數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)及其組網(wǎng)方式_圖文

1、光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)Optical Fiber &Electric Cable2008年第2期No.22008綜述數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)及其組網(wǎng)方式王助娟,吳軍,張軼(武漢郵電科學(xué)研究院,武漢430074摘要主要從數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的定義、應(yīng)用和組成入手,介紹了家庭網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備家庭網(wǎng)關(guān)及其作用,最后討論了家庭網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)及其與公共網(wǎng)絡(luò)的GPON 接入技術(shù),從宏觀上把握了數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)及其接入技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò);家庭網(wǎng)關(guān);千兆無源光網(wǎng)絡(luò)中圖分類號TN915.6;TN818文獻標識碼A 文章編號100621908(2008022*Digital H ome N et work and

2、 Its Optical Access T echnologyWAN G Zhu 2J uan ,WU J un ,ZHAN G Y i(R esearch I nstitute of Post &T elecommunications ,Wuhan 430074,ChinaAbstract :Starting with the definition ,application and composition of the digital home network ,the key device ,home gateway of the digital home network and

3、its f unction is described.Then the intra 2home networking technologies and the access technology GPON are discussed ,so as to grasp the f uture development trend ,f rom a macro aspect ,of the digital home network and its access technology.K ey w ords :digital home network ;home gateway ;gigabit pas

4、sive optical network (GPON 收稿日期2007209212作者簡介王助娟(1982-,女,湖北省黃岡市人,武漢郵電科學(xué)研究院碩士研究生.作者地址湖北省武漢市洪山區(qū)郵科院路88號,武漢郵電科學(xué)研究院烽火科技學(xué)院(05級研究生,4300740引言隨著經(jīng)濟和技術(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

5、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(shè)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(luò)”這個話題越來越熱。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)通常定位于三個方面:a.家庭影音娛樂,觀看影片、欣賞音樂、個人影音st udio 。b.電信及廣播業(yè)務(wù),VOD

6、 、VOIP 、IP TV 、網(wǎng)絡(luò)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(luò)可以實現(xiàn)以下業(yè)務(wù)和應(yīng)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(wù)器網(wǎng)頁(Active Server Page ,ASP 的海量存儲和個性化的信息服務(wù)及互動的Internet 娛樂游戲等服務(wù)。b.實現(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)實現(xiàn)遠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、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.實現(xiàn)

7、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(luò)發(fā)送到用戶的手機、E 2mail 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,用戶可遠端通過Internet 實時監(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 ,R G 或Home Gat

8、eway ,H G 是數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)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(luò)接口單元,它可以從不同的外部網(wǎng)絡(luò)接收通信信號,將信號傳遞給某個設(shè)備。R G 也是整個家庭網(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 2T 已經(jīng)將家庭網(wǎng)絡(luò)納入N GN (新一代網(wǎng)絡(luò)的一部分,而R G 將在其中扮演重要角色,R G 在N GN 中的位置及其與外部的連接如圖2所示,M GC 為媒體網(wǎng)關(guān)控制器,M G 為媒體網(wǎng)關(guān)。R G 應(yīng)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(luò)可以使用多種技術(shù)來構(gòu)建;b.能同時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

9、接入網(wǎng)QoS 和家庭網(wǎng)絡(luò)的Qo S ;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2NGN 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)字家庭網(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)備進行匯聚,構(gòu)成以R G 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)部各個終端的接入問題。R G 與運營商連接端可選用GPON 接入方式,對于R G 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)都有其特點和適用的范圍。R G 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

10、口進行互聯(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 802.11a/b/g ,其中802.11a/g 的傳輸速率為54Mb/s ,802.11b 的傳輸速率為11Mb/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(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。最新批準的802.11g 有兩個最主要的特征:高速率和兼容802.11b 。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

11、成本提供了對原有主流無線局域網(wǎng)標準的6光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)2008年第2期兼容。除此之外,家庭內(nèi)部組網(wǎng)還可以使用PL 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)的計算機互聯(lián)標準技術(shù)、HomePNA on COAX(基于同軸電纜的HomePNA技術(shù)、藍牙、US B和DECT(增強型數(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入的熱潮。面向未來的寬帶應(yīng)用包括語音(Vo IP和視頻電話、數(shù)據(jù)(高速Internet業(yè)務(wù)和視頻(IP TV三大類。由于每一類寬帶應(yīng)用對接入帶寬的需求不同,因此需要

12、選擇不同的寬帶接入方式。目前國內(nèi)絕大多數(shù)寬帶接入用戶的主要應(yīng)用是高速互聯(lián)網(wǎng)接入,xDSL或L AN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入實現(xiàn)其它各種寬帶應(yīng)用,包括各種視頻服務(wù)(廣播電視、HD TV、VOD等、視頻會議、視頻電話、交互網(wǎng)絡(luò)游戲等時,原有的接入技術(shù)在帶寬上就顯得難以勝任了。而GPON接入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IP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(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,

13、可支持上下行不對稱速率,上行不一定要支持1Gb/s以上速率,而EPON只能支持對稱1Gb/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20km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2.5 Gb/s,上行速率1.2Gb/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)(Et hernet業(yè)務(wù),IP業(yè)務(wù)和M PEG視頻流、PSTN 業(yè)務(wù)(PO TS、ISDN業(yè)務(wù)、專用線業(yè)務(wù)(T1、E1、DS2 3、

14、E3和A TM和視頻業(yè)務(wù)(數(shù)字視頻;提供QoS 的全業(yè)務(wù)保障,同時可將多業(yè)務(wù)映射到A TM信元和(或GEM(GPON Encap sulation Met hod幀中進行傳送且有很好的服務(wù)等級,支持QoS保證和全業(yè)務(wù)接入的能力;承載GEM幀時,可以將TDM業(yè)務(wù)映射到GEM幀中,使用標準的8k Hz(125s幀,能夠直接支持TDM業(yè)務(wù);作為電信級的技術(shù)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(shù)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(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

15、率最高,等效系統(tǒng)成本最低。假設(shè)TDM業(yè)務(wù)占10%、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占90%,則GPON的總效率為94%,而A PON和EPON分別為72%和49%。GPON不僅可以提供10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s的業(yè)務(wù),還可以提供VL 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(OL T、光網(wǎng)絡(luò)終端(ON T及環(huán)形(或樹形拓撲結(jié)構(gòu)的PON組成。OL T位于中心機房,向上提供廣域網(wǎng)接口,包括Gb E,OC23/STM21,DS23等,向下對PON可提供1.244Gb/s或2.488Gb/s的光接口。ONU/ON T 位于用戶側(cè),為用戶提供10/100Base T,T

16、1/E1, DS23等應(yīng)用接口,其對PON的光接口速率有155 Mb/s,622Mb/s,1.244Gb/s和2.488Gb/s等多種選擇。從OL T到ONU/ON T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(fù)用的時分多址接入(TDMA技術(shù)。PON通過粗波分復(fù)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(jié)構(gòu),在需要提供業(yè)務(wù)保護和通道保護的情況下,可增加保護環(huán),對某些ON T提供保護功能。目前,基于GPON技術(shù)的F T Tx是寬帶接入的最佳技術(shù),是實現(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