家庭网关

　　家庭网关是位于现代家庭内部的一个网络设备，它的作用是使家庭用户连接到Internet，使位于家庭中的多种智能设备都能得到Internet的服务，或者使这些智能设备相互之间实现通信。简单的说，家庭网关是使家庭内部多种智能设备之间实现联网，以及从家庭内部到外部网络实现互联的一座桥梁。从技术角度说，家庭网关在家庭内部以及从内部到外部实现桥接/路由、协议转换、地址管理和转换，承担防火墙的职责，并提供可能的VoIP/Video over IP等业务。

　　家庭网关可使多个设备共享Internet的连接，同时接受网络服务，包括：家庭内部设备(比如打印机)和媒体文件(比如视频、音乐)的共享、家庭内部网络(比如无线局域网)连接、防火墙(父母控制)、IP话音业务、IPTV/IP VOD等IP视频业务、远程健康跟踪、家庭保安、家庭自动化、远程抄表作业等服务；多种业务通过单一的网络实现，可简化网络管理，降低运营成本。

　　家庭网关发展的驱动力主要来自两个方面：宽带Internet接入和家庭网络。 随着宽带接入的普及和家庭网络的兴起，家庭网关设备具有很大的潜在市场空间。无线SOHO路由器在北美已经比较流行，主要的设备供应商包括：D-link、Linksys、Netgear等。

　　家庭网关可实现桥接/路由、协议转换、地址管理和转换、防火墙、VPN连接、QoS管理等功能，但家庭网关这些具体功能的实现还是存在不同的形式和特点。

　　1.SOHO路由器网关

　　SOHO路由器一般通过以太网或USB连接到宽带modem，然后通过它实现家庭内部多个设备之间的Internet共享。可以把它看成一个双设备的解决方案(SOHO路由器和宽带modem)，通过这个路由器可以组建起一个家庭网络(无论是WLAN或者有线的以太网)。

　　2.cable网关

　　cable路由器网关是从cable modem发展而来，是在cable modem中集成了路由功能，增加了VPN等功能，从而以单个设备实现Internet的共享和家庭网络的组建。

　　北美的Cable运营商正在推行一种Cable MTA(Multimedia Terminal Adapter)网关，它的特点是采用PacketCable的标准在cable上开展话音业务，称为voice over cable。

　　根据实现方式的不同有两种MTA：EMTA(Embedded MTA)是把voice over cable的功能集成在cable modem设备的内部，是一种单设备的解决方案；SMTA(Standalone MTA)把voice over cable的功能模块于cable modem内，使MTA独立出来。voice over cable与传统voice over IP的不同是：基于PacketCable的voice over cable不仅定义了话音业务的呼叫信令，还规范了QoS、安全、运营等方面的内容，比VoIP更加全面。

　　3.DSL网关

　　把SOHO路由器、家庭网关、家庭网络(无线、有线)的功能集成到DSL modem的内部，就构成了一个单设备解决方案的DSL路由器家庭网关。若再把VoIP的功能集成进来，就能更进一步而成为DSL 综合接入家庭网关。

　　4.数字机顶盒网关

　　传统的机顶盒(STB)主要用来实现HDTV、内容保护、个人录像机、EPG等功能，结合Internet以后可以实现一些Internet的功能，比如基于TV的web浏览，email业务。传统STB从有线电缆、地面广播、卫星广播得到内容，随着宽带业务的发展，IP机顶盒也将从Internet得到内容，并通过家庭网络把内容发布到位于家庭中的其他设备进行播放。随着媒体数字化和网络化发展，STB很可能成为家庭的媒体中心，成为一个集成STB、宽带modem、家庭网络hub和流媒体中心的多功能家庭网关设备。

　　家庭网关设备是位于现代家庭中的一种新型设备，费用低廉。但要建设一个完善的家庭网关，却存在着不少挑战，以下分别进行说明。

　　(1)低硬件成本。为了降低整机成本，CPU将运行在有限的FLASH和RAM空间，这就要求软件系统相对紧凑，优化并减少代码冗余。家庭网关的CPU性能一般都不是很高，所以在软件设计上，需要把数据通道和控制通道分开。由于数据通道的负载比较大，对这部分软件要进行严格的优化。另外，对于数据通道的某些复杂处理(比如加解密、音视频编解码等)，可以考虑采用独立硬件模块的方式降低对CPU性能的要求。

　　(2)协议一致性和互操作性。家庭网关的地位是一个信息通信的桥梁，所以家庭网关与其他设备的互操作性是一个非常重要的指标。采用开放的协议是达到所有设备能够顺利通信的基础，但即使采用开放的协议，要保持设备间良好的互操作性仍然非常耗时、费力。对于某些标准组织的协议互操作性测试需要到其认可的互操作性试验室进行测试。

　　(3)可升级的固件和软件。各种音频、视频的编解码算法还在不断的发展，各种新的业务形式还在不断的出现。所以家庭网关的固件和软件升级能力是运营商和用户节省投资的重要因素。同时为了降低运营成本，对这些固件和软件的远程升级将是非常必要的。

　　(4)方便易用。家庭网关作为一个家用设备，要想广泛进入普通家庭，其易操作性必须能达到与其他家电设备如电视机、洗衣机、空调等相比拟的程度。这就要求家庭网关设备能尽量减少需要用户进行复杂操作和设置的环节，而且一旦用户设置有误，家庭网关设备能够提供一种简便操作来恢复到原来的设置。

　　(5)IP地址管理。家庭网关是很多家庭智能设备共享Internet连接和服务的桥梁，而考虑到易用性，用户不可能对所有设备一个一个进行IP地址的设置，而且IPv4的地址空间也不允许每个家用设备都得到一个公共地址，所以家庭网关必须实现私有IP地址的自动分配(DHCP)，并实现公共IP地址和私有IP地址的地址转换(NAT)。但仅仅实现NAT还不够，因为某些应用层把IP地址嵌入到其应用层的内部，而NAT不能解析应用层内部的IP地址。所以针对这些应用层的进一步处理必须与NAT结合起来，这种进一步的处理叫ALG(Application Level Gateway)，家庭网关除NAT以外，还要支持ALG。

　　(6)服务质量保证。当多个设备，多个业务共享Internet连接的时候，必然会产生QoS的问题。所以不管采用那种QoS策略，家庭网关必须能够对多种业务的流进行分类，并依据分类结构进行不同的队列调度处理。

　　(7)可靠性和稳定性。家庭网关设备是一个24小时工作的设备，所以该设备的可靠性和稳定性是非常重要的。可靠性和稳定性包含硬件和软件两个方面：从硬件的角度，除合理的设计外，还需要考虑低功耗，少发热，对环境不敏感，同时支持各种接口的热插拔。从软件的角度，必须采用高可靠性的操作系统，同时具有容错和故障自动恢复等功能。