PON網(wǎng)絡(luò)中家庭網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程管理模式的探討[圖]

摘要：介紹了家庭網(wǎng)絡(luò)在中國的發(fā)展現(xiàn)狀和家庭網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)承載情況，引出了PON上行家庭網(wǎng)關(guān)(HGU)這一未來電信運(yùn)營商開展FTTH建設(shè)的主流設(shè)備形態(tài)。對PON上行家庭網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程管理模式進(jìn)行了深入的探討，針對家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)和PON網(wǎng)元管理系統(tǒng)EMS提出了科學(xué)合理的切分方案，并給出了初期的臨時(shí)解決手段。

1 引言

面對激烈的市場競爭，向綜合信息服務(wù)提供商進(jìn)行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型已成為運(yùn)營商發(fā)展的新方向。通向?qū)拵�世界的高速公路入口已�?jīng)從骨干網(wǎng)、匯聚網(wǎng)延伸到接入網(wǎng)直至用戶家庭內(nèi)部，家庭網(wǎng)絡(luò)成為運(yùn)營商業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的關(guān)注焦點(diǎn)。從純數(shù)據(jù)、語音的單業(yè)務(wù)運(yùn)營，走向應(yīng)用、視頻、語音、數(shù)據(jù)結(jié)合的多業(yè)務(wù)運(yùn)營，同時(shí)整合優(yōu)質(zhì)內(nèi)容、娛樂資源，提供多重信息娛樂業(yè)務(wù)，打造家庭綜合服務(wù)解決方案，尋找新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)。通過家庭網(wǎng)關(guān)的部署及基于家庭網(wǎng)關(guān)各類業(yè)務(wù)的推廣，可以更好地提升運(yùn)營商在家庭客戶領(lǐng)域的綜合信息服務(wù)能力。

2 家庭網(wǎng)關(guān)概述

家庭網(wǎng)關(guān)是面向家庭用戶的智能接入設(shè)備，以它為中心建立家庭網(wǎng)絡(luò)，并在多個設(shè)備間共享網(wǎng)絡(luò)接入，同時(shí)為用戶提供安全的通訊、娛樂、存儲一體化功能的設(shè)備。作為整個家庭網(wǎng)絡(luò)的通信控制中心、業(yè)務(wù)控制中心，家庭網(wǎng)關(guān)在家庭中起到總控、協(xié)調(diào)所有設(shè)備的作用，并對用戶提供統(tǒng)一、方便的使用界面。

家庭網(wǎng)關(guān)擁有強(qiáng)大的路由和橋接功能，支持NAT/防火墻技術(shù)，具有靈活的網(wǎng)絡(luò)配置和QoS策略，可以為時(shí)延敏感的語音業(yè)務(wù)、丟包敏感的視頻業(yè)務(wù)提供有效的質(zhì)量保證。配合頭端設(shè)備，家庭網(wǎng)關(guān)可以承載業(yè)界主流的業(yè)務(wù)，具體如下：

(1)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

家庭網(wǎng)關(guān)提供了以太網(wǎng)口和WiFi接口，與用戶的PC機(jī)，筆記本，PDA相連，為用戶提供訪問Internet的業(yè)務(wù)。

(2)語音業(yè)務(wù)

家庭網(wǎng)關(guān)提供以太網(wǎng)口，用戶可以直接使用IP電話撥打，如果用戶使用模擬電話，需要接IAD設(shè)備把模擬語音轉(zhuǎn)換為VoIP語音。

(3)IPTV業(yè)務(wù)

家庭網(wǎng)關(guān)提供以太網(wǎng)口，通過機(jī)頂盒和用戶電視相連，為用戶提供IPTV業(yè)務(wù)。

同時(shí)家庭網(wǎng)關(guān)可以對其它新業(yè)務(wù)進(jìn)行快速的拓展，例如視頻監(jiān)控、點(diǎn)對點(diǎn)視頻電話、綠色上網(wǎng)、家庭存儲等，便于運(yùn)營商開展靈活的業(yè)務(wù)套餐。

對于家庭網(wǎng)關(guān)多業(yè)務(wù)承載，建議橋接和路由混合方式。

各業(yè)務(wù)和網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)方式如下：

●數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：家庭網(wǎng)關(guān)上電時(shí)自動發(fā)起PPPoE撥號，獲取公網(wǎng)IP地址，家庭內(nèi)部多臺PC共享一條PVC/VLAN和對外的IP地址上網(wǎng)，家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)置DHCP Server給家庭內(nèi)部的PC分配私網(wǎng)IP地址，同時(shí)支持NAT將私網(wǎng)IP轉(zhuǎn)換成公網(wǎng)IP。
     ●IPTV業(yè)務(wù)：家庭網(wǎng)關(guān)采用橋接模式承載，由機(jī)頂盒進(jìn)行PPPoE撥號，對控制流和業(yè)務(wù)流進(jìn)行直接轉(zhuǎn)發(fā)。
     ●語音業(yè)務(wù)：家庭網(wǎng)關(guān)采用橋接模式承載，由IAD話機(jī)發(fā)起PPPoE撥號。
     ●網(wǎng)管：網(wǎng)管單獨(dú)PVC/VLAN，采用PPPoE方式在BRAS設(shè)備進(jìn)行本地用戶名密碼認(rèn)證，BRAS設(shè)備為其分配私網(wǎng)IP地址，使其能夠與家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)通信。

3 電信運(yùn)營商家庭網(wǎng)關(guān)部署現(xiàn)狀

結(jié)合寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，目前電信運(yùn)營商部署的家庭網(wǎng)關(guān)有兩種類型：ADSL上聯(lián)型和LAN上聯(lián)型，分別用于DSLAM下雙絞線的接入和樓道交換機(jī)下五類線的接入。其中，ADSL上聯(lián)型家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)用較為廣泛，以北京聯(lián)通為例，現(xiàn)網(wǎng)已安裝家庭網(wǎng)關(guān)26萬臺左右，其中ADSL上聯(lián)型家庭網(wǎng)關(guān)所占比例約為97%。

2010年以來，三網(wǎng)融合在我國進(jìn)入了啟動實(shí)施階段。電信運(yùn)營商獲得了進(jìn)入廣電領(lǐng)域的權(quán)利，這為運(yùn)營商提供了施展的機(jī)遇，也帶來了很多新的挑戰(zhàn)。為傳送基于IPTV的視頻業(yè)務(wù)流，需要每秒數(shù)十兆甚至上百兆的接入帶寬，因此加速了“光進(jìn)銅退”的步伐，EPON或GPON等光纖入樓(FTTB)、光纖入戶(FTTH)被廣泛采用。

而目前，電信運(yùn)營商寬帶接入網(wǎng)中的FTTH型ONU(也被稱為SFU)僅具備承載普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)的能力，光纖接入的用戶如需使用IPTV，視頻電話等新業(yè)務(wù)或無線接入方式，則需在ONU的一個下聯(lián)以太網(wǎng)口下掛一臺LAN上聯(lián)型家庭網(wǎng)關(guān)，由家庭網(wǎng)關(guān)完成QoS調(diào)度、機(jī)頂盒等頭端設(shè)備的接入等功能，并為用戶提供無線AP(Access Point)，而ONU僅通過trunk方式對各類業(yè)務(wù)流和控制流進(jìn)行直接透傳。

這種ONU下掛家庭網(wǎng)關(guān)的方式，需要向用戶發(fā)放SFU和HG兩臺終端設(shè)備，不但增加了運(yùn)營商的建設(shè)成本，也提高了后期的維護(hù)難度。為解決這一難題，PON上行家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)運(yùn)而生。

4 PON上行家庭網(wǎng)關(guān)

PON上行家庭網(wǎng)關(guān)符合SFU與家庭網(wǎng)關(guān)融合的發(fā)展趨勢，是高帶寬、多業(yè)務(wù)的最佳載體，即利用了PON技術(shù)的高接入速率，又借助了家庭網(wǎng)關(guān)在未來數(shù)字家庭中占據(jù)的重要地位及其所具有的相對更強(qiáng)的業(yè)務(wù)開放和運(yùn)維管理能力。PON上行家庭網(wǎng)關(guān)(Home Gateway Unit, HGU)應(yīng)是未來運(yùn)營商開展FTTH建設(shè)的主流設(shè)備形態(tài)。

依據(jù)業(yè)務(wù)和布放的實(shí)際需求，規(guī)劃出幾種型號HGU的設(shè)備形態(tài)如表1所示。

表1 PON網(wǎng)關(guān)設(shè)備形態(tài)
    

一般而言，一種類型的網(wǎng)關(guān)只支持一種上行接入方式接入到外部網(wǎng)絡(luò)。但從長遠(yuǎn)來看，也可能出現(xiàn)一個網(wǎng)關(guān)具備2種以上的上行接口，比如PON，3G，LAN等上聯(lián)方式并存。

對于PON上行家庭網(wǎng)關(guān)多業(yè)務(wù)承載，建議使用“每個用戶每個業(yè)務(wù)每VLAN”的VLAN規(guī)劃模式，網(wǎng)管采用一個單獨(dú)的VLAN。

VLAN的配置方式有以下兩種：

(1)網(wǎng)管VLAN出廠時(shí)預(yù)設(shè)置，其他業(yè)務(wù)(如數(shù)據(jù)、語音和IPTV)VLAN在HGU安裝后第一次加電注冊到網(wǎng)管平臺時(shí)，根據(jù)用戶業(yè)務(wù)申請情況進(jìn)行動態(tài)的添加。這種方式需要業(yè)務(wù)受理系統(tǒng)、寬帶資源管理系統(tǒng)和家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)三系統(tǒng)之間的接口互動，優(yōu)點(diǎn)是VLAN規(guī)劃比較靈活。

(2)網(wǎng)管VLAN出廠時(shí)預(yù)設(shè)置，其他所有業(yè)務(wù)VLAN在HGU安裝后第一次加電注冊到網(wǎng)管平臺時(shí)一次性全部下發(fā)。這種方式不需要涉及到業(yè)務(wù)受理系統(tǒng)，僅需要寬帶資源管理系統(tǒng)和家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)之間的接口互動。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是對支撐系統(tǒng)要求低，缺點(diǎn)是業(yè)務(wù)靈活擴(kuò)展性不好，一次性下發(fā)浪費(fèi)VLAN資源。

對于電信運(yùn)營商，綜合考慮到整個寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)運(yùn)營流程和現(xiàn)狀，可以結(jié)合使用以上兩種配置方式，前期先采用方式(1)，今后隨著新業(yè)務(wù)的陸續(xù)推出，投入資金進(jìn)行支撐系統(tǒng)的接口建設(shè)，最終實(shí)現(xiàn)三系統(tǒng)聯(lián)動的方式(2)。

5 PON上行家庭網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程管理

家庭網(wǎng)絡(luò)作為寬帶網(wǎng)絡(luò)終端，是運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的延伸，是運(yùn)營商業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，應(yīng)該具有運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的特性：性能穩(wěn)定、可管理、可維護(hù)、有服務(wù)質(zhì)量保證、安全、可擴(kuò)展(尤其是對新業(yè)務(wù)的支持能力)。家庭網(wǎng)關(guān)作為家庭信息化業(yè)務(wù)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)字家庭終端產(chǎn)品的設(shè)備管理控制。家庭網(wǎng)關(guān)遍布千家萬戶，數(shù)量非常龐大，如果需要運(yùn)營商的維護(hù)人員上門進(jìn)行安裝、調(diào)試設(shè)備，做一些設(shè)備配置或故障診斷的工作，成本高，工作量大，是一個巨大的負(fù)擔(dān)。因此，家庭網(wǎng)關(guān)的維護(hù)和管理需要采用遠(yuǎn)程集中自動管理的方式，上門服務(wù)只有在極特別的情形下才進(jìn)行。

(1)家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)

家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)(Terminal Management System)使用TR-069協(xié)議對家庭網(wǎng)關(guān)終端設(shè)備進(jìn)行有效管理和運(yùn)營。

TR-069是由DSL Forum(www.dslforum.org)所開發(fā)的技術(shù)規(guī)范之一，其全稱為“CPE廣域網(wǎng)管理協(xié)議”。它提供了對下一代網(wǎng)絡(luò)中家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理配置的通用框架和協(xié)議，用于從網(wǎng)絡(luò)側(cè)對家庭網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)、路由器、機(jī)頂盒等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程集中管理。在TR-069所定義的框架中，主要包括兩類邏輯設(shè)備：用戶端設(shè)備CPE(Customer Premise Equipment，比如家庭網(wǎng)關(guān)、機(jī)頂盒和IP電話終端等)和自動配置服務(wù)器ACS(Auto-Configuration Server)，所有與用戶設(shè)備相關(guān)的配置、診斷、升級等工作均由統(tǒng)一的ACS來完成。TR-069定義了CPE與ACS之間的交互流程、通信協(xié)議、基本信息等，目的是使得不同廠家遵照這個TR-069開發(fā)的CPE和ACS可以良好地互通，達(dá)到廣泛的兼容。

家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)一般采用C/S架構(gòu)，通過專業(yè)客戶端進(jìn)行維護(hù)管理，性能更加穩(wěn)定、維護(hù)更加方便，支持TR-069協(xié)議和運(yùn)營商自定義擴(kuò)展，可通過北向接口與運(yùn)營支撐系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)對家庭網(wǎng)關(guān)終端的業(yè)務(wù)自動發(fā)放、自動配置、批量升級、狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程故障診斷、分權(quán)分域管理、統(tǒng)計(jì)分析等。一個典型的家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

     圖1 家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)

●自動配置(ACS)服務(wù)器：主要用于終端管理。
     ●數(shù)據(jù)庫服務(wù)器： 存儲與TMS相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。
     ●文件服務(wù)器：用于上傳版本、上傳配置、備份日志等操作。
     ●應(yīng)用服務(wù)器：主要用于客戶端登陸、北向流程處理等。

(2)PON網(wǎng)元管理系統(tǒng)EMS

PON網(wǎng)元管理系統(tǒng)EMS實(shí)現(xiàn)對OLT及其下掛數(shù)量眾多的ONU進(jìn)行遠(yuǎn)程OAM(運(yùn)行維護(hù)管理)功能。由于SNMP是應(yīng)用層的協(xié)議，要求下層網(wǎng)絡(luò)工作正常、被管理設(shè)備IP可達(dá)，因此業(yè)界目前比較常用的管理機(jī)制是：EMS與OLT之間通過SNMP通信，對于ONU的管理完全通過OLT與ONU之間的OMCI管理通道完成，即將對OLT以及ONU的命令和性能查詢等以SNMP統(tǒng)一發(fā)到OLT，OLT再通過OMCI發(fā)給ONU。

EMS一般具有以下功能：

●配置管理，包括設(shè)備的添加、刪除、修改等。
     ●故障查詢、上報(bào)、確認(rèn)和排除機(jī)制。
     ●性能數(shù)據(jù)的采集、存儲、查詢、顯示和分析。
     ●網(wǎng)管操作人員的分權(quán)分域。
     ●提供與寬帶資源管理系統(tǒng)的北向接口(可以使用Web Service，F(xiàn)TP，TL1等方式)，完成PON接入用戶的VLAN配置下發(fā)、IAD IP配置下發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的即開即通和端口綁定功能。

(3)PON上行家庭網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程管理方案

PON上行家庭網(wǎng)關(guān)的引入不單單是一種設(shè)備、一種模式的變化，它還影響了電信運(yùn)營商整個寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的運(yùn)營流程。一般來說，家庭網(wǎng)關(guān)由家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)管理，PON設(shè)備由EMS管理，因此兩者相結(jié)合的PON上行家庭網(wǎng)關(guān)，理想狀態(tài)下應(yīng)由這兩個網(wǎng)管系統(tǒng)同時(shí)管理，至于管理界面如何切分，考慮到相關(guān)協(xié)議的側(cè)重點(diǎn)不同，建議采用如圖2所示的方式，家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)遵循TR-069系列規(guī)范，承擔(dān)對HGU的業(yè)務(wù)發(fā)放、配置管理、軟件升級、故障定位等功能，EMS用于HGU上行PON 接口相關(guān)的物理層及鏈路層的配置及管理。

     圖2 PON上行家庭網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程管理方案

圖2中包括7類接口，詳細(xì)說明如下：

A接口：HGU與家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)之間的接口，實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)對HGU，以及對家庭網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備的統(tǒng)一管理。
     B接口：HGU與寬帶接入設(shè)備之間的接口，采用EPON或GPON方式，承載由HGU轉(zhuǎn)發(fā)的用戶側(cè)數(shù)據(jù)、語音、視頻業(yè)務(wù)流、控制流、信令流以及設(shè)備管理數(shù)據(jù)流。
     C接口：HGU與家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備之間的接口，實(shí)現(xiàn)HGU對家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊接口。
     D接口：對業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)平臺與BOSS系統(tǒng)之間的計(jì)費(fèi)管理接口的統(tǒng)稱。
     E接口：廠商網(wǎng)管EMS與接入承載網(wǎng)網(wǎng)元的管理接口，通過該接口可以對OLT進(jìn)行管理，HGU的物理層及鏈路層配置及管理通過與OLT之間的OMCI進(jìn)行間接管理。
     M接口和N接口：M接口為寬帶資源管理系統(tǒng)與BOSS之間的接口，N接口為家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)、EMS與寬帶資源管理系統(tǒng)之間的北向接口，兩種接口都是為家庭網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的開通、配置、計(jì)費(fèi)、維護(hù)管理服務(wù)。

目前，大多數(shù)省市的電信運(yùn)營商并沒有部署家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)，或沒有開發(fā)與寬帶資源管理系統(tǒng)的北向接口，但PON網(wǎng)元管理系統(tǒng)EMS的使用已較為普遍，且與寬帶資源管理系統(tǒng)和BOSS聯(lián)動順暢。這種情況下，可以暫時(shí)只使用EMS對PON上行家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行配置下發(fā)和遠(yuǎn)程管理，以實(shí)現(xiàn)HGU的業(yè)務(wù)自動激活。除上行PON接口物理層與鏈路層的配置管理之外，EMS可以利用OMCI中的私有協(xié)議部分，通過對網(wǎng)管側(cè)和設(shè)備側(cè)進(jìn)行軟件開發(fā)和升級，臨時(shí)管理PON上行家庭網(wǎng)關(guān)上的其他關(guān)鍵參數(shù)，如AP SSID，管理員賬號密碼，路由橋接模式，QoS，遠(yuǎn)程管理平臺URL等。

由于家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)的TR-069協(xié)議對HGU的管理更加科學(xué)合理，還涵蓋了終端重啟、恢復(fù)出廠設(shè)置、故障診斷等多種遠(yuǎn)程操作，并且將HGU作為控制點(diǎn)，可經(jīng)由HGU使用UPnP(通用即插即用協(xié)議)管理家庭網(wǎng)絡(luò)中的IAD電話、機(jī)頂盒、電腦、游戲機(jī)和媒體服務(wù)器等多種終端設(shè)備。因此，為家庭用戶提供個性化的綜合信息服務(wù)，家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)是至關(guān)重要不可或缺的。待家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)建立并完善接口后，可通過EMS遠(yuǎn)程配置HGU的遠(yuǎn)程管理平臺URL和digest雙向認(rèn)證用戶名密碼等參數(shù)，使得HGU能夠注冊到家庭網(wǎng)關(guān)網(wǎng)管系統(tǒng)，從而平滑過渡到雙網(wǎng)管的最終格局。

6 結(jié)束語

因?yàn)镕TTH在性能、維護(hù)、成本和演進(jìn)方面均比FTTB模式具有優(yōu)勢，電信運(yùn)營商更傾向于選擇FTTH模式一步到位進(jìn)行寬帶建設(shè)，F(xiàn)TTH在我國將迎來跨越式發(fā)展，PON上行家庭網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用范圍和建設(shè)規(guī)模也將得以快速擴(kuò)大，PON上行家庭網(wǎng)關(guān)的規(guī)模部署，能夠幫助電信運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)從通信向信息娛樂以及數(shù)字化生活服務(wù)等領(lǐng)域的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。為及早真正具備大規(guī)模應(yīng)用與運(yùn)營FTTH的能力，運(yùn)營商面臨的挑戰(zhàn)之一就是如何通過對PON上行家庭網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程管理，來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動開通和故障處理，將數(shù)字家庭業(yè)務(wù)整合進(jìn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)運(yùn)營管理平臺。這種延伸可以提升運(yùn)營商的服務(wù)水平和差異化服務(wù)能力，并提高企業(yè)核心競爭力。各地運(yùn)營商應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、業(yè)務(wù)發(fā)展和網(wǎng)管系統(tǒng)等實(shí)際情況，規(guī)劃出合理的PON上行家庭網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程管理方案，系統(tǒng)地推進(jìn)FTTH的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營支撐，推動家庭網(wǎng)絡(luò)、家庭業(yè)務(wù)的發(fā)展，利用三網(wǎng)融合這一契機(jī)，跨入FTTH的美好未來。