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數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)及其組網(wǎng)方式

2012/04/09

　　引 言

　　隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，人們對通信服務(wù)的需求已不再是簡單的話音和單向的視頻，而是更快速、更豐富、交互式的寬帶多媒體業(yè)務(wù)。寬帶通信與互聯(lián)網(wǎng)的普及極大地促進(jìn)了數(shù)字媒體內(nèi)容的發(fā)展。而今，除了家電產(chǎn)品數(shù)字化的革新之外，構(gòu)建一個(gè)寬帶接入、內(nèi)部互聯(lián)、內(nèi)容共享的家庭網(wǎng)絡(luò)也日趨突顯。

　　從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的潮流看，通信、信息、娛樂等技術(shù)迅速成熟并開始融合，3C融合的趨勢已經(jīng)顯現(xiàn)，信息資源在個(gè)人終端上得以整合，個(gè)人用戶可以直接面對一個(gè)虛擬的信息平臺進(jìn)行操作，設(shè)備和信息之間實(shí)現(xiàn)無縫鏈接，所有這些使得"數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)"這個(gè)話題越來越熱。

　　1、數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的定義和業(yè)務(wù)應(yīng)用

　　數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)是指通過家庭網(wǎng)關(guān)將公共網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用延伸到家庭，并以可靈活配置的家庭智能布線系統(tǒng)為基礎(chǔ)或者構(gòu)筑無線環(huán)境，連接各種信息終端(如家電、PC等)，提供集成的話音、數(shù)據(jù)、多媒體、控制和管理等功能，達(dá)到信息在家庭內(nèi)部終端與外部公共網(wǎng)絡(luò)及家庭內(nèi)部終端之間的流通和共享。

　　數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)通常定位于三個(gè)方面：

　　a.家庭影音娛樂，觀看影片、欣賞音樂、個(gè)人影音STudio.

　　b.電信及廣播業(yè)務(wù)，VOD、VOIP、IPTV、網(wǎng)絡(luò)游戲、遠(yuǎn)程辦公/教育/醫(yī)療。

　　c.控制和監(jiān)視功能，實(shí)現(xiàn)安防、電器控制、抄表、電源管理。

　　通過數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)以下業(yè)務(wù)和應(yīng)用：

　　a.與Internet互聯(lián)，通過機(jī)頂盒和電視機(jī)或者電腦實(shí)現(xiàn)VOD點(diǎn)播，并提供基于活動服務(wù)器網(wǎng)頁(Active Server Page,ASP)的海量存儲和個(gè)性化的信息服務(wù)及互動的Internet娛樂游戲等服務(wù)。

　　b.實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部各種信息終端的高速信息共享，如PDA、PC之間的數(shù)據(jù)共享。

　　c.通過家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對各種家用電器的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)測，如對微波爐、洗衣機(jī)、空調(diào)、燈光、電動窗簾、溫度和濕度控制器、風(fēng)量調(diào)節(jié)器等的控制。

　　d.實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警器、自動煙霧探測器、有害氣體檢測裝置的自動報(bào)警并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到用戶的手機(jī)、E_mail信箱或者小區(qū)的管理中心。

　　e.通過家中攝像頭，利用家庭網(wǎng)關(guān)作為視頻服務(wù)器，用戶可遠(yuǎn)端通過Internet實(shí)時(shí)監(jiān)控家庭安全。

　　2、數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的組成

　　數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，通常有三部分組成：

　　a.家庭網(wǎng)關(guān);

　　b.各種信息終端設(shè)備和智能家電設(shè)備;

　　c.家庭智能聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的構(gòu)筑，即將數(shù)字家庭內(nèi)各類終端互聯(lián)并與家庭網(wǎng)關(guān)相連，通過家庭內(nèi)部有線或無線方式的互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)各信息終端設(shè)備和智能家電設(shè)備的自組織聯(lián)網(wǎng)并提供自動發(fā)現(xiàn)和配置。

　　其中家庭網(wǎng)關(guān)(Residential Gateway,RG或Home Gateway,HG)是數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的核心，是一種簡單的、智能的、標(biāo)準(zhǔn)化的、靈活的個(gè)人家庭網(wǎng)絡(luò)接口單元，它可以從不同的外部網(wǎng)絡(luò)接收通信信號，將信號傳遞給某個(gè)設(shè)備。

　　RG也是整個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的橋梁，是數(shù)字家庭各種業(yè)務(wù)和應(yīng)用的關(guān)鍵。ITU-T 已經(jīng)將家庭網(wǎng)絡(luò)納入NGN(新一代網(wǎng)絡(luò))的一部分，而RG將在其中扮演重要角色，RG在NGN中的位置及其與外部的連接如圖2所示，MGC為媒體網(wǎng)關(guān)控制器，MG為媒體網(wǎng)關(guān)。

　　RG應(yīng)具備以下功能：

　　a.可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)或不同種類的接入，同樣家庭網(wǎng)絡(luò)可以使用多種技術(shù)來構(gòu)建;

　　b.能同時(shí)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);

　　c.能橋接接入網(wǎng)QoS和家庭網(wǎng)絡(luò)的QoS;

　　d.能保障訪問的內(nèi)容不依賴于用以傳送內(nèi)容的硬件和傳輸機(jī)制;e.能靈活地支持最新技術(shù);

　　f.應(yīng)建立在靈活的平臺上，并且能夠很容易升級。

圖1 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)



圖2 NGN與家庭網(wǎng)關(guān)


　　3、數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式

　　3.1 數(shù)宇家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部組網(wǎng)方式

　　家庭網(wǎng)絡(luò)是把家庭內(nèi)部的設(shè)備進(jìn)行匯聚，構(gòu)成以RG為中心的通信網(wǎng)絡(luò)，因而家庭網(wǎng)絡(luò)的連接技術(shù)主要是家庭內(nèi)部各個(gè)終端的接入問題。RG與運(yùn)營商連接端可選用GPON接入方式，對于RG 內(nèi)部與各設(shè)備間的互聯(lián)可選用多種技術(shù)，每種技術(shù)都有其特點(diǎn)和適用的范圍。

　　RG內(nèi)部與各設(shè)備間的互聯(lián)最通用的連接方式是以太網(wǎng)，所有的設(shè)備可以以太網(wǎng)的接口進(jìn)行互聯(lián)，但有線網(wǎng)絡(luò)在某些場合會受到布線的限制：布線、改線工程量大，線路容易損壞，網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)不可移動。因此，還可以通過無線局域網(wǎng)作為接入方式。

　　無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)可選用IEEE 802.1la/b/g,其中802.1la/g的傳輸速率為54 Mb/s,802.11b的傳輸速率為11 Mb/s,802.11a和802.11b工作在兩個(gè)完全不同的頻帶，采用完全不同的調(diào)制技術(shù)，兩者是完全不兼容的，但可以共存于同一區(qū)域而互不干擾。

　　最新批準(zhǔn)的802.11g有兩個(gè)最主要的特征：高速率和兼容802.1lb.802.11g標(biāo)準(zhǔn)是下一個(gè)主流的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它提供了高速數(shù)據(jù)通信帶寬，并以較為經(jīng)濟(jì)的成本提供了對原有主流無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的兼容。

　　除此之外，家庭內(nèi)部組網(wǎng)還可以使用PI T(電力線通信技術(shù))、HomePNA(家庭電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟，是一種家庭網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn))技術(shù)、HomePNA on COAX(基于同軸電纜的HomePNA)技術(shù)、藍(lán)牙、USB和DECT(增強(qiáng)型數(shù)字無繩通信)等。

　　3.2 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)與外部公共網(wǎng)絡(luò)的連接

　　隨著寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用的多元化及帶寬需求的不斷提高，近兩年來全球掀起了光纖接人的熱潮。面向未來的寬帶應(yīng)用包括語音(VoIP和視頻電話)、數(shù)據(jù)(高速Internet業(yè)務(wù))和視頻(IPTV)三大類。由于每一類寬帶應(yīng)用對接人帶寬的需求不同，因此需要選擇不同的寬帶接人方式。

　　目前國內(nèi)絕大多數(shù)寬帶接人用戶的主要應(yīng)用是高速互聯(lián)網(wǎng)接人，xDSL或LAN可滿足絕大多數(shù)普通用戶需求。但如果還需要利用寬帶接人實(shí)現(xiàn)其它各種寬帶應(yīng)用，包括各種視頻服務(wù)(廣播電視、HDTV、VOD等)、視頻會議、視頻電話、交互網(wǎng)絡(luò)游戲等時(shí)，原有的接人技術(shù)在帶寬上就顯得難以勝任了。而GPON 接人方式可提供更高帶寬，為此類高端用戶輕松提供充足的帶寬以享受各類寬帶業(yè)務(wù)。

　　雖然上一代技術(shù)(BPON、EPON)可以滿足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的需求，但是基于1P協(xié)議的互動電視和高清晰度電視，以及電信運(yùn)營商向綜合信息服務(wù)轉(zhuǎn)型后對網(wǎng)絡(luò)的要求更高，只有GPON才能更好地滿足。

　　首先，GPON可支持多種速率等級，可支持上下行不對稱速率，上行不一定要支持1 Gb/s以上速率，而EPON只能支持對稱1 Gb/s單一速率，因此GPON的光器件選擇余地更大，從而可降低成本。

　　其次，GPON可支持oDN等級Class A、B和C,而EPON只支持Class A 和B,因此GPON可支持高達(dá)128的分路比和長達(dá)20 km 的傳輸距離。

　　再者，GPON標(biāo)準(zhǔn)提供了前所未有的高帶寬，下行速率高達(dá)2.5Gb/s,上行速率1.2 Gb/s,其非對稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);支持的業(yè)務(wù)類型包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(Ethernet業(yè)務(wù)，1P業(yè)務(wù)和MPEG視頻流)、PSTN業(yè)務(wù)(POTS、ISDN業(yè)務(wù))、專用線業(yè)務(wù)(T1、E1、DS-3、E3和ATM)和視頻業(yè)務(wù)(數(shù)字視頻);

　　提供QoS的全業(yè)務(wù)保障，同時(shí)可將多業(yè)務(wù)映射到ATM 信元和(或)GEM(GPON Encapsulation Method)幀中進(jìn)行傳送且有很好的服務(wù)等級，支持QoS保證和全業(yè)務(wù)接人的能力;

　　承載GEM 幀時(shí)，可以將TDM 業(yè)務(wù)映射到GEM 幀中，使用標(biāo)準(zhǔn)的8 kHz(125 s)幀，能夠直接支持TDM 業(yè)務(wù);

　　作為電信級的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，GPON還規(guī)定了在接入網(wǎng)層面上的保護(hù)機(jī)制和完整的OAM 功能;GPON技術(shù)還允許運(yùn)營商根據(jù)各自的市場潛力和特定的管制環(huán)境，有針對性地提供客戶所需要的特定業(yè)務(wù)。

　　相對于上一代技術(shù)，GPON無論是在傳輸匯聚層還是在業(yè)務(wù)適配層的效率都是最高的，其總效率最高，等效系統(tǒng)成本最低。假設(shè)TDM 業(yè)務(wù)占1O 、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占9O ,則GPON 的總效率為94 ,而APON和EPON分別為72 和49 .GPON不僅可以提供10 Mb/s、100 Mb/s、1 Gb/s的業(yè)務(wù)，還可以提供VI AN業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)，可以適應(yīng)任何現(xiàn)有業(yè)務(wù)和未來新業(yè)務(wù)的適配要求。

　　GPON 由光線路終端(OLT)、光網(wǎng)絡(luò)終端(oNT)及環(huán)形(或樹形)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PON 組成。

　　OLT位于中心機(jī)房，向上提供廣域網(wǎng)接口，包括GbE,OC-3/STM一1,DS-3等，向下對PON 可提供1.244 Gb/s或2.488 Gb/s的光接口。ONU/ONT位于用戶側(cè)，為用戶提供10/100 BaseT,T1/E1,DS一3等應(yīng)用接口，其對PON 的光接口速率有155Mb/s,622 Mb/s,1.244 Gb/s和2.488Gb/s等多種選擇。

　　從oLT到ONU/ONT的方向?yàn)橄滦蟹较�，采用廣播發(fā)送的數(shù)據(jù)流傳輸方式;反之為上行方向，采用基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的時(shí)分多址接人(TDMA)技術(shù)。

　　PON通過粗波分復(fù)用(CWDM)覆蓋實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的全雙工傳輸。PON一般采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在需要提供業(yè)務(wù)保護(hù)和通道保護(hù)的情況下，可增加保護(hù)環(huán)，對某些ONT提供保護(hù)功能。

　　目前，基于GPON技術(shù)的FTTx是寬帶接人的最佳技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、視頻三網(wǎng)融合的保證。

　　但GPON技術(shù)設(shè)備相對復(fù)雜，GPON承載有QoS保障的多業(yè)務(wù)和強(qiáng)大的OAM 能力等優(yōu)勢，很大程度上是以技術(shù)和設(shè)備的復(fù)雜性為代價(jià)換來的，從而使得相關(guān)設(shè)備成本較高。隨著GPON技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，GPON設(shè)備的成本將會下降。

　　4、總 結(jié)

　　在網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)快速發(fā)展的今天，數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)有著重要的研究價(jià)值，它是公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)向家庭的延伸，也是電信運(yùn)營商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商下一個(gè)重要的市場擴(kuò)展空間。

　　高速的家庭業(yè)務(wù)需要高的帶寬，因此數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的接人技術(shù)也是隨之研究的一大熱點(diǎn)，GPON無疑將成為未來接入網(wǎng)的最好選擇，數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)和GPON結(jié)合是未來家庭寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的必然結(jié)果。

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