家庭网关应用技术概述

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1、第一部分 家庭网关应用技术概述业务与应用产品部 曹永欣 什么是家庭网关l由于研究家庭网关的公司众多，家庭网关 的定义还不统一。定义lCiscolCisco System公司的家庭网关定义是：一个在家庭内的网络化信息设备与智能宽带接入网之间的智能化网关。 定义lRGlRG的家庭网关的定义：Residential Gateway Gorup(RG)是一个在1995年建 立的正式的工业论坛组织，它率先采用家庭网关来代表一个集中式智能接 口，将家庭外部的接入网络和家庭内部网络联系起来。它对家庭网关的定 义是一种简单的、智能的、标准化的、灵活的整个家庭网络接口单元，可 以从不同的外部网络接收通讯信号，通

2、过家庭网络传递信号给某个智能设 备。借助引入家庭网关的概念，希望能够为集成不同的外部网络和丰富新 的应用提供一个有效的途径。 主要功能l作为所有外部接入网连接到家庭内部，同时将家庭内部网络连接到外部的 一种物理接口 l使住宅用户可以获得各种家庭服务（包括现有的服务和未来可能出现的服 务）的平台 产品形态功能特性实例l特点l 提供高达100M以太网接入 集成802.11b/g无线接入功能，最高速率可达108Mbps . 支持路由/桥混合转发 支持VLAN连接 家庭存储与打印共享 内置SPI防火墙，保护家庭网络设备安全 支持SIP/MGCP/H.248等VOIP协议语音，支持多种语音编码器。 支持

3、VPN穿越 ，基于IPSec/L2TP。 支持多SSID，提供多个虚拟无线网络 支持Web方式，用户本地管理功能 支持CLI命令行管理 强大的QoS能力，保障多业务环境下的VoIP、IPTV等关键业务的服务质 量 支持TR-069远程管理：设备配置、版本升级、诊断等 通过CE认证 提供附加的增值业务功能家庭网关上所应用的技术l软件l嵌入式LinuxLinux系统介绍l简单地说，Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统， 它主要用于基于x86系列CPU的计算机上。这个系统是由世界各地的 成千上万的程序员设计和实现的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、全世界都能自由使用的U

4、nix兼容产品。 嵌入式Linuxl优势lLinux做嵌入式的优势，首先，Linux是开放源代码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux 爱好者又是Linux开发者的强大技术支持；l其次，Linux的内核小、效率高，内核的更新速度很快,linux是可以定制的，其系统内核最小只有 约134KB。l第三，Linux是免费的OS，在价格上极具竞争力。 Linux还有着嵌入式操作系统所需要的很多特 色，突出的就是Linux适应于多种CPU和多种硬件平台，是一个跨平台的系统。到目前为止，它 可以支持二三十种CPUl使用Linux为的是来开发无线连接产品的开发者越来越多。Linux在快速增长的无线连接

5、应用主场 中有一个非常重要的优势，就是有足够快的开发速度。这是因为LInux有很多工具，并且Linux为 众多程序员所熟悉。lLinux的大小适合嵌入式操作系统Linux固有的模块性，适应性和可配置性，使得这很容易做 到。另外，Linux源码的实用性和成千上万的程序员热切其望它用于无数的嵌入式应用软件中， 导致很多嵌入式Linux的出现，包括：Embedix，ETLinux，LEM，Linux Router Project，LOAF ，uCLinux，muLinux，ThinLinux，FirePlug，Linux和PizzaBox Linux.软件关键技术概述l驱动技术l桥路由技术：通常桥路

6、由可采用软件方式或硬件方式转发。在原有的设计 方案中，家庭网关采用双MII的架构，通过软件方式实现数据转发功能。尽 管该方式灵活高效，但处理效率较低。为此，本项目采用单MII的架构，通 过充分发挥交换芯片的处理性能，实现硬件转发，从而保证系统的处理效 能。 软件关键技术概述lIPv4/v6双栈l在中国电信最新的家庭网关规范中，对支持IPv6提出了明确的要求。然而 ，由于IPv4与IPv6之间存在着很大的差异，同时存在众多基于IPv4协议的 网络和应用，因此，需要采用IPv4/IPv6双栈技术实现IPv4向IPv6的过渡。 如何实现IPv4与IPv6协议之间的有效转换，保证双栈技术的处理性能，将

7、 是该技术面临的一大挑战。 软件关键技术概述l中间层技术l在家庭网关产品系列化设计过程中，软件设计版本的可移植性将直接决定 产品开发成本和开发效率。为了适应不同硬件平台的开发环境，需要采用 中间层技术，实现对底层驱动接口的一致性规范，从而保证软件版本的可 移植性。软件关键技术概述l无线技术l5.8GHz 802.11n 无线承载IPTV：为了保证IPTV业务无线承载的可靠性和稳 定性，本项目选用5.8G 802.11n技术。尽管5.8G频段较2.4G频段具有低干 扰的优势，但信号易衰减的特性在很大程度上影响IPTV业务的应用。因此 需要增强5.8G 802.11n技术的高覆盖率和鲁棒性。软件关

8、键技术概述l网管技术l远程管理技术主要实现网络管理平台与家庭网关的远程交互，从而实现网 管平台对终端设备的远程控制、远程控制、远程检测、远程设置等。为了 保证该产品系列市场应用的可扩展性，面对不同运营商的网络管理平台， 需要保证家庭网关对于远程管理的兼容性。在此背景下的技术难点是如何 保证具备与不同的网管平台互通能力的同时，实现对业务配置及设备控制 等方面的高效管理。 软件关键技术概述l智能升级技术l现有的软件升级主要针对整个软件镜像，升级效率低下。为此，提出智能 升级的概念，实现软件的模块化更新，在降低升级执行风险的同时，提高 升级效率 软件关键技术概述l语音技术lVoIP语音功能主要通过S

9、IP/H.248信令协议来实现家庭网关与软交换平台 的交互。然而面对不同的软交换平台，如何确保设备之间的互通性将是语 音技术中的主要难点。软件关键技术概述l应用软件技术lIPv6相关的应用软件开发。MLDv1/v2 Proxy, DHCPv6 Server/Client, PPPoEv6 Client,WAN/LAN侧的SLACC， DNSv6 Relay，IPv6 QoS，IPv6防火 墙等。 第二部分 Linux嵌入式开发简介概要l1.嵌入式系统的开发方法l2.NFS简介l3.NFS在Linux上的配置l4.bootloaderl5.嵌入式Linux的关键技术l6.开发流程举例1 嵌入式系

10、统的开发方法l一个新的开发模式原因：嵌入式系统通常是一个资源受限的系统，因此 直接在嵌入式系统的硬件平台上编写软件比较困难， 有时候甚至是不可能的。模式的特点：目前一般采用的解决办法是首先在通用 计算机上编写程序，然后通过交叉编译生成目标平台 上可以运行的二进制代码格式，最后再下载到目标平台上的特定位置上运行。 1 嵌入式系统的开发方法l概念：Cross需要交叉开发环境（Cross Development Environment）的支持是嵌入式应用软件开发时的一 个显著特点，交叉开发环境是指编译、链接和调试嵌 入式应用软件的环境，它与运行嵌入式应用软件的环 境有所不同，通常采用宿主机目标机模式

11、，如下图所示。 1 嵌入式系统的开发方法lCross的图示1 嵌入式系统的开发方法l构成之一：宿主机（Host）是一台通用计算机（如PC机或者工作 站），它通过串口或者以太网接口与目标机通信。宿主机的软硬件资源比较丰富，不但包括功能强大的 操作系统（如Windows和Linux），而且还有各种各样 优秀的开发工具（如WindRiver的Tornado、 Microsoft的Embedded Visual C+等），能够大大提高嵌入式应用软件的开发速度和效率。 1 嵌入式系统的开发方法l构成之二目标机（Target）一般在嵌入式应用软件开发期间使 用，用来区别与嵌入式系统通信的宿主机它可以是嵌入

12、式应用软件的实际运行环境，也可以是 能够替代实际运行环境的仿真系统，但软硬件资源通常都比较有限。 1 嵌入式系统的开发方法l相关工具：嵌入式系统的交叉开发环境一般包括交叉编译器、交 叉调试器和系统仿真器，l其中交叉编译器用于在宿主机上生成能在目标机上运 行的代码，l而交叉调试器和系统仿真器则用于在宿主机与目标机 间完成嵌入式软件的调试。1 嵌入式系统的开发方法l过程：在采用宿主机目标机模式开发嵌入式应用软件 时，l首先利用宿主机上丰富的资源和良好的开发环境 开发和仿真调试目标机上的软件，l然后通过串口或者以太网络连接将交叉编译生成 的目标代码传输并装载到目标机上，l并在监控程序或者操作系统的支

13、持下利用交叉调 试器进行分析和调试，l最后目标机在特定环境下脱离宿主机单独运行。1 嵌入式系统的开发方法l建立交叉开发环境是进行嵌入式软件开发的第 一步，目前常用的交叉开发环境主要有开放和商业两 种类型。l开放的交叉开发环境的典型代表是GNU工具链 、目前已经能够支持x86、ARM、MIPS、 PowerPC等多种处理器。l商业的交叉开发环境则主要有Metrowerks CodeWarrior、ARM Development Software Toolkit、SDS Cross compiler、WindRiver Tornado、Microsoft Embedded Visual C+ 等。

14、 l一个e.g.软件 开发 流程2 NFS简介lNFS是Net File System的简写,即网络文件系统。l网络文件系统是很多类Unix操作系统支持的文件系 统中的一种。 NFS允许一个系统在网络上与它人共 享目录和文件。通过使用NFS，用户和程序可以象访 问本地文件一样访问远端系统上的文件。2 NFS简介l在嵌入式Linux 的开发过程中，开发者需要 在宿主机上进行所有的软件开发，交叉编译 后，通用FTP方式将可执行文件下载到嵌入式 系统运行，但这种方式不但效率低下，且无 法实现在线的调试。因此，可以通过建立NFS ，把宿主机上的特定分区共享到待调试的嵌 入式目标系统上，在线对程序进行调

15、试和修 改，大大的方便了软件的开发。3 配置嵌入式Linux的NFS开发环境 l嵌入式Linux的NFS开发环境的实现包括两个 方面：一是宿主机的NFS服务器支持；二是嵌 入式目标系统的NFS客户端的支持。因此， NFS开发环境的建立需要配置linux服务器端 和嵌入式目标系统端。3 配置嵌入式Linux的NFS开发环境 lNFS服务器的配置l以root 身份登陆Linux 服务器，编辑/etc 目录下的共享目录配置文件 exports，指定共享目录及权限等。 l执行如下命令编辑文件/etc/exports： l# vi /etc/exports l在该文件里添加如下内容： l/home/wo

16、rk 192.168.0.*（rw,sync,no_root_squash） l然后保存退出。 l添加的内容表示：允许ip 地址范围在192.168.0.*的计算机以读写的权限来访 问/home/work 目录。 l/home/work 也称为服务器输出共享目录。 l括号内的参数意义描述如下： lrw：读/写权限，只读权限的参数为ro； lsync：数据同步写入内存和硬盘，也可以使用async，此时数据会先暂存于内 存中，而不立即写入硬盘。 lno_root_squash：NFS 服务器共享目录用户的属性，如果用户是 root，那么 对于这个共享目录来说就具有 root 的权限。 3 配置嵌入式Linux的NFS开发环境l最后执行如下命令启动NFS服务，此时NFS会激活守护进程，然 后就开始监听Client端的请求： l# /etc/rc.d/init.d/nfs start l在NFS服务器启动后，还需要检查宿主机