家庭网关设备管理（精选7篇）
家庭网关设备管理 篇1
摘要：针对目前传统智能家居技术偏重于实现家居智能化与自动化的现状, 提出一种稳定可靠的智能家居策略, 将家庭能耗管理与家居智能控制相结合。家庭内部组网的核心设备是智能家庭网关, 对底层具有能耗采集模块的设备进行控制。该网关采用ARM9系列LPC3240处理器和RF433 MHz无线通信技术并自定义通信协议, 软件设计采用一套多任务、单进程多线程的设计方案。采用黑盒测试的方法对网关进行测试, 最终网关的稳定性达到要求且能耗数据采集功能顺利实现。
关键词：智能家居,家庭能耗管理,LPC3240,RF433 MHz通信协议,多任务单进程多线程,黑盒测试
物联网技术的飞速发展使得家居自动化与智能化已逐渐成为现实, 但是其在应用上的推广还不是十分成熟[1]。文献[2]提出, 由于人类社会面临的能源环境压力越来越大和国家建设坚强智能电网的进程, 传统的智能家居已不是满足社会和人们需求的最好方式, 只有将传统的智能家居与现代家庭能耗管理的理念相结合, 才能缓解能源环境压力并促进智能家居的产业化发展。将能耗管理策略与智能家居技术有效集成, 也是智能电网关键技术研发项目中智能配用电领域中十分重要的环节。
文献[3]提到家庭能耗管理的概念, 认为需要在用电侧提高电力能源的使用效率, 采取各种措施鼓励用户共同拉平电力负荷曲线, 并提出在大功率家用电器上可以增加通信和智能模块, 对变化的电价做出响应, 最终不仅实现家庭自动化, 而且能够加强家庭能耗管理。文献[4-6]通过对不同地区和不同生活习惯的人进行调研, 提出行为节能是减少家庭能耗最有效的途径。所以将家庭能耗管理融入到智能家居中, 通过改变人们的生活方式来改变用户用电习惯, 这样具有非常重大的意义。
智能家居行业未能广泛应用的一个主要原因就是国内外一直未能有统一的智能家居行业标准及规范。当前采用技术主要有Zig Bee和Z-Wave技术, 然而Zig Bee技术由于受功耗限制, 穿透力较差, 极易受家具或墙壁影响;而Z-Wave虽然能够克服上面问题, 但非开放式标准, 存在系统兼容性问题[7]。本文提出采用433 MHz这一低频段无线射频技术实现智能家居系统的解决方案, 其室内传输能力强, 频点较多能够解决信道干扰问题, 节点成本低且开发难度小[8]。本文通过先进的智能用电技术, 构建了全新的智能家居产品系统架构和应用层协议, 支持多种通信方式和通信协议智能家居产品的统一接入、管理和控制, 对消费者接受智能家居有巨大的推进作用, 有助于相关产业的发展。
本文阐述了一种稳定可靠、方便管理、便于推广的智能家庭网关设计, 通过黑盒测试证明了其稳定性和能耗采集功能的实现。目前正在北京、上海、江苏、湖南、河北、辽宁等省十几个试点小区进行应用, 最新的商用版本于2014年6月在贵阳市进行试点, 用户可以通过手机、Pad、电视等终端设备实现对智能空调、智能热水器、智能灯光和智能插座进行远程控制、用电信息查询、电费缴纳等基本功能。同时集成第三方的社区、安防、监控等功能也进一步扩展智能家居相关服务内容, 满足了用户的多种业务需求。用户可以方便地实现对家电的管理, 远程控制、定时开关, 还可以直观地看到家庭能耗情况, 做出相应调整。
1 智能家居系统结构
智能家居系统业务架构分5层, 分别为设备云服务层、设备路由层、核心服务层、终端路由层和终端云服务层, 每层都采用多服务集群部署, 具体架构如图1所示。
设备云服务层同时为智能家居设备提供网络长链接和短链接服务, 同时将设备链接的信息发送给设备路由层保存。设备路由层是设备传递信息的路由通道, 服务器通过设备路由层查找设备连接信息并下发控制指令, 设备通过路由层上传电量和同步信息。核心服务层提供家居控制、用电分析、用户身份认证等核心智能家居相关服务。终端路由层是手机、平台等终端设备传递信息的路由通道, 是实现终端设备同步和信息推送的重要环节。终端云服务层为终端设备提供注册、登录、控制和查询等功能的接入服务, 同时将接入信息发送到终端路由层保存。
智能家居系统由远程控制终端、服务器和家庭内部网络3部分组成, 如图2所示为智能家居系统网络架构图。通过PC、手机和平板电脑等终端设备可以随时随地对家庭能耗进行查询与管理。通过服务器实现与远程控制终端和家庭网关的交互, 并储存家庭能耗数据。智能家庭网关为家庭内部网络与外部网络交互的接口, 是整套智能家居系统中的关键环节:对上实现了与服务器的信息通信, 对下实现了与智能插座和智能家电设备的信息通信;将服务器下达指令进行协议转换并下发给插座;实现对插座及其他智能家居设备的控制;向服务器上传采集到的能耗数据。
远程控制终端和家庭网关与服务器之间遵守对应的RF433 MHz通信协议, 分别进行交互, 用户命令通过服务器下发给网关, 网关完成对智能家电和智能插座的控制;智能家电和智能插座的反馈信息和能耗数据通过网关上传至服务器并进行存储, 方便用户查询和进行能耗分析。另外, 本系统可以兼容Wi Fi协议。
从功能需求进行分析, 通过对上述功能进行分类, 可以将其划分为5个功能模块:1) 通信模块, 与服务器之间通信, 包括接收服务器指令和向服务器发送指令。2) 指令解析模块, 对指令进行解析分类, 对不同类型的任务分类处理, 放入相应任务队列。3) 串口模块, 与下层智能家电和智能插座的通信, 将指令下发给电器和智能插座, 并接收来自电器和智能插座的反馈信息。智能插座和智能电器具有能耗采集模块。4) 即时任务处理模块, 对即时任务的处理, 并发送反馈信息。客户端软件发起的能耗查询任务属于即时任务, 例如, 当用户查询某电器设备某一时刻功率时, 服务器接到用户指令下发给网关, 网关解析指令后控制家庭内部网络相应节点进行功率数据采集并返回给服务器。5) 定时任务处理模块, 对定时任务进行处理, 并返回反馈信息。在用户未发起查询功能时, 网关定时采集底层设备的耗电量、功率等能耗数据, 即一般情况能耗采集属于定时任务。
对于每一类型功能设计, 服务器与网关之间有专门的通信协议, 服务器负责设备底层通信协议帧的拼装, 网关负责任务的解释、执行以及返回。
2 智能家庭网关的硬件设计
根据智能家庭网关的需求分析, 为了达到预期功能, 对硬件进行选型和对软件进行设计, 核心板功能模块框见图3。
2.1 处理器及其外围电路
网关采用NXP公司的ARM9处理器LPC3240, 其IO电压为3.3 V, 内核电压为1.2 V。处理器的普通IO可直接使用3.3 V系统电源VCC 3.3 V, 内核电压VCC_CORE由VCC3.3 V二次降压得到, LPC3240的外部总线模块电压VCC_EMC和AD模块电压VCC_AD均由VCC3.3 V经过LC滤波得到, LPC3240的锁相环模块电压VCC_PLL由VCC_CORE经过LC滤波得到。处理器需要双时钟:主时钟和RTC时钟。主时钟使用13 MHz无源晶体振荡器, 经锁相环分频、倍频到208 MHz;RTC时钟直接使用32.768 k Hz无源晶振得到。LPC3240处理器支持ISP启动和NAND Flash启动, 两种启动方式之间可通过跳线进行选择。SERVICE_N信号直接与LPC3240的C15引脚 (GPI_01/SENVICE_N) 连接。处理器复位电路选用专用复位芯片SP706S, 复位电压为2.93 V, 支持上电复位、手动复位、电压异常复位和WDT超时复位。由于SP706S的复位输出电平为3.3 V, 而LPC3240的复位信号输入引脚电平为1.2 V, 因此使用74LVC2G07做电平转换, 将3.3 V电平转换为1.2 V。以太网、USB等外设的复位直接使用处理器的复位输出信号。LPC3240完成复位后, 会在G4引脚输出一个3.3 V电平的复位信号, 此复位输出可直接应用于外设复位。
2.2 以太网物理层电路
LPC3240处理器内部集成以太网控制器的MAC层, 因此只需要连接一个PHY (物理层) 接口芯片和相关电路。LPC3240可以支持MII和RMII两种接口, 为节省引脚资源, 选用RMII接口。本网关选择的PHY芯片KSZ8041NL是一款单芯片10/100M以太网物理层收发器, 它具有功耗低、体积小、波形稳定、成本低等特点。
KSZ8041NL与LPC3240处理器之间的接口电路如图4所示, 包含数据接口和管理接口。数据接口包括数据发送信号TXD[0]、TXD[1], 发送使能信号TXEN, 数据接收信号RXD[0]、RXD[1], 载波侦测信号CRS;管理接口包括管理数据时钟信号MDC, 管理数据I/O信号MDIO。
KSZ8041NL的一些引脚说明:28脚上拉和18脚下拉将芯片配置为RMII接口模式;15脚上拉表示将的地址设置为“00100”, 用于管理接口访问时使用;20脚下拉表示工作在正常模式下;30脚上拉表示工作在自适应模式;10脚同地之间的6.49 kΩ电阻是用于调整输出电流;4, 5, 6, 7脚经过49.9Ω电阻连接到RJ-45的隔离变压器;8, 9引脚为时钟输入引脚, 时钟频率为50 MHz。
2.3 智能控制模块
能耗管理功能的实现主要通过智能控制模块对底层设备的控制来完成, 底层设备配置有CS-5463等不同类型的能耗数据采集模块, 网关智能控制模块在相应时刻收集所需数据。
对家庭内部网络中智能插座、智能电器以及安防子系统的控制分别采用不同的控制模块:智能插座控制模块、智能家电控制模块和无线安防接收器。智能插座控制模块 (MOD1) 与LPC3240通过UART3进行通信, 接口信号为U3_TX和U3_RX。MOD1的复位信号可使用系统复位 (SYSRESET) , 也可使用模块内部复位, 通过JP4选择。MOD1_HB信号为智能插座控制模块的心跳信号, 用于指示模块工作是否正常。
对于智能家电的控制, 目前只支持美的智能家电控制器。智能家电控制器与LPC3240处理器之间使用UART接口进行通信, 使用LPC3240的UART4。
安防子系统支持美安无线安防接收器, 无线安防接收模块与LPC3240之间使用UART接口通信。
3 应用层协议设计
本智能家居系统采用RF433 MHz无线通信方式, 采用自定义的应用层通信协议, 分为上行协议和下行协议, 上行协议是智能家居系统服务器与智能家庭网关之间的应用层协议, 下行协议是智能家庭网关与硬件设备间的应用层协议。服务器负责设备底层通信协议帧的拼装, 网关负责任务的解释、执行以及返回。上行应用层协议根据功能类型分为9大类, 每一类采用不同的指令类型, 协议内容的基本格式为:#网关识别码#设备类型码#网关程序版本号#指令序号#指令类型#, 对于不同类型任务需要添加更多字段, 例如添加、删除设备类指令需要添加设备同步码、设备认证码等字段, 指令操作类查询设备状态, 需要添加指令条数字段。表1中举例显示部分典型上行协议。
4 智能家庭网关的软件设计
软件的实现采用多服务、单进程多线程的方案, 主要包括以下3种服务:1) 主进程服务负责应用层广域网接入、设备层低速网接入、并执行指令任务且即时返回处理结果等操作;2) 启动服务负责在系统启动时, 调用相关应用、服务并配置运行环境、监控守护线程等操作;3) 升级服务负责提供网关应用程序等相关文件的升级、配置等操作。
将主进程中的5个功能模块分别用5个不同的线程来实现:主线程完成对即时任务的处理;用户可以随时查询电器瞬时功率, 对电器的耗电情况深入了解;辅线程1用来完成与服务器间的Socket通信;辅线程2对服务器下发指令进行解析, 对不同任务分类处理;辅线程3对定时任务进行处理, 包括定时查询功率和耗电量, 定时开关电器等;定时查询功率和耗电量即为能耗管理的关键环节, 将采集到的数据存入服务器, 方便用户随时查看, 根据数据改变用电习惯;辅线程4完成网关与底层智能家电和智能插座的串口通信。图5通过命令和任务的传递途径显示了程序的总体流程。能耗管理需要各线程协调工作, 并主要由主线程和辅线程3实现。
5 网关测试
网关的测试主要通过黑盒测试完成, 即不关心网关内部实现, 只看是否能够完成设计的功能, 测试从操作控制的稳定性和能耗数据的采集两方面进行。图6为网关实物图。测试时保证后台服务器正常运行, 手机客户端软件也正常运行, 家庭网关每一项功能的顺利完成都是在服务器和客户端软件的参与下, 由网关内各线程协调配合完成。所以只有所有线程都保持正常, 每一项功能才能顺利执行。
5.1 稳定性测试
在10 m×10 m的房间内, 网关和智能插座位置随意摆放。经过多轮反复测试和Bug修改, 网关上电后, 网关的初始化、向服务器进行注册, 都能顺利完成。
测试的主要内容主要包括:获得网关识别码、获取程序版本号、解析域名获取服务器IP和端口、读取现有设备信息;添加、删除智能插座;设置、取消、执行定时任务, 完成对插座的定时开关控制;对插座的即时开关控制。在断电、重启、意外关闭等不同情况下分别进行测试, 测试过程中所有功能均可以顺利完成, 稳定性达到要求。
5.2 能耗数据采集功能测试
能耗数据采集是定时循环任务, 可以通过终端设备进行设置, 测试中设置为功耗采集60 min对进行一次, 功率采集10 min进行一次。底层设备采集到数据后发送给串口, 网关再上传服务器进行保存。本测试中, 在智能插座上接入一台饮水机, 测试时间为一个月。每隔10 min上传一次功率信息, 每隔60 min自动上传一次耗电量信息, 在测试全程均未出现数据采集失败、错误或上传失败现象。
6 结束语
在传统的智能家居系统实现家居控制自动化与智能化中, 很少涉及或稳定实现家庭能耗管理。本文提出一种基于能耗管理的新型智能家居系统策略, 并完成了其中智能家庭网关的设计与实现。基于ARM9硬件环境, 采用自定义的433 MHz无线通信协议, 完成了嵌入式应用软件编程, 不但可以实现对家电和插座的智能控制, 而且可以采集家庭能耗信息, 上传服务器供用户和供电公司分析使用。对于如何推广自定义433 MHz通信协议和进一步兼容Wi Fi协议, 有待进一步研究, 也是下一步工作的重点。
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家庭网关带宽管理的一种新方法 篇2
随着家庭网关市场的快速增长以及家庭用户和Internet服务提供商对家庭网关服务质量的要求不断提高,家庭网关方面的研究越来越多。
家庭网关不仅仅是一个简单的网关,它通过对用户隐藏复杂的网络配置来管理家庭网络。一般的网关应该有下列功能性的特点:连接不同家庭网络标准(电话线、电线等)、连接外部网络标准。同时,家庭网关也能提供非功能特征,如QoS、安全服务、动态网络配置、远程管理、动态IP地址管理等等。然而随着家庭网络应用的增多,家庭用户可获得的家庭应用和数字服务也越来越多。家庭网络变成了一个高度动态的环境,随时都可能有设备通过有线网或无线网接入家庭网络,这时是否能够提供足够的带宽成为Internet应用的关键。例如,网络电视就需要依赖稳定高速的网络基础设施得以生存和发展。
Internet设备生产商和Internet服务提供商总是试图设计和建造更加高速的网络设施。不幸的是,网络带宽总是不够充足的,网络拥塞会时常发生。另一方面,对带宽需求的增长永远快于网络基础设施的建设。所以本文致力于为家庭网关设计一种带宽管理机制来共享有限的带宽资源,并且通过压缩算法来降低带宽的消耗。
为了共享有限的网络带宽,我们可以利用网络QoS服务所提供的区分服务[1]机制。根据当前用户正在使用的程序以及数据包的重要性来定义数据包的优先级别。换句话说,我们可以动态地改变数据包的优先级,并且为高优先级的应用预留带宽,然后其它应用程序共享剩余的带宽[2]。但这样做的问题是:在物理网络带宽缺乏的情况下,虽然QoS服务保证了高优先级应用的服务质量,但低优先级应用的服务质量就无法保证了。例如,当网络电视流量占据了大部分网络带宽的时候,其它应用就很难流畅地传输数据。因此基于目前的数据包传输技术,我们提出了一种压缩算法来减小传输数据包的大小,以提供比网络带宽更大的实际通信量[3,4]。通过压缩技术,我们可以减少由于网络带宽太小而限制的网络通信,并且我们能够提供更好的服务质量给低优先级应用。
文献[3]根据已经定义好的固定优先级来对数据包进行压缩,而本文根据实际应用情况动态地改变数据包的优先级,并且利用压缩算法来压缩数据包的大小,以提高网络带宽的利用率。
1 家用网络通信的分类
在设计带宽分配方案前,我们必须对通过家庭网关的通信业务进行分类。在考虑过各种各样的家庭网络设备后,我们将通信大致分为七类;
安全通信
当用户不在家的时候,一般这类通信仍然正常工作,并且周期性地经常产生数据包。因此,要为这类通信提供相对少的带宽但高优先级的通道。
多媒体通信
这类通信包含数字电视流、IP电话应用、网络会议以及其它多媒体通信。这类通信需要较多的带宽、低延时和低抖动。这类通信应该给予高优先级,并且在程序运行时保留较多的带宽。
家用设备控制通信
这些是家用设备的控制信号。一般都是小而短的数据包。他们很少产生,并且在大多数情况下是用户的请求。因此,他们应该给予高优先级,但不需要预留带宽。
文件传输通信
典型的文件传输通信是FTP请求。这类通信通常需要较大的通信量,但它对于延时和抖动都不敏感,因此,在有高优先级应用存在的时候,该类通信应该被暂停。
Web通信
这类通信包含了正常的Web浏览。由于它涉及到与用户的互动,因此需要保留一部分的带宽,并且这时候优先级的分配已经不那么重要了。
互动通信
这类通信包括像远程登录一样对于延时比较敏感的通信,因此传输应该是低延时的。
其它通信
这类通信只要尽力而为,不用保证通信的服务质量。
2 带宽的动态分配
本文中带宽分配基于分类队列原则,并且每一种分类定义了默认的行为。当设备需要带宽时,根据带宽分配方案中的一种方案来分配带宽。在家庭网络环境中带宽分配是非常复杂的。下面四个因素将会影响到分类队列。
●通信的特征
对延时、抖动以及通信量敏感的通信,我们必须加以区分。
●家庭用户的存在
如果家庭用户不在家,涉及到与用户互操作的通信应该给予一个相对较低的优先级。
●其它设备通信的存在
如果带宽不足,应该给重要设备分配较高的优先级。
●对互动通信保持一种潜在的可能性
例如,当每一次在本地进行键盘敲击,远程管理都会发送一个数据包,并且当键盘敲击的信息显示在远程服务端时,本地还会接受到一个回复信息。如果这时候有一个FTP通信正在运行,远程管理数据包将排在所有FTP数据包的后面,这样就动态地增加了数据的延时。因此互动通信就应该分配一个较高的优先级,并且排在所有FTP数据包的前面。
在QoS框架中我们设计了用户在家与用户不在家两种场景。表1和表2显示了这些场景的带宽分配方案。
这些方案所强调的基本原理如下:
在下载文件或电影时,我们应该有合理的网速来浏览网页。虽然Web通信一般都是突发的,但其它通信也不应该压制它。因此,随机公平分配队列应该考虑在Web通信与其他通信之间公平的调度。
为视频和音频通信预留足够的带宽,以保证低延时和低抖动。但视频和音频通信也经常发生在用户不在家的时候,这时多媒体通信应该被分配一个相对较低的优先级,而不是像用户在家时所具有的较高的优先级。
我们应该确保安全通信畅通无阻。这又是个用户在不在家的问题。当用户在家时,安全通信可能没有互动通信和多媒体通信那么重要,在这种情况下,安全通信不应该影响到数字电视节目。
对于设备控制通信,我们应该保持低延时。设备控制信息是一种实时应用。它们不应该被文件传输通信所影响。然而,它们也不应该干扰视频和音频通信。
其它通信只要保证尽力而为就可以了。
3 压缩算法
为了增强数据包的传输率,我们还采用了压缩算法。当数据包通过QoS网关时,都必须按照相应的压缩算法进行压缩。在QoS网关中有各种不同的压缩算法以满足不同级别通信服务的需求。对于高优先级应用来说,QoS网关采用一种快速的但压缩率不高的压缩算法来压缩数据包。相反,对于低优先级应用来说,QoS网关采用一种速度较慢但压缩率较高的压缩算法来压缩数据包。一旦数据包被压缩,它将被传送到目的地。由于快速的压缩算法比慢速的消耗较少的处理时间,因此,高优先级应用将会获得更多的传输机会和网络带宽。另一方面,由于低优先级应用获得更高的包传输率,低优先级应用的服务质量也能得到提高。
在这里,我们采用Lempel-Ziv-Storer-Szymanski(LZSS)[5]压缩算法作为我们压缩算法的原形。LZSS压缩算法用先前看到的正文作为一个字典,它用字典中的指针代替输入正文中的短语来实现压缩,压缩比依赖于字典短语的长度和先前看到的正文中窗口大小。QoS网关提供带有不同滑动窗口的LZSS算法,高优先级应用采用滑动窗口较小的LZSS算法来压缩数据包,低优先级应用采用滑动窗口较大的LZSS算法来压缩数据包。初步实验显示,数据包的传输率能提高15%。
图1展现了我们提出的QoS网关的模型,当一个数据包到达QoS网关,它首先经过包处理器进行处理。包处理器的责任是替换包头,重新计算包的长度并且按照数据包的优先级将包分类,然后把数据包发送到相应的压缩引擎中。序号越低的压缩引擎运行着越快的压缩算法。例如,属于最高优先级应用的数据包将会被分到一号压缩引擎中。最低优先级应用的数据包将会被分配到第n个压缩引擎。
为了达到更好的压缩率,QoS网关一般会将几个数据包合成一块,然后一起压缩。合成一块的数据包的数量就叫做基本压缩单元。相应的,随着压缩包数量的增加,相同数据在一起压缩的机率也会越来越大,那么,数据包的压缩率也会得到提高。图2显示了低优先级数据包的传输。首先,客户端发送一个低优先级的数据包到远程主机。其次,当QoS网关接收到数据包,它可以把数据包组合成一个块,直到被组合包的数量达到一个基本的压缩单元,然后QoS网关应用压缩算法处理压缩单元,一旦压缩完成,QoS网关转发被压缩的包到下一个网关。途中传统网关只转发包到下一个网关。最后一个网关负责解压和发送包到它们的目的地。
4 仿真实验
一般的家庭中只有电脑、路由器等简单的网络设备。电脑连接到路由器的LAN端口上,路由器再通过WAN连接到远方主机。仿真网络结构如图3所示,仿真实验的工具我们采用opnet8.1,数据流我们采用多媒体通信,通过改变多媒体通信的优先级别和压缩多媒体通信数据包来观察多媒体通信的网络时延。在实验中,node＿1与node＿2、node＿0与node＿3之间采用10Mb/s线相连,其他的结点都采用64kb/s线相连。我们在node＿0和node＿1中设置数据包的优先级和压缩算法。在应用服务参数配置中,我们将应用设置为确保转发的文件传输服务。图4中横坐标表示仿真时间,纵坐标表示仿真延时。实验一,我们在家庭网络中没有使用QoS框架,多媒体通信采用默认优先级别四级,结果如图4中test线,多媒体通信网络延时大约0.7s。实验二,我们在家庭网络中将多媒体通信的优先级别提高为三级,结果如图4中test2线,多媒体通信网络延时大约0.5s。实验三,我们在实验二的基础上对多媒体通信数据包进行压缩,结果如图4中test3线,多媒体通信网络延时大约0.3s。通过三组试验的对比,我们可以发现网络带宽的延时得到有效减小。
5 结论
获得流畅的通信和充足的网络带宽是Internet应用成功的关键。然而网络带宽需求增长的速度永远要比物理网络带宽建设速度要快。因此很难同时满足所有网络应用的带宽需求。为了处理这种情况,我们经常应用QoS服务来管理有限的网络带宽资源。虽然QoS服务能对高优先级应用提供很好的服务,但是低优先级的服务性能就没法满足。
为了提高Internet应用的服务质量,本文提出一种根据用户是否在家来动态划分优先级,并且根据优先级来压缩数据包的带宽管理方法,以提高数据的传输率和降低网络时延。对于高优先级应用,QoS网关采用了速度快但压缩率较低的压缩算法;相反,对于低优先级应用,QoS网关采用了速度慢但压缩率较高的算法,仿真表明我们的方法能有效地提高数据传输率,降低数据包的时延。
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3G时代的家庭网关 篇3
家庭生活在人的一生中占据大量时间, 在现代信息社会, 高质量的生活越来越离不开丰富多彩的信息通信产品。随着生活水平的提高, 用户关注的焦点已经从过去的书房应用向客厅、睡房、厨房等全屋应用扩展;应用设备从过去的PC机扩展到笔记本电脑、上网本、PDA、可视电话、智能家电等;应用范围从以知识获取为主变为以娱乐、舒适为主;用户群体从PC用户扩展到几乎每位家庭成员。那如何对如此多的终端和多种业务进行管理?
随着移动通信的高速发展, 3G的实际部署也面临覆盖、容量和离网等因素的挑战。2 GHz频段的无线信号的传输损耗和空间损耗较大, 对建筑物墙体的穿透能力较弱, 室内覆盖质量往往不尽人意。而大量的高速数据与多媒体业务, 如视频电话、流媒体、游戏等一般都发生在室内环境, 这些业务都需要较大的系统容量和良好的网络质量。据日本NTT DoCoMo公司的调查发现, 3G业务的室内使用量占70%, 因此如何改进室内移动信号的质量?
用户也可能希望自己的移动设备可以在运营商提供的3G无线信号和自己家里的Wi-Fi网络之间无缝切换, 因为这样用户既可以利用高速的宽带网络使用数据业务, 又可以使用到Wi-Fi所不能提供的语音业务。这一切如何实现?
答案或许就是家庭网关, 他将是融合了宽带接入, IPTV, Wi-Fi热点, 乃至Femtocell CPE的新型家庭接入设备。
二、什么是家庭网关
简单的说, 家庭网关就是连接运营商网络和用户家庭网络的枢纽。从物理形态来将, 家庭网关下行必须提供多接口, 连接不同的业务终端。而由于运营商接入网络接口的多样化, 家庭网关需要能够支持不同的上行接口, 以跟进宽带网络的变化。另外, 家庭网关需要能支持多业务, 以及业务的并发。作为业务转发的核心, 必须保证同一时刻、同一网络内, 不同类型业务的流畅运转。不能因为家里有人看IPTV, 上网业务就受到影响。也就是对业务要有QOS保证。
从运营商的角度看, 家庭网关是接入网的向下延伸, 利用家庭网关可以加强运营商对用户业务的精细化管理, 使得运营商能够对网络资源精耕细作, 加强对网络的监控和管理能力。
目前, 家庭业务的发展正处于萌芽期, 尚未形成统一规范与业务模型, 运营商应该抓住机遇, 从单纯提供Internet接入向基于宽带的综合业务提供商转型, 由家庭网关、IPTV机顶盒、一体化宽带智能终端、Wi-Fi手机、可视电话等宽带网络终端设备组成家庭网络, 为用户提供合适、易用、方便、快捷的综合业务, 其中家庭网关是关键。
三、家庭网关的功能
家庭网关具有网络接入、用户接口、业务扩展等功能。它可以提供丰富的网络接口, 包括以太网、xDSL、无线局域网、WiMAX、无源光网络等;提供家庭内部网互联接口, 包括以太网、Home-PAN、无线局域网、PLC、蓝牙等;支持多种接入认证手段, 完成认证的汇聚功能, 如PPPo E、DHCP等;具有网络路由功能, 包括NAT、DHCP Proxy、QoS策略、VPN等;具有自维护功能, 如故障检测、自诊断、自动升级、性能监测、日志告警、远程维护等;具有防火墙等安全特性。一个典型的家庭网关的架构如图1所示。
一般说来, 家庭网关包括3个基本且重要的功能模块。
(1) 接入功能模块。接入网功能模块负责完成由家庭网关所提供的家庭网络 (包括有线宽带和Wi-Fi网络) 到服务供应商网络之间的连接。
(2) 核心功能模块。核心功能包括地址功能、QoS功能、安全功能、远程管理功能、本地管理功能。地址功能主要实现家庭网关自身IP地址获得以及支持家庭内部终端获得IP地址, QoS功能主要实现多业务流的分级处理及转发, 安全功能主要防止外部网络对家庭网络的非法访问以及内部网络的非法接入, 远程管理主要实现运营商对家庭网关的远程管理与控制, 本地管理主要实现家庭网关的本地登录管理与控制。
(3) 业务功能模块。业务功能模块与公共电信网络的业务实现相关, 由于业务的种类很多, 所以具备业务功能的家庭网关有很多类型, 其具备的功能也与特定的业务相关。
由上可以看出, 现阶段的家庭网关还不具备为用户提供2G或3G手机信号的功能。
四、Femtocell与家庭网关
Femtocell是近年来根据3G发展和移动宽带化趋势推出的超小型化移动基站, 主要用来解决3G网络在家庭室内覆盖的问题。随着3G浪潮风靡全球, Femtocell的出现也引起了电信运营商的青睐, 它将成为电信运营商在3G及网络融合驱使下战略部署重点。
Femtocell又称家庭基站, 是放置在家庭 (或SOHO) 环境中的无线接入设备, 工作于授权频段。其发射功率较小, 一般为毫瓦级, 因此覆盖半径也较小, 一般为20-50米。一个Femtocell的接人设备一般最多支持4-6个移动用户, 其空中接口符合3GPP 2标准, 因此适用于任何现有的移动终端。Femtocell借助于固定宽带接入作为其回程网络, 由网络侧的Femtocell网关汇聚并提供标准的面向移动核心网的接口。图2为WCDMA Femtocell的网络架构。
设备制造商推出Femtocell解决方案是家庭网关在2G移动通信中应用实践的典型代表解决方案。通过这一解决方案, GSM和WCDMA用户将可以在家中以固定线路和互联网电话的价格优势使用他们的移动电话。Femtocell解决方案包括一个家庭接入点, 这是全球最小的GSM无线基站, 可以与GSM及WCDMA电话兼容, 同时还支持Wi-Fi和ADSL。Femtocell解决方案使运营商可以向家庭中的所有成员提供“家庭域”资费标准。这是一个意义重大的技术突破。
Femtocell解决方案使移动运营商可以为客户提供极具竞争力的价格, 和创新、安全的业务。Femtocell解决方案可以帮助运营商加强与用户的关系, 激励家中的所有用户都选择同一家移动运营商, 以享受到家庭域资费标准和专项服务。Femtocell的家庭接入点即插即用, 可连接到任何现有的基于IP的传送网络 (IP-based networks) 。当用户走进家门时, 他们的移动电话会自动切换到室内无线基站。
几家欧洲移动运营商正在调查将UMTS基站组件整合进通过ADSL连接的家庭网关的可能性。这个想法, 通过将家庭网关转型为简化了的3G微微基站, 扩大了3G网络, 并且为DSL接入在家庭及运营商的核心网络之间提供了空载传输。这个网络的扩大将为任何类型的蜂窝业务, 如语音、互联网浏览、内容下载以及电视视频等, 通过WCDMA或HSDPA提供专门的3G接入。
这一业务能够在家庭中以固定的速率为任何3G设备提供专门的连接, 这将使得使用3G业务的用户能在家里享受高质量的服务——没有网络拥堵, 没有来自其他用户的干扰, 也没有来自其他无线电技术的干扰。
五、3G时代的家庭网关
将上文提到的Femtocell整合到现有的家庭网关中, 我们提出了3G时代的新型家庭网关的概念。其网络架构如图3所示。
在3G通信网络中, 基于家庭网关的各种业务必须是可运营, 可管理的, 因此对于可运营可管理的家庭网关与家庭网络需要具有多方面的能力, 以便支持各种电信级业务, 将应用延伸到家庭。为满足这种要求, 家庭网关必须具备以下几种能力。
(1) 与电信业务网络的连接能力
家庭网络可以采用各种接入方式与电信业务网络连接。
(2) 家庭内部设备之间的联网能力
家庭内部设备之间的联网技术应适应业务的发展, 具有一定的可扩展性。家庭内部设备之间的联网技术的选择要考虑业务对带宽、QoS以及传输距离的需求。
(3) 设备管理能力
家庭网络设备的管理包括本地管理和远程管理。家庭网络设备应具有本地管理界面以支持本地登录以及管理与控制, 该管理界面应仅限于本地使用, 不能从家庭外部访问该界面。家庭网络相关设备 (例如家庭网关、机顶盒等) 应支持运营商对其远程管理, 管理方式可以是运营商对设备的直接管理或通过家庭网关代理进行管理。家庭网络设备支持远程管理, 应具有安全机制以避免非法的远程管理。远程管理的协议应该采用TR069系列协议。
(4) QoS能力
家庭网络中使用的QoS保证技术应可以对家庭网络中的业务和应用划分不同的优先级, 应能根据业务需求提供满足业务网络要求的端到端传输能力, 业务和应用的带宽和优先级可以根据用户或管理系统的要求进行调整;应能够与电信网络中使用的QoS保证技术互联, 协调工作;应能兼容不同的家庭接入技术和家庭内部联网技术;应具有QoS监测和统计能力。
(5) 安全能力
家庭网关应能保证家庭网络中的设备安全、信息传送安全。
(6) 设备自动发现能力
家庭网络内部的设备之间应当采用规范化的方式, 完成设备之间的自动发现和自动配置。
(7) 业务处理能力
家庭网络不仅仅是业务的承载网络, 同时还要具有业务处理能力。例如IP语音 (VoIP) 的业务处理能力、IPTV的业务处理能力等。
(8) 业务提供能力
家庭网关应提供远程用户的外部访问, 并提供如视频监控、信息家电远程控制、家庭网站等业务能力。
(9) 扩展能力
家庭网关将不断地引入新业务, 必须具有可扩展能力以支持新的业务。业务扩展包括三个方面的内容:网关的硬件必须支持扩展, 软件必须具有业务加载能力, 以及相关的业务平台必须具备业务扩展能力。
家庭网关与家庭网络将会是3G运营商开拓宽带业务的一个重要方面, 家庭业务将成为运营商的下一个重要业务增长点, 依托家庭网关拓展家庭业务对于固网运营来说是行之有效的方法。
家庭网关发展模式探讨 篇4
家庭网关 (HG, HomeGateway) 是家庭网络通向外部信息网络的大门, 具体表现为各种形态的宽带猫 (wide-band Modem) , 如早些年的普通ADSL (非对称数字用户线) 猫到当前的光猫 (FM, Fiber Modem) 等。这些形态的猫出现基本上伴随着互联网的发展过程, 尤其是迎合了“三网融合”、“光进铜退”等相关概念与行为推出的需要。在众说纷纭的背景下, 运营商如何寻求一套合适自身的家庭网关发展模式显得尤为重要。
2 家庭网关发展模式探讨
2.1 家庭网关组网形式
家庭网关的组网形式如图1所示。图中, 家庭客户的电话、电脑、电视、家居安防等广泛存在的实际需求均通过家庭网关这一关口得到实现, 而不同的家庭客户对这些实际需求的程度是不同的, 因此, 市场和技术的共同驱动催生出形态各异的家庭网关。
2.2 家庭网关比较
普通猫 (OM, Ordinary Modem) :主要采用xDSL (数字用户线) 技术实现家庭客户的宽带上网业务。
光猫 (FM) :是PON (无源光网络) 中的FTTH (光纤到户) ONU (光网络单元) , 主要面向于高端的家庭客户。
集成猫 (IM, Integrated Modem) :是普通猫和光猫之集大成者, 兼容普通猫和光猫的优点, 尤其注入了业务级及设备级可管控的功能, 是未来融合型家庭网关的雏形。
电力猫 (PM, Power Modem) :采用PLC (电力线通信) 技术, 利用配电网电力线路传输多媒体信号, 目前主要的应用场景是实现家庭客户的室内互联。电力猫不需要对家庭现有的综合布线系统进行任何改动, 就能有效地配合上述3类猫的使用。
普通猫、光猫、集成猫的基本比较参见表1。
2.3 集成猫的管控形式
集成猫的组件如图2所示, 主要组件包括语音模块、数据模块、业务和设备管控模块、QoS (服务质量) 模块、WLAN (无线局域网) 模块、接口模块 (由网络侧接口和POTS电话、LAN以太网等用户侧接口) 等。其中的“业务和设备管控模块”是集成猫最显著的特点, 它与“营运管控系统”进行了对接, “营运管控系统”对集成猫的使用状态进行了日常监测, 对家庭客户所采用的业务或业务套餐进行集中下发, 再考虑到集成猫现行价格、家庭客户的实际业务需求、家庭客户现阶段每月可支付能力等市场因素, 使得集成猫成为家庭客户和运营商都较愿意接受的方式。
2.4 家庭网关的发展模式
综合考虑家庭用户的需求、业务消费习惯、资费承受水平、家庭收入水平等市场因素, 每类猫的技术特点, 以及运营商大规模运营业务的要求, 当前及今后一个时期 (2010～2014年) , 家庭网关的发展格局如下:
(1) 2010年:普通猫为主导, 光猫、集成猫为辅, 电力猫为补充;
(2) 2011～2012年:集成猫为主导, 普通猫、光猫为辅, 电力猫为补充;
(3) 2013～2014年:集成猫和光猫并重, 普通猫、电力猫为补充。
因此, 对于运营商来说, 作为家庭网关主要形式的集成猫是一个切实有效的选择。
3 结束语
事实上, 每类家庭网关从推出到正式商用均凝聚了无数人的辛勤劳动, 对于运营商来说, 选择适用面广、综合成本相对低廉、实用效果好且乐于为用户所接受的商用模式本身就是一项较大的挑战。
基于Linux的家庭网关优化 篇5
关键词：网关,Linux,轮询,中断
随着社会信息化和家庭网络化的飞速发展,越来越多的家庭建立了家庭网络。家庭网关是整个家庭网络的核心,它主要实现Internet接入、远程控制以及连接家庭内部异构子网的功能。家庭网关类似于服务器的功能,集中控制家庭网络中的家电设备,如信息家电、安防系统、报警系统等。在基于Linux网络中,通过Linux驱动程序的形式连接各个模块和操作系统,完成整个软件的构架,CPU总控模块负责初始化和协调各个模块的操作,是整个系统的大脑,事务控制模块支持并发控制,主要保证传递过程中的可靠性和高效性。
1数据报文处理过程及其缺陷
当网络适配器正确接收到一个数据包时,会触发一个中断,其驱动程序中的中断服务程序将调用确定的接收函数来处理,将收到的网络包放到网络接收队列上,并设置相应状态寄存器,系统会在中断处理返回时,处理发生的软中断,如图1所示。根据状态寄存器就会判断是否接收到了新包、是否完成了传输或是否发生了错误。如果接收到了包,就会调用net rx()中断处理函数,处理接收包的驱动程序方法负责请求套接字缓冲区并把接收到的包填充到包数据空间中。随后,netif rx()可以将套接字缓冲区放入输入队列中,最后网络设备的统计信息被更新,并且中断处理程序可以继续处理下一个收到的包也可以终止中断处理[1]。
当网络适配器驱动程序执行到netif_rx()时,将收到的网络包放到网络接收对列上,同时设置相应中断标志,系统在中断处理返回时,根据标志位信息处理发生的中断,调用对应注册过的net_rx_action()函数取下网络包,进一步调用对应的处理函数ip_rcv(),对网络包进行路由并转发,最后由dev_queue_xmit()负责将包从对应的出口设备上发送出去,或者在队列忙时将包放入设备发送队列并设置相应网络发送中断,等待中断处理机制推迟发送网络包[2]。
基于Linux网关中转发报文流程执行比较频繁,对系统的效率影响最大。工作在中断模式下的网络适配器,在网络负载比较大的情况下,网络部分的接口会频繁地中断系统,从而造成非常大的系统负载。当网络流量非常大时,在中断级别上处理网络请求的操作系统将会陷入中断影响之中,最终导致报文吞吐率急剧下降。当带宽占用率相同,全部传输短报文的情况下,由于中断非常频繁,系统的峰值处理能力将达到最低限度。
2 基于中断和轮询自动切换的传输机制
为了解决中断驱动模式带来的负面影响,现在提出一种中断和轮询自动切换的报文处理模式。在网络负载较低的情况下,报文到达时间是不可预测的,所以由于报文到达的随机性会产生系统延迟,此时利用中断处理机制能够很好地避免大量延迟产生;但是当网络负载比较高时,报文的输入速率会达到一个基本的稳定状态,如果采用中断处理机制,由于高负荷的网络会带来频繁的中断发生,从而降低系统效率,此时采用轮询机制反而会充分发挥其优势,保证系统的高吞吐率[3]。
具体工作过程如下(工作流程如图2所示):
(1) 当报文首次到达时,系统处于开中断状态,此时通过修改标志寄存器的中断允许位使系统处于关中断状态,从而进入轮询模式,同时给滑动窗口W配置一个用于判断每次轮询所接收到的数据报文的个数n;
(2) 当n<W时,报文输入速率达到或接近系统的饱和状态,此时继续处于关中断状态,系统任然保持轮询机制;
(3) 当n≥W时,报文输入速率比较低,系统有可能进入空轮询状态,为了降低系统开销,修改标志寄存器相应位,使系统由关中断进入开中断状态,重新打开中断,以中断的方式处理报文;
(4) 当前报文处理完毕,接收到下一个报文时,重复(1)、(2)、(3)。如果接收队列未满但系统资源耗尽后,进入初始化状态,释放所有资源。
在轮询工作模式下,为了避免引发外部中断,需要屏蔽“接收成功”、“发送成功”等内部中断,同时不断查询这些中断状态位的情况,发现需要处理的内部中断时做以相应处理,当中断工作模式回复后,相应要重新恢复刚才屏蔽掉的“接收成功”、“发送成功”等内部中断。
当网络适配器进入轮询状态时,软件中断NET_RX_SOFTIRQ的处理例程net_rx_action()最终将调用dev_queue_xmit()发送函数,dev_queue_xmit()的调用流程是:dev_queue_xmit()-->qdisc_run()-->qdisc_restart(),调用方法qbisc_restart()以启动网络设备数据包的传输,而此时它有可能在设备发送队列繁忙时引发网络发送中断[4]:
在数据包放入队列之后,调用qdisc_run()来发送数据包:
在qdisc_restart()函数中,首先调用函数pfifo_fast_dequeue()从队列中取出一个数据包,然后调用网络适配器驱动的发送函数dev->hard_start_xmit()发送数据包,如果发送失败,则需要将这个数据包重新压入队列pfifo_fast_requeue,然后启动协议栈的发送软中断进行再次的发送,从而引发软处理中断。[4]
为了保证轮询工作正常进行,需要做以修改。
linux-2.6.14.1中qdisc()函数部分源码如下。[2]
其中config_polling_on指示当前是否是轮询工作模式,在/proc下保留了设置它的接口,方便动态地设置[4]。
修改后,当打开轮询内核设置后,qdisc_restart()就不再进行网络层的发送软中断调度,从而保证了轮询正常进行。
3 总结
综上所述,通过编写简单的控制程序,对Linux内核相应报文处理函数做以修改,就可以使报文处理流程处于中断和轮询相互切换的工作模式,大大提高了系统的处理能力。
参考文献
[1]李善平,刘文峰,王焕龙,等.Linux与嵌入式系统.北京:清华大学出版社,2006:274—279
[2](美)Klaus W,Frank P,Hartmut R.Linux网络体系结构.江青青,卢祖英,译.北京:清华大学出版社,2006
[3]刘建伟,王育民.网络安全——技术与实践.北京:清华大学出版社,2005:408—418
[4]黄志洪,钟耿扬,佘伟坤.Linux操作系统.北京:冶金工业出版社,2006:155—172
家庭网关设备管理 篇6
市场容量450亿美元
烽火通信高级行销工程师熊丽娟表示，从全球市场发展情况来分析，家庭网关市场发展规模呈加速态势，市场收入将达450亿美元。从增长趋势判断，国内家庭网关市场处于成长期。保守估计2011年用户数为1200万户，随着FTTx建设不断深入，家庭网关市场将出现持续高增长趋势。这是因为，一方面国内互联网宽带用户不断增多，另一方面随着IMS、物联网、云技术等广泛研究、随着应用新型家庭网关步入市场，将保持高速增长。
从运营商对于家庭网关的重视程度，也可以看出家庭网关市场的前景。国外各大运营商纷纷推出以家庭网关为核心的增值服务，构建家庭网络新业务。英国电信 (BT) 以家庭网关为核心的主要业务有BroadbandTalk、BTFusion、网络设备共享、音乐、视频和图片共享、BTYahoo、安全监控、Wi-Fi热点覆盖等，法国电信推出了以“LiveBox”为品牌的家庭网关业务，其主要应用是通过具有Wi-Fi路由功能的LiveBox连接家庭内部的终端设备，不但能支持VoIP，还可以实现数据传输和家庭监控等新应用。而国内运营商中，2011年电信、联通也开始大力发展家庭网络，通过家庭网络将电信网络提供的业务和应用延伸到家庭范围内，这也成为运营商转型的重要契机。
中国电信为首的电信运营商提出了向“综合信息服务提供商转型”的战略规划，推出“我的e家”系列业务品牌，为家庭用户提供从语音到宽带接入的整套信息服务解决方案。
有线接入家庭网关渐趋主流
在全业务发展的大背景下，移动运营商与固网运营商都在大力发展家庭网关，以打造智能家庭网络。熊丽娟指出，国内家庭用户使用的家庭网关大多基于有线接入方式，如xDSL、LAN、光纤接入等，这是因为家庭网关主要是由固定运营商和全业务运营商基于宽带网络提供的。随着家庭网关的快速发展，移动运营商所面临的竞争形势越来越严峻，受限于宽带接入资源，移动运营商尝试拓展基于无线接入方式的家庭网关。家庭网络内部利用无线组网方式具有使用方便，不用家庭布线的特点，随着IPTV和其它互联网娱乐服务兴起，无线接入方式家庭网关相比于有线接入家庭网关存在着不同程度的“先天不足”技术瓶颈。
目前，国内运营商对家庭网关上接入的方式有比较一致的看法，基于有线方式接入家庭网关是实现未来“数字家庭”主流选择。家庭客户需求逐渐从单一的语音、上网通信向娱乐、生活应用类的服务需求扩展，从家庭网关的发展趋势上来看，融合是最重要的一个特点。随着家庭网络业务和应用的不断深入，不同终端、网络、业务之间的融合将越来越明显。这种融合首先表现在通信、信息和娱乐业务的融合，用户在享受娱乐视频的同时，也能够体验通信和信息服务，在技术方面，家庭网关通信设备需兼具IPTV机顶盒、游戏机、信息机的功能。其次是有线和无线的融合，以及窄带和宽带的有机结合，家庭网关设备将具有多种接入能力，用户可以通过各种接入技术接入到家庭网络中来，自由选择采用无线或有线接入。
数字家庭的四大关键技术
在高速宽带时代，运营商对于家庭网络日益重视，并提出了数字家庭的理念。即将公共网络和信息服务以家庭网关为连接点延伸到家庭，通过家庭网络连接各种信息终端，为家庭提供集成的通信、娱乐、家电控制、安全防范、家居管理和信息服务等功能。熊丽娟告诉记者，数字家庭领域涉及的技术非常复杂，主要包括：联网技术、家庭网关技术、设备自动发现技术、远程管理技术四大方面。
联网技术：家庭联网技术解决家庭网部多咱终端之间的物理互联，随着IPTV、视频家庭网信息机为代表多媒体业务在家庭普及，对宽带网络带宽性能、QoS保证、固，移动业务灵活切换，便捷使用上提出来更高的要求。
业务网关技术：家庭网关作为家庭网络中心设备，家庭网络的通信、管理、控制中心。具有丰富的家庭网络联网接口、完备的家庭网络通信功能，负责整个家庭网络的连接与管理，是运营商网络的一部分。它还有另一个身份就是业务网关，它不单单是一个通信设备，更是一个业务的载体，各种新新业务在网关上得以展现，同时也承载家庭网络内部的各种业务，它将是一个通用、开放的家庭网络业务平台，系统的开放性是比较重要的一个特征。如何提供一个开放的软件环境实现后续业务的扩展，有待进一步研究。
自动发现技术：家庭网络中部署的信息终端越来越多，在解决它们之间的物理互联问题之后，家庭用户还需要对各个设备进行一些复杂配置才能使用，这对于普通家庭用户来说是难以接受的。加入到家庭网络的设备如何能自动地相互发现并协同配合工作也是实现“数字家庭”需要继续探索的科题。
远程管理技术：业务开通“自动性”、运营维护“便携性”是家庭网关大规模部署的前提条件，TR069网管系统已经在中国电信、联通运营商网络中部署，实现设备或业务的“零配置”开通，及设备日常诊断、维护。
数字186万
家庭网关设备管理 篇7
三网融合创新家庭业务
在中国电信“我的e家”、中国联通“亲情1+1”和中国移动“全球通家庭计划”之后, 三网融合让电信运营商又进入到一个更加“全业务运营”的时代, 除了固定和移动网络运营之外, 电信运营商将被允许获得广电领域的资源和提供相关业务的权利, 这将给电信运营商的市场拓展带来更大的机遇。
Frost&Sullivan咨询经理武威表示, 在全业务运营时代, 电信运营商利用固网和移动网的融合并没有开发出实际意义上的新业务, 只是将固网和移动网的业务进行简单的捆绑, 通过向客户推出一些新的套餐等吸引客户, 增加客户黏性, 而三网融合则不同, 电信运营商能够将会利用广电资源的共享去实现一些新的融合业务, 比如IPTV就是最常见的业务之一。
有专家表示, 固定电话、宽带和手机的融合只是一个简单的业务捆绑, 而三网融合或三屏合一才是真正的业务融合。
据本刊了解, 中国电信贵州公司正在试商用一种名为“影信通”的视频业务, 这一业务充分利用了三网融合条件下电信运营商拥有视频内容运营的权力, 通过和各大内容提供商的合作, 可以提供给用户丰富的视频内容。更重要的是, 可以利用用手机、固定电话、互联网随时随地搜索并定制感兴趣的视频内容, 随后该内容就会被推送到一款家庭终端上, 并可在电视机上播放。“影信通”的开发商北京建新宏业科技公司总裁郑建兴向本刊表示:“影信通业务体现了三网融合的实质, 广电拥有视频内容的播控平台, 而中国电信得到了视频内容的控制权, 并可通过多种方式让用户获得内容, 这给用户带来了真正的实惠, 不仅有利于电信运营商增加用户黏性, 更重要的是起到了广电和电信融合剂的作用。”该业务有望在今年年底由中国电信在全国范围内推广和商用。
家庭网关将成家庭终端核心
三网融合带来的融合业务必将产生新的终端形态, 例如在上述的影信通业务中, 家庭就需要一款终端, 这个终端将具有内容接收、内容存储、内容传输、播放控制等基本功能。也就是说, 数字家庭中实现不同的业务就需要一款终端, 加上目前家庭中已经有的固定电话、宽带接入终端如Modem和无线路由器、PC、机顶盒、电视机等终端, 未来的家庭中将会有各种形态、不同功能的终端。中国联通研究院李仲侠表示:“数字家庭的核心是终端平台, 而这个终端平台的管理中心就是家庭网关, 家庭网关的上端连接运营商的宽带网络, 下端则是通过不同的接口连接数字家庭中的各种应用终端, 实现如IPTV、视频电话、视频监控以及智能家居等应用。”
传统的家庭网关主要起到宽带网络接入的作用, 而三网融合后的家庭网关功能将会随着家庭信息化的广泛应用而扩展其功能, 起到家庭业务管理和控制的作用, 具体表现在以下几方面。
第一, 家庭网关能够提供有质量保证的业务通道, 比如在传输视频流时, 对通道带宽及质量要求很高, 家庭网关可以根据视频流的要求分配给足够的带宽并保证通道的质量, 以便于终端播放。第二, 未来数字家庭将拥有更多的信息化应用, 比如互联网电视、可视电话、视频监控、智能家居、远程医疗等, 而这些应用都需要通过家庭网关来加以管理和控制。此外, 三网融合时代的家庭网关还能让不同的家庭终端进行互联互通, 以实现相互间的协作, 三屏合一就是一个典型的例子。郑建兴表示, 三屏合一并不是简单地被认为是在不同的屏幕上实现相同的内容播放, 更重要的是可以充分发挥每个终端的特点, 对同一类业务进行不同的操作。
此外, 三网融合还将催生出很多新型的家庭终端形态, 比如“第四屏”概念的终端已经开始被电信运营商关注, 中国电信上海公司在今年年初就和Technicolor (原汤姆逊) 合作推出了“魔屏”。这种具备了数码相框、可视电话、IPTV管理和控制、小屏幕播放等功能的新型终端就是数字家庭应用的一种展现。但是从目前的市场来看, 作为一个新生的终端形态, 这种“第四屏”终端的运营模式还不确定, 首先, 究竟在这个终端上承载什么业务会受用户欢迎还不明朗, 其次, 目前终端成本较高, 该成本是由运营商还是用户承担, 还不确定。
家庭网关经过十几年时间的演进, 技术已经比较成熟, 针对三网融合的新形势, 其所需的每项技术都已经成熟, 只是将众多的功能按照不同的需求集成到不同的产品中, 只要电信运营商出台相应的技术规范, 传统的家庭网关厂商如华为、中兴、上海贝尔、摩托罗拉等会很快推出相应产品, 以满足电信运营商三网融合家庭信息化业务开展的需要。
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三网融合前, 视频内容的播控权被广电控制, 虽然电信运营商和有内容牌照的合作伙伴签订了协议, 但是获取的内容比较陈旧, 对用户的吸引力不够, 导致IPTV业务开展不利。而三网融合后, 电信运营商可以共享广电的内容资源, 加上以往在全国各地的IPTV试点, 电信运营商的业务模式、平台和终端建设都已具备, 同时业务流程在运营体系下都涉及到了, 做IPTV就容易多了。