家庭網(wǎng)關(guān),家庭網(wǎng)關(guān)是什么意思

HG是家庭網(wǎng)絡(luò)最核心的構(gòu)成部分。HG，一個高科技的設(shè)備，把家庭的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和外部網(wǎng)絡(luò)(主要是廣域網(wǎng))連接起來。先前類似功能的設(shè)備只是提供寬帶接入的調(diào)制解調(diào)器，采用無線技術(shù)，讓用戶可以享受移動的服務(wù)。但這種傳統(tǒng)的設(shè)備并不能滿足下一代的業(yè)務(wù)以及人們對家庭集成環(huán)境的需求，因此HG作為一種提供集成多業(yè)務(wù)，多接口的寬帶接入設(shè)備逐漸走近人們的視野。

HG的主要的特征包括：首先，它提供一個對HG及家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理接口，允許用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；其次，HG允許特定的業(yè)務(wù)或應(yīng)用連接到特定的服務(wù)平臺，并提供特定級別的QoS；再則，它還具備識別并能充分利用家庭設(shè)備的功能；最后，通過所有家庭設(shè)備的功能集中起來，創(chuàng)造一個集成的家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，讓整個家庭應(yīng)用更具人性化，通過簡單而統(tǒng)一的操作模式，提供多功能的應(yīng)用。

關(guān)鍵的技術(shù)問題之HG的功能演進(jìn)架構(gòu)：HG架構(gòu)工作的目標(biāo)是定義一個可擴(kuò)展的支持多業(yè)務(wù)的基本架構(gòu)。GW的功能可以做到包括整個家庭網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)，也可以小到僅僅充當(dāng)一個調(diào)制解調(diào)器的功能。此外，架構(gòu)的設(shè)計同樣需要在功率開銷，價格等方面進(jìn)行權(quán)衡。

關(guān)鍵的技術(shù)問題之家庭設(shè)備的高級集成及QoS策略：高級集成的目標(biāo)是提供一個設(shè)備端到端的傳輸，并且有能力在家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)。要實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的集成協(xié)作，必然要求一套統(tǒng)一的QoS策略，家庭網(wǎng)絡(luò)的各個元素，包括網(wǎng)關(guān)，家庭終端設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等同時支持這么一套分級的QoS結(jié)構(gòu)。從水平層面看，為了內(nèi)外網(wǎng)協(xié)同工作，需要提供QoSWAN/LAN的映射，從垂直層面看，接入網(wǎng)和上層協(xié)議同樣需要QoS接口和協(xié)作。

關(guān)鍵的技術(shù)問題之接入技術(shù)：同樣備受關(guān)注的還包括接入技術(shù)，一個統(tǒng)一的接口和規(guī)范正在制定成標(biāo)準(zhǔn)，很多開放的可選技術(shù)需要確定。對于接入技術(shù)而言，xDSL和光纖技術(shù)是首先考慮應(yīng)用的。而未來家庭網(wǎng)絡(luò)的無線化趨勢，使基于無線局域網(wǎng)的Wi-Fi或者藍(lán)牙技術(shù)也應(yīng)該得到廣泛的應(yīng)用。用戶可以選擇家庭無線網(wǎng)絡(luò)加有線接入這種傳統(tǒng)的模式。新近另外的一種選擇也正在成為研究的熱點(diǎn)，那就是和3G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。歐洲一些運(yùn)營商正在研究把家庭網(wǎng)絡(luò)集成到UMTS網(wǎng)絡(luò)中，做為3G網(wǎng)絡(luò)的一個延伸，每個HG類似于一個簡化的小型微蜂窩。通過專用3G接入信道(WCDMA或HSDPA)，提供任何類型的蜂窩服務(wù)，比如話音，Internet接入，下載，網(wǎng)絡(luò)電視等。由于干擾環(huán)境局限在比較小的范圍，采用HSDPA可以達(dá)到幾Mbps的傳輸速率。這么做的另一個好處是用戶移動通信終端不需要改成雙模終端就可以同時使用室內(nèi)室外的3G無線網(wǎng)絡(luò)。

家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備以下能力：

同時連接多個或不同種類的接入技術(shù)，同樣家庭網(wǎng)絡(luò)可以使用多種技術(shù)來構(gòu)建；能夠同時處理多種類型的接入網(wǎng)技術(shù)和多種類型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

家庭網(wǎng)關(guān)必須能橋接接入網(wǎng)QoS和家庭網(wǎng)絡(luò)的QoS；保障訪問的內(nèi)容不依賴于用以傳送內(nèi)容的硬件和傳輸機(jī)制；靈活的支持最新技術(shù)，建立在靈活的平臺上，能夠很容易升級。

按照業(yè)務(wù)和應(yīng)用不同，家庭網(wǎng)關(guān)可以分為控制網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)三種類型。音頻和視頻流是應(yīng)用網(wǎng)關(guān)中的重要特性，因為它們使用戶可以預(yù)訂基于Web的服務(wù)，比如：點(diǎn)播和VoIP通話特性。

通過家庭應(yīng)用網(wǎng)關(guān)可以完成以下業(yè)務(wù)。家庭上網(wǎng)業(yè)務(wù)：IPTV業(yè)務(wù)，包括家庭網(wǎng)關(guān)支持視頻點(diǎn)播、直播業(yè)務(wù)及遠(yuǎn)程教育；網(wǎng)上游戲業(yè)務(wù)：包括網(wǎng)關(guān)設(shè)備支持網(wǎng)絡(luò)游戲終端開展游戲業(yè)務(wù)；IP電話、可視電話、家庭視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)，控制網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上的家庭控制和安全服務(wù)管理。例如：擁有家庭控制網(wǎng)關(guān)的用戶可以在工作或外出期間，訪問自動化照明、供熱和安全系統(tǒng)。

家庭控制網(wǎng)關(guān)還允許網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商提供全新的服務(wù)程序包，并創(chuàng)造新的收入來源。例如：通過與本地公共事業(yè)單位的聯(lián)合，服務(wù)供應(yīng)商可以安全地向消費(fèi)者提交能源消耗的形式，并提供日使用定價等多樣的通知方式。

家庭網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用前景

家庭網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用將會是大量的。其最大和最多的應(yīng)用是在家庭內(nèi)多個PC同時共享一個寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。例如，家中的小孩可以接入Web來學(xué)習(xí)學(xué)校的課程，同時另外一個家庭成員可以同時進(jìn)行網(wǎng)上購物。多個人可以同時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)操作，而不需要等待其他人完成操作。

家庭網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用不僅僅是高速Internet的接入,未來的寬帶接入進(jìn)入家庭后，將會帶來更多的服務(wù)內(nèi)容，不僅是Internet的接入，還有混合視頻和音頻信息流的可視電話，以及其它交互形式的娛樂服務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)游戲等。家庭網(wǎng)關(guān)將執(zhí)行智能化的路由算法，把這些信息流（數(shù)據(jù)）分配給各種電話、智能電器、數(shù)字電視和音響等設(shè)備。例如，高級的家庭網(wǎng)關(guān)可以使用呼叫者ID信息來發(fā)送電話呼叫給家庭內(nèi)某個電話，兒童的電話只能送到他們的房間，或晚上10點(diǎn)以后的電話呼叫（不包括緊急電話）只能送到遠(yuǎn)離臥室的地方。

上述技術(shù)如何應(yīng)用到家庭內(nèi)存在著許多新的發(fā)展趨勢。首先是高速寬帶Internet接入進(jìn)入家庭。當(dāng)前大約有1％的美國家庭擁有DSL、Cable調(diào)制解調(diào)器，到1999年末有超出1百萬的美國家庭安裝。Forrester 研究機(jī)構(gòu)預(yù)計到2003年將有超出2千萬美國家庭擁有通過DSL或Cable調(diào)制解調(diào)器的寬帶接入。

其次，連網(wǎng)家庭的數(shù)目到2002年也將快速增長。Jupiter 通訊公司預(yù)計屆時將有1千5百萬的家庭網(wǎng)絡(luò)。家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢將因家庭內(nèi)存在多個PC，以及其他電氣設(shè)備的使用而得以加速。在1999年，有60％新的PC購買是來自已有一個PC的家庭。目前已有大約15％的美國家庭擁有多個PC。

無論對于何種家庭網(wǎng)關(guān)的定義,一個面向現(xiàn)在和未來應(yīng)用的家庭網(wǎng)絡(luò),家庭綜合布線應(yīng)是成為這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ),沒有合理的布線系統(tǒng),如何能讓家庭網(wǎng)關(guān)給我們提供個性化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)呢?在此,綜合布線的作用已不言而語.

構(gòu)建下一代家庭網(wǎng)關(guān)所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)及其解決方法

隨著三重播放時代的到來，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商如今越來越需要能為用戶提供具有QoS保證的端對端業(yè)務(wù)的技術(shù)。當(dāng)采用新業(yè)務(wù)模式時，服務(wù)提供商需要更好地服務(wù)用戶并留住用戶群體，WLAN家庭網(wǎng)關(guān)在此過程當(dāng)中具有重要地位。

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商需要新的家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)以便讓用戶能連接家里盡可能多的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可利用這些設(shè)備捆綁多種業(yè)務(wù)，并控制從基礎(chǔ)設(shè)施到終端設(shè)備等家庭網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備上的業(yè)務(wù)。基于802.11標(biāo)準(zhǔn)的WLAN設(shè)備正迅速成為家庭網(wǎng)絡(luò)終端用戶認(rèn)可的事實標(biāo)準(zhǔn)。基于802.11的WLAN家庭網(wǎng)關(guān)超過基于其它有線或無線標(biāo)準(zhǔn)(如以太網(wǎng)、HPNA、HomePlug、UWB和藍(lán)牙)的設(shè)備而成為最受歡迎的家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其原因有多種。但最主要的原因，是它們使用無需授權(quán)的頻帶以及標(biāo)準(zhǔn)802.11技術(shù)，另外它們還能解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、端對端業(yè)務(wù)管理以及QoS等重要問題。

DSL網(wǎng)關(guān)面臨的挑戰(zhàn)

基于DSL的業(yè)務(wù)可望繼續(xù)超過有線調(diào)制解調(diào)器或WiMAX業(yè)務(wù)而成為全球最受歡迎的寬帶業(yè)務(wù),大多數(shù)DSL用戶將選擇WLAN家庭網(wǎng)關(guān)來連接家中的用戶端設(shè)備(CPE)。為在這個正迅速轉(zhuǎn)向單機(jī)解決方案的成長市場中取得領(lǐng)先地位，基于DSL的WLAN網(wǎng)關(guān)制造商必須戰(zhàn)勝多個挑戰(zhàn)。

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圖1：家庭網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖

這些挑戰(zhàn)包括：(1)速率/范圍——WLAN網(wǎng)關(guān)的覆蓋范圍必須遍及家里每個角落，而且無論設(shè)備距離網(wǎng)關(guān)有多遠(yuǎn)，網(wǎng)關(guān)都必須提供高的數(shù)據(jù)吞吐率；(2)干擾/串?dāng)_——隨著無線設(shè)備的數(shù)量不斷增加，網(wǎng)絡(luò)擁塞等相關(guān)問題的出現(xiàn)機(jī)會越來越大；(3)支持未來新興業(yè)務(wù)——設(shè)備必須能支持VoIP和視頻等新興業(yè)務(wù)；(4)安全性/網(wǎng)絡(luò)管理——設(shè)備必須安全、易于使用，并可讓服務(wù)提供商幫助用戶排除用戶端故障；(5)發(fā)射功率——網(wǎng)關(guān)應(yīng)采用符合世界各地發(fā)射功率標(biāo)準(zhǔn)的通用解決方案；(6)成本效益。

盡管面臨許多挑戰(zhàn)，但設(shè)備設(shè)計工程師和制造商正在開發(fā)相關(guān)硬件和軟件技術(shù)來解決這些問題。然而，他們采用的技術(shù)必須保證不將WLAN網(wǎng)關(guān)的成本增加到底線以上，或者不能給制造過程增加太多的復(fù)雜性。下面將討論的設(shè)計工程師使用的幾種硬件和軟件技術(shù)，能使WLAN網(wǎng)關(guān)滿足服務(wù)提供商和最終用戶的需求。

峰值性能

一個需要特別關(guān)注的與硬件有關(guān)的問題是RF性能，它會影響網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸速率和覆蓋范圍。如果RF性能過低，家庭網(wǎng)絡(luò)覆蓋將會出現(xiàn)盲區(qū)。幸運(yùn)的是，目前已有多種技術(shù)可用來解決這個與硬件有關(guān)的RF性能問題。合理地應(yīng)用這些技術(shù)能讓W(xué)LAN家庭網(wǎng)關(guān)的覆蓋范圍到達(dá)家中每個角落，這種網(wǎng)絡(luò)覆蓋針對擁擠網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里的多臺設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化。

改善RF性能的方法之一是增加輸出功率并提高無線電的接收靈敏度。但要注意，每個國家對無需授權(quán)的無線電的發(fā)射功率都有限制，例如美國就規(guī)定此類設(shè)備的最大輸出功率不可超過30dBm。最理想的解決方案應(yīng)該能同時增加WLAN信號的輸出功率和WLAN設(shè)備的接收靈敏度，這兩個因素都能大幅度改善家庭網(wǎng)關(guān)的覆蓋范圍。但設(shè)計工程師必須特別注意，以確保這些解決方案不會增加設(shè)備的成本或復(fù)雜性。有了系統(tǒng)設(shè)計層面的長遠(yuǎn)考慮及創(chuàng)新，設(shè)計工程師就可通過增加發(fā)射功率和提高接收機(jī)的靈敏度來擴(kuò)大802.11 WLAN網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。

采用波束指向或智能天線設(shè)計等其它技術(shù)也能解決傳輸速率、覆蓋范圍問題并消除覆蓋盲區(qū)，但這兩種技術(shù)都需要有軟件和硬件支持。另外，在網(wǎng)關(guān)設(shè)計中采用這些技術(shù)，高昂的設(shè)計和驗證成本也可能是一個挑戰(zhàn)。為家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供更高數(shù)據(jù)傳輸速率的發(fā)展中的802.11n標(biāo)準(zhǔn)，通過使用智能天線技術(shù)可解決這些問題。

除了功率和天線設(shè)計問題外，噪聲也會降低RF性能。因為家庭網(wǎng)關(guān)具有以太網(wǎng)和DSL PHY等高速接口，或者在電路板上具有WLAN子系統(tǒng)和DSL子系統(tǒng)之間的串行或并行接口，所以在家庭網(wǎng)關(guān)里更容易產(chǎn)生噪聲耦合。為解決這個問題，必須將RF的噪聲源與電路板的其余部分進(jìn)行隔離，并對噪聲源進(jìn)行屏蔽。魯棒的RF架構(gòu)和智能的布線設(shè)計對避免噪聲耦合問題也是很有必要的。

干擾是WLAN家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計工程師面對的另一個與硬件有關(guān)的問題。這個問題通常會影響WLAN技術(shù)：近距離工作的802.11無線設(shè)備越多，它們相互干擾的機(jī)會就越大，甚至沒有連接到WLAN網(wǎng)關(guān)的無線設(shè)備都可能產(chǎn)生干擾，比如車庫門開門機(jī)、微波爐和藍(lán)牙設(shè)備。 此外，隨著2.4GHz頻帶日益擁擠，干擾對802.11g性能的影響越來越大。由于802.11g正交頻分多址(OFDM)接收機(jī)比802.11b接收機(jī)更容易受到干擾，因此這個問題將變得更加嚴(yán)重。

其它潛在的干擾源還包括來自其它接入點(diǎn)和無線工作站的鄰信道干擾(ACI)，以及由無線ISP、無繩電話和2.4GHz頻帶附近的高功率無線電發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號。對信道間隔為5MHz的2.4GHz頻帶來說，802.11的ACI問題尤為棘手。

因為干擾問題只會變得越來越嚴(yán)重，所以WLAN家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計必須足夠魯棒，以應(yīng)付現(xiàn)有和未來的干擾源。要達(dá)到這個目的，在家庭網(wǎng)關(guān)所采用的芯片中，其算法或智能設(shè)計必須確保家庭網(wǎng)關(guān)能抵御來自多個干擾源的多類型干擾。例如，可采用窄帶里的有效算法來提供能量檢測和包檢測機(jī)制，以緩解2.4GHz頻帶的干擾問題。

可制造性和成本

在提高家庭網(wǎng)關(guān)的性能和可靠性的同時，設(shè)計工程師還必須確保他們所設(shè)計的終端產(chǎn)品具有很好的可制造性以及最低的成本。網(wǎng)關(guān)設(shè)計應(yīng)能在最短時間內(nèi)實現(xiàn)最高的制造良率，產(chǎn)品質(zhì)量也必須保持穩(wěn)定一致。

提高家庭網(wǎng)關(guān)可制造性的一個方法，是通過把更多功能集成到單機(jī)解決方案中來優(yōu)化設(shè)計。如今的網(wǎng)關(guān)設(shè)計采用單主板架構(gòu)或者雙板子卡架構(gòu)，選擇的架構(gòu)不同，成本和可制造性就會不一樣。最后，網(wǎng)關(guān)必須具有強(qiáng)大的自我校準(zhǔn)功能，并能在芯片里內(nèi)置制造軟件支持。 另一個硬件方面挑戰(zhàn)是要盡量降低BOM成本，進(jìn)一步在芯片里集成更多功能以及減小存儲器的封裝都有助于降低BOM成本。

易于使用

家庭網(wǎng)關(guān)使用的軟件應(yīng)該有助于提高產(chǎn)品的即插即用性能。產(chǎn)品使用越方便，則用戶的滿意度越高，購買和經(jīng)常使用新業(yè)務(wù)的機(jī)會也就越大。對家庭網(wǎng)關(guān)來說，安全功能設(shè)置簡單并具有幫助用戶排除用戶端故障的能力都非常關(guān)鍵。

為使事情簡單化，服務(wù)提供商不僅希望能用家庭網(wǎng)關(guān)來管理提供給用戶的無線家庭網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，還希望對業(yè)務(wù)進(jìn)行端到端的可視化監(jiān)控。因此，那些具有能讓服務(wù)提供商找出用戶端設(shè)備問題的診斷和故障排除工具的設(shè)備非常受歡迎。盡管目前軟件所要解決的問題就是這些，但它們很快就會被要求支持新興業(yè)務(wù)，比如漫游、視頻業(yè)務(wù)，以及把進(jìn)入到家庭網(wǎng)絡(luò)范圍的手機(jī)切換到移動VoIP模式。

由于易于使用是如此重要的一個因素，所以設(shè)計工程師應(yīng)該在網(wǎng)關(guān)里集成一套靈活的模塊化軟件，該軟件具有豐富的API，可使設(shè)備制造商很容易地用它來設(shè)計家庭網(wǎng)關(guān)，以滿足獨(dú)特的家庭網(wǎng)絡(luò)需求。因此，家庭網(wǎng)關(guān)不僅需要支持實時和嵌入式操作系統(tǒng)，還要集成與運(yùn)用多種技術(shù)，并使最終用戶能構(gòu)建并使用客戶應(yīng)用程序。

圖2：家庭網(wǎng)關(guān)的架構(gòu)演進(jìn)

另一個軟件方面的挑戰(zhàn)，是在電路板上的每個數(shù)據(jù)接口提供多級別QoS支持的同時，還要維持系統(tǒng)的性能。網(wǎng)關(guān)的DSL、以太網(wǎng)和WLAN接口都有各自的限制和QoS要求，要將這些接口集成到單個處理器中是有挑戰(zhàn)的。設(shè)計工程師必須集成并優(yōu)化每種級別的QoS，并使之運(yùn)行在單個CPU里的單個操作系統(tǒng)上。

確保采用低成本主CPU的WLAN系統(tǒng)具有多模式性能是軟件方面的另一個挑戰(zhàn)。大多數(shù)系統(tǒng)在使用時都需要包串聯(lián)(packet concatenation)和包聚集(packet aggregation)等很高的WLAN性能特性，以實現(xiàn)高的TCP/IP或UDP數(shù)據(jù)吞吐量。高速ADSL2+和多端口以太網(wǎng)支持則給低成本設(shè)備帶來極大的WLAN性能壓力。

除了降低成本之外，產(chǎn)品上市時間也正成為一個越來越重要的考慮因素。制造商必須在最短時間內(nèi)完成新產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)和上市。對家庭網(wǎng)關(guān)來說，如果有支持軟件架構(gòu)的公共平臺，實現(xiàn)快速上市要更容易些，共同軟件架構(gòu)使家庭網(wǎng)關(guān)平臺具有便攜性和重復(fù)使用性，這將有助于大幅度縮短驅(qū)動程序的開發(fā)時間。

支持未來新興業(yè)務(wù)的媒體設(shè)備

僅能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的家庭網(wǎng)關(guān)將很快過時，服務(wù)提供商將改用具有完備媒體功能的網(wǎng)關(guān)。WLAN家庭網(wǎng)關(guān)仍會有高端和低端產(chǎn)品之分，但它們都需要不斷改進(jìn)以滿足新興的三重、四重播放業(yè)務(wù)模式需求，同時它們還必須支持很高的數(shù)據(jù)傳輸速率。此外，WLAN家庭網(wǎng)關(guān)還將需要兼容VDSL2和802.11n等新興技術(shù)，并支持視頻流傳輸以及視頻信號的高速傳輸。 此外，隨著家用WLAN設(shè)備數(shù)量的大幅增長，空中將充斥更多的無線信號，因此家庭網(wǎng)關(guān)必須足夠魯棒以便能在這樣嘈雜的無線環(huán)境中工作，同時還保持穩(wěn)定的性能。

毫無疑問，家庭網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)中的地位日益重要，它將成為服務(wù)提供商與用戶之間最重要的接口。因此，這種設(shè)備必須能支持所有類型的新業(yè)務(wù)、能在任何無線網(wǎng)絡(luò)中工作并可提供端到端QoS。預(yù)計不久將來，儲存功能也將成為家庭網(wǎng)關(guān)的另一個重要需求。

盡管WLAN家庭網(wǎng)關(guān)給設(shè)計工程師帶來許多挑戰(zhàn)，但它們?yōu)榉?wù)提供商改善用戶服務(wù)和增加創(chuàng)收提供了重要機(jī)遇，因此克服這些挑戰(zhàn)將給服務(wù)提供商及其用戶帶來豐厚回報。