家庭網(wǎng)關承載綜合業(yè)務研究

文 河北聯(lián)通計劃管理部 米川

近年來，家庭市場發(fā)展迅速。電信運營商力求通過資源盤活、技術改造、產品創(chuàng)新等手段來滿足家庭客戶不斷增長的通信及信息化需求。而家庭網(wǎng)關承載綜合業(yè)務正是運營商為實踐這一目標而進行的重要探索。

本文采用理論與實踐相結合的研究方法，首先對家庭網(wǎng)關市場前景及產業(yè)鏈發(fā)展進行了介紹，其次分析了家庭網(wǎng)關所能承載的主要業(yè)務及其網(wǎng)絡服務質量指標要求，最后給出了運營商在大規(guī)模部署家庭網(wǎng)關前現(xiàn)網(wǎng)改造需考慮的因素及建議。

全文以發(fā)展的眼光，從市場前景、業(yè)務需求、現(xiàn)網(wǎng)技術改造及應用等幾個角度，對運營商利用家庭網(wǎng)關承載綜合業(yè)務進行研究，力求為全國家庭網(wǎng)關項目建設決策提供依據(jù)。

背景介紹

家庭網(wǎng)關的定義

家庭網(wǎng)關是一種通過有線或無線方式將家庭網(wǎng)絡連接到外部接入網(wǎng)絡的標準化設備，能夠融合異構的接入網(wǎng)絡，并通過家庭網(wǎng)絡向某個設備發(fā)送信息。家庭網(wǎng)關能使多個設備共享網(wǎng)絡連接，并且實現(xiàn)各種終端設備的互聯(lián)互通，在家庭網(wǎng)絡中起到連接、控制、管理等作用，為用戶實現(xiàn)統(tǒng)一、方便、安全的各種數(shù)字化應用。Cisco System公司的家庭網(wǎng)關定義是：一個在家庭內的網(wǎng)絡化信息設備與智能寬帶接入網(wǎng)之間的智能化網(wǎng)關。

隨著目前家庭網(wǎng)關、媒體中心和智能家庭網(wǎng)絡在功能上的不斷融合，家庭網(wǎng)關應該滿足如下條件。

1.兼容多種外部寬帶網(wǎng)絡接入方式，成為家庭內部網(wǎng)絡和外部網(wǎng)絡的連接橋梁和門戶。網(wǎng)絡側接口類型包括：ADSL/VDSL/LAN/EPON/GPON之一。

2.連接并控制家庭內部所有可聯(lián)網(wǎng)設備，成為家庭內部的網(wǎng)絡連接中心和控制中心。一般內置2層交換機功能和DHCP功能。用戶側接口類型包括：LAN（普通Ethernet）/POS（普通電話接口）/Wi-Fi（無線局域網(wǎng)接口）/IrDA(紅外線數(shù)據(jù)接口)等。

3.存儲、分發(fā)家庭內部網(wǎng)絡的多媒體內容，成為家庭內部的多媒體中心。

家庭網(wǎng)關市場發(fā)展趨勢

從全球市場發(fā)展情況分析，家庭網(wǎng)關市場發(fā)展規(guī)模呈加速態(tài)勢。2008年市場收入達到59億美元，到2010年將達到127億美元。從增長趨勢判斷，國內家庭網(wǎng)關市場處于成長期。這是因為一方面互聯(lián)網(wǎng)寬帶用戶不斷增多，另一方面隨著新技術的廣泛應用，新型的家庭網(wǎng)關進入市場，保持了市場的高速增長。

以運營商為主導的家庭網(wǎng)關產業(yè)鏈不斷成熟

家庭網(wǎng)關產業(yè)鏈條涉及到運營商、設備制造商、增值業(yè)務服務商等一系列商家，而運營商對于客戶資源及線路資源的壟斷優(yōu)勢使得運營商必然將成為產業(yè)鏈的主導者。而運營商也意識到了這一點，在“內容＋應用＋接入＋服務”的全業(yè)務框架思路指導下，家庭網(wǎng)關已成為運營商家庭戰(zhàn)略的關鍵一環(huán)，是運營商轉型和發(fā)展家庭信息化業(yè)務的立足點，家庭網(wǎng)關作為電信網(wǎng)絡設備的一部分，它將最后一公里網(wǎng)絡延伸到最后一公尺，是數(shù)字家庭各種業(yè)務和應用實現(xiàn)的關鍵。2006年12月，中國電信推出客戶品牌“我的E家”，在該品牌下，通過家庭網(wǎng)關產品承載VoIP語音、上網(wǎng)、IPTV等業(yè)務應用，截至2010年已發(fā)展超過1000萬用戶。中國聯(lián)通也于2009年12月推出了家庭網(wǎng)關相關的總體技術要求、測試規(guī)范、技術規(guī)范，在全國建設家庭網(wǎng)關管理平臺。華為、中興、貝爾、烽火等設備制造商均推出了多款商用家庭網(wǎng)關產品及成熟的業(yè)務解決方案。

主要承載業(yè)務分類

家庭網(wǎng)關可以承載的業(yè)務除了傳統(tǒng)的寬帶上網(wǎng)業(yè)務外主要還包括VoIP、IPTV、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控、3G Femto等業(yè)務，具體如下。

家庭網(wǎng)關＋VoIP（話機）：隨著NGN技術的成熟，網(wǎng)絡的IP化演進，傳統(tǒng)窄帶交換機必將逐漸減少直至退網(wǎng)，PON接入方式及家庭網(wǎng)關＋VoIP接入方式將是未來固網(wǎng)語音用戶承載的主要方式。語音業(yè)務也許會成為寬帶接入業(yè)務的一個附屬增值業(yè)務。

家庭網(wǎng)關＋IPTV（視頻點播）：傳統(tǒng)的寬帶接入方式無法滿足用戶對于上網(wǎng)以及IPTV等視頻點播業(yè)務同時接入的需要，而家庭網(wǎng)關設備可以提供多個有線接口和Wi-Fi功能，實現(xiàn)IPTV機頂盒和用戶電腦等終端設備的同時接入，尤其是Wi-Fi功能，使IPTV機頂盒無線接入成為可能，這樣用戶既可以體驗新電視使用方式，又避免了對原有家庭裝修的破壞，最大程度上減少了用戶的使用顧慮。隨著國家對三網(wǎng)融合的推進，IPTV將更多地進入家庭，而無論IPTV主導者是運營商還是廣電，家庭網(wǎng)關都是提供綜合業(yè)務的最佳接入設備選擇。

家庭網(wǎng)關＋監(jiān)控設備：用戶通過使用“居家衛(wèi)士”、“神眼”等網(wǎng)絡視頻監(jiān)控業(yè)務，可以輕松實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡監(jiān)控。但是傳統(tǒng)寬帶接入方式，用戶無法實現(xiàn)多業(yè)務同一設備接入，十分不利于“居家衛(wèi)視”、“神眼”等業(yè)務的推廣，家庭網(wǎng)關設備不但解決了傳統(tǒng)寬帶接入接口單一的難題，而且其強大無線功能，實現(xiàn)了網(wǎng)絡攝像頭、各類傳感器的無線接入，可以讓用戶免于設備使用破壞家庭環(huán)境的擔心。

家庭網(wǎng)關＋Femto：自3G建網(wǎng)伊始，室內覆蓋就為重點解決問題，因為大部分呼叫，尤其是高速數(shù)據(jù)業(yè)務都是從室內發(fā)起的，僅僅依靠室外宏蜂窩的信號很難實現(xiàn)良好的室內覆蓋效果，而且HSDPA等高速數(shù)據(jù)只有在信號質量好的情況下才會有出色表現(xiàn)。Femto技術的應用，解決了樓宇內部網(wǎng)絡覆蓋問題，為用戶提供了穩(wěn)定的、高質量的無線環(huán)境。Femto借助于固定寬帶接入作為其回程網(wǎng)絡，由網(wǎng)絡側的Femto網(wǎng)關匯聚并提供標準的面向移動核心網(wǎng)的接口。家庭網(wǎng)關＋Femto可以快速、低成本地在家庭內覆蓋移動網(wǎng)絡、搶占家庭用戶，實現(xiàn)家庭內固定與移動業(yè)務的融合。Femto方案的誕生使每家擁有一個“基站”的設想成為現(xiàn)實，F(xiàn)emto進入家庭，大大提高了用戶體驗，使用戶僅用同一個終端在家中也可以享受3G服務的快速便捷。家庭網(wǎng)關設備的推廣，其豐富的業(yè)務接口將成為解決家庭Femto設備網(wǎng)絡接入的重要途徑，使用戶可以在享受快速便捷的3G服務的同時，不影響其傳統(tǒng)上網(wǎng)業(yè)務的使用，避免了目前使用寬帶AD Modem帶來接口資源不足的問題。

業(yè)務分類的網(wǎng)絡服務質量指標

不同的業(yè)務對承載網(wǎng)絡服務質量的要求不同，結合上述承載業(yè)務分類，并考慮家庭網(wǎng)關管理平臺的管理要求，可將業(yè)務大致分為：VoIP業(yè)務（IP語音業(yè)務）、IPTV及視頻監(jiān)控業(yè)務（IP視頻業(yè)務）、3G業(yè)務（Femto業(yè)務）、傳統(tǒng)上網(wǎng)業(yè)務（IP數(shù)據(jù)業(yè)務）和網(wǎng)管業(yè)務五大類。其中IP語音、IP視頻、IP數(shù)據(jù)業(yè)務對承載網(wǎng)絡服務質量的要求如表1所示。

表1 IP業(yè)務對承載網(wǎng)絡服務質量的要求

另外，針對每一類業(yè)務也有其特有的服務質量指標，比如VoIP業(yè)務有MOS值、IP視頻；3G業(yè)務有MDI值等等。根據(jù)在河北聯(lián)通進行的現(xiàn)網(wǎng)測試，得出以下指標要求。

VoIP業(yè)務服務質量標準

MOS (Mean Opinion Score, 平均意見值)，在傳統(tǒng)的PSTN網(wǎng)絡中，主要依靠MOS值衡量通信系統(tǒng)語音質量。由于傳統(tǒng)語音流和PSTN網(wǎng)絡的同步性、封閉性，當時的MOS值的獲取主要通過主觀評價方法（由不同的人分別對原始語料和經(jīng)過系統(tǒng)處理后有衰退的語料進行主觀感覺對比，得出MOS分，最后求平均值）。

在IP網(wǎng)絡上承載語音流，由于IP網(wǎng)的異步特性，主觀評價獲取平均得分值從采樣數(shù)量和范圍上，以及客戶的滿意度等方面都不具備代表性和普遍性，因此需要采用客觀MOS評價的PESQ方法：根據(jù)方法實現(xiàn)原理，由專門的儀表或軟件進行測試獲取。

MOS值由ITU-T G.107定義，在VoIP服務質量測量中與延時、抖動、丟包等指標一同使用，作為評價VoIP流的質量的客觀指標。MOS數(shù)值范圍及含義在MOS方法中定義，0分代表最差的質量，5分為最高分。在客觀評價方法中，可以獲得明確的分值（如：3.9之類），分值含義如表2所示。

表2 VoIP服務質量評價分值

3可以2較差1差

通過測試，在城域網(wǎng)內，自家庭網(wǎng)關至城域網(wǎng)核心（與承載網(wǎng)相接的邊界網(wǎng)關設備）范圍內，端到端單向語音流，我們給出的客戶感知滿意的VoIP質量指標如表3所示。

表3 客戶感知滿意的VoIP質量指標

IP視頻及3G（Femto）業(yè)務服務質量標準

MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質量指標是由思科公司和IneoQuest共同提出的，對視頻流在IP網(wǎng)絡傳輸質量進行評估的測量指標。作為IP視頻流傳輸質量測試的行業(yè)標準，MDI測量指標廣泛地應用于IPTV和IP有線數(shù)字電視網(wǎng)絡質量評估和監(jiān)測。

MDI包括了幾個參數(shù)：

1.Delay Factor（延遲因素，簡稱 DF）：該數(shù)值表明被測試視頻流的延遲和抖動狀況。DF的單位是毫秒(ms)。DF將視頻流抖動的變化換算為對視頻傳輸和解碼設備緩沖的需求，被測視頻流抖動越大，DF值越大。當網(wǎng)絡設備和解碼器的緩沖區(qū)容納的視頻內容時間不小于被測視頻流DF讀數(shù)時，將不會出現(xiàn)視頻播放質量的下降。因為網(wǎng)絡節(jié)點需要分配不小于DF值的緩沖用于平滑視頻流抖動，所以DF的最大值為視頻內容通過該網(wǎng)絡節(jié)點的最小延遲。

2.Media Loss Rate（媒體丟包速率，簡稱MLR）：MLR的單位是每秒的媒體封包丟失數(shù)量。該數(shù)值表明被測試視頻流的傳輸丟包速率。由于視頻信息的封包丟失將直接影響視頻播放質量，理想的IP視頻流傳輸要求MLR數(shù)值為零。因為具體的視頻播放設備對丟包可以通過視頻解碼中進行補償或者丟包重傳，在實際測試中MLR的閾值可以相應調整。

結合網(wǎng)絡示意圖范圍，在域內，由家庭網(wǎng)關至IPTV server的單項流，我們給出的客戶感知滿意的質量指標為：

MDI：DF <＝ 50毫秒

MDI：MLR <＝ 8個媒體封包/秒

由于3G業(yè)務（Femto業(yè)務）主要是為了滿足移動用戶的視頻業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務需求，因此，其服務質量標準參照IPTV業(yè)務的服務質量標準。

3、普通上網(wǎng)業(yè)務服務標準

鑒于普通上網(wǎng)業(yè)務沒有專有的服務質量標準，所以我們使用通用的延遲、抖動和丟包作為衡量網(wǎng)管流量的服務質量標準。

在域內，不影響客戶普通上網(wǎng)感受的單向流服務質量指標如表4所示。

表4 單向流服務質量指標

4、網(wǎng)管業(yè)務服務標準

鑒于網(wǎng)管業(yè)務沒有專有的服務質量標準，所以我們使用通用的延遲、抖動和丟包作為衡量網(wǎng)管流量的服務質量標準。

在城域內，滿足家庭網(wǎng)關的遠程管理需要的單向網(wǎng)管流的質量指標如表5所示。

表5 單向網(wǎng)管流的質量指標

現(xiàn)網(wǎng)改造需考慮的因素

根據(jù)上述業(yè)務對網(wǎng)絡的服務質量要求，運營商需要對現(xiàn)網(wǎng)進行規(guī)劃、改造，具體包括業(yè)務IP地址、VLAN、PVC及MPLS VPN規(guī)劃，整體QoS部署，BRAS、SR、軟交換改造等，以保證業(yè)務大規(guī)模商用后的網(wǎng)絡服務質量。

結論

用戶需求推動市場，市場發(fā)展帶動產業(yè)，產業(yè)興起引發(fā)體制變革，目前以運營商為主導的家庭網(wǎng)關產業(yè)鏈已日趨成熟。在明確的客戶需求推動下，在“內容＋應用＋接入＋服務”的全業(yè)務框架思路指導下，運營商必須快速調整自身產品及網(wǎng)絡資源來適應新的市場環(huán)境和滿足客戶的需求。通過本文的研究可以得到以下結論：

1.根據(jù)家庭客戶的業(yè)務需求，結合各種業(yè)務屬性及特點，家庭網(wǎng)關業(yè)務可分為VoIP業(yè)務（IP語音業(yè)務）、IPTV及視頻監(jiān)控業(yè)務（IP視頻業(yè)務）、3G業(yè)務（Femto業(yè)務）、傳統(tǒng)上網(wǎng)業(yè)務（IP數(shù)據(jù)業(yè)務）和網(wǎng)管業(yè)務五大類。各種業(yè)務有其特有的服務質量指標，比如VoIP業(yè)務有MOS值、IP視頻及3G業(yè)務有MDI值等等。

2.為實現(xiàn)家庭網(wǎng)關承載承載綜合業(yè)務，需對現(xiàn)有接入網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、IP城域網(wǎng)進行整體規(guī)劃和改造，具體包括IP地址規(guī)劃、PVC及VLAN劃分、MPLS VPN以及QoS技術部署，以保證業(yè)務大規(guī)模商用后的網(wǎng)絡服務質量。

3.為實現(xiàn)家庭網(wǎng)關承載承載綜合業(yè)務，需明確新產品的定位，對現(xiàn)有業(yè)務流程、維護流程進行梳理改造，對家庭網(wǎng)關管理平臺及相關支撐系統(tǒng)進行優(yōu)化及改造。

另外運營商在大規(guī)模推廣家庭網(wǎng)關業(yè)務之前重點關注以下兩方面工作：

1.關注客戶需求，理清思路，做好固網(wǎng)、寬帶接入、寬帶增值、3G應用類的產品組合工作。

2.完善各種內容應用平臺的建設，豐富網(wǎng)絡內容，真正吸引用戶使用。