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數(shù)字家庭網(wǎng)絡及其組網(wǎng)方式

2012/04/09

　　引 言

　　隨著經(jīng)濟和技術的發(fā)展，人們對通信服務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。寬帶通信與互聯(lián)網(wǎng)的普及極大地促進了數(shù)字媒體內容的發(fā)展。而今，除了家電產(chǎn)品數(shù)字化的革新之外，構建一個寬帶接入、內部互聯(lián)、內容共享的家庭網(wǎng)絡也日趨突顯。

　　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)，信息資源在個人終端上得以整合，個人用戶可以直接面對一個虛擬的信息平臺進行操作，設備和信息之間實現(xiàn)無縫鏈接，所有這些使得"數(shù)字家庭網(wǎng)絡"這個話題越來越熱。

　　1、數(shù)字家庭網(wǎng)絡的定義和業(yè)務應用

　　數(shù)字家庭網(wǎng)絡是指通過家庭網(wǎng)關將公共網(wǎng)絡的功能和應用延伸到家庭，并以可靈活配置的家庭智能布線系統(tǒng)為基礎或者構筑無線環(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，達到信息在家庭內部終端與外部公共網(wǎng)絡及家庭內部終端之間的流通和共享。

　　數(shù)字家庭網(wǎng)絡的業(yè)務通常定位于三個方面：

　　a.家庭影音娛樂，觀看影片、欣賞音樂、個人影音STudio.

　　b.電信及廣播業(yè)務，VOD、VOIP、IPTV、網(wǎng)絡游戲、遠程辦公/教育/醫(yī)療。

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

　　通過數(shù)字家庭網(wǎng)絡可以實現(xiàn)以下業(yè)務和應用：

　　a.與Internet互聯(lián)，通過機頂盒和電視機或者電腦實現(xiàn)VOD點播，并提供基于活動服務器網(wǎng)頁(Active Server Page,ASP)的海量存儲和個性化的信息服務及互動的Internet娛樂游戲等服務。

　　b.實現(xiàn)家庭內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)關實現(xiàn)遠程對各種家用電器的控制、調節(jié)和監(jiān)測，如對微波爐、洗衣機、空調、燈光、電動窗簾、溫度和濕度控制器、風量調節(jié)器等的控制。

　　d.實現(xiàn)防盜報警器、自動煙霧探測器、有害氣體檢測裝置的自動報警并通過網(wǎng)絡發(fā)送到用戶的手機、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)關作為視頻服務器，用戶可遠端通過Internet實時監(jiān)控家庭安全。

　　2、數(shù)字家庭網(wǎng)絡的組成

　　數(shù)字家庭網(wǎng)絡結構如圖1所示，通常有三部分組成：

　　a.家庭網(wǎng)關;

　　b.各種信息終端設備和智能家電設備;

　　c.家庭智能聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的構筑，即將數(shù)字家庭內各類終端互聯(lián)并與家庭網(wǎng)關相連，通過家庭內部有線或無線方式的互聯(lián)技術實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡各信息終端設備和智能家電設備的自組織聯(lián)網(wǎng)并提供自動發(fā)現(xiàn)和配置。

　　其中家庭網(wǎng)關(Residential Gateway,RG或Home Gateway,HG)是數(shù)字家庭網(wǎng)絡的核心，是一種簡單的、智能的、標準化的、靈活的個人家庭網(wǎng)絡接口單元，它可以從不同的外部網(wǎng)絡接收通信信號，將信號傳遞給某個設備。

　　RG也是整個家庭網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡聯(lián)系的橋梁，是數(shù)字家庭各種業(yè)務和應用的關鍵。ITU-T 已經(jīng)將家庭網(wǎng)絡納入NGN(新一代網(wǎng)絡)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)關控制器，MG為媒體網(wǎng)關。

　　RG應具備以下功能：

　　a.可同時進行多個或不同種類的接入，同樣家庭網(wǎng)絡可以使用多種技術來構建;

　　b.能同時處理多種類型的接入網(wǎng)技術和多種類型的網(wǎng)絡技術;

　　c.能橋接接入網(wǎng)QoS和家庭網(wǎng)絡的QoS;

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

　　f.應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)絡的結構



圖2 NGN與家庭網(wǎng)關


　　3、數(shù)字家庭網(wǎng)絡的組網(wǎng)方式

　　3.1 數(shù)宇家庭網(wǎng)絡內部組網(wǎng)方式

　　家庭網(wǎng)絡是把家庭內部的設備進行匯聚，構成以RG為中心的通信網(wǎng)絡，因而家庭網(wǎng)絡的連接技術主要是家庭內部各個終端的接入問題。RG與運營商連接端可選用GPON接入方式，對于RG 內部與各設備間的互聯(lián)可選用多種技術，每種技術都有其特點和適用的范圍。

　　RG內部與各設備間的互聯(lián)最通用的連接方式是以太網(wǎng)，所有的設備可以以太網(wǎng)的接口進行互聯(lián)，但有線網(wǎng)絡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)標準可選用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工作在兩個完全不同的頻帶，采用完全不同的調制技術，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。

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

　　除此之外，家庭內部組網(wǎng)還可以使用PI T(電力線通信技術)、HomePNA(家庭電話線網(wǎng)絡聯(lián)盟，是一種家庭網(wǎng)絡的計算機互聯(lián)標準)技術、HomePNA on COAX(基于同軸電纜的HomePNA)技術、藍牙、USB和DECT(增強型數(shù)字無繩通信)等。

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

　　隨著寬帶業(yè)務應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。面向未來的寬帶應用包括語音(VoIP和視頻電話)、數(shù)據(jù)(高速Internet業(yè)務)和視頻(IPTV)三大類。由于每一類寬帶應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。

　　目前國內絕大多數(shù)寬帶接人用戶的主要應用是高速互聯(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現(xiàn)其它各種寬帶應用，包括各種視頻服務(廣播電視、HDTV、VOD等)、視頻會議、視頻電話、交互網(wǎng)絡游戲等時，原有的接人技術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。

　　雖然上一代技術(BPON、EPON)可以滿足當前網(wǎng)絡的需求，但是基于1P協(xié)議的互動電視和高清晰度電視，以及電信運營商向綜合信息服務轉型后對網(wǎng)絡的要求更高，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128的分路比和長達20 km 的傳輸距離。

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

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

　　承載GEM 幀時，可以將TDM 業(yè)務映射到GEM 幀中，使用標準的8 kHz(125 s)幀，能夠直接支持TDM 業(yè)務;

　　作為電信級的技術標準，GPON還規(guī)定了在接入網(wǎng)層面上的保護機制和完整的OAM 功能;GPON技術還允許運營商根據(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。

　　相對于上一代技術，GPON無論是在傳輸匯聚層還是在業(yè)務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TDM 業(yè)務占1O 、數(shù)據(jù)業(yè)務占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，還可以提供VI AN業(yè)務和語音業(yè)務，可以適應任何現(xiàn)有業(yè)務和未來新業(yè)務的適配要求。

　　GPON 由光線路終端(OLT)、光網(wǎng)絡終端(oNT)及環(huán)形(或樹形)拓撲結構的PON 組成。

　　OLT位于中心機房，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，為用戶提供10/100 BaseT,T1/E1,DS一3等應用接口，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的方向為下行方向，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)計復用的時分多址接人(TDMA)技術。

　　PON通過粗波分復用(CWDM)覆蓋實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的全雙工傳輸。PON一般采用樹形拓撲結構，在需要提供業(yè)務保護和通道保護的情況下，可增加保護環(huán)，對某些ONT提供保護功能。

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

　　但GPON技術設備相對復雜，GPON承載有QoS保障的多業(yè)務和強大的OAM 能力等優(yōu)勢，很大程度上是以技術和設備的復雜性為代價換來的，從而使得相關設備成本較高。隨著GPON技術的發(fā)展和大規(guī)模應用，GPON設備的成本將會下降。

　　4、總 結

　　在網(wǎng)絡和通信技術快速發(fā)展的今天，數(shù)字家庭網(wǎng)絡有著重要的研究價值，它是公共網(wǎng)絡服務向家庭的延伸，也是電信運營商和網(wǎng)絡運營商下一個重要的市場擴展空間。

　　高速的家庭業(yè)務需要高的帶寬，因此數(shù)字家庭網(wǎng)絡的接人技術也是隨之研究的一大熱點，GPON無疑將成為未來接入網(wǎng)的最好選擇，數(shù)字家庭網(wǎng)絡和GPON結合是未來家庭寬帶業(yè)務發(fā)展的必然結果。

通信世界網(wǎng)