家庭网关技术与应用的详细解读
智能家庭网络是信息时代带给人们的又一个高科技产物。它借助现有的计算机网络技术，将家庭内各种家电和设备连网，通过网络为人们提供各种丰富、多样化、个性化、方便、舒适、安全和高效的服务。家庭网络化也是整个社会信息化的一个重要的部分。实现家庭内部信息与家庭外部信息的交换，无疑是家庭连网的目的所在。它的实现需要设计一个理想的家庭网关。下面由小编来详细解读家庭网关的技术与应用。
家庭网关技术与应用的详细解读 篇1
一、家庭网关的功能
家庭网关是连接家庭网络和外部网络的接口单元，应该能够提供家庭联网、服务质量(QoS)保障、安全管理、维护管理、地址管理和数据转发等功能，除提供基本接入功能外，还可以扩展提供特定应用。
二、家庭网关的基本组成
一般说来，家庭网关包括5个功能模块：
接入功能模块。家庭网关的接入功能主要实现家庭网络与电信网络的连接。
联网功能模块。家庭网关的联网功能主要实现家庭内部的用户终端设备之间的连接，包括计算机和具有联网功能的家用电器。
传送功能模块。家庭网关的传送功能主要实现家庭网络内部设备与电信网络之间的IP包的传送。
核心功能模块。核心功能包括地址功能、QoS功能、安全功能、远程管理功能、本地管理功能。
地址功能主要实现家庭网关自身IP地址获得以及支持家庭内部终端获得IP地址，QoS功能主要实现多业务流的分级处理及转发，安全功能主要防止外部网络对家庭网络的非法访问以及内部网络的非法接入，远程管理主要实现运营商对家庭网关的远程管理与控制，本地管理主要实现家庭网关的本地登录管理与控制。
业务功能模块。业务功能模块与公共电信网络的业务实现相关，由于业务的种类很多，所以具备业务功能的家庭网关有很多类型，其具备的功能也与特定的业务相关。业务功能模块是可选的。
三、家庭网关与内部终端设备的连接
未来数字家庭的一个重要特征就是各种家庭设备间的互联互通，所有联网设备都要被连接到家庭网关上，传输数据、音频和视频。如果所用这些连接都通过墙上打孔的方式实现，几乎是人们所无法接受的，Wi-Fi(WirelessFidelity，无线保真)技术的出现和成熟，为家庭内部设备互联提供了一种理想的选择。
家庭网关作为枢纽，Wi-Fi作为桥梁，在各类便携式和固定设备间实现方便地互联。Wi-Fi技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术，该技术使用2.4GHz附近的频段。
由于受制于功耗问题，Wi-Fi仅能在笔记本等领域发挥作用。而如今，功耗问题的解决令Wi-Fi正以惊人的速度席卷消费电子产品，越来越多的半导体供应商和消费电子产品制造商将Wi-Fi作为一种连接手段嵌入消费电子产品中。
在某种程序上Wi-Fi推动了家庭网关的发展和应用。
四、家庭网关组建要求
要大规模地应用家庭网络，构建家庭网络的技术必须满足一些重要的要求。满足这些要求是为了让那些一点技术都不懂的用户愿意去使用家庭网络。如果操作过于复杂，家庭网络的市场将仅仅局限于愿意花费时间和精力去学习新技术的用户。
1.要求是要有足够的地址空间
这样才能为大量的家用电器设备都分配一个惟一的IP地址;当前使用的ipv4协议在家庭网络中应用的第一个限制是可利用的地址空间贫乏。即使isp只给每个家庭网络分配一个地址，家庭网络的大量应用也会很快将ip地址耗尽，而且各个国家和地区分配到的ip地址差别很大。由于历史的原因，北美分配到的ip地址要比欧洲和亚洲多很多。因此，即使在北美可以基于ipv4来构建家庭网络，在其他地区这种方法也是不可行了。
2.要求是用户只需对家庭网络进行非常少量的配置和维护
如果用户需要花费大量的时间去安装和维护家庭网络，那么他们对使用这些新技术的热情就会大大降低。配置、维护和操作越简单，就越容易被广大消费者接受。家庭网络要求可以很容易地对家电设备进行安装和配置。基于ipv4的家庭网络中，一台家电要自动获取一个ip地址的惟一方法是建立一个dhcp服务器，但是dhcp服务器需要进行管理。
3.要求是可以让各种各样的家电设备参与到家庭网络中来
家庭网络中的设备不应该仅仅局限于目前可以联网的设备，如PC、机顶盒等。家庭网络所使用的技术应该更加灵活以使尽可能多的家电设备可以接入到家庭网络中。
4.要求是要有灵活多样的通信方式
家庭网络不应该也不可能仅仅局限于使用传统的铜线连接，而应能使用多种传输介质。可能的通信方式包括Wi-Fi、蓝牙、WLAN等。
五、ipv6协议构建家庭网络
1.地址空间充足
ipv4的地址长度为32位，而ipv6有128位。
ipv6的地址多到足以为地球上的每一粒沙子分配一个全球惟一的ip地址。因此在基于ipv6的家庭网络中可以为网络中的每一台家电分配一个或几个全球惟一的ip地址。这是ipv6协议非常有价值的一个特性，因为这意味着具有访问权限的任何人都可以通过internet对家庭网络中的每一台家电进行外部访问，而且这有助于开发一些对一般用户有吸引力的应用，如远程监控、在线游戏、voip等。
每台家电都有全球惟一的ip地址也使得在不同家庭网络中的家电设备之间建立端到端的通信成为可能。由于不再需要地址翻译机制，这使得在不同家庭网络中的家电设备可以使用ipsec协议进行安全的通信。
2.地址和服务的自动配置能力强
与ipv4相比，ipv6协议具有非常强大的自动配置能力。ipv6的自动配置能力使得在家庭网络中增添支持网络功能的家电设备时几乎不需要做任何配置，这是由于家电设备可以从控制该家庭网络的路由器(即家庭网关)收到配置信息。基于这些配置信息，家电设备就可以完成自身的ip地址等信息的配置。这使得用户可以很轻松地在其家庭网络中引入新的家电设备，而不需要进行ip地址、网络地址、域名服务器以及网关地址的配置。
ipv6指定了link-local地址、site-local地址和全局地址等三种地址。家庭网络中的家电设备不需要任何用户的参与就可以自动配置这三种地址。
link-local地址(fe80：：interfaee id)只在链路范围内有效，site-local地址(fec0：：interface id)只在家庭网络内部有效，而全局地址(子网前缀：interfaceid)则在家庭网络的内部和外部都有效。
自动配置机制是基于icmpv6协议建立的。控制家庭网络的路由器在家庭网络中发送路由器通告消息，家庭网络中的家电设备基于这些消息自动地配置全球惟一的可路由的ip地址和接口id。
3.使家庭网络更加安全
家庭网络的用户肯定不希望未经授权的人访问他们的网络，他们希望与外部用户的通信要进行加密和授权，只允许来自外部的合法连接。例如，如果用户的空调坏了，空调的生产厂家应能获得授权经由家庭网关来对空调进行访问。这样，在维修工人出发以前厂家就可以收集到诊断信息。所有这些类似的功能实现都需要安全的接入服务。
ipv6设计时已经内嵌了针对安全性的部分，例如协议中设计有专用的安全报头，可用于网络设备对用户接入的合法性进行检查，也可以用于检查源地址和接入实际地址的一致性。另外，ipsec是专门为ipv6设计的安全性协议，用于在ipv6网络中实现用户之间端到端的安全通信，从而保证只有可信赖的用户可以向家庭网络中的设备传输数据或发送指令。
对ipv6而言，可提供的安全水平取决于特定网络和用户的要求，而不会受到技术限制，可以提供多种层次的安全水平来满足不同用户的需要，涵盖了从不具备安全性到具有非常高的安全性需要专门的技术和配置。对大多数用户而言，在家庭网关中集成一个简单的防火墙就可以提供足够安全的家庭网络环境，更加先进的ipsec可被用于提高商业用户网络的安全性。
4.支持移动性
要使家庭网络用户出门在外的时候仍然可以对家庭网络进行访问，对移动性的支持就非常关键。这将容许出门在外的家庭网络用户能够通过笔记本电脑、手机、pda等移动设备访问家庭网络中的资源并能对家中的电器设备进行远程操纵。更为重要的是，家庭网络用户离家之后，不需要对其移动设备进行过多的.配置就应该能够实现上述功能。
要满足这些要求，ipv6网络要比ipv4网络容易得多。ipv6在设计时充分考虑了移动性需求，并将移动ipv6作为ipv6的基本组成部分，因此ipv6在移动环境下可更好地支持端到端以及多媒体业务。此外，ipv6的自动配置使得漫游到异地网络的移动用户可以很容易地进行配置。而且与移动ipv4不同，移动ipv6不需要异地代理，这意味着移动用户不需要进行本地移动配置就可以在任何地方对其家庭网络进行远程访问。
六、总结
虽然家庭网关的推广和普及还有许多制约因素，但人们现代化生活的需求和新技术的飞速发展已经使得家庭网关的普及成为必然。在不久的将来，家庭网关将像自来水阀一样成为每个家庭不可缺少的一部分。
家庭网关技术与应用的详细解读 篇2
实现家庭内部信息与家庭外部信息的交换，无疑是家庭连网的目的所在。它的实现需要设计一个理想的家庭网关。家庭网关会执行智能化的路由算法，把这些信息流（数据）分配给各种电话、智能电器、数字电视和音响等设备。智能家庭网络是信息时代带给人们的又一个高科技产物。
1.家庭网关是什么意思
家庭网关一般指住宅网关，住宅网关是一种将家庭或小型办公室网络连接到Internet上的硬件。住宅网关可提供转换功能，并使用户能够与内部网络上的所有计算机共享DSL或电缆调制解调器Internet连接。住宅网关位于DSL或电缆调制解调器与内部网络之间。也可以将DSL或电缆调制解调器集成到住宅网关中。
2.家庭网关的作用
家庭网关主要用于外部网络接入、家庭自动化、家庭娱乐、能耗控制和安防等方面，每一个应用都有不同的成本、带宽要求。家庭内部组网主要用于解决各种终端之间相互数据传输，以及各终端与外部网络的交互。应具有以下功能：
1、连通家庭内部网络和外部网络。网络接入是数字家庭的最基本需求，是实现家庭网络各类应用的基础，具有承上启下的作用。
2、隔离外部网络威胁。家庭网关作为家庭与外部网络的接口，必须要保证安全性，如防火墙功能、上网限制功能等。
3、支持家庭组网功能。保障家庭网络中的所有联网设备能组成统一的网络，使用统一的网络协议，以实现家庭网络内部各个终端的信息共享。管理和配置功能。是家庭网关的核心功能，包括管理、发现、地址解析、包转发、服务质量（QoS）等。
4、家庭网关虚拟化，是指将家庭网关的部分网络功能和业务功能上移到网络侧，简化用户侧的网关设备，甚至将网关变为简单的桥接设备。
5、对IPv4的网络地址转换（NAT）。对IPv4的DHCP，并有越来越多的路由器广播IPv6。
3.家庭网关和路由器的区别
1、网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址，而路由器是用于连接多个逻辑上分开的网络；
2、无路由器下，要实现两个网络之间的通信，必须通过网关；
3、只要连接两个不同网络的设备都可以叫网关；而路由器一般特指能够实现路由寻找和转发的特定类产品。
家庭网关技术与应用的详细解读 篇3
家庭网关设备已成为广泛使用的通信末端设备，家庭网关的标准也在持续进行中。多业务支持、模块化、能耗节约、远程管理等方面成为其标准化的下一步重点和方向。
家庭网关在数字家庭中处于核心位置，作为电信网络的末梢，是连接家庭网络与电信运营商网络的枢纽。随着家庭网络近年来的稳步发展，网关的作用越来越大，功能越来越多，家庭网关的类型也越来越丰富。
三种类型呈现多元化
家庭网关涉及到多种技术和业务，其标准化工作也较其他设备要复杂，有多个标准组织从不同层面制定家庭网关的相关标准。大致来看，从2005年前后家庭网络的概念提出，到现在为止，家庭网关主要有三种类型，这三种类型也分别有不同标准化组织在各个方向上进行着标准化工作，目前主要的标准化组织有 HGI、宽带论坛BBF、DLNA(UPnP)以及ITU-T等。
第一种类型的家庭网关主要是实现家庭内部多台PC共享上网，目前大部分运营商都已实现了这一业务。家庭网络主要实现宽带接入，家庭内部互联等功能。大部分产品还会捆绑简单的PSTN和VoIP语音产品。第一种家庭网关是基本型网关，主要的功能是宽带接入和家庭内部的互联，涉及接入技术、管理技术、电力线联网等，主要的标准化组织包括HGI，BBF和ITU-TSG15。
第二种类型的家庭网关集成数据、话音和视频等多种业务，是目前综合性运营商提供的创新型业务的主要方向。在这些业务中，高速互联网接入和话音业务是最基本的业务，视频则是重点业务。通常用户可以享受到通过家庭网关和其他设备进行业务捆绑所带来的资费优惠。
另外第二种类型的网关实现一定程度的网络的融合，如有线和无线的融合，以及窄带和宽带的有机结合，家庭网关设备将具有多种接入能力，用户可以通过各种接入技术接入到网络中来，可以自由选择采用无线或有线接入手段。
而随着家庭网络业务和应用的不断深入，不同终端、网络、业务之间的融合将越来越明显。这种融合最突出的表现是在通信、信息和娱乐业务的融合，用户在享受娱乐视频的同时，也能够体验通信和信息服务，在技术方面，家庭网关通信设备同样兼具机顶盒的功能。因此第三种类型的家庭网关呈现多元化、个性化的趋势。在家庭网络的外围应用终端设备相对比较成熟的条件下，通过电信运营商与产业链各合作伙伴的运作，家庭网络开始真正实现家庭通信、家庭娱乐、家庭生活应用类的综合业务应用场景。
主要的标准化组织和标准
HGI(HomeGatewayInitiative，家庭网关组织)
HGI是由运营商主导的研究家庭网关的组织，标准化进展非常快速。HGI于2004年成立，是由法国电信、英国电信、德国电信等9家运营商牵头成立的标准组织，该论坛的运营商背景吸引了众多芯片厂商和设备厂商的参与，例如IBM、Intel、Qualcomm、Ericsson、 Motorola、Siemens等，国内著名设备商中兴和华为也是该论坛中积极活动的成员。
HGI的研究组分为商业组和技术组两个部分。工作模式主要是由商业组分析家庭网络业务开展的情况和需求，技术组根据商业组的研究成果，分析家庭网络业务场景及其应用模式，然后提出家庭网关设备的技术要求。
自2006年开始，HGI的核心文件“家庭网关技术需求”已经发布了两版，第三版正在制定当中。第一版的内容主要是分析构成家庭网关的主要模块，从电信运营商的需求出发定义家庭网关的基本功能需求，包括WAN和LAN接口，IP连接线，路由，服务质量，安全，远程管理和业务支持等。
第二版第三版在第一版的基础上，增加了一些附加特性以更好地支持终端、网络和业务。第二版增加的功能包括支持固定移动融合，提高使用、插拔和播放能力的易用性，增强业务服务质量，额外的远程管理特性，端到端转发能力的增强等。
目前正在进行的第三版主要是适应网络环境的变化，如在下一代网络中的使用，SOHO环境中的使用，在IMS中的部署，与用户电子设备的融合等。此外，开放环境，能源效率和测试是研究的重点和方向。
在家庭网关的基础上，运营商越来越关注家庭网络的各种业务的开展。如何为用户提供更多的新业务，并且更容易地部署这些业务成为运营商关注的重点。所以，家庭网关作为一个承载业务的平台，其平台性，开放性和模块化至关重要。家庭网关不仅仅能提供本身应具备的功能，同时需要提供一个开放的软件环境用于后续业务的扩展。HGI正在进行的项目“HGRequirementsforSoftwareExecutionEnvironment”主要就是针对此方向的。
目前，运营商越来越重视设备的能耗问题。HGI正在进行的项目“RequirementsforEnergyEfficiency”就是从能源效率的角度入手，研究家庭网关节能减排的具体措施和需求。
G.HN
目前多种有线的家庭网络技术都可以提供给用户使用，但这些技术中的绝大多数都是为单一类型的家庭连线设计的，这些技术彼此之间无法互通，因此 ITU-TSG15考虑构建能够适应多种物理媒介的收发器技术，在2006年启动了G.hn的标准化项目，力求提供一种统一的下一代家庭网络技术，这项技术可以支持所有的家庭连线(电话线、电力线、铜轴电缆以及五类线)，其物理层的比特速率可达到1Gbps。G.hn倾向于小型或家庭办公室以及多住户单元，旅馆和会议室等公共场所的应用。随着G.hn的逐步成熟和推广，后续推向市场的家庭网关将会逐步对G.hn全面支持。G.hn家庭网络标准系列如表所示。
宽带论坛
宽带论坛(BroadbandForum，简称BBF)是国际上在家庭网关标准化工作中占有重要地位的标准化组织。BBF是城域网和接入网的技术、架构和管理等方面进行标准化的主要组织，其前身是DSL论坛。
BBF有专门的Home技术组。Home组的主要工作是负责TR-069的维护和扩展，TR-069全称为“CPE广域网管理协议”，提供了对下一代网络中家庭网络设备进行管理配置的通用框架和协议，目前广泛应用于从网络侧对家庭网络中的网关、路由器、机顶盒等设备来进行远程集中管理。Home 组在TR-069的自动配置，业务定制，固件管理，诊断，故障和性能监测等方面做增强性研究，同时也开发新的CPE设备模型来拓宽TR-069的适应范围。
DLNA
DLNA是家庭网络的综合性的标准化组织，全称是DIGITALLIV-INGNETWORKALLIANCE，数字生活网络联盟。DLNA的工作目的是形成一种解决方案，使用已成熟的技术标准，如IP、UPnP、Wi-Fi等，并与其他工业标准化组织联络，制定媒体格式、传输和协议互操作性的指南和规范，建立一个基于开放的工业标准的互操作性平台，供企业用来开发数字家庭有关的产品。DLNA主要是组织产业界进行测试和认证。
随着数字家庭中能够提供的业务的不断丰富，和三网融合在国内的大力推进，家庭网关设备成为广泛使用的通信末端设备，家庭网关的基础标准也已经比较成熟。在业务支持、模块化、能耗节约、远程管理等方面，是家庭网关目前标准化的重点和方向。