基于WiFi無線技術的有源EOC終端設計

【摘要】由于傳統的有源EOC終端是不帶無線接入功能，無法滿足當前家庭網用戶日益增長的無線接入需求。本文介紹了基于WiFi無線技術的有源EOC終端設備，該設備主要由EOC終端接入單元和WiFi無線接入單元兩部分組成，分別采用高通公司的AR7411和AR9331芯片方案構建硬件電路。終端內嵌Web服務器，用戶可以通過Web網管配置終端參數信息。該設備具有布線簡單，應用靈活，功能豐富等特點，適用于廣電運營商最后100米的雙向網改造工程，具有一定的推廣使用價值。

【關鍵詞】有源EOC;WiFi技術;廣電運營商;雙向網改造

Active EOC end point design based on WiFi wireless technology

Guangdong Donyan Network Technologies CO.，LTD ?Lv YuBin

Abstract：Because the traditional active EOC end point（EP） is without wireless access function，which cant meet the home network usersgrowing demand for wireless access network.This paper describes an active EOC EP device based on WiFi wireless technology.The device consists of two parts：EOC EP access unit and WiFi wireless access unit，respectively，using Qualcomm's AR7411 and AR9331 chip solution to build the hardware circuit.The device embeds Web server and the user can configure the EPs parameter information through the Web interface.The device has a feature of simple wiring，flexible application，rich function and can be applied in the radio and television operators final 100 meters bidirectional access network transformation project，which possesses certain values of promotion and application.

Key words：active EOC;WiFi technology;radio and television operator;bidirectional access network transformation

1.引言

近年來，有源EOC作為廣電運營商首選的雙向網改造方案，因為可以方便地利用廣電現有的同軸分配網絡資源實現雙向網改造，不需要額外布線，所以備受運營商們的青睞。目前市面上的有源EOC終端大部分都是不帶WiFi接入功能的，遠遠不能滿足用戶日益增長的無線接入需求[1]。

針對這個需求，本文介紹的EOC終端利用AR7411構建傳統的有源EOC接入單元，實現以太網信號在同軸線上的傳輸，同時利用無線芯片AR9331集成路由，處理器和控制器一體化設計的特點構建無線路由單元，可以滿足多用戶的無線接入需求，有效地提升了無線網絡的運行效率。經測試，使用40MHz的信道技術，滿足802.11n 標準的有源EOC無線終端，其無線網絡部分的上下行吞吐量均可以達到90Mbps，完全滿足終端用戶日常無線寬帶接入需求。

2.有源EOC終端簡介

有源EOC（Ethernet Over Cable）是利用廣電運營商的HFC網絡，在一根同軸電纜上同時傳輸電視信號和數據信號的技術，可以同時為現有的用戶提供互動電視，寬帶上網和VoIP電話服務，是實現“三網融合”常用的接入網技術方案。如圖1所示，有源EOC網絡設備由EOC局端，同軸分配器和EOC終端三部分組成。用于用戶家里的EOC終端俗稱“貓”，終端作為網絡的被管理者，實現的是與局端相反的功能，它首先是將同軸網絡中下發的混合信號進行高低頻信號分離，其中87-1000MHz的高頻信號是CATV電視信號，5-65MHz是低頻數據信號。高頻信號直接送往電視機提供數字電視業務，而低頻信號經過終端協議芯片的進一步調制解調，轉變成傳統的以太網線信號提供寬帶上網或者VoIP電話服務。

圖1 有源EOC網絡設備連接圖

圖2 EOC終端接入單元硬件連接框圖

3.終端的硬件設計

終端設備主要由EOC終端接入單元和WiFi無線接入單元兩部分組成。

3.1 EOC終端接入單元

EOC終端接入單元和傳統的HomePlug AV芯片方案EOC終端電路基本一致，主要功能是對以太網信號進行調制和解調，使以太網信號適合在同軸電纜中傳輸。其硬件連接框圖如圖2所示，主要分成如下四部分：

（1）EOC協議套件：AR7411+AR1500這部分是高通公司提供的符合IEEE P1901國際標準的EOC終端芯片方案，是本單元的核心電路，其中AR7411是QAM調制和解調雙向以太網信號，使其轉變成適合在同軸電纜上傳輸的射頻信號，如圖2，AR7411的左邊是同軸射頻信號，右邊是以太網信號。AR7411周邊8M字節的SDRAM和2M字節的FLASH是其正常工作的配套芯片。AR1500是一個射頻功放，它對AR7411輸出的射頻信號進行放大，使其輸出電平達到120dBuV，同軸網絡傳輸距離>1000米。

（2）百兆網口電路：AR8032是一個百兆的PHY芯片，其實現AR7411芯片輸出的MII信號和百兆以太網口信號的轉換。它是跨接EOC終端接入單元（有線接入部分）和WiFi無線接入單元（無線接入部分）的橋梁。

（3）Diplexer：雙工器部分里面包含一個balun射頻變壓器和一個65/87MHz分割點的高低通濾波器，變壓器的作用是將AR1500輸出的平衡信號轉換成適合在同軸線上傳輸的不平衡信號，濾波器的作用是對不平衡信號進行高低頻分離，因為同軸網絡中下傳的混合信號既包含低頻的EOC信號（5-65MHz），又包含高頻CATV信號（87-1000MHz），是一種頻分復用方式，所以濾波器需要對兩者進行分離，分別送往EOC協議套件和電視機。

（4）電源芯片和復位電路：電源芯片主要是將終端輸入的DC 12V電壓分別轉變成DC 11V、1.2V和3.3V以供各芯片正常使用，復位電路主要由MAX706芯片構成，實現本地按鍵復位或者AR9331看門狗輸出復位。

3.2 WiFi無線接入單元

如圖3所示，WiFi無線接入單元核心芯片是AR9331，它是高通公司推出的專用于2.4GHz無線路由器平臺的SoC，在終端其主要實現如下三部分功能。

圖3 WiFi無線接入單元硬件連接框圖

（1）4個百兆LAN口擴展。AR9331集成1個百兆WAN口P4和4個百兆LAN口P0-P3，其中P4通過電容耦合的方式連接到AR8032，上聯EOC終端接入單元，4個LAN口則通過百兆網絡變壓器向下提供4個百兆以太網端口，用于滿足用戶的寬帶和視頻點播等多業務接入。這樣配合圖2的EOC終端接入單元就可以提供傳統有源EOC終端的多以太網口有線接入方案。

（2）無線接入功能。AR9331內部集成符合IEEE 802.11n標準的無線射頻單元，射頻前端自帶PA和LNA，大大簡化了外圍射頻電路和PCB LAYOUT難度，在40MHz的信道技術模式下可以提供150Mbps的帶寬，完全滿足用戶日常無線接入需求。

（3）AR9331內部還集成一個24K的MIPS處理器，最高主頻可以達到400MHz，外部配合64M字節的SDRAM和16M字節的FLASH可以構建最小嵌入式平臺，為終端內嵌Web服務器提供了必備的硬件條件。

如圖3所示，AR9331的外圍電路還包括電源和看門狗復位電路。電源電路由1個AP2953芯片和4個PNP三極管構成，分別產生DC 3.3V，2V和2.5V供各芯片正常工作，AR9331所需的1.2V核心電壓由其內部的regulator自行產生。復位電路部分則采用電壓監測芯片MAX706作為看門狗進行監測復位[2]。

4.終端的Web網管軟件設計

4.1 終端的Web網管軟件結構框架

有源EOC無線終端除了支持傳統廣電MIB庫的SNMP網管之外，因為AR9331內部集成MIPS架構的CPU，支持MontaVista Linux操作系統，所以我們在終端上內嵌GoAhead Web服務器，GoAhead以操作系統子進程的方式運行，通過Socket通信，可以與操作系統內其它進程進行數據傳輸，從而實現操作系統內部程序間的相互作用[3]。

圖4 終端Web網管軟件系統結構框圖

終端Web網管軟件系統框圖如圖4所示，一共可以分成五大部分。

（1）Web模塊。這就是GoAhead Web服務器提供的Web服務應用程序，用戶通過瀏覽器可以訪問終端設備，配置終端參數信息，Web服務器可以分成前臺頁面設計和后臺函數處理兩大部分[3]。

（2）網管請求接收層。本層解析Web模塊請求數據包，經解碼、團體名驗證、分析得到管理變量在協議層中對應的節點，再到協議層相應的模塊中設置或獲取管理變量的值，最后根據結果形成響應報文，返回Web模塊的請求。

（3）協議層。協議層維護了終端的當前配置和EOC網絡拓撲數據結構。對于Web服務器端的讀取請求，網管請求接收層將直接從協議層中提取指定的信息，然后返回。而對于Web服務器端的設置請求，接收層則會調用相應API層處理函數來處理該請求。

（4）AR741X Embedded API&&AR9331 SDK。這一層是高通提供的EOC協議芯片嵌入式API處理函數和無線路由芯片的軟件開發工具包，主要包括EOC網絡情況自身診斷的應用接口和路由器芯片的以太網端口功能參數編程接口。

（5）Linux操作系統內核和外設驅動。這部分維護了終端的軟件運行環境和硬件接口，建立在實時多任務操作系統之上，是其它部分運行的基礎，提供與硬件無關的應用程序運行環境，完成通信鏈路檢錯、重發和故障檢查，為上層提供穩定可靠的鏈路層通信，使系統運行穩定、高效。

4.2 嵌入式Web服務器設計

4.2.1 嵌入式Web服務器前臺頁面設計

終端的Web頁面設計和普通的GoAhead服務器頁面設計一致，網頁采用.asp格式保存，為了讓頁面更加美觀，允許插入圖片和flash等文件，在某些頁面中可以添加JavaScript語言進行前臺簡單處理，以減少后臺函數的處理壓力[4]。終端Web網管頁面如圖5所示。

圖5 終端Web網管頁面

4.2.2 嵌入式Web服務器后臺函數處理設計

后臺函數的處理主要分成Web服務器的配置和Web服務器的用戶接口兩大部分。配置的主要流程是通過一些關鍵函數設置好用戶名、密碼、訪問路徑、訪問首頁、接口函數、form接口函數等，然后用戶接口通過HTTP協議與瀏覽器進行通訊，把瀏覽器要訪問的數據發給瀏覽器，并將設置的內容通過接口函數的方式傳遞給GoAhead服務器。以下是后臺函數處理中比較重要的函數[5]。

（1）websSetDefaultPage（）;//設置默認主頁。

（2）websSetDefaultDir（）;//設置web目錄。（3）umAddUser（）;

//添加用戶和密碼。（4）websAspDefine（）;//為asp腳本提供的接口函數。（5）websFormDefine（）;//提交form接口函數。

EOC終端嵌入式Web服務器后臺函數處理流程如圖6所示：

圖6 嵌入式Web服務器后臺函數處理流程

公共網關接口CGI是GoAhead服務器與其外部應用程序之間的接口，是兩者之間傳遞信息的規程。如圖6，當前端瀏覽器需要讀取或者設置終端配置參數的時候，運行在服務器端的CGI應用程序從標準輸入（POST方式）或者環境變量（GET方式）中讀取傳遞信息，然后根據解析瀏覽器具體的HTTP請求的結果分別調用AR741X和AR9331底層的通用API函數來完成用戶的參數配置，CGI再將回讀到的配置參數信息傳送給GoAhead服務器，服務器返回生成HTTP響應消息給客戶端，表示整個請求任務已經完成。

5.結束語

本文介紹了基于Wifi技術的有源EOC無線終端，重點介紹了終端的硬件結構和Web網管軟件設計，將有源EOC同軸接入技術和無線接入技術很好地融合在一起，設計出一款適用于廣電雙向網改造的家庭網終端設備，滿足了有源EOC家庭網用戶無線寬帶接入的需求，讓有源EOC接入網技術在家庭網入戶端的使用范圍得到更好地延伸。從我司產品在現網的使用情況來看，該終端具有較高的性價比，值得廣電運營商大力推廣。

參考文獻

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[3]趙慶磊，韓誠山，文明，等.GoAhead嵌入式服務器的設計與實現[J].北京：微計算機信息，2011，27（4）：67-69.

[4]吳強，張杰.Web設計與開發—XHTML+CSS+JavaScript+ASP.NET [M].北京：清華大學出版社，2011.

[5]陶飛飛，陳京民，蔡振林，等.Web程序設計[M].北京：北京交通大學出版社，2010.

作者簡介：呂育斌（1983—），男，廣東汕頭人，碩士，網絡工程師，主要研究方向：EPON、EOC數據通訊網絡。