典型數(shù)字家庭設(shè)計(jì)實(shí)例集錦（一）

　　目前，基于GPON技術(shù)的FTTx是寬帶接人的最佳技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻三網(wǎng)融合的保證。

　　但GPON技術(shù)設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，GPON承載有QoS保障的多業(yè)務(wù)和強(qiáng)大的OAM 能力等優(yōu)勢(shì)，很大程度上是以技術(shù)和設(shè)備的復(fù)雜性為代價(jià)換來(lái)的，從而使得相關(guān)設(shè)備成本較高。隨著GPON技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，GPON設(shè)備的成本將會(huì)下降。

　　4 總 結(jié)

　　在網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)快速發(fā)展的今天，數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)有著重要的研究?jī)r(jià)值，它是公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)向家庭的延伸，也是電信運(yùn)營(yíng)商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商下一個(gè)重要的市場(chǎng)擴(kuò)展空間。高速的家庭業(yè)務(wù)需要高的帶寬，因此數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的接人技術(shù)也是隨之研究的一大熱點(diǎn)，GPON無(wú)疑將成為未來(lái)接入網(wǎng)的最好選擇，數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)和GPON結(jié)合是未來(lái)家庭寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的必然結(jié)果。
二、基于智能網(wǎng)關(guān)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　引言

　　可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)幾年將是寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和家庭網(wǎng)絡(luò)普及的上升期，隨著全球3C（Cornputer，Communication，Cosumer）的融合趨勢(shì)，數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將是計(jì)算機(jī)、數(shù)字家電和移動(dòng)信息終端通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫協(xié)作。

　　目前的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)，除了PC和家庭網(wǎng)關(guān)／路由器以外，又出現(xiàn)了媒體適配器及媒體服務(wù)器，這類新設(shè)備將許多媒體處理任務(wù)從PC中分流出來(lái)，構(gòu)成一種無(wú)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如何將家庭控制網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)和家庭A／V網(wǎng)這三個(gè)相互之間異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成家庭高速信息網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入、防盜報(bào)警、室內(nèi)電器自動(dòng)控制管理、門禁對(duì)講、遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程Web監(jiān)控、視頻點(diǎn)播等成為信息技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

　　l 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容

　　1．1 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本功能

　　數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)將公共網(wǎng)絡(luò)功能和應(yīng)用延伸到家庭，并以可靈活配置的家庭智能布線系統(tǒng)，連接多種多樣的終端設(shè)備，提供集成的話音、數(shù)據(jù)、多媒體、控制和管理等功能，達(dá)到信息在家庭內(nèi)部終端與外部公網(wǎng)及家庭內(nèi)部終端之間的充分流通和共享。其具備以下功能：

　　家庭網(wǎng)關(guān)可同時(shí)連接多個(gè)或不同種類的接入技術(shù)，如支持ADSL和局域網(wǎng)接入。在系統(tǒng)功能上能夠同時(shí)處理多種類型的接入網(wǎng)技術(shù)和多種類型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

　　家庭網(wǎng)絡(luò)分為三部分：家庭控制網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、家庭A／V網(wǎng)，這三種網(wǎng)絡(luò)在傳輸速率、帶寬需求、傳輸介質(zhì)、安全要求以及QoS（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量）要求上均有明顯差異，因此可以使用多種技術(shù)來(lái)構(gòu)建，家庭控制網(wǎng)以采用基于X-10總線協(xié)議的PLC電力線載波技術(shù)為傳輸介質(zhì)；而數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、家庭A／V網(wǎng)以無(wú)線為傳輸介質(zhì)，采用超寬頻UWB技術(shù)，以極低功率的信號(hào)實(shí)現(xiàn)114 Mb／s的傳輸速率，滿足多媒體業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的需求。

　　支持射頻接入技術(shù)，用戶通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的Web Server功能控制高頻頭選臺(tái)，并通過(guò)多媒體編碼器實(shí)時(shí)捕捉模擬數(shù)據(jù)流，編碼轉(zhuǎn)換為符合數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)（如MPEGl）的數(shù)字媒體流，經(jīng)WLAN傳輸?shù)礁鞫嗝襟w播放終端，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部各種信息終端的高速信息共享。

　　家庭網(wǎng)關(guān)能橋接接入網(wǎng)QoS和家庭網(wǎng)絡(luò)的QoS，保障訪問(wèn)的內(nèi)容不依賴于用以傳送內(nèi)容的硬件和傳輸機(jī)制；通過(guò)模塊的遠(yuǎn)程下載功能，靈活地支持最新技術(shù)，使得系統(tǒng)很容易升級(jí)，以支持未來(lái)新興業(yè)務(wù)。

　　通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的Web Server功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)各種家用電器設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)測(cè)，并通過(guò)SSID和VLAN技術(shù)保證用戶控制命令和數(shù)據(jù)的安全性。

　　家庭網(wǎng)關(guān)可通過(guò)Intranet VPN接入公司的VPN網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)Intranet、遠(yuǎn)程辦公。

　　1．2 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　以PLC電力線載波技術(shù)和UWB無(wú)線通信技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)基于智能網(wǎng)關(guān)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)將家庭數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、家庭A／V網(wǎng)、家庭控制網(wǎng)有機(jī)的結(jié)合在一起，以標(biāo)準(zhǔn)C和JAVA作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用RC232434作為嵌入式系統(tǒng)核心CPU，應(yīng)用嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用多SSID技術(shù)、VLAN技術(shù)和VPN技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能路由，并提高QoS品質(zhì)，通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)服務(wù)器將小區(qū)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、射頻數(shù)字電視信號(hào)、電話信號(hào)、音視頻信號(hào)、家電控制信號(hào)同時(shí)納入到家庭網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)處理多種類型的接入網(wǎng)技術(shù)和多種類型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　1．3 嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)架構(gòu)框圖及分析

　　家庭網(wǎng)關(guān)架構(gòu)框圖（如圖2所示）有7個(gè)模塊：

　?。?）RC32434 CPU核心模塊，是家庭網(wǎng)關(guān)最為核心的部分，以Linux操作系統(tǒng)為核心，管理、協(xié)調(diào)各周邊模塊。主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換、智能路由、QoS動(dòng)態(tài)配置、網(wǎng)絡(luò)安全等功能；

　?。?）以太網(wǎng)接口模塊是管理多個(gè)以太網(wǎng)接入端口，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)TCP／IP協(xié)議棧；

　?。?）ADSL電話接口模塊，實(shí)現(xiàn)電話信號(hào)的數(shù)字化，并通過(guò)UWB進(jìn)行傳輸，同時(shí)可將寬帶ADSL信號(hào)解調(diào)后進(jìn)行廣域網(wǎng)服務(wù)端口和局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則映射；

　?。?）射頻接口模塊，內(nèi)置高頻頭，對(duì)高頻電視信號(hào)進(jìn)行處理，具備選頻、放大及變頻功能，并通過(guò)多媒體編碼器實(shí)時(shí)捕捉模擬數(shù)據(jù)流，編碼轉(zhuǎn)換為符合數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)（如MPEG1）的數(shù)字媒體流；

　?。?）PLC電力線載波接口模塊，通過(guò)PCI總線與RC32434 CPU進(jìn)行信息交互，將外網(wǎng)對(duì)家電控制信息通過(guò)電力線載波的方式傳輸給各家電終端，此模塊實(shí)現(xiàn)采用正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制和前向糾錯(cuò)等核心算法；

　?。?）UWB無(wú)線通信模塊，通過(guò)PCI總線與

　　RC32434 CPU進(jìn)行信息交互，將寬帶網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和多媒體音視頻流通過(guò)超寬頻UWB傳輸，同時(shí)接收PC和媒體終端的流媒體，通過(guò)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)到外網(wǎng)或內(nèi)網(wǎng)；

　?。?）Web Servet管理模塊是家庭內(nèi)部各種智能應(yīng)用終端的信息和狀態(tài)均以網(wǎng)頁(yè)的形式通過(guò)Web服務(wù)器傳給遠(yuǎn)程監(jiān)控用戶。

　　系統(tǒng)引入VPN技術(shù)，遠(yuǎn)程用戶可以通過(guò)Access VPN接入家庭網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)的安全遠(yuǎn)程訪問(wèn)和控制。家庭網(wǎng)關(guān)可通過(guò)Intranet VPN接入公司的VPN網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)Intranet、遠(yuǎn)程辦公。

　　2 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)原理

　　2．1 PLC技術(shù)原理

　　PLC利用1．6～30 MHz頻帶范圍傳輸信號(hào)。在發(fā)送時(shí)，利用GMSK或OFDM調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后在電力線上進(jìn)行傳輸；在接收端，先經(jīng)過(guò)濾波器將調(diào)制信號(hào)濾出，再經(jīng)過(guò)解調(diào)，就可得到原通信信號(hào)。PLC技術(shù)主要包括電力線網(wǎng)絡(luò)單元（PNU），它負(fù)責(zé)控制電力線網(wǎng)絡(luò)并從單元配電網(wǎng)集成話務(wù)，通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娦鸥删€接口，PNU再將話務(wù)傳至饋電網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)饋電網(wǎng)絡(luò)中使用的不同介質(zhì)，PNU也可轉(zhuǎn)換來(lái)自低壓配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)話務(wù)。

　　2．2 UWB技術(shù)原理

　　UWB技術(shù)最基本的工作原理是發(fā)送和接收脈沖 間隔嚴(yán)格受控的高斯單周期超短時(shí)脈沖，超短時(shí)單周期脈沖決定了信號(hào)的帶寬很寬，接收機(jī)直接用一級(jí)前端交叉相關(guān)器就把脈沖序列轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，省去了傳統(tǒng)通信設(shè)備中的中頻級(jí)，極大地降低了設(shè)備復(fù)雜性。UWB技術(shù)采用脈沖位置調(diào)制PPM單周期脈沖來(lái)攜帶信息和信道編碼，一般工作脈寬為0．1～1．5 ns，重復(fù)周期在25～1 000 ns。

　　3 系統(tǒng)創(chuàng)新內(nèi)容

　　3．1 應(yīng)用創(chuàng)新

　　3．1．1 基于RC32434的MIPS+Linux的系統(tǒng)平臺(tái)

　　本系統(tǒng)采用IDT的RC32434 Interprise集成通信處理器，其采用32位MIPS 4Kc CPU，支持標(biāo)準(zhǔn)媒體獨(dú)立接口（MII）及簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)媒體獨(dú)立接口（RMII），在此硬件平臺(tái)上移植Linux，并且開(kāi)發(fā)了多協(xié)議應(yīng)用協(xié)議庫(kù)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，MIPS+Linux系統(tǒng)平臺(tái)具有良好的穩(wěn)定、移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完整的TCP／IP協(xié)議棧、完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持，以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API，其內(nèi)核緊湊，編譯后小于512 KB。

　　3．1．2 多SSID和VLAN技術(shù)應(yīng)用

　　家庭網(wǎng)關(guān)可采用無(wú)線傳輸方式（如通過(guò)802．1lX）進(jìn)行家庭內(nèi)部組網(wǎng)，引入SSID技術(shù)可以將一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)分為幾個(gè)需要不同身份驗(yàn)證的子網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都需要獨(dú)立的身份驗(yàn)證，防止未被授權(quán)的用戶進(jìn)入本網(wǎng)絡(luò)，而且采用多SSID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)虛擬AP功能。不同的SSID可以采用不同的認(rèn)證方式及訪問(wèn)權(quán)限，也可映射為不同的VLAN，實(shí)現(xiàn)公共熱點(diǎn)與家庭內(nèi)部網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)隔離。

　　3．1．3 強(qiáng)型X-10的總線技術(shù)應(yīng)用

　　家庭控制網(wǎng)采用X-10的總線傳輸技術(shù)，性價(jià)比高、兼容性、可擴(kuò)充性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于家庭控制網(wǎng)絡(luò)，但由于其是在電力線中傳播數(shù)據(jù)，抗干擾能力較差，為了解決此問(wèn)題需要對(duì)X-10協(xié)議進(jìn)行改