家庭网关承载综合业务研究

文 河北联通计划管理部 米川

近年来，家庭市场发展迅速。电信运营商力求通过资源盘活、技术改造、产品创新等手段来满足家庭客户不断增长的通信及信息化需求。而家庭网关承载综合业务正是运营商为实践这一目标而进行的重要探索。

本文采用理论与实践相结合的研究方法，首先对家庭网关市场前景及产业链发展进行了介绍，其次分析了家庭网关所能承载的主要业务及其网络服务质量指标要求，最后给出了运营商在大规模部署家庭网关前现网改造需考虑的因素及建议。

全文以发展的眼光，从市场前景、业务需求、现网技术改造及应用等几个角度，对运营商利用家庭网关承载综合业务进行研究，力求为全国家庭网关项目建设决策提供依据。

背景介绍

家庭网关的定义

家庭网关是一种通过有线或无线方式将家庭网络连接到外部接入网络的标准化设备，能够融合异构的接入网络，并通过家庭网络向某个设备发送信息。家庭网关能使多个设备共享网络连接，并且实现各种终端设备的互联互通，在家庭网络中起到连接、控制、管理等作用，为用户实现统一、方便、安全的各种数字化应用。Cisco System公司的家庭网关定义是：一个在家庭内的网络化信息设备与智能宽带接入网之间的智能化网关。

随着目前家庭网关、媒体中心和智能家庭网络在功能上的不断融合，家庭网关应该满足如下条件。

1.兼容多种外部宽带网络接入方式，成为家庭内部网络和外部网络的连接桥梁和门户。网络侧接口类型包括：ADSL/VDSL/LAN/EPON/GPON之一。

2.连接并控制家庭内部所有可联网设备，成为家庭内部的网络连接中心和控制中心。一般内置2层交换机功能和DHCP功能。用户侧接口类型包括：LAN（普通Ethernet）/POS（普通电话接口）/Wi-Fi（无线局域网接口）/IrDA(红外线数据接口)等。

3.存储、分发家庭内部网络的多媒体内容，成为家庭内部的多媒体中心。

家庭网关市场发展趋势

从全球市场发展情况分析，家庭网关市场发展规模呈加速态势。2008年市场收入达到59亿美元，到2010年将达到127亿美元。从增长趋势判断，国内家庭网关市场处于成长期。这是因为一方面互联网宽带用户不断增多，另一方面随着新技术的广泛应用，新型的家庭网关进入市场，保持了市场的高速增长。

以运营商为主导的家庭网关产业链不断成熟

家庭网关产业链条涉及到运营商、设备制造商、增值业务服务商等一系列商家，而运营商对于客户资源及线路资源的垄断优势使得运营商必然将成为产业链的主导者。而运营商也意识到了这一点，在“内容＋应用＋接入＋服务”的全业务框架思路指导下，家庭网关已成为运营商家庭战略的关键一环，是运营商转型和发展家庭信息化业务的立足点，家庭网关作为电信网络设备的一部分，它将最后一公里网络延伸到最后一公尺，是数字家庭各种业务和应用实现的关键。2006年12月，中国电信推出客户品牌“我的E家”，在该品牌下，通过家庭网关产品承载VoIP语音、上网、IPTV等业务应用，截至2010年已发展超过1000万用户。中国联通也于2009年12月推出了家庭网关相关的总体技术要求、测试规范、技术规范，在全国建设家庭网关管理平台。华为、中兴、贝尔、烽火等设备制造商均推出了多款商用家庭网关产品及成熟的业务解决方案。

主要承载业务分类

家庭网关可以承载的业务除了传统的宽带上网业务外主要还包括VoIP、IPTV、网络视频监控、3G Femto等业务，具体如下。

家庭网关＋VoIP（话机）：随着NGN技术的成熟，网络的IP化演进，传统窄带交换机必将逐渐减少直至退网，PON接入方式及家庭网关＋VoIP接入方式将是未来固网语音用户承载的主要方式。语音业务也许会成为宽带接入业务的一个附属增值业务。

家庭网关＋IPTV（视频点播）：传统的宽带接入方式无法满足用户对于上网以及IPTV等视频点播业务同时接入的需要，而家庭网关设备可以提供多个有线接口和Wi-Fi功能，实现IPTV机顶盒和用户电脑等终端设备的同时接入，尤其是Wi-Fi功能，使IPTV机顶盒无线接入成为可能，这样用户既可以体验新电视使用方式，又避免了对原有家庭装修的破坏，最大程度上减少了用户的使用顾虑。随着国家对三网融合的推进，IPTV将更多地进入家庭，而无论IPTV主导者是运营商还是广电，家庭网关都是提供综合业务的最佳接入设备选择。

家庭网关＋监控设备：用户通过使用“居家卫士”、“神眼”等网络视频监控业务，可以轻松实现家庭网络监控。但是传统宽带接入方式，用户无法实现多业务同一设备接入，十分不利于“居家卫视”、“神眼”等业务的推广，家庭网关设备不但解决了传统宽带接入接口单一的难题，而且其强大无线功能，实现了网络摄像头、各类传感器的无线接入，可以让用户免于设备使用破坏家庭环境的担心。

家庭网关＋Femto：自3G建网伊始，室内覆盖就为重点解决问题，因为大部分呼叫，尤其是高速数据业务都是从室内发起的，仅仅依靠室外宏蜂窝的信号很难实现良好的室内覆盖效果，而且HSDPA等高速数据只有在信号质量好的情况下才会有出色表现。Femto技术的应用，解决了楼宇内部网络覆盖问题，为用户提供了稳定的、高质量的无线环境。Femto借助于固定宽带接入作为其回程网络，由网络侧的Femto网关汇聚并提供标准的面向移动核心网的接口。家庭网关＋Femto可以快速、低成本地在家庭内覆盖移动网络、抢占家庭用户，实现家庭内固定与移动业务的融合。Femto方案的诞生使每家拥有一个“基站”的设想成为现实，Femto进入家庭，大大提高了用户体验，使用户仅用同一个终端在家中也可以享受3G服务的快速便捷。家庭网关设备的推广，其丰富的业务接口将成为解决家庭Femto设备网络接入的重要途径，使用户可以在享受快速便捷的3G服务的同时，不影响其传统上网业务的使用，避免了目前使用宽带AD Modem带来接口资源不足的问题。

业务分类的网络服务质量指标

不同的业务对承载网络服务质量的要求不同，结合上述承载业务分类，并考虑家庭网关管理平台的管理要求，可将业务大致分为：VoIP业务（IP语音业务）、IPTV及视频监控业务（IP视频业务）、3G业务（Femto业务）、传统上网业务（IP数据业务）和网管业务五大类。其中IP语音、IP视频、IP数据业务对承载网络服务质量的要求如表1所示。

表1 IP业务对承载网络服务质量的要求

另外，针对每一类业务也有其特有的服务质量指标，比如VoIP业务有MOS值、IP视频；3G业务有MDI值等等。根据在河北联通进行的现网测试，得出以下指标要求。

VoIP业务服务质量标准

MOS (Mean Opinion Score, 平均意见值)，在传统的PSTN网络中，主要依靠MOS值衡量通信系统语音质量。由于传统语音流和PSTN网络的同步性、封闭性，当时的MOS值的获取主要通过主观评价方法（由不同的人分别对原始语料和经过系统处理后有衰退的语料进行主观感觉对比，得出MOS分，最后求平均值）。

在IP网络上承载语音流，由于IP网的异步特性，主观评价获取平均得分值从采样数量和范围上，以及客户的满意度等方面都不具备代表性和普遍性，因此需要采用客观MOS评价的PESQ方法：根据方法实现原理，由专门的仪表或软件进行测试获取。

MOS值由ITU-T G.107定义，在VoIP服务质量测量中与延时、抖动、丢包等指标一同使用，作为评价VoIP流的质量的客观指标。MOS数值范围及含义在MOS方法中定义，0分代表最差的质量，5分为最高分。在客观评价方法中，可以获得明确的分值（如：3.9之类），分值含义如表2所示。

表2 VoIP服务质量评价分值

3可以2较差1差

通过测试，在城域网内，自家庭网关至城域网核心（与承载网相接的边界网关设备）范围内，端到端单向语音流，我们给出的客户感知满意的VoIP质量指标如表3所示。

表3 客户感知满意的VoIP质量指标

IP视频及3G（Femto）业务服务质量标准

MDI(Media Delivery Index)媒体传输质量指标是由思科公司和IneoQuest共同提出的，对视频流在IP网络传输质量进行评估的测量指标。作为IP视频流传输质量测试的行业标准，MDI测量指标广泛地应用于IPTV和IP有线数字电视网络质量评估和监测。

MDI包括了几个参数：

1.Delay Factor（延迟因素，简称 DF）：该数值表明被测试视频流的延迟和抖动状况。DF的单位是毫秒(ms)。DF将视频流抖动的变化换算为对视频传输和解码设备缓冲的需求，被测视频流抖动越大，DF值越大。当网络设备和解码器的缓冲区容纳的视频内容时间不小于被测视频流DF读数时，将不会出现视频播放质量的下降。因为网络节点需要分配不小于DF值的缓冲用于平滑视频流抖动，所以DF的最大值为视频内容通过该网络节点的最小延迟。

2.Media Loss Rate（媒体丢包速率，简称MLR）：MLR的单位是每秒的媒体封包丢失数量。该数值表明被测试视频流的传输丢包速率。由于视频信息的封包丢失将直接影响视频播放质量，理想的IP视频流传输要求MLR数值为零。因为具体的视频播放设备对丢包可以通过视频解码中进行补偿或者丢包重传，在实际测试中MLR的阈值可以相应调整。

结合网络示意图范围，在域内，由家庭网关至IPTV server的单项流，我们给出的客户感知满意的质量指标为：

MDI：DF <＝ 50毫秒

MDI：MLR <＝ 8个媒体封包/秒

由于3G业务（Femto业务）主要是为了满足移动用户的视频业务和数据业务需求，因此，其服务质量标准参照IPTV业务的服务质量标准。

3、普通上网业务服务标准

鉴于普通上网业务没有专有的服务质量标准，所以我们使用通用的延迟、抖动和丢包作为衡量网管流量的服务质量标准。

在域内，不影响客户普通上网感受的单向流服务质量指标如表4所示。

表4 单向流服务质量指标

4、网管业务服务标准

鉴于网管业务没有专有的服务质量标准，所以我们使用通用的延迟、抖动和丢包作为衡量网管流量的服务质量标准。

在城域内，满足家庭网关的远程管理需要的单向网管流的质量指标如表5所示。

表5 单向网管流的质量指标

现网改造需考虑的因素

根据上述业务对网络的服务质量要求，运营商需要对现网进行规划、改造，具体包括业务IP地址、VLAN、PVC及MPLS VPN规划，整体QoS部署，BRAS、SR、软交换改造等，以保证业务大规模商用后的网络服务质量。

结论

用户需求推动市场，市场发展带动产业，产业兴起引发体制变革，目前以运营商为主导的家庭网关产业链已日趋成熟。在明确的客户需求推动下，在“内容＋应用＋接入＋服务”的全业务框架思路指导下，运营商必须快速调整自身产品及网络资源来适应新的市场环境和满足客户的需求。通过本文的研究可以得到以下结论：

1.根据家庭客户的业务需求，结合各种业务属性及特点，家庭网关业务可分为VoIP业务（IP语音业务）、IPTV及视频监控业务（IP视频业务）、3G业务（Femto业务）、传统上网业务（IP数据业务）和网管业务五大类。各种业务有其特有的服务质量指标，比如VoIP业务有MOS值、IP视频及3G业务有MDI值等等。

2.为实现家庭网关承载承载综合业务，需对现有接入网、IP承载网、IP城域网进行整体规划和改造，具体包括IP地址规划、PVC及VLAN划分、MPLS VPN以及QoS技术部署，以保证业务大规模商用后的网络服务质量。

3.为实现家庭网关承载承载综合业务，需明确新产品的定位，对现有业务流程、维护流程进行梳理改造，对家庭网关管理平台及相关支撑系统进行优化及改造。

另外运营商在大规模推广家庭网关业务之前重点关注以下两方面工作：

1.关注客户需求，理清思路，做好固网、宽带接入、宽带增值、3G应用类的产品组合工作。

2.完善各种内容应用平台的建设，丰富网络内容，真正吸引用户使用。