数字家庭网络及其组网方式

1、光纤与电缆及其应用技术Optical Fiber &Electric Cable2008年第2期No.22008综述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430074摘要主要从数字家庭网络的定义、应用和组成入手,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GPON 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TN915.6;TN818文献标识码A 文章编号100621908(2008022*Digital H ome N et work and

2、 Its Optical Access T echnologyWAN G Zhu 2J uan ,WU J un ,ZHAN G Y i(R esearch I nstitute of Post &T elecommunications ,Wuhan 430074,ChinaAbstract :Starting with the definition ,application and composition of the digital home network ,the key device ,home gateway of the digital home network and

3、its f unction is described.Then the intra 2home networking technologies and the access technology GPON are discussed ,so as to grasp the f uture development trend ,f rom a macro aspect ,of the digital home network and its access technology.K ey w ords :digital home network ;home gateway ;gigabit pas

4、sive optical network (GPON 收稿日期2007209212作者简介王助娟(1982-,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88号,武汉邮电科学研究院烽火科技学院(05级研究生,4300740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,3C

5、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。1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、PC 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st udio 。b.电信及广播业务,VOD

6、 、VOIP 、IP TV 、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Internet 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(Active Server Page ,ASP 的海量存储和个性化的信息服务及互动的Internet 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PDA 、PC 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

7、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 2mail 信箱或者小区的管理中心。e.通过家中摄像头,利用家庭网关作为视频服务器,用户可远端通过Internet 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1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(Residential Gateway ,R G 或Home Gat

8、eway ,H G 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。R G 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。ITU 2T 已经将家庭网络纳入N GN (新一代网络的一部分,而R G 将在其中扮演重要角色,R G 在N GN 中的位置及其与外部的连接如图2所示,M GC 为媒体网关控制器,M G 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

9、接入网QoS 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 。图1 数字家庭网络的结构图2NGN 与家庭网关3数字家庭网络的组网方式3.1数字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GPON 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。R G 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

10、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IEEE 802.11a/b/g ,其中802.11a/g 的传输速率为54Mb/s ,802.11b 的传输速率为11Mb/s ,802.11a 和802.11b 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802.11g 有两个最主要的特征:高速率和兼容802.11b 。802.11g 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

11、成本提供了对原有主流无线局域网标准的6光纤与电缆及其应用技术2008年第2期兼容。除此之外,家庭内部组网还可以使用PL T (电力线通信技术、HomePNA(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、HomePNA on COAX(基于同轴电缆的HomePNA技术、蓝牙、US B和DECT(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入的热潮。面向未来的宽带应用包括语音(Vo IP和视频电话、数据(高速Internet业务和视频(IP TV三大类。由于每一类宽带应用对接入带宽的需求不同,因此需要

12、选择不同的宽带接入方式。目前国内绝大多数宽带接入用户的主要应用是高速互联网接入,xDSL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入实现其它各种宽带应用,包括各种视频服务(广播电视、HD TV、VOD等、视频会议、视频电话、交互网络游戏等时,原有的接入技术在带宽上就显得难以胜任了。而GPON接入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(BPON、EPON可以满足当前网络的需求,但是基于IP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GPON才能更好地满足。首先,GPON可支持多种速率等级,

13、可支持上下行不对称速率,上行不一定要支持1Gb/s以上速率,而EPON只能支持对称1Gb/s单一速率,因此GPON 的光器件选择余地更大,从而可降低成本。其次, GPON可支持ODN等级Class A、B和C,而EPON 只支持Class A和B,因此GPON可支持高达128的分路比和长达20km的传输距离。再者,GPON 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1.2Gb/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(Et hernet业务,IP业务和M PEG视频流、PSTN 业务(PO TS、ISDN业务、专用线业务(T1、E1、DS2 3、

14、E3和A TM和视频业务(数字视频;提供QoS 的全业务保障,同时可将多业务映射到A TM信元和(或GEM(GPON Encap sulation Met hod帧中进行传送且有很好的服务等级,支持QoS保证和全业务接入的能力;承载GEM帧时,可以将TDM业务映射到GEM帧中,使用标准的8k Hz(125s帧,能够直接支持TDM业务;作为电信级的技术标准, GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能;GPON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,GPON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

15、率最高,等效系统成本最低。假设TDM业务占10%、数据业务占90%,则GPON的总效率为94%,而A PON和EPON分别为72%和49%。GPON不仅可以提供10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s的业务,还可以提供VL 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。GPON由光线路终端(OL T、光网络终端(ON T及环形(或树形拓扑结构的PON组成。OL T位于中心机房,向上提供广域网接口,包括Gb E,OC23/STM21,DS23等,向下对PON可提供1.244Gb/s或2.488Gb/s的光接口。ONU/ON T 位于用户侧,为用户提供10/100Base T,T

16、1/E1, DS23等应用接口,其对PON的光接口速率有155 Mb/s,622Mb/s,1.244Gb/s和2.488Gb/s等多种选择。从OL T到ONU/ON T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,采用基于统计复用的时分多址接入(TDMA技术。PON通过粗波分复用(CWDM覆盖实现数据流的全双工传输。PON一般采用树形拓扑结构,在需要提供业务保护和通道保护的情况下,可增加保护环,对某些ON T提供保护功能。目前,基于GPON技术的F T Tx是宽带接入的最佳技术,是实现语音、数据、视频三网融合的保证。但GPON技术设备相对复杂,GPON承载有QoS 保障的多业务和强大的OAM能力等优势,很大程度上是以技术和设备的复杂性为代价换来的,从而使得相关设备成本较高。随着GPON技术的发展和大规模应用,GPON设备的成本将会下降。4总结在网络和通信