摘要：

　　介紹了家庭網絡在中國的發展現狀和家庭網關的業務承載情況，引出了PON上行家庭網關(HGU)這一未來電信運營商開展FTTH建設的主流設備形態。對PON上行家庭網關的遠程管理模式進行了深入的探討，針對家庭網關網管系統和PON網元管理系統EMS提出了科學合理的切分方案，并給出了初期的臨時解決手段。

　　1 引言

　　面對激烈的市場競爭，向綜合信息服務提供商進行戰略轉型已成為運營商發展的新方向。通向寬帶世界的高速公路入口已經從骨干網、匯聚網延伸到接入網直至用戶家庭內部，家庭網絡成為運營商業務轉型和網絡轉型的關注焦點。從純數據、語音的單業務運營，走向應用、視頻、語音、數據結合的多業務運營，同時整合優質內容、娛樂資源，提供多重信息娛樂業務，打造家庭綜合服務解決方案，尋找新的業務增長點。通過家庭網關的部署及基于家庭網關各類業務的推廣，可以更好地提升運營商在家庭客戶領域的綜合信息服務能力。

　　2 家庭網關概述

　　家庭網關是面向家庭用戶的智能接入設備，以它為中心建立家庭網絡，并在多個設備間共享網絡接入，同時為用戶提供安全的通訊、娛樂、存儲一體化功能的設備。作為整個家庭網絡的通信控制中心、業務控制中心，家庭網關在家庭中起到總控、協調所有設備的作用，并對用戶提供統一、方便的使用界面。

　　家庭網關擁有強大的路由和橋接功能，支持NAT/防火墻技術，具有靈活的網絡配置和QoS策略，可以為時延敏感的語音業務、丟包敏感的視頻業務提供有效的質量保證。配合頭端設備，家庭網關可以承載業界主流的業務，具體如下：

　　(1)數據業務

　　家庭網關提供了以太網口和WiFi接口，與用戶的PC機，筆記本，PDA相連，為用戶提供訪問Internet的業務。

　　(2)語音業務

　　家庭網關提供以太網口，用戶可以直接使用IP電話撥打，如果用戶使用模擬電話，需要接IAD設備把模擬語音轉換為VoIP語音。

　　(3)IPTV業務

　　家庭網關提供以太網口，通過機頂盒和用戶電視相連，為用戶提供IPTV業務。

　　同時家庭網關可以對其它新業務進行快速的拓展，例如視頻監控、點對點視頻電話、綠色上網、家庭存儲等，便于運營商開展靈活的業務套餐。

　　對于家庭網關多業務承載，建議橋接和路由混合方式。

　　各業務和網管實現方式如下：

　　●數據業務：家庭網關上電時自動發起PPPoE撥號，獲取公網IP地址，家庭內部多臺PC共享一條PVC/VLAN和對外的IP地址上網，家庭網關內置DHCP Server給家庭內部的PC分配私網IP地址，同時支持NAT將私網IP轉換成公網IP。

　　●IPTV業務：家庭網關采用橋接模式承載，由機頂盒進行PPPoE撥號，對控制流和業務流進行直接轉發。

　　●語音業務：家庭網關采用橋接模式承載，由IAD話機發起PPPoE撥號。

　　●網管：網管單獨PVC/VLAN，采用PPPoE方式在BRAS設備進行本地用戶名密碼認證，BRAS設備為其分配私網IP地址，使其能夠與家庭網關網管系統通信。

　　3 電信運營商家庭網關部署現狀

　　結合寬帶接入網絡的現狀，目前電信運營商部署的家庭網關有兩種類型：ADSL上聯型和LAN上聯型，分別用于DSLAM下雙絞線的接入和樓道交換機下五類線的接入。其中，ADSL上聯型家庭網關應用較為廣泛，以北京聯通為例，現網已安裝家庭網關26萬臺左右，其中ADSL上聯型家庭網關所占比例約為97%。

　　2010年以來，三網融合在我國進入了啟動實施階段。電信運營商獲得了進入廣電領域的權利，這為運營商提供了施展的機遇，也帶來了很多新的挑戰。為傳送基于IPTV的視頻業務流，需要每秒數十兆甚至上百兆的接入帶寬，因此加速了“光進銅退”的步伐，EPON或GPON等光纖入樓(FTTB)、光纖入戶(FTTH)被廣泛采用。

　　而目前，電信運營商寬帶接入網中的FTTH型ONU(也被稱為SFU)僅具備承載普通上網業務和語音業務的能力，光纖接入的用戶如需使用IPTV，視頻電話等新業務或無線接入方式，則需在ONU的一個下聯以太網口下掛一臺LAN上聯型家庭網關，由家庭網關完成QoS調度、機頂盒等頭端設備的接入等功能，并為用戶提供無線AP(Access Point)，而ONU僅通過trunk方式對各類業務流和控制流進行直接透傳。

　　這種ONU下掛家庭網關的方式，需要向用戶發放SFU和HG兩臺終端設備，不但增加了運營商的建設成本，也提高了后期的維護難度。為解決這一難題，PON上行家庭網關應運而生。

　　4 PON上行家庭網關

　　PON上行家庭網關符合SFU與家庭網關融合的發展趨勢，是高帶寬、多業務的最佳載體，即利用了PON技術的高接入速率，又借助了家庭網關在未來數字家庭中占據的重要地位及其所具有的相對更強的業務開放和運維管理能力。PON上行家庭網關(Home Gateway Unit, HGU)應是未來運營商開展FTTH建設的主流設備形態。

　　依據業務和布放的實際需求，規劃出幾種型號HGU的設備形態如表1所示。

　　表1 PON網關設備形態

　　一般而言，一種類型的網關只支持一種上行接入方式接入到外部網絡。但從長遠來看，也可能出現一個網關具備2種以上的上行接口，比如PON，3G，LAN等上聯方式并存。

　　對于PON上行家庭網關多業務承載，建議使用“每個用戶每個業務每VLAN”的VLAN規劃模式，網管采用一個單獨的VLAN。

　　VLAN的配置方式有以下兩種：

　　(1)網管VLAN出廠時預設置，其他業務(如數據、語音和IPTV)VLAN在HGU安裝后第一次加電注冊到網管平臺時，根據用戶業務申請情況進行動態的添加。這種方式需要業務受理系統、寬帶資源管理系統和家庭網關網管系統三系統之間的接口互動，優點是VLAN規劃比較靈活。

　　(2)網管VLAN出廠時預設置，其他所有業務VLAN在HGU安裝后第一次加電注冊到網管平臺時一次性全部下發。這種方式不需要涉及到業務受理系統，僅需要寬帶資源管理系統和家庭網關網管系統之間的接口互動。這種方式的優點是對支撐系統要求低，缺點是業務靈活擴展性不好，一次性下發浪費VLAN資源。

　　對于電信運營商，綜合考慮到整個寬帶網絡業務運營流程和現狀，可以結合使用以上兩種配置方式，前期先采用方式(1)，今后隨著新業務的陸續推出，投入資金進行支撐系統的接口建設，最終實現三系統聯動的方式(2)。

　　5 PON上行家庭網關遠程管理

　　家庭網絡作為寬帶網絡終端，是運營商網絡的延伸，是運營商業務的擴展，應該具有運營商網絡的特性：性能穩定、可管理、可維護、有服務質量保證、安全、可擴展(尤其是對新業務的支持能力)。家庭網關作為家庭信息化業務控制點，實現對各類數字家庭終端產品的設備管理控制。家庭網關遍布千家萬戶，數量非常龐大，如果需要運營商的維護人員上門進行安裝、調試設備，做一些設備配置或故障診斷的工作，成本高，工作量大，是一個巨大的負擔。因此，家庭網關的維護和管理需要采用遠程集中自動管理的方式，上門服務只有在極特別的情形下才進行。

　　(1)家庭網關網管系統

　　家庭網關網管系統(Terminal Management System)使用TR-069協議對家庭網關終端設備進行有效管理和運營。

　　TR-069是由DSLForum所開發的技術規范之一，其全稱為“CPE廣域網管理協議”。它提供了對下一代網絡中家庭網絡設備進行管理配置的通用框架和協議，用于從網絡側對家庭網絡中的網關、路由器、機頂盒等設備進行遠程集中管理。在TR-069所定義的框架中，主要包括兩類邏輯設備：用戶端設備CPE(Customer Premise Equipment，比如家庭網關、機頂盒和IP電話終端等)和自動配置服務器ACS(Auto-Configuration Server)，所有與用戶設備相關的配置、診斷、升級等工作均由統一的ACS來完成。TR-069定義了CPE與ACS之間的交互流程、通信協議、基本信息等，目的是使得不同廠家遵照這個TR-069開發的CPE和ACS可以良好地互通，達到廣泛的兼容。

　　家庭網關網管系統一般采用C/S架構，通過專業客戶端進行維護管理，性能更加穩定、維護更加方便，支持TR-069協議和運營商自定義擴展，可通過北向接口與運營支撐系統配合實現對家庭網關終端的業務自動發放、自動配置、批量升級、狀態監視、遠程故障診斷、分權分域管理、統計分析等。一個典型的家庭網關網管系統拓撲圖如圖1所示。

圖1 家庭網關網管系統

　　●自動配置(ACS)服務器：主要用于終端管理。

　　●數據庫服務器： 存儲與TMS相關的數據信息。

　　●文件服務器：用于上傳版本、上傳配置、備份日志等操作。

　　●應用服務器：主要用于客戶端登陸、北向流程處理等。

　　(2)PON網元管理系統EMS

　　PON網元管理系統EMS實現對OLT及其下掛數量眾多的ONU進行遠程OAM(運行維護管理)功能。由于SNMP是應用層的協議，要求下層網絡工作正常、被管理設備IP可達，因此業界目前比較常用的管理機制是：EMS與OLT之間通過SNMP通信，對于ONU的管理完全通過OLT與ONU之間的OMCI管理通道完成，即將對OLT以及ONU的命令和性能查詢等以SNMP統一發到OLT，OLT再通過OMCI發給ONU。

　　EMS一般具有以下功能：

　　●配置管理，包括設備的添加、刪除、修改等。

　　●故障查詢、上報、確認和排除機制。

　　●性能數據的采集、存儲、查詢、顯示和分析。

　　●網管操作人員的分權分域。

　　●提供與寬帶資源管理系統的北向接口(可以使用Web Service，FTP，TL1等方式)，完成PON接入用戶的VLAN配置下發、IAD IP配置下發，從而實現業務的即開即通和端口綁定功能。

　　(3)PON上行家庭網關遠程管理方案

　　PON上行家庭網關的引入不單單是一種設備、一種模式的變化，它還影響了電信運營商整個寬帶網絡業務的運營流程。一般來說，家庭網關由家庭網關網管系統管理，PON設備由EMS管理，因此兩者相結合的PON上行家庭網關，理想狀態下應由這兩個網管系統同時管理，至于管理界面如何切分，考慮到相關協議的側重點不同，建議采用如圖2所示的方式，家庭網關網管系統遵循TR-069系列規范，承擔對HGU的業務發放、配置管理、軟件升級、故障定位等功能，EMS用于HGU上行PON 接口相關的物理層及鏈路層的配置及管理。

圖2 PON上行家庭網關遠程管理方案

　　圖2中包括7類接口，詳細說明如下：

　　A接口：HGU與家庭網關網管系統之間的接口，實現家庭網關網管系統對HGU，以及對家庭網絡和家庭網絡內部設備的統一管理。

　　B接口：HGU與寬帶接入設備之間的接口，采用EPON或GPON方式，承載由HGU轉發的用戶側數據、語音、視頻業務流、控制流、信令流以及設備管理數據流。

　　C接口：HGU與家庭網絡內部設備之間的接口，實現HGU對家庭網絡內部設備的數據通訊接口。

　　D接口：對業務網絡中業務平臺與BOSS系統之間的計費管理接口的統稱。

　　E接口：廠商網管EMS與接入承載網網元的管理接口，通過該接口可以對OLT進行管理，HGU的物理層及鏈路層配置及管理通過與OLT之間的OMCI進行間接管理。

　　M接口和N接口：M接口為寬帶資源管理系統與BOSS之間的接口，N接口為家庭網關網管系統、EMS與寬帶資源管理系統之間的北向接口，兩種接口都是為家庭網絡業務的開通、配置、計費、維護管理服務。

　　目前，大多數省市的電信運營商并沒有部署家庭網關網管系統，或沒有開發與寬帶資源管理系統的北向接口，但PON網元管理系統EMS的使用已較為普遍，且與寬帶資源管理系統和BOSS聯動順暢。這種情況下，可以暫時只使用EMS對PON上行家庭網關進行配置下發和遠程管理，以實現HGU的業務自動激活。除上行PON接口物理層與鏈路層的配置管理之外，EMS可以利用OMCI中的私有協議部分，通過對網管側和設備側進行軟件開發和升級，臨時管理PON上行家庭網關上的其他關鍵參數，如AP SSID，管理員賬號密碼，路由橋接模式，QoS，遠程管理平臺URL等。

　　由于家庭網關網管系統的TR-069協議對HGU的管理更加科學合理，還涵蓋了終端重啟、恢復出廠設置、故障診斷等多種遠程操作，并且將HGU作為控制點，可經由HGU使用UPnP(通用即插即用協議)管理家庭網絡中的IAD電話、機頂盒、電腦、游戲機和媒體服務器等多種終端設備。因此，為家庭用戶提供個性化的綜合信息服務，家庭網關網管系統是至關重要不可或缺的。待家庭網關網管系統建立并完善接口后，可通過EMS遠程配置HGU的遠程管理平臺URL和digest雙向認證用戶名密碼等參數，使得HGU能夠注冊到家庭網關網管系統，從而平滑過渡到雙網管的最終格局。

　　6 結束語

　　因為FTTH在性能、維護、成本和演進方面均比FTTB模式具有優勢，電信運營商更傾向于選擇FTTH模式一步到位進行寬帶建設，FTTH在我國將迎來跨越式發展，PON上行家庭網關的應用范圍和建設規模也將得以快速擴大，PON上行家庭網關的規模部署，能夠幫助電信運營商實現從通信向信息娛樂以及數字化生活服務等領域的業務轉型。為及早真正具備大規模應用與運營FTTH的能力，運營商面臨的挑戰之一就是如何通過對PON上行家庭網關的遠程管理，來實現業務自動開通和故障處理，將數字家庭業務整合進網絡側運營管理平臺。這種延伸可以提升運營商的服務水平和差異化服務能力，并提高企業核心競爭力。各地運營商應根據網絡現狀、業務發展和網管系統等實際情況，規劃出合理的PON上行家庭網關遠程管理方案，系統地推進FTTH的網絡建設和運營支撐，推動家庭網絡、家庭業務的發展，利用三網融合這一契機，跨入FTTH的美好未來。來源電信網技術)