家庭網關

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　　家庭網關是位於現代家庭內部的一個網路設備，它的作用是使家庭用戶連接到Internet，使位於家庭中的多種智能設備都能得到Internet的服務，或者使這些智能設備相互之間實現通信。簡單的說，家庭網關是使家庭內部多種智能設備之間實現聯網，以及從家庭內部到外部網路實現互聯的一座橋梁。從技術角度說，家庭網關在家庭內部以及從內部到外部實現橋接/路由、協議轉換、地址管理和轉換，承擔防火牆的職責，並提供可能的VoIP/Video over IP等業務。

　　家庭網關可使多個設備共用Internet的連接，同時接受網路服務，包括：家庭內部設備(比如印表機)和媒體文件(比如視頻、音樂)的共用、家庭內部網路(比如無線區域網)連接、防火牆(父母控制)、IP話音業務、IPTV/IP VOD等IP視頻業務、遠程健康跟蹤、家庭保全、家庭自動化、遠程抄表作業等服務；多種業務通過單一的網路實現，可簡化網路管理，降低運營成本。

　　家庭網關發展的驅動力主要來自兩個方面：寬頻Internet接入和家庭網路。 隨著寬頻接入的普及和家庭網路的興起，家庭網關設備具有很大的潛在市場空間。無線SOHO路由器在北美已經比較流行，主要的設備供應商包括：D-link、Linksys、Netgear等。

　　家庭網關可實現橋接/路由、協議轉換、地址管理和轉換、防火牆、VPN連接、QoS管理等功能，但家庭網關這些具體功能的實現還是存在不同的形式和特點。

　　1.SOHO路由器網關

　　SOHO路由器一般通過乙太網或USB連接到寬頻modem，然後通過它實現家庭內部多個設備之間的Internet共用。可以把它看成一個雙設備的解決方案(SOHO路由器和寬頻modem)，通過這個路由器可以組建起一個家庭網路(無論是WLAN或者有線的乙太網)。

　　2.cable網關

　　cable路由器網關是從cable modem發展而來，是在cable modem中集成了路由功能，增加了VPN等功能，從而以單個設備實現Internet的共用和家庭網路的組建。

　　北美的Cable運營商正在推行一種Cable MTA(Multimedia Terminal Adapter)網關，它的特點是採用PacketCable的標準在cable上開展話音業務，稱為voice over cable。

　　根據實現方式的不同有兩種MTA：EMTA(Embedded MTA)是把voice over cable的功能集成在cable modem設備的內部，是一種單設備的解決方案；SMTA(Standalone MTA)把voice over cable的功能模塊於cable modem內，使MTA獨立出來。voice over cable與傳統voice over IP的不同是：基於PacketCable的voice over cable不僅定義了話音業務的呼叫信令，還規範了QoS、安全、運營等方面的內容，比VoIP更加全面。

　　3.DSL網關

　　把SOHO路由器、家庭網關、家庭網路(無線、有線)的功能集成到DSL modem的內部，就構成了一個單設備解決方案的DSL路由器家庭網關。若再把VoIP的功能集成進來，就能更進一步而成為DSL 綜合接入家庭網關。

　　4.數字機頂盒網關

　　傳統的機頂盒(STB)主要用來實現HDTV、內容保護、個人錄像機、EPG等功能，結合Internet以後可以實現一些Internet的功能，比如基於TV的web瀏覽，email業務。傳統STB從有線電纜、地面廣播、衛星廣播得到內容，隨著寬頻業務的發展，IP機頂盒也將從Internet得到內容，並通過家庭網路把內容發佈到位於家庭中的其他設備進行播放。隨著媒體數字化和網路化發展，STB很可能成為家庭的媒體中心，成為一個集成STB、寬頻modem、家庭網路hub和流媒體中心的多功能家庭網關設備。

　　家庭網關設備是位於現代家庭中的一種新型設備，費用低廉。但要建設一個完善的家庭網關，卻存在著不少挑戰，以下分別進行說明。

　　(1)低硬體成本。為了降低整機成本，CPU將運行在有限的FLASH和RAM空間，這就要求軟體系統相對緊湊，優化並減少代碼冗餘。家庭網關的CPU性能一般都不是很高，所以在軟體設計上，需要把數據通道和控制通道分開。由於數據通道的負載比較大，對這部分軟體要進行嚴格的優化。另外，對於數據通道的某些複雜處理(比如加解密、音視頻編解碼等)，可以考慮採用獨立硬體模塊的方式降低對CPU性能的要求。

　　(2)協議一致性和互操作性。家庭網關的地位是一個信息通信的橋梁，所以家庭網關與其他設備的互操作性是一個非常重要的指標。採用開放的協議是達到所有設備能夠順利通信的基礎，但即使採用開放的協議，要保持設備間良好的互操作性仍然非常耗時、費力。對於某些標準組織的協議互操作性測試需要到其認可的互操作性試驗室進行測試。

　　(3)可升級的固件和軟體。各種音頻、視頻的編解碼演算法還在不斷的發展，各種新的業務形式還在不斷的出現。所以家庭網關的固件和軟體升級能力是運營商和用戶節省投資的重要因素。同時為了降低運營成本，對這些固件和軟體的遠程升級將是非常必要的。

　　(4)方便易用。家庭網關作為一個家用設備，要想廣泛進入普通家庭，其易操作性必須能達到與其他家電設備如電視機、洗衣機、空調等相比擬的程度。這就要求家庭網關設備能儘量減少需要用戶進行複雜操作和設置的環節，而且一旦用戶設置有誤，家庭網關設備能夠提供一種簡便操作來恢復到原來的設置。

　　(5)IP地址管理。家庭網關是很多家庭智能設備共用Internet連接和服務的橋梁，而考慮到易用性，用戶不可能對所有設備一個一個進行IP地址的設置，而且IPv4的地址空間也不允許每個家用設備都得到一個公共地址，所以家庭網關必須實現私有IP地址的自動分配(DHCP)，並實現公共IP地址和私有IP地址的地址轉換(NAT)。但僅僅實現NAT還不夠，因為某些應用層把IP地址嵌入到其應用層的內部，而NAT不能解析應用層內部的IP地址。所以針對這些應用層的進一步處理必須與NAT結合起來，這種進一步的處理叫ALG(Application Level Gateway)，家庭網關除NAT以外，還要支持ALG。

　　(6)服務質量保證。當多個設備，多個業務共用Internet連接的時候，必然會產生QoS的問題。所以不管採用那種QoS策略，家庭網關必須能夠對多種業務的流進行分類，並依據分類結構進行不同的隊列調度處理。

　　(7)可靠性和穩定性。家庭網關設備是一個24小時工作的設備，所以該設備的可靠性和穩定性是非常重要的。可靠性和穩定性包含硬體和軟體兩個方面：從硬體的角度，除合理的設計外，還需要考慮低功耗，少發熱，對環境不敏感，同時支持各種介面的熱插拔。從軟體的角度，必須採用高可靠性的操作系統，同時具有容錯和故障自動恢復等功能。