利用新一代住宅网关克服三重/四重服务的挑战_宽带_voip

利用新一代住宅网关克服三重/四重服务的挑战

Alick Einav 2007/03/14

　　随着家庭中的高带宽应用日趋增多，管理这些应用的新一代家庭网关也需要具备更高性能，要能够游刃有余地处理差不多所有进出其中的数据。但消费者毕竟有不同的口味和喜好，所以单一一款住宅网关无法满足所有消费者的需要。例如，有人对用VoIP取代模拟电话感兴趣；另一些人需要一个基本家庭网络；还有一些人要求一个带本地存储的网关，要能通过本地网络在家中任何地点欣赏存储在本地存储系统内的电影、音乐及其它内容，或在全球任何一个地方，通过互联网连接访问上述内容。

　　不同的服务提供商会选择不同的家庭联网技术来满足不同的细分市场。但所有服务提供商都需要一种灵活性，以使各自的方案适应变化的市场需要并抓住新产品带来的机遇。需采用一个自适应的可重配置网关平台，以实践服务提供商的市场细分战略。

下一代住宅网关

　　运营商正通过增加来自其宽带基础设施收入的方法来弥补下降的语音服务收入。目前的宽带基础设施有能力传送各种各样整合了数据、视频和语音的各具特色的差异化服务，从而为消费者提供更大价值。为了给消费者带来最大价值，这些服务需连接各种数字设备、语音和数据通信平台、娱乐系统以及形形色色的其它家用产品。

　　目前的DSL和有线调制解调器提供的宽带连接是为在家中传送互联网数据设计的。但它们无法满足下一代三重(数据、电话和视频)和四重(数据、电话、视频和无线)服务的需要。越来越多的数据设备带来的复杂性以及多媒体内容的不断增加，需要一种可支持多种新服务、提供更多连接选项并支持更高数据吞吐率的新方法。下一代住宅网关就是为满足这些需要设计的。

图1：住宅网关在家庭中扮演关键角色

新住宅网关的性能要求

　　下一代住宅网关提供领先的数据能力，且还可担当家庭语音和数字通信的中枢。某些住宅网关将支持用VoIP替换标准普通老式电话服务(POTS)，而其它网关将提供用于固定移动融合(FMC)的平台，从而更进一步。这就允许消费者在室外时，利用与常规移动电话一样工作、支持Wi-Fi的移动电话通过蜂窝网络接打电话和接入互联网。当消费者回屋后，电话会感知这一变化并与无线局域网(WLAN)连通，然后可将其当无绳VoIP电话使用。市场研究公司iSupply预计，2006年售出了2,200万部具有Wi-Fi功能的移动电话，到2010年，该数字将达2.85亿部。

　　许多电信运营商也将IPTV作为其所提供产品的一个关键部分。路由、管理和确保多个IPTV流带宽的要求将可测试下一代住宅网关的性能。将需要住宅网关控制多个工作在9Mbps或更快速率的HDTV流。虽然类似MPEG2这样的早期视频CODEC(编解码器)已很稳固，但诸如MPEG4和H.264等效率更高的新型CODEC仍处在精益求精的过程中。必须考虑开发过程中可能产生的变化及未来的升级因素。

　　在家中传送广播质量的视频将需要住宅网关整合多种有线和无线技术、安全特性和服务质量(QoS)能力。住宅网关需要支持最新的无线连网技术，例如目前的802.11g以及暂露头角的802.11n、802.11d/e和802.11r标准。多种有线家庭连网技术也在考虑之内，所以住宅网关应能支持以太网、同轴电缆多媒体联盟(MOCA)、家用电话线网络联盟(HPNA)、家庭插电联盟(HPPA)和通用电力线协会(UPA)等机构推出的有线家庭联网技术。

图2：UR8架构可以处理数据、IPTV和VoIP业务

　　在任何消费产品中，易于使用和可靠都是考虑的要点。下一代住宅网关必须便于安装和设置，且其操作必须对消费者相对透明。为实现快速的故障修复和问题解决，住宅网关应装备支持远程管理和调度的软件子系统。除网关盒本身外，住宅网关还应包括可见性，即使连至住宅网关的许多设备并非服务提供商的管束范围，只要可能也要将这种可见性延伸至相连接的这些设备。因服务提供商有可能引导消费者求助适当的机构，所以可节省时间。

图3：无线-有线融会

强大平台现身

　　半导体制造商通过开发能从性能、灵活性和适用性等方面满足这些要求的强有力平台来满足这些需要。典型特性集包括多处理器以及丰富的本地局域网(LAN)接口。专门用于特定服务的多处理器确保为最终用户提供高的系统性能和服务质量。

　　图2演示了这种架构的一个例子，即一款带集成ADSL和VDSL2宽带连接功能的SoC。该SoC具有一个工作在400MHz频率的多媒体网关处理器，性能比以前产品提升了一倍。附加的硬件加速器和32位宽的存储器接口进一步提升了该网关的联网能力。

　　VoIP子系统基于一个专门的高性能DSP，它能处理最多4路电话而不会对该网关内的其它功能造成任何影响。每路电话可运行许多可能的有线或无线语音CODEC中的一种。可确证这样一种架构以后能支持类似FMC等新兴技术。其中的Unified DSL PHY支持高达60Mbps(在VDSL2模式)的数据速率，可向家中传送多套HDTV流。该DSL PHY也支持所有现存的ADSL模式(ADSL、ADSL2和ADSL2+)。

宽带连接

　　为支持类似IPTV这样的新型实时服务，需要更稳固的DSL连接。但纠错技术增加了网关的延迟，而不同应用能容忍的延迟又各不相同。例如，IPTV能容忍的延迟是几百毫秒，而游戏要求最短的延迟。DSL线上的主要噪声源之一是脉冲噪声。脉动噪声破坏DSL线上接续的数据传输。

　　在DSL住宅网关中采用的脉冲噪声保护(INP)纠错策略涉及Reed-Solomon编码与卷积交错技术的组合。在发射侧，Reed-Solomon编码为每个数据字节块添加冗余字节，生成一个Reed-Solomon码字(codeword)。然后，光梳状分波器在时间域内混合连续的数据字节。

　　在接收器侧，首先由光梳状合波器恢复正确的字节顺序，然后对每个Reed-Solomon码字进行解码，解码时可能修复受损的数据字节。其结果是每个Reed-Solomon码字内的受损数据字节的数量被降至Reed-Solomon码字的纠错能力范围内。

　　下一代住宅网关将可以实现最少16个DMT符号(INP=16)的可选INP能力，它能消弭最长4ms的脉冲噪声。但，增加INP同时也增加了数据到达最终用户的延迟。下一代平台将在DSL PHY内提供多条数据通路。因此，可将一条数据通路配置为具有最强的鲁棒性(INP=16)，而另一条数据通路配置为具有最短延迟(INP=0)。因而，可通过强大的数据通路处理IPTV(具有可接受的一定延迟)，而语音和游戏包可由快速数据通路(INP=0)处理。

　　通过在DSL PHY内实现两条或更多的数据通路，而每条通路又都可由不同的Reed-Solomon编码和内插器配置进行编程，则下一代住宅网关可确保各种类型的服务在坚固性和低延迟间做出最佳权衡。

应对VoIP服务升级

　　公共交换电话网(PSTN)具有内置的机制确保端到端间的短延迟和鲁棒性。PSTN还包括一系列工具，使得服务提供商可以监测网络及测试每条电话线。当用户呼叫客服时，客服支持技术人员可实时测试连至特定客户的线路。这些工具使服务提供商能早期确诊PSTN网络中的任何问题，积极主动地解决发现的问题，增加客户的满意度，减少客户的不便，并极大削减了对往返现场维护的高昂开销。

　　这些机制并不存在于互联网或目前的IP网络中，从而为服务供应商提供及升级高质量VoIP服务带来了新挑战。

　　下一代住宅网关需整合将在IP网络中解决此问题的工具。眼下，产品公司与服务提供商、第三方及其它厂商携手打造一个将为最终用户提供优于目前PSTN网络所能提供的通话体验的回声(echo)系统，且同时减少运营商的运营性支出(OPEX)和资本支出(CAPEX)。VoIP产品(用于基础设施构和客户端设备)将集成用于帮助调试和管理IP网络的质量管理工具。这些质量管理工具支持服务、设备和网络的发现、监测和修复，允许服务供应商积极主动地管理类似回声、掉包和线延迟等因素。住宅网关每秒都向网络管理员发送关于连接质量的信息，通过实时计算立即评估与用户体验相关的质量参数，从而允许服务供应商适应变化的条件并在IP网络中做出实时调整。

集成语音功能

　　下一代住宅网关将包括对多达4条带三方会议功能的语音线路的支持。每条线路可同时支持与DECT、保密(black)、宽带或无线电话的连接并支持不同的CODEC。基于DSP的实现与基于需2到3倍DSP周期的通用处理器核的实现相比，能提供更优异的语音处理能力。高性能可编程语音子系统使其可支持各种低位速率CODEC、无线CODEC、宽带CODEC以及类似传真和调制解调器中继、包丢失最小化和噪声削减算法等先进特性。

　　现今可用的固定移动融合方案使有线运营商通过将移动性带至运营业务且令有线网络担当无线工作的努力来弥补收入损失、重新拉回流失的客户。这些方案采用双模手机在Wi-Fi和蜂窝网络中无缝漫游，它还为用户带来一套电话特性、一个电话号码、一张话费单和一个用户接口的便利。在新一代住宅网关中对诸如GSM-FT/EFR/ARM等无线CODEC的支持省去了从移动到本地电话转换的需要。另外，在移动通话中，移动电话处在活跃模式中的时间需尽可能地短。住宅网关中WLAN子系统内对与FMC友好模式的高妙实现使移动电话的活跃时间不足通话时间的5%，从而延长了手机电池寿命。

　　新技术平台将为新一代住宅网关方案打下基础，这些方案将以其使产品具有新的先进特性从而独树一帜的灵活性使能下一代服务。能迅速且以具成本效益的方式采用这些新的高度灵活的架构以提供超越消费者、服务供应商和设备制造商预期的多种产品。它们将使设备制造商能够灵活地开发带多种家庭联网技术、可传送多条HDTV流且同时支持多路语音通话及其它增值服务的住宅网关。可容易交互的软硬件配属选项将缩短设备制造商的开发时间，并为服务提供商提供一个能借此启动增加收入的新服务的强有力平台。

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