基于BCM63168的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)及性能測試.pdf

1、近幾年來,隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬和上網(wǎng)人數(shù)成倍的增長,網(wǎng)絡(luò)商機(jī)已經(jīng)慢慢開始蔓延到家庭服務(wù)這一塊,而在其中扮演關(guān)鍵角色的是正是家庭網(wǎng)關(guān)。家庭網(wǎng)關(guān),又稱為住宅網(wǎng)關(guān)。它是一個(gè)集中式智能設(shè)備,將家庭外部的網(wǎng)絡(luò)和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來,使用戶能夠獲得各種服務(wù)(包括現(xiàn)有的服務(wù)和未來可能出現(xiàn)的服務(wù))的平臺(tái)?，F(xiàn)有服務(wù)包括因特網(wǎng),數(shù)字電話,路由管理,數(shù)字電視,交互形式的娛樂服務(wù)等,將來還可能延伸到廣告分發(fā)服務(wù)。此外,還要可以對(duì)家庭中的各中智能設(shè)備進(jìn)行管理,以滿足用戶

2、特定的需求。
　　隨著服務(wù)越來越多樣化,且對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求也越來越高,這時(shí)能夠提供高速高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)連接就成為家庭網(wǎng)關(guān)的必需。另外,目前在世界上很多國家和地區(qū)的運(yùn)營商都擁有數(shù)字用戶線路網(wǎng)絡(luò)。因此,設(shè)計(jì)一款基于數(shù)字用戶線路網(wǎng)絡(luò),并能夠提供高速,高質(zhì)量的家庭網(wǎng)關(guān),就變的很有價(jià)值。本課題就是在BCM63168芯片的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出一個(gè)高速的數(shù)字用戶線路網(wǎng)絡(luò)的家庭網(wǎng)關(guān)。BCM63168芯片是一款高性能的、多媒體多服務(wù)、ADSL2+/VDSL2路

3、由芯片。主要做了以下工作:
　　首先,分析家庭網(wǎng)關(guān)的功能需求,制定總體設(shè)計(jì)方案以及嵌入式系統(tǒng)常用的分層架構(gòu)模式。模型包括:圖形接口(家庭網(wǎng)關(guān)與普通用戶交互接口)、圖形接口控制(使得圖形接口可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)無關(guān)性)、組件庫(服務(wù)、中間件以及通信件)、核心層、基礎(chǔ)設(shè)施層(外設(shè)功能模塊、元器件)。圖形接口用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。圖形接口控制使得圖形接口與系統(tǒng)無關(guān)。組件庫的服務(wù)包括NAT、DNS、DHCP、放火墻等等。核心層的功能主要是實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò)

4、之間的傳輸?；A(chǔ)設(shè)施層的元器件是外部設(shè)備的高度抽象,比如交換機(jī)、無線設(shè)備、HPNA設(shè)備、VOIP設(shè)備。元器件的選擇遵守以下原則:普遍性原則、向上兼容原則、高性價(jià)比原則、資源節(jié)約原則、可替代原則。
　　其次,對(duì)家庭網(wǎng)關(guān)的硬件連接和軟件框架內(nèi)的各層進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)方面,主要是根據(jù)需求,仔細(xì)閱讀芯片的參考手冊和寄存器詳細(xì)說明,使用塊圖實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的模型,包括主芯片與外部交換機(jī)連接、DSL綁定、GPIO端口分配。軟件設(shè)計(jì)方面,按照從

5、邊界到內(nèi)部,從下向上的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。人機(jī)交互界面是與外部直接打交道的地方,所以這部分非常重要,設(shè)計(jì)過程中使用了B/S架構(gòu)模式。此外,考慮到移動(dòng)設(shè)備(智能手機(jī))已經(jīng)很普及的情況下,增加很友好的移動(dòng)設(shè)備圖形界面,也變的非常迫切和必不可少。這部分主要是利用重組與模塊化的方式對(duì)現(xiàn)有的圖形界面進(jìn)行擴(kuò)充與調(diào)整。中間層的設(shè)計(jì)方法是,先分析每一層的功能,然后應(yīng)用各種設(shè)計(jì)模式設(shè)計(jì)中間層組件,用面向?qū)ο蟮姆绞綄?shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)部分,采用嵌入式架構(gòu)下典型

6、的數(shù)據(jù)集中、樹型方式對(duì)其管理。
　　最后,利用基于IP基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)的iXIA測試系統(tǒng)和微軟的Media Room系統(tǒng)對(duì)這款家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行功能和性能測試。測試用例包括LAN端到WAN端,WIFI到LAN與WAN端,HPNA到LAN與WAN端,IPTV,BT,PPPStream等。
　　本文研究的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備已經(jīng)開發(fā)完成并且投入使用,在數(shù)字用戶線路網(wǎng)絡(luò)上能夠提供下行近百兆的帶寬,且對(duì)移動(dòng)設(shè)備的友好方面開創(chuàng)了在這一領(lǐng)域的先趨。此外