PON網(wǎng)絡中家庭網(wǎng)關遠程管理模式的探討[圖]

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

1 引言

面對激烈的市場競爭，向綜合信息服務提供商進行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型已成為運營商發(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)絡成為運營商業(yè)務轉(zhuǎn)型和網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型的關注焦點。從純數(shù)據(jù)、語音的單業(yè)務運營，走向應用、視頻、語音、數(shù)據(jù)結(jié)合的多業(yè)務運營，同時整合優(yōu)質(zhì)內(nèi)容、娛樂資源，提供多重信息娛樂業(yè)務，打造家庭綜合服務解決方案，尋找新的業(yè)務增長點。通過家庭網(wǎng)關的部署及基于家庭網(wǎng)關各類業(yè)務的推廣，可以更好地提升運營商在家庭客戶領域的綜合信息服務能力。

2 家庭網(wǎng)關概述

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

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

(1)數(shù)據(jù)業(yè)務

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

(2)語音業(yè)務

家庭網(wǎng)關提供以太網(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設備把模擬語音轉(zhuǎn)換為VoIP語音。

(3)IPTV業(yè)務

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

同時家庭網(wǎng)關可以對其它新業(yè)務進行快速的拓展，例如視頻監(jiān)控、點對點視頻電話、綠色上網(wǎng)、家庭存儲等，便于運營商開展靈活的業(yè)務套餐。

對于家庭網(wǎng)關多業(yè)務承載，建議橋接和路由混合方式。

各業(yè)務和網(wǎng)管實現(xiàn)方式如下：

●數(shù)據(jù)業(yè)務：家庭網(wǎng)關上電時自動發(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)關內(nèi)置DHCP Server給家庭內(nèi)部的PC分配私網(wǎng)IP地址，同時支持NAT將私網(wǎng)IP轉(zhuǎn)換成公網(wǎng)IP。
     ●IPTV業(yè)務：家庭網(wǎng)關采用橋接模式承載，由機頂盒進行PPPoE撥號，對控制流和業(yè)務流進行直接轉(zhuǎn)發(fā)。
     ●語音業(yè)務：家庭網(wǎng)關采用橋接模式承載，由IAD話機發(fā)起PPPoE撥號。
     ●網(wǎng)管：網(wǎng)管單獨PVC/VLAN，采用PPPoE方式在BRAS設備進行本地用戶名密碼認證，BRAS設備為其分配私網(wǎng)IP地址，使其能夠與家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)通信。

3 電信運營商家庭網(wǎng)關部署現(xiàn)狀

結(jié)合寬帶接入網(wǎng)絡的現(xiàn)狀，目前電信運營商部署的家庭網(wǎng)關有兩種類型：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下五類線的接入。其中，ADSL上聯(lián)型家庭網(wǎng)關應用較為廣泛，以北京聯(lián)通為例，現(xiàn)網(wǎng)已安裝家庭網(wǎng)關26萬臺左右，其中ADSL上聯(lián)型家庭網(wǎng)關所占比例約為97%。

2010年以來，三網(wǎng)融合在我國進入了啟動實施階段。電信運營商獲得了進入廣電領域的權(quán)利，這為運營商提供了施展的機遇，也帶來了很多新的挑戰(zhàn)。為傳送基于IPTV的視頻業(yè)務流，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)務和語音業(yè)務的能力，光纖接入的用戶如需使用IPTV，視頻電話等新業(yè)務或無線接入方式，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，由家庭網(wǎng)關完成QoS調(diào)度、機頂盒等頭端設備的接入等功能，并為用戶提供無線AP(Access Point)，而ONU僅通過trunk方式對各類業(yè)務流和控制流進行直接透傳。

這種ONU下掛家庭網(wǎng)關的方式，需要向用戶發(fā)放SFU和HG兩臺終端設備，不但增加了運營商的建設成本，也提高了后期的維護難度。為解決這一難題，PON上行家庭網(wǎng)關應運而生。

4 PON上行家庭網(wǎng)關

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

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

表1 PON網(wǎng)關設備形態(tài)
    

一般而言，一種類型的網(wǎng)關只支持一種上行接入方式接入到外部網(wǎng)絡。但從長遠來看，也可能出現(xiàn)一個網(wǎng)關具備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)關多業(yè)務承載，建議使用“每個用戶每個業(yè)務每VLAN”的VLAN規(guī)劃模式，網(wǎng)管采用一個單獨的VLAN。

VLAN的配置方式有以下兩種：

(1)網(wǎng)管VLAN出廠時預設置，其他業(yè)務(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，根據(jù)用戶業(yè)務申請情況進行動態(tài)的添加。這種方式需要業(yè)務受理系統(tǒng)、寬帶資源管理系統(tǒng)和家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)三系統(tǒng)之間的接口互動，優(yōu)點是VLAN規(guī)劃比較靈活。

(2)網(wǎng)管VLAN出廠時預設置，其他所有業(yè)務VLAN在HGU安裝后第一次加電注冊到網(wǎng)管平臺時一次性全部下發(fā)。這種方式不需要涉及到業(yè)務受理系統(tǒng)，僅需要寬帶資源管理系統(tǒng)和家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)之間的接口互動。這種方式的優(yōu)點是對支撐系統(tǒng)要求低，缺點是業(yè)務靈活擴展性不好，一次性下發(fā)浪費VLAN資源。

對于電信運營商，綜合考慮到整個寬帶網(wǎng)絡業(yè)務運營流程和現(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)務的陸續(xù)推出，投入資金進行支撐系統(tǒng)的接口建設，最終實現(xiàn)三系統(tǒng)聯(lián)動的方式(2)。

5 PON上行家庭網(wǎng)關遠程管理

家庭網(wǎng)絡作為寬帶網(wǎng)絡終端，是運營商網(wǎng)絡的延伸，是運營商業(yè)務的擴展，應該具有運營商網(wǎng)絡的特性：性能穩(wěn)定、可管理、可維護、有服務質(zhì)量保證、安全、可擴展(尤其是對新業(yè)務的支持能力)。家庭網(wǎng)關作為家庭信息化業(yè)務控制點，實現(xiàn)對各類數(shù)字家庭終端產(chǎn)品的設備管理控制。家庭網(wǎng)關遍布千家萬戶，數(shù)量非常龐大，如果需要運營商的維護人員上門進行安裝、調(diào)試設備，做一些設備配置或故障診斷的工作，成本高，工作量大，是一個巨大的負擔。因此，家庭網(wǎng)關的維護和管理需要采用遠程集中自動管理的方式，上門服務只有在極特別的情形下才進行。

(1)家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)

家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)(Terminal Management System)使用TR-069協(xié)議對家庭網(wǎng)關終端設備進行有效管理和運營。

TR-069是由DSL Forum(www.dslforum.org)所開發(fā)的技術規(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)絡中家庭網(wǎng)絡設備進行管理配置的通用框架和協(xié)議，用于從網(wǎng)絡側(cè)對家庭網(wǎng)絡中的網(wǎng)關、路由器、機頂盒等設備進行遠程集中管理。在TR-069所定義的框架中，主要包括兩類邏輯設備：用戶端設備CPE(Customer Premise Equipment，比如家庭網(wǎng)關、機頂盒和IP電話終端等)和自動配置服務器ACS(Auto-Configuration Server)，所有與用戶設備相關的配置、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，達到廣泛的兼容。

家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)一般采用C/S架構(gòu)，通過專業(yè)客戶端進行維護管理，性能更加穩(wěn)定、維護更加方便，支持TR-069協(xié)議和運營商自定義擴展，可通過北向接口與運營支撐系統(tǒng)配合實現(xiàn)對家庭網(wǎng)關終端的業(yè)務自動發(fā)放、自動配置、批量升級、狀態(tài)監(jiān)視、遠程故障診斷、分權(quán)分域管理、統(tǒng)計分析等。一個典型的家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示。

     圖1 家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)

●自動配置(ACS)服務器：主要用于終端管理。
     ●數(shù)據(jù)庫服務器： 存儲與TMS相關的數(shù)據(jù)信息。
     ●文件服務器：用于上傳版本、上傳配置、備份日志等操作。
     ●應用服務器：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實現(xiàn)對OLT及其下掛數(shù)量眾多的ONU進行遠程OAM(運行維護管理)功能。由于SNMP是應用層的協(xié)議，要求下層網(wǎng)絡工作正常、被管理設備IP可達，因此業(yè)界目前比較常用的管理機制是：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，包括設備的添加、刪除、修改等。
     ●故障查詢、上報、確認和排除機制。
     ●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)，從而實現(xiàn)業(yè)務的即開即通和端口綁定功能。

(3)PON上行家庭網(wǎng)關遠程管理方案

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

     圖2 PON上行家庭網(wǎng)關遠程管理方案

圖2中包括7類接口，詳細說明如下：

A接口：HGU與家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)之間的接口，實現(xiàn)家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)對HGU，以及對家庭網(wǎng)絡和家庭網(wǎng)絡內(nèi)部設備的統(tǒng)一管理。
     B接口：HGU與寬帶接入設備之間的接口，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)務流、控制流、信令流以及設備管理數(shù)據(jù)流。
     C接口：HGU與家庭網(wǎng)絡內(nèi)部設備之間的接口，實現(xiàn)HGU對家庭網(wǎng)絡內(nèi)部設備的數(shù)據(jù)通訊接口。
     D接口：對業(yè)務網(wǎng)絡中業(yè)務平臺與BOSS系統(tǒng)之間的計費管理接口的統(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)絡業(yè)務的開通、配置、計費、維護管理服務。

目前，大多數(shù)省市的電信運營商并沒有部署家庭網(wǎng)關網(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，可以暫時只使用EMS對PON上行家庭網(wǎng)關進行配置下發(fā)和遠程管理，以實現(xiàn)HGU的業(yè)務自動激活。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)和設備側(cè)進行軟件開發(fā)和升級，臨時管理PON上行家庭網(wǎng)關上的其他關鍵參數(shù)，如AP SSID，管理員賬號密碼，路由橋接模式，QoS，遠程管理平臺URL等。

由于家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)的TR-069協(xié)議對HGU的管理更加科學合理，還涵蓋了終端重啟、恢復出廠設置、故障診斷等多種遠程操作，并且將HGU作為控制點，可經(jīng)由HGU使用UPnP(通用即插即用協(xié)議)管理家庭網(wǎng)絡中的IAD電話、機頂盒、電腦、游戲機和媒體服務器等多種終端設備。因此，為家庭用戶提供個性化的綜合信息服務，家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)是至關重要不可或缺的。待家庭網(wǎng)關網(wǎng)管系統(tǒng)建立并完善接口后，可通過EMS遠程配置HGU的遠程管理平臺URL和digest雙向認證用戶名密碼等參數(shù)，使得HGU能夠注冊到家庭網(wǎng)關網(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

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