6.1 家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)及主要應(yīng)用研究
6.1.1 家庭網(wǎng)關(guān)的概念
由于研究家庭網(wǎng)關(guān)的公司眾多，目前國際上對家庭網(wǎng)關(guān)的定義還不統(tǒng)一。
1. Cisco System公司的家庭網(wǎng)關(guān)定義是：一個在家庭內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)化信息設(shè)備與智能寬帶接入網(wǎng)之間的智能化網(wǎng)關(guān)。
2. RG （Residential Gateway Gorup）對家庭網(wǎng)關(guān)的定義：一種簡單的、智能的、標準化的、靈活的整個家庭網(wǎng)絡(luò)接口單元，可以從不同的外部網(wǎng)絡(luò)接收通訊信號，通過家庭網(wǎng)絡(luò)傳遞信號給某個智能設(shè)備。
3.華為公司對家庭網(wǎng)關(guān)的理解：家庭網(wǎng)關(guān)絕非一個簡單的ADSL MODEM，而是具備多接口、多業(yè)務(wù)感知和承載、可管理的終端設(shè)備。
雖然各方的理解側(cè)重點有所不同，但隨著目前家庭網(wǎng)關(guān)、媒體中心和智能家庭網(wǎng)絡(luò)在功能上的不斷融合，家庭網(wǎng)關(guān)一般都要滿足如下條件：
兼容多種外部寬帶網(wǎng)絡(luò)接入方式，成為家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的連接橋梁和門戶。
連接并控制家庭內(nèi)部所有可聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，成為家庭內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)連接中心和控制中心。
存儲、分發(fā)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的多媒體內(nèi)容，成為家庭內(nèi)部的多媒體中心。
我國對家庭網(wǎng)關(guān)的標準化定義
2006年，中國通信標準化協(xié)會對基于電信網(wǎng)絡(luò)的家庭網(wǎng)關(guān)進行了標準化工作，并發(fā)布了《基于電信網(wǎng)絡(luò)的家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)要求－家庭網(wǎng)關(guān)》技術(shù)標準。
在該標準中提出，家庭網(wǎng)關(guān)是家庭網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分。從家庭網(wǎng)絡(luò)來看，主要包括4個邏輯功能實體：
網(wǎng)絡(luò)接入功能實體（Network Access Entity——NAE），負責終結(jié)接入技術(shù)；
家庭網(wǎng)絡(luò)核心功能實體（Home Core Entity——HCE），負責完成家庭網(wǎng)絡(luò)的核心功能，包括家庭內(nèi)部設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)、遠程管理、QoS、安全等；
功能處理實體（Functional Processing Entity——FPE）,負責IP/非IP的轉(zhuǎn)換，以及信令、媒體格式的轉(zhuǎn)換；
用戶終端功能實體（End User Terminal Entity——EUTE），由用戶直接使用，提供UI界面。
家庭網(wǎng)絡(luò)參考模型

家庭網(wǎng)關(guān)是家庭網(wǎng)絡(luò)與電信設(shè)備之間的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他設(shè)備通過它可以與電信網(wǎng)絡(luò)之間進行信息交互，也可以進行設(shè)備之間的信息交互。家庭網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)上圖這的邏輯功能實體組合可以是HCE或HCE+FPE或NAE+HCE或NAE+HCE+FPE。
6.1.2家庭網(wǎng)關(guān)在家庭網(wǎng)絡(luò)中的位置
家庭網(wǎng)關(guān)在家庭網(wǎng)絡(luò)中的位置如下圖所示。家庭網(wǎng)關(guān)可以通過各種接口直接與接入網(wǎng)相連。家庭網(wǎng)關(guān)可以直接與用戶終端設(shè)備相連，也可以通過適配設(shè)備與用戶終端設(shè)備相連。
家庭網(wǎng)關(guān)在家庭網(wǎng)絡(luò)中的位置圖

家庭網(wǎng)關(guān)包括五個方面的功能模塊：
接入功能，主要實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)與電信網(wǎng)絡(luò)的連接
聯(lián)網(wǎng)功能，主要實現(xiàn)家庭內(nèi)部的用戶終端設(shè)備之間的連接
傳送功能，主要實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備與電信網(wǎng)絡(luò)之間IP包的傳送
核心功能,主要包括：
地址功能，主要實現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)自身IP地址獲得以及支持家庭內(nèi)部終端獲得IP地址。
QoS 功能，主要實現(xiàn)多業(yè)務(wù)流的分級處理及轉(zhuǎn)發(fā)。
安全功能，主要防止外部網(wǎng)絡(luò)的對家庭網(wǎng)絡(luò)的非法訪問以及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的非法接入。
遠程管理功能，主要實現(xiàn)運營商對家庭網(wǎng)關(guān)的遠程管理與控制。
本地管理功能，主要實現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)的本地登錄管理與控制。
業(yè)務(wù)功能，與公共電信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)實現(xiàn)相關(guān)，由于業(yè)務(wù)的種類很多，這個功能模塊在家庭網(wǎng)關(guān)中是可選的，不是必選的。
家庭網(wǎng)關(guān)功能框架圖

6.1.3 家庭網(wǎng)關(guān)的技術(shù)實現(xiàn)方式
按照家庭網(wǎng)關(guān)所要實現(xiàn)的功能，其傳送功能所涉及的技術(shù)比較單一，即實現(xiàn)IP包的傳送即可。而核心功能和業(yè)務(wù)功能與運營商的發(fā)展規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、市場特點等關(guān)系密切，因此具有很強的個性化特征。因此，本節(jié)只對各種不同的接入方式和聯(lián)網(wǎng)方式進行對比研究。
1.接入功能的實現(xiàn)方式
目前家庭網(wǎng)關(guān)可以支持xDSL、PON等有線接入方式和GPRS、EDGE、TD-HSDPA等無線接入方式，將內(nèi)部家庭網(wǎng)絡(luò)連接到外部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)接入網(wǎng)和家庭網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)功能。
下表對各種接入方式的速率和產(chǎn)業(yè)鏈成熟度進行了對比，可以看出，基于TD-HSDPA的家庭網(wǎng)關(guān)速率可以與目前運營商廣泛使用的ADSL/ADSL2+等相媲美，這將成為中國移動利用家庭網(wǎng)關(guān)進入家庭市場奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
表1家庭網(wǎng)關(guān)的接入技術(shù)對比
技術(shù)下行速率上行速率傳輸距離產(chǎn)業(yè)鏈成熟度
ADSL1.5M～8Mbps512k～1Mbps5.5～2.7公里成熟，大規(guī)模商用
ADSL2+1.5M～23M1.5M～2.3M3～1公里成熟，有較多的應(yīng)用
VDSL非對稱： 6.5～52Mbps；對稱：6.5～26Mbps非對稱：0.8～6.4Mbps
對稱：6.5～26Mbps小于1.5Km標準不成熟，小范圍應(yīng)用
VDSL2100M100M2.5Km以上芯片、產(chǎn)品目前不很成熟
EPON最高1.25Gbit/s最高1.25Gbit/s10km/20km技術(shù)成熟，已規(guī)模商用
GPON最高2.5Gb/s最高1.25Gb/s10km/20km目前由于成本原因，商用規(guī)模不大
GPRS115kbps30-40kbps-有運營商對基于GPRS的家庭網(wǎng)關(guān)進行測試，但由于傳輸速率較低，并未作為發(fā)展重點
EDGE374kbps100-130kbps-有運營商對基于GPRS的家庭網(wǎng)關(guān)進行測試，但由于傳輸速率較低，并未作為發(fā)展重點
HSDPA300-374kbps300-374kbps-Vodafone主要使用了基于HSDPA的家庭網(wǎng)關(guān)
TD-HSDPA1.6Mbps550-1100kbps-展訊與夏新電子、德賽電子在2008年10月聯(lián)合實現(xiàn)首個商用產(chǎn)品，將在廣州、上海等地實現(xiàn)商用
2.聯(lián)網(wǎng)功能的實現(xiàn)方式
無線聯(lián)網(wǎng)方式
無線技術(shù)是通信領(lǐng)域以及各種信息化應(yīng)用最為重要的前沿陣地，近幾年來，各種短距離、局部領(lǐng)域的無線通信技術(shù)紛紛涌現(xiàn)，WLAN、UWB、Zigbee、HomeRF、Bluetooth等技術(shù)快速發(fā)展，引領(lǐng)著數(shù)字化家庭的發(fā)展進程。WLAN技術(shù)可以實現(xiàn)多臺電腦同時上網(wǎng)，UWB、Zigbee、HomeRF等技術(shù)可以將各種數(shù)字娛樂設(shè)施進行互聯(lián)，而藍牙技術(shù)可以實現(xiàn)不同終端之間的信息數(shù)據(jù)同步等。
表2無線組網(wǎng)技術(shù)對比
WiFiBluetoothHomeRFZigBeeUWB
使用頻段2.4GHz2.4GHz2.4GHz2.4GHz/915MHz/868MHz3.1 - 10.6 GHz
調(diào)制技術(shù)QPSK(CCK)GFSKFSKBPSK,OQPSK低頻率脈沖，可采用OOK，對映脈沖鍵控，脈沖振幅調(diào)制或脈位調(diào)制
最大數(shù)據(jù)傳輸速率1Mbps1Mbps1.6Mbps250kbps最高達1G
功耗高中等中等極低極低
復雜性非常復雜復雜復雜簡單復雜
覆蓋距離50m10m50m100m10m
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)508127255-
使用成本中等中等中等低高
安裝難度難簡單簡單簡單難
產(chǎn)業(yè)鏈非常成熟非常成熟不太成熟不成熟不成熟
有線聯(lián)網(wǎng)方式
隨著IPTV和其他網(wǎng)絡(luò)娛樂服務(wù)的興起，無線連接方式已經(jīng)不能滿足用戶對業(yè)務(wù)體驗的要求。比如，要利用無線方式傳輸高清電視信號，要滿足1080p的電視信號傳輸，無線傳輸最大速率要達到3Gb/s，目前能達到這一速率的只有Wireless HD協(xié)議，而這一協(xié)議還處在實驗室中，距離商品化還有很長一段路要走。
因此，一些有線聯(lián)網(wǎng)方式將逐漸蠶食當前的無線局域網(wǎng)，如HomePNA、HomePlug和MOCA。這是因為從目前電信運營商家庭網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式來看，基于Wi-Fi的無線局域網(wǎng)是家庭組網(wǎng)的主導方式。WiFi作為一種取代電纜連接的解決方案，但在家庭聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中逐步遇到了互操作、QoS等問題。
現(xiàn)在，電信運營商對家庭組網(wǎng)比較一致的看法是，如果不是非常必要，盡量不用無線，也不用新的布線，而是使用住家現(xiàn)有的布線，包括網(wǎng)線、電話線、有線電視電纜和電力線。
以太網(wǎng)技術(shù)是目前廣泛使用的一種家庭內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，也是家庭網(wǎng)關(guān)上配置最為普遍的一種技術(shù)，只需網(wǎng)線就可以實現(xiàn)互聯(lián)。但存在的問題是家庭內(nèi)部的網(wǎng)口較少，一般都需要重新布線，且一般只能支持計算機聯(lián)網(wǎng)。
另一種有線聯(lián)網(wǎng)方式是利用現(xiàn)有電話線作家庭聯(lián)網(wǎng)的HomePNA，其思路類似于DSL，只是用普通電話線來同時支持話音、寬帶數(shù)據(jù)和家庭網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，速率高達320Mbit/s。用戶只要把信息家電插入電話線插口即可聯(lián)網(wǎng)。存在的主要問題是，住家內(nèi)的電話線插口數(shù)量有限，一般都少于5個，多半只有2-3個。
利用電力線作家庭聯(lián)網(wǎng)的標準有HomePlug聯(lián)盟推出的HomePlug。它是基于0FDM技術(shù)的。大多數(shù)家庭的電源插口比電話線插口多，故HomePlug比HomePNA有優(yōu)勢。但是，它面臨不少問題，例如，因不同地方的電力管制辦法不同而造成的困難、用戶對使用電源插口不放心而產(chǎn)生的抵觸情緒以及干擾、噪聲與信號衰減等問題。
2004年初成立的同軸電纜多媒體聯(lián)盟(MoCA)實際上是WiFi聯(lián)盟的同軸電纜的翻版，試圖制定利用現(xiàn)有有線電視電纜作為家庭聯(lián)網(wǎng)的標準，驗證設(shè)備互操作性，讓電視機、數(shù)字機頂盒，DVR，DVD，數(shù)字VHS，CD/MP3與PC等設(shè)備能夠進行無縫連接。
在未來的幾年內(nèi)，HomePNA、HomePlug和MOCA等有線聯(lián)網(wǎng)方式將迅速普及。由于具有易用、帶寬高等特點，越來越多的服務(wù)商將推廣這種網(wǎng)絡(luò)。
目前，AT&T正在籌劃向用戶提供HomePNA網(wǎng)絡(luò)，而Verizon也已經(jīng)向用戶提供MOCA設(shè)備。這種新型網(wǎng)絡(luò)在未來幾年內(nèi)將得到迅速普及。按照Gartner的預測，以有線電視所使用的同軸電纜為例，2007年在家庭聯(lián)網(wǎng)中所占比例預計僅為7%，但2011年將增至12%。此外，電力線的使用比例也將繼續(xù)提升，而Wi-Fi則保持持平狀態(tài)。
表3家庭網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)方式對比表
名稱聯(lián)盟傳輸介質(zhì)最新版本理論連接速度
以太網(wǎng)以太網(wǎng)聯(lián)盟網(wǎng)線-最高達10G
HomePlug家庭插電聯(lián)盟電力線HomePlug AV200Mbps
MoCA同軸電纜多媒體聯(lián)盟同軸電纜-270Mbps
HomePNA家庭電話線聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟電話線/同軸電纜HomePNA 3.1320Mbps
6.1.4 基于家庭網(wǎng)關(guān)的主要應(yīng)用
根據(jù)家庭用戶對綜合信息服務(wù)的不同需求，可以將基于家庭網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)分為五類，分別是溝通類、娛樂類、信息類、辦公類、生活應(yīng)用類業(yè)務(wù)。
溝通類業(yè)務(wù)是指滿足家庭成員溝通與交流需求的業(yè)務(wù)，主要包括寬帶語音、視頻通信、即時通信、FMC 融合語音等。
娛樂類業(yè)務(wù)是指滿足家庭成員休閑娛樂需求的業(yè)務(wù)，主要包括：電視直播、視/音頻點播、網(wǎng)絡(luò)游戲、家庭媒體共享和存取等。
信息類業(yè)務(wù)是指滿足家庭成員獲取生活、娛樂等綜合信息需求的業(yè)務(wù)，主要包括：信息瀏覽、定制與推送業(yè)務(wù)等。
辦公類業(yè)務(wù)是指滿足家庭成員家庭內(nèi)與外部進行商務(wù)溝通、協(xié)同辦公等需求的業(yè)務(wù)。
生活應(yīng)用類業(yè)務(wù)是指滿足家庭成員日常生活便利及家居智能化需求的業(yè)務(wù)，主要包括：家庭監(jiān)控、電子支付、智能家居、遠程醫(yī)療、遠程教育、電子購物等。
電信運營商基于家庭網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)與應(yīng)用

來源：通信信息研究所
從電信運營商基于家庭網(wǎng)關(guān)提供的業(yè)務(wù)發(fā)展階段來看，主要可以分為三個階段。第一階段主要是實現(xiàn)家庭內(nèi)部多臺PC共享上網(wǎng)，目前，大部分運營商都已實現(xiàn)了這一業(yè)務(wù)；第二階段主要是依靠家庭網(wǎng)關(guān)，集成數(shù)據(jù)、話音和視頻的Triple-play業(yè)務(wù)，這也是目前綜合性運營商提供的主要家庭網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)；第三階段家庭網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)則將呈現(xiàn)多元化、個性化，一些領(lǐng)先運營商在進行積極的探索，并取得不錯的發(fā)展效果。
第一階段：多終端上網(wǎng)業(yè)務(wù)
提供寬帶、PSTN 語音產(chǎn)品的捆綁組合，家庭網(wǎng)絡(luò)還沒有真正建立。
多終端上網(wǎng)業(yè)務(wù)示意圖

第二階段：基于家庭網(wǎng)關(guān)提供Triple－play 業(yè)務(wù)
以家庭網(wǎng)關(guān)為核心，提供語音、視頻、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的Triple-play業(yè)務(wù)。在這些業(yè)務(wù)中，高速互聯(lián)網(wǎng)接入和話音業(yè)務(wù)是最基本的業(yè)務(wù)，視頻業(yè)務(wù)是最關(guān)鍵的業(yè)務(wù)。Triple-play業(yè)務(wù)不僅能夠滿足用戶對話音業(yè)務(wù)的需求，同時也能滿足用戶對高端業(yè)務(wù)的需求，更重要的是，用戶能夠享受到業(yè)務(wù)捆綁所帶來的資費優(yōu)惠。運營商提供包含視頻在內(nèi)的業(yè)務(wù)捆綁，能夠在提高用戶ARPU值的同時培養(yǎng)用戶的忠誠度，降低離網(wǎng)率。目前，國內(nèi)外主流運營商都在依托家庭網(wǎng)絡(luò)平臺積極推動Triple-play業(yè)務(wù)。
家庭網(wǎng)關(guān)提供Triple－play業(yè)務(wù)示意圖

第三階段：以家庭網(wǎng)關(guān)為核心，擴展應(yīng)用終端，提供增值應(yīng)用
家庭網(wǎng)絡(luò)的外圍應(yīng)用終端設(shè)備相對成熟，電信運營商通過與產(chǎn)業(yè)鏈各合作伙伴的運作，家庭網(wǎng)絡(luò)開始真正實現(xiàn)家庭通信、家庭娛樂、家庭生活應(yīng)用類的綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用場景。
家庭網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)示意圖