家庭網(wǎng)關(guān)承載綜合業(yè)務(wù)研究

文 河北聯(lián)通計(jì)劃管理部 米川

近年來，家庭市場(chǎng)發(fā)展迅速。電信運(yùn)營(yíng)商力求通過資源盤活、技術(shù)改造、產(chǎn)品創(chuàng)新等手段來滿足家庭客戶不斷增長(zhǎng)的通信及信息化需求。而家庭網(wǎng)關(guān)承載綜合業(yè)務(wù)正是運(yùn)營(yíng)商為實(shí)踐這一目標(biāo)而進(jìn)行的重要探索。

本文采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究方法，首先對(duì)家庭網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)前景及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展進(jìn)行了介紹，其次分析了家庭網(wǎng)關(guān)所能承載的主要業(yè)務(wù)及其網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)要求，最后給出了運(yùn)營(yíng)商在大規(guī)模部署家庭網(wǎng)關(guān)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(chǎng)前景、業(yè)務(wù)需求、現(xiàn)網(wǎng)技術(shù)改造及應(yīng)用等幾個(gè)角度，對(duì)運(yùn)營(yíng)商利用家庭網(wǎng)關(guān)承載綜合業(yè)務(wù)進(jìn)行研究，力求為全國(guó)家庭網(wǎng)關(guān)項(xiàng)目建設(shè)決策提供依據(jù)。

背景介紹

家庭網(wǎng)關(guān)的定義

家庭網(wǎng)關(guān)是一種通過有線或無線方式將家庭網(wǎng)絡(luò)連接到外部接入網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，能夠融合異構(gòu)的接入網(wǎng)絡(luò)，并通過家庭網(wǎng)絡(luò)向某個(gè)設(shè)備發(fā)送信息。家庭網(wǎng)關(guān)能使多個(gè)設(shè)備共享網(wǎng)絡(luò)連接，并且實(shí)現(xiàn)各種終端設(shè)備的互聯(lián)互通，在家庭網(wǎng)絡(luò)中起到連接、控制、管理等作用，為用戶實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、方便、安全的各種數(shù)字化應(yīng)用。Cisco System公司的家庭網(wǎng)關(guān)定義是：一個(gè)在家庭內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)化信息設(shè)備與智能寬帶接入網(wǎng)之間的智能化網(wǎng)關(guān)。

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

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

2.連接并控制家庭內(nèi)部所有可聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，成為家庭內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)連接中心和控制中心。一般內(nèi)置2層交換機(jī)功能和DHCP功能。用戶側(cè)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(chǔ)、分發(fā)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的多媒體內(nèi)容，成為家庭內(nèi)部的多媒體中心。

家庭網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

從全球市場(chǎng)發(fā)展情況分析，家庭網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)發(fā)展規(guī)模呈加速態(tài)勢(shì)。2008年市場(chǎng)收入達(dá)到59億美元，到2010年將達(dá)到127億美元。從增長(zhǎng)趨勢(shì)判斷，國(guó)內(nèi)家庭網(wǎng)關(guān)市場(chǎng)處于成長(zhǎng)期。這是因?yàn)橐环矫婊ヂ?lián)網(wǎng)寬帶用戶不斷增多，另一方面隨著新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，新型的家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)入市場(chǎng)，保持了市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)。

以運(yùn)營(yíng)商為主導(dǎo)的家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈不斷成熟

家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈條涉及到運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商、增值業(yè)務(wù)服務(wù)商等一系列商家，而運(yùn)營(yíng)商對(duì)于客戶資源及線路資源的壟斷優(yōu)勢(shì)使得運(yùn)營(yíng)商必然將成為產(chǎn)業(yè)鏈的主導(dǎo)者。而運(yùn)營(yíng)商也意識(shí)到了這一點(diǎn)，在“內(nèi)容＋應(yīng)用＋接入＋服務(wù)”的全業(yè)務(wù)框架思路指導(dǎo)下，家庭網(wǎng)關(guān)已成為運(yùn)營(yíng)商家庭戰(zhàn)略的關(guān)鍵一環(huán)，是運(yùn)營(yíng)商轉(zhuǎn)型和發(fā)展家庭信息化業(yè)務(wù)的立足點(diǎn)，家庭網(wǎng)關(guān)作為電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一部分，它將最后一公里網(wǎng)絡(luò)延伸到最后一公尺，是數(shù)字家庭各種業(yè)務(wù)和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。2006年12月，中國(guó)電信推出客戶品牌“我的E家”，在該品牌下，通過家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品承載VoIP語音、上網(wǎng)、IPTV等業(yè)務(wù)應(yīng)用，截至2010年已發(fā)展超過1000萬用戶。中國(guó)聯(lián)通也于2009年12月推出了家庭網(wǎng)關(guān)相關(guān)的總體技術(shù)要求、測(cè)試規(guī)范、技術(shù)規(guī)范，在全國(guó)建設(shè)家庭網(wǎng)關(guān)管理平臺(tái)。華為、中興、貝爾、烽火等設(shè)備制造商均推出了多款商用家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品及成熟的業(yè)務(wù)解決方案。

主要承載業(yè)務(wù)分類

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

家庭網(wǎng)關(guān)＋VoIP（話機(jī)）：隨著NGN技術(shù)的成熟，網(wǎng)絡(luò)的IP化演進(jìn)，傳統(tǒng)窄帶交換機(jī)必將逐漸減少直至退網(wǎng)，PON接入方式及家庭網(wǎng)關(guān)＋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(wù)也許會(huì)成為寬帶接入業(yè)務(wù)的一個(gè)附屬增值業(yè)務(wù)。

家庭網(wǎng)關(guān)＋I(xiàn)PTV（視頻點(diǎn)播）：傳統(tǒng)的寬帶接入方式無法滿足用戶對(duì)于上網(wǎng)以及IPTV等視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)同時(shí)接入的需要，而家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以提供多個(gè)有線接口和Wi-Fi功能，實(shí)現(xiàn)IPTV機(jī)頂盒和用戶電腦等終端設(shè)備的同時(shí)接入，尤其是Wi-Fi功能，使IPTV機(jī)頂盒無線接入成為可能，這樣用戶既可以體驗(yàn)新電視使用方式，又避免了對(duì)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(guó)家對(duì)三網(wǎng)融合的推進(jìn)，IPTV將更多地進(jìn)入家庭，而無論IPTV主導(dǎo)者是運(yùn)營(yíng)商還是廣電，家庭網(wǎng)關(guān)都是提供綜合業(yè)務(wù)的最佳接入設(shè)備選擇。

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

家庭網(wǎng)關(guān)＋Femto：自3G建網(wǎng)伊始，室內(nèi)覆蓋就為重點(diǎn)解決問題，因?yàn)榇蟛糠趾艚?，尤其是高速?shù)據(jù)業(yè)務(wù)都是從室內(nèi)發(fā)起的，僅僅依靠室外宏蜂窩的信號(hào)很難實(shí)現(xiàn)良好的室內(nèi)覆蓋效果，而且HSDPA等高速數(shù)據(jù)只有在信號(hào)質(zhì)量好的情況下才會(huì)有出色表現(xiàn)。Femto技術(shù)的應(yīng)用，解決了樓宇內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，為用戶提供了穩(wěn)定的、高質(zhì)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(luò)，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的Femto網(wǎng)關(guān)匯聚并提供標(biāo)準(zhǔn)的面向移動(dòng)核心網(wǎng)的接口。家庭網(wǎng)關(guān)＋Femto可以快速、低成本地在家庭內(nèi)覆蓋移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、搶占家庭用戶，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)固定與移動(dòng)業(yè)務(wù)的融合。Femto方案的誕生使每家擁有一個(gè)“基站”的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)，F(xiàn)emto進(jìn)入家庭，大大提高了用戶體驗(yàn)，使用戶僅用同一個(gè)終端在家中也可以享受3G服務(wù)的快速便捷。家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備的推廣，其豐富的業(yè)務(wù)接口將成為解決家庭Femto設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接入的重要途徑，使用戶可以在享受快速便捷的3G服務(wù)的同時(shí)，不影響其傳統(tǒng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)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(wù)分類的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)

不同的業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求不同，結(jié)合上述承載業(yè)務(wù)分類，并考慮家庭網(wǎng)關(guān)管理平臺(tái)的管理要求，可將業(yè)務(wù)大致分為：VoIP業(yè)務(wù)（IP語音業(yè)務(wù)）、IPTV及視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)（IP視頻業(yè)務(wù)）、3G業(yè)務(wù)（Femto業(yè)務(wù)）、傳統(tǒng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)（IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）和網(wǎng)管業(yè)務(wù)五大類。其中IP語音、IP視頻、IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求如表1所示。

表1 IP業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求

另外，針對(duì)每一類業(yè)務(wù)也有其特有的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)，比如VoIP業(yè)務(wù)有MOS值、IP視頻；3G業(yè)務(wù)有MDI值等等。根據(jù)在河北聯(lián)通進(jìn)行的現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，得出以下指標(biāo)要求。

VoIP業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

MOS (Mean Opinion Score, 平均意見值)，在傳統(tǒng)的PSTN網(wǎng)絡(luò)中，主要依靠MOS值衡量通信系統(tǒng)語音質(zhì)量。由于傳統(tǒng)語音流和PSTN網(wǎng)絡(luò)的同步性、封閉性，當(dāng)時(shí)的MOS值的獲取主要通過主觀評(píng)價(jià)方法（由不同的人分別對(duì)原始語料和經(jīng)過系統(tǒng)處理后有衰退的語料進(jìn)行主觀感覺對(duì)比，得出MOS分，最后求平均值）。

在IP網(wǎng)絡(luò)上承載語音流，由于IP網(wǎng)的異步特性，主觀評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)的PESQ方法：根據(jù)方法實(shí)現(xiàn)原理，由專門的儀表或軟件進(jìn)行測(cè)試獲取。

MOS值由ITU-T G.107定義，在VoIP服務(wù)質(zhì)量測(cè)量中與延時(shí)、抖動(dòng)、丟包等指標(biāo)一同使用，作為評(píng)價(jià)VoIP流的質(zhì)量的客觀指標(biāo)。MOS數(shù)值范圍及含義在MOS方法中定義，0分代表最差的質(zhì)量，5分為最高分。在客觀評(píng)價(jià)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(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)分值

3可以2較差1差

通過測(cè)試，在城域網(wǎng)內(nèi)，自家庭網(wǎng)關(guān)至城域網(wǎng)核心（與承載網(wǎng)相接的邊界網(wǎng)關(guān)設(shè)備）范圍內(nèi)，端到端單向語音流，我們給出的客戶感知滿意的VoIP質(zhì)量指標(biāo)如表3所示。

表3 客戶感知滿意的VoIP質(zhì)量指標(biāo)

IP視頻及3G（Femto）業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

MDI(Media Delivery Index)媒體傳輸質(zhì)量指標(biāo)是由思科公司和IneoQuest共同提出的，對(duì)視頻流在IP網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的測(cè)量指標(biāo)。作為IP視頻流傳輸質(zhì)量測(cè)試的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，MDI測(cè)量指標(biāo)廣泛地應(yīng)用于IPTV和IP有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評(píng)估和監(jiān)測(cè)。

MDI包括了幾個(gè)參數(shù)：

1.Delay Factor（延遲因素，簡(jiǎn)稱 DF）：該數(shù)值表明被測(cè)試視頻流的延遲和抖動(dòng)狀況。DF的單位是毫秒(ms)。DF將視頻流抖動(dòng)的變化換算為對(duì)視頻傳輸和解碼設(shè)備緩沖的需求，被測(cè)視頻流抖動(dòng)越大，DF值越大。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和解碼器的緩沖區(qū)容納的視頻內(nèi)容時(shí)間不小于被測(cè)視頻流DF讀數(shù)時(shí)，將不會(huì)出現(xiàn)視頻播放質(zhì)量的下降。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要分配不小于DF值的緩沖用于平滑視頻流抖動(dòng)，所以DF的最大值為視頻內(nèi)容通過該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的最小延遲。

2.Media Loss Rate（媒體丟包速率，簡(jiǎn)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(cè)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(zhì)量，理想的IP視頻流傳輸要求MLR數(shù)值為零。因?yàn)榫唧w的視頻播放設(shè)備對(duì)丟包可以通過視頻解碼中進(jìn)行補(bǔ)償或者丟包重傳，在實(shí)際測(cè)試中MLR的閾值可以相應(yīng)調(diào)整。

結(jié)合網(wǎng)絡(luò)示意圖范圍，在域內(nèi)，由家庭網(wǎng)關(guān)至IPTV server的單項(xiàng)流，我們給出的客戶感知滿意的質(zhì)量指標(biāo)為：

MDI：DF <＝ 50毫秒

MDI：MLR <＝ 8個(gè)媒體封包/秒

由于3G業(yè)務(wù)（Femto業(yè)務(wù)）主要是為了滿足移動(dòng)用戶的視頻業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，因此，其服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)參照IPTV業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3、普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

鑒于普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)沒有專有的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，所以我們使用通用的延遲、抖動(dòng)和丟包作為衡量網(wǎng)管流量的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

在域內(nèi)，不影響客戶普通上網(wǎng)感受的單向流服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)如表4所示。

表4 單向流服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)

4、網(wǎng)管業(yè)務(wù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

鑒于網(wǎng)管業(yè)務(wù)沒有專有的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，所以我們使用通用的延遲、抖動(dòng)和丟包作為衡量網(wǎng)管流量的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

在城域內(nèi)，滿足家庭網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程管理需要的單向網(wǎng)管流的質(zhì)量指標(biāo)如表5所示。

表5 單向網(wǎng)管流的質(zhì)量指標(biāo)

現(xiàn)網(wǎng)改造需考慮的因素

根據(jù)上述業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量要求，運(yùn)營(yíng)商需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃、改造，具體包括業(yè)務(wù)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(wù)大規(guī)模商用后的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

結(jié)論

用戶需求推動(dòng)市場(chǎng)，市場(chǎng)發(fā)展帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)興起引發(fā)體制變革，目前以運(yùn)營(yíng)商為主導(dǎo)的家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈已日趨成熟。在明確的客戶需求推動(dòng)下，在“內(nèi)容＋應(yīng)用＋接入＋服務(wù)”的全業(yè)務(wù)框架思路指導(dǎo)下，運(yùn)營(yíng)商必須快速調(diào)整自身產(chǎn)品及網(wǎng)絡(luò)資源來適應(yīng)新的市場(chǎng)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(jié)論：

1.根據(jù)家庭客戶的業(yè)務(wù)需求，結(jié)合各種業(yè)務(wù)屬性及特點(diǎn)，家庭網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)可分為VoIP業(yè)務(wù)（IP語音業(yè)務(wù)）、IPTV及視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)（IP視頻業(yè)務(wù)）、3G業(yè)務(wù)（Femto業(yè)務(wù)）、傳統(tǒng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)（IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）和網(wǎng)管業(yè)務(wù)五大類。各種業(yè)務(wù)有其特有的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)，比如VoIP業(yè)務(wù)有MOS值、IP視頻及3G業(yè)務(wù)有MDI值等等。

2.為實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)承載承載綜合業(yè)務(wù)，需對(duì)現(xiàn)有接入網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、IP城域網(wǎng)進(jìn)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(shù)部署，以保證業(yè)務(wù)大規(guī)模商用后的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

3.為實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)承載承載綜合業(yè)務(wù)，需明確新產(chǎn)品的定位，對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程、維護(hù)流程進(jìn)行梳理改造，對(duì)家庭網(wǎng)關(guān)管理平臺(tái)及相關(guān)支撐系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化及改造。

另外運(yùn)營(yíng)商在大規(guī)模推廣家庭網(wǎng)關(guān)業(yè)務(wù)之前重點(diǎn)關(guān)注以下兩方面工作：

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

2.完善各種內(nèi)容應(yīng)用平臺(tái)的建設(shè)，豐富網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容，真正吸引用戶使用。