 GE M 帧中 使用标准的 8 k Hz 1 2 5 s 帧 能够直接支持 T DM 业务 作为电信级 的技术标准 GP ON还规定 了在接入网层面上 的保护机制 和完 整的 OAM 功能 GP ON技术还允许运营商根据各 自的市场潜力和特定 的管制环境 有针对 性地 提供 客户 所需 要 的特定 业务 相对于上一代技术 GP ON无论是在传输汇聚 层还是在业务适配层 的效率都是最高的 其总效率 最高 等效系统成本最低 假设 TD M 业务占 1 O 数据业务 占 9 O 则 G P ON 的总效率 为 9 4 而 AP ON 和 E P ON 分 别为 7 2 和 4 9 G P O N 不 仅 可 以提供 1 0 Mb s 1 0 0 Mb s 1 Gb s 的业 务 还 可 以提供 VI AN业务和语音业务 可以适应任何现有 业务 和未来 新 业务 的适 配要 求 GP ON 由 光 线 路 终 端 OL T 光 网 络 终 端 oNT 及环 形 或树 形 拓 扑 结构 的 P O N 组 成 OL T 位 于 中心 机 房 向 上 提 供 广 域 网 接 口 包 括 Gb E OC 3 S TM一 1 DS 3等 向下对 P O N 可 提供 1 2 4 4 Gb s 或 2 4 8 8 Gb s的光 接 口 O NU ONT 位 于 用 户 侧 为 用 户 提 供 1 0 1 0 0 B a s e T T1 E 1 DS 一 3等 应 用 接 口 其 对 P ON 的 光 接 口速 率 有 1 5 5 Mb s 6 2 2 Mb s 1 2 4 4 Gb s 和 2 4 8 8 Gb s 等多 种 选择 从 oL T到 O NU ONT的方 向为下行方向 采用广播发送的数据流传输方式 反之为上行方向