CN100561990C - 一种数字家庭网关装置及其处理方法 - Google Patents

一种数字家庭网关装置及其处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字家庭网关装置,包括FTTH接口模块、数据包判断模块、主控制模块、特殊数据包模块和内部接口模块;所述FTTH接口模块与数据包判断模块相连;数据包判断模块分别与主控制模块和特殊数据包模块相连;主控制模块和特殊数据包模块均连接到内部接口模块上。本发明还公开了一种数字家庭网关装置的数据处理方法。本发明采用FTTH接入技术和特殊数据包处理技术,能够保证为每个用户提供较高的服务带宽,满足用户对特殊家庭网络服务低时延的需求,提高了效率,同时避免了数据阻塞,保证了业务质量。有效解决了带宽、多种数据流的处理等方面的问题,满足了用户日益增长的网络业务需求。

Description

一种数字家庭网关装置及其处理方法
技术领域
本发明涉及一种网络通讯技术,尤其涉及一种数字家庭中的家庭网关装置及其数据信息的处理方法。
背景技术
随着数字家庭网络的发展,家庭网关的作用也日益重要。作为连接智能家庭网络和外部接入网的桥梁,家庭网关既负责家庭内部对公网的访问和交互,又负责用户从公网上对家庭网络的访问和控制,另外还需要负责家庭内部设备的互连互控等操作。
传统的家庭网关只是作为家庭网络和外部公网的连接设备。随着数字家庭网络的发展,用户的业务需求已不再满足于简单的上网,而是变成了集数据、语音和视频业务于一体的综合业务接入需求。此时,传统的家庭网关在带宽的提供、多种数据流的处理方面已捉襟见肘。特别是视频点播、网络游戏和IPTV等高带宽业务,需要减少时延,保证业务质量。因此,目前传统的家庭网关已难以满足这方面的需求,需要构建一种能够提供高带宽、并具有特殊数据包处理功能的新型家庭网关,才能够有效地保证业务质量,同时防止高带宽业务造成家庭网络的阻塞,从而满足用户的业务需求。
所谓特殊数据包处理技术,是对传送到家庭网络内部的特殊数据包,不需要经过主控制器的处理而直接发送给目标设备的技术。但目前传统的家庭网关只是对数据包进行简单的业务识别,再将数据包发送出去,不具有直接转发特殊数据包的能力,因而难以满足视频点播、网络游戏和IPTV等业务对高带宽、低时延的需求。
随着数字家庭网络的发展,对家庭网关的研究也变得日益重要,这方面也出了很多成果,但是大多数研究是将家庭网关发展成为汇聚各种网络业务的智能化设备,因此都在内部接口方面下功夫,而忽略了外部接口以及特殊数据包处理功能,因此仍然不能够很好地解决日益凸显的网络业务问题,难以适应网络信息技术的快速发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种能够保证为每个用户提供较高的服务带宽,同时满足用户对特殊家庭网络服务低时延需求的数字家庭网关装置,以有效解决带宽、多种数据流的处理等方面的问题,满足用户日益增长的网络业务需求。本发明的另一目的在于提供一种数字家庭网关装置的数据处理方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
本发明提供的一种数字家庭网关装置,包括
主控制模块,用于对数据包实施转换、转发和监控功能;
内部接口模块,用于连接家庭内部网络中对应的各种目标家电设备;
其特征在于:
所述主控制模块是针对普通数据包进行操作的;
所述数字家庭网关装置还包括:
FTTH接口模块,通过FTTH接入技术连接外部公共网络以接收公网数据包;
数据包判断模块,用于判断外部公共网络与家庭内部网络之间传输的数据包,通过IP地址和服务类型字段进行判断;
特殊数据包模块,用于对家庭内部网络和外部公共网络之间的特殊数据包进行转发,使其无需通过主控制模块的处理而直接发送到目标端口;该模块包括以下子模块:
标识数据包子模块,用于对经过数据包判断模块处理后的数据包进行标识,并将标识信息存储在数据包中,这样数据包不需要经过主控制模块,直接进入下一步处理;
转发数据包子模块,用于对特殊数据包进行直接转发;
所述FTTH接口模块与数据包判断模块相连;数据包判断模块分别与主控制模块和特殊数据包模块相连;主控制模块和特殊数据包模块均连接到内部接口模块上。
FTTH(Fiber To The Home,光纤到户)接入技术增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性,放宽了对环境条件和供电等的要求,简化了维护和安装,具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力。目前,采用ADSL接入技术的传统家庭网关只能满足10Mbit/s以下的带宽。而本发明装置采用FTTH作为接入网络的接口,能够给每个用户提供100Mbps到1Gbps的服务带宽,同时对家庭内的媒体流进行汇聚,这样不仅可以提供网络浏览一类的业务,还可以进行媒体流的汇聚,如视频点播、视频广播、通信服务、网络游戏、用户节目预定等,从而增强了可用性,能够满足用户的业务需求。
本发明装置的主控制模块负责完成对普通数据包的转换、转发和监控等功能。当从外部公共网络接收的数据包由数据包判断模块确定为特殊数据包时,该数据包可以不经过主控制模块的处理,而是利用特殊数据包处理模块直接将数据包由外部公共网络发送到家庭内部网络中,再转发给目标设备,从而实现了数据包跨越传输,减少了时延和网络阻塞。
为防止断电等意外情况所造成的数据丢失,并节省操作时间,本发明装置还包括存储模块,用于存储数据包相关信息和数据包判断信息,以便具有相同信息的数据包发送到来时不再经过判断而直接进入下一处理过程;该存储模块分别与FTTH接口模块、数据包判断模块以及特殊数据包模块相连接。本发明装置的存储模块具体地可以通过以下子模块实现上述功能:(1)数据包信息子模块,用于存储数据包信息,当信息意外丢失时可以调用该模块中存储的信息;(2)判断信息子模块,用于存储数据包判断后的信息,在具有相同信息(如相同的IP地址或相同的服务类型字段)的数据包发送到来时可以不再经过判断而直接进入下一处理过程。
主控制模块负责完成对普通数据包的操作,具体地包括以下子模块:
(1)数据包处理子模块,用于对数据包进行网络地址转换(NAT,Network AdressTranslation)处理。由于在同一住家中的所有目标设备在家庭内部网络中拥有各自不同的私有IP地址,而在外部公共网络中具有相同的公共IP地址。因此,需要通过该数据包处理子模块的NAT功能,实现公共IP地址和私有IP地址的互相转换,从而使数据包能够在外部公共网络和家庭内部网络的目标设备之间正常传输使用。
(2)转发数据包子模块,用于将处理后的数据包在外部公共网络和家庭内部网络中的目标设备之间进行传输。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现:
本发明提供的一种数字家庭网关装置的数据处理方法,包括以下步骤:
a)通过FTTH接口接收来自外部公共网络的数据包;
b)通过IP地址和服务类型字段判断所接收的数据包;
c)是否为特殊数据包,如果是,则转到步骤e);如果不是,则为普通数据包,并继续下面的步骤;
d)将数据包发送到主控制器,由主控制器对数据包进行处理;转到执行步骤g);
e)判断数据包是否已经标识,如果没有标识,则继续下面的步骤;如果已经标识,则转到步骤g);
f)标识数据包,并存储标识信息到数据包,以便数据包不经过判断直接进入下一步处理而节省时间;
g)发送数据包到目标设备,从而完成一次数据包的传送。
本发明方法还可采取如下进一步措施:将步骤a)中接收的数据包的相关信息存储在存储器中;将步骤b)中判断数据包所获得的判断信息存储在存储器中;所述步骤a)接收数据包后查看存储器中是否已有数据包的判断信息,如果有,则转到步骤g),即根据判断信息发送数据包到目标设备,从而完成一次数据包的传送;如果没有,则继续下面的步骤。这样,当信息意外丢失时可以调用所存储的数据包相关信息。同时,可以简化操作步骤、节省操作时间。
本发明具有以下有益效果:
(1)具有特殊数据包处理功能,实现了数据包跨越传输,使得特殊数据包可以不经过主控制器的处理而直接发送到家庭内部网络中,再转发给目标设备,从而提高了效率,减少了时延,同时避免了数据阻塞,保证了业务质量。
(2)采用FTTH接入技术,为每个用户提供了较高的服务带宽,同时能够对家庭内的媒体流进行汇聚,如视频点播、视频广播、通信服务、网络游戏、用户节目预定等,增强了可用性,满足了用户的业务需求。
(3)能够适应网络信息技术的快速发展,有效地解决了由此带来的带宽、多种数据流的处理等方面的网络业务问题,有助于推动数字家庭网络的应用、普及和发展。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述:
图1是本发明实施例数字家庭网关装置的结构原理框图;
图2是本发明实施例数字家庭网关装置的工作流程框图;
图3是本发明实施例的应用示意图。
具体实施方式
图1~图3所示为本发明的实施例。如图1所示,本发明实施例的数字家庭网关装置包括以下组成:FTTH接口模块、数据包判断模块、存储模块、主控制模块、特殊数据包模块和内部接口模块。使用本实施例家庭网关装置,可以通过以太网交换机将网络划分为两个VLAN(Virtual Local Area Network,虚拟局域网),VLAN A对应外部公共网络,VLAN B对应家庭内部网络。
1、FTTH接口模块
通过FTTH接入技术连接外部公共网络以接收公网数据包。可以通过FTTH的光纤接口与外部公共网络相连。
2、数据包判断模块
用于判断外部公共网络与家庭内部网络之间传输的数据包,主要通过IP地址和服务类型字段进行判断。
3、存储模块
用于存储数据包相关信息和数据包判断信息,以便具有相同信息的数据包发送到来时不再经过判断而直接进入下一处理过程。具体地包括以下子模块:
(1)数据包信息子模块,用于存储数据包信息,当信息意外丢失时可以调用该模块中存储的信息。
(2)判断信息子模块,用于存储数据包判断后的信息,在具有相同信息(如相同的IP地址或相同的服务类型字段)的数据包发送到来时可以不再经过判断而直接进入下一处理过程。
4、主控制模块
负责对普通数据包的操作,用于对数据包实施转换、转发和监控功能。由以下子模块构成:
(1)数据包处理子模块,用于对数据包进行网络地址转换(NAT,Network AdressTranslation)处理。在同一住家中的所有目标设备在家庭内部网络中拥有各自不同的私有IP地址,而在外部公共网络中具有相同的公共IP地址。因此,当数据包从外部公共网络发送到家庭网络中时,需要通过家庭网关中的主控制模块中数据包处理子模块的NAT功能,将公共IP地址转换成私有IP地址,从而使数据包在家庭内部网络中进行传输。反之,当数据包从家庭内部网络发送到外部公共网络时,NAT功能将私有IP地址转换成公共IP地址,使其在外部公共网络上正常使用。
(2)转发数据包子模块,用于将处理后的数据包在外部公共网络和家庭内部网络中的目标设备之间进行传输。当数据包为普通数据包时,则先到达VLAN A(对应于外部公共网络)中,再传送到主控制模块,经过处理后(如网络地址转换),再转发给VLAN B(对应于家庭内部网络),根据不同的端口号传给相对应的目标设备。
5、特殊数据包模块
用于对家庭内部网络和外部公共网络之间的特殊数据包进行转发,使其无需通过主控制器的处理,而是利用VLAN技术,以及IGMP snooping、IGMP Proxy等协议,直接将数据包由外部公共网络发送到家庭网络中,再转发给目标设备,减少了时延和网络阻塞。具体地由以下子模块构成:
(1)标识数据包子模块,用于对经过数据包判断模块处理后的数据包进行标识,并将标识信息存储在数据包中,这样数据包就可以不经过数据包判断模块,直接进入下一步处理。
(2)转发数据包子模块,用于对特殊数据包进行直接转发。当数据包为特殊数据包时,则到达VLANA(对应于外部公共网络)后,不需要再传送到主控制模块,直接发送到VLAN B(对应于家庭内部网络)中,再根据不同的端口号传给相对应的目标设备。例如特殊数据包,如发送给IPTV服务的组播数据包,其跨越传输可以通过IGMP snooping和IGMP Proxy两种协议来实现,即通过IGMP组播地址和VLAN的对应表的对应关系,将收到的组播数据包发送给对应的VLAN成员。
6、内部接口模块
用于连接家庭内部网络中对应的各种目标家电设备。这些接口包括以太网接口、蓝牙接口、IEEE 1394接口、HomeRF接口、HomePNA接口等,通过与对应的家电设备相连,从而实现家庭网关的功能。
如图1所示,FTTH接口模块与数据包判断模块和存储模块相连;数据包判断模块分别与存储模块、主控制模块和特殊数据包模块相连;存储模块还连接到特殊数据包模块上;主控制模块和特殊数据包模块均连接到内部接口模块上。
如图2所示,本实施例的一种数字家庭网关装置的数据处理方法,其步骤如下:
a)通过FTTH接口接收来自外部公共网络的数据包,并将数据包的相关信息存储在存储器中;查看存储器中是否已有数据包的判断信息,如果有,则转到步骤e),即根据判断信息发送数据包到目标设备,从而完成一次数据包的传送;如果没有,则继续下面的步骤;
b)通过IP地址和服务类型字段判断所接收的数据包;并将判断信息存储在存储器中;
c)是否为特殊数据包,如果是,则转到步骤f);如果不是,则为普通数据包,并继续下面的步骤;
d)将数据包发送到主控制器,由主控制器对数据包进行处理;
e)将数据包发送到目标设备,从而完成一次数据包的传送;
f)判断数据包是否已经标识,如果没有标识,则继续下面的步骤;如果已经标识,则转到步骤h);
g)标识数据包,并存储标识信息到数据包,以便数据包可以不经过判断直接进入下一步处理而节省时间;
h)发送数据包到目标设备,从而完成一次数据包的传送。
例如,在一个采用FTTH接入技术的家庭网络中,如图3所示,一个住家同时拥有几台电视、电话、个人电脑、打印机、投影仪等设备。
在家庭网络中,根据设备的不同可以分为几个虚拟子网,把相对独立的功能加以隔离。根据家庭网络业务的划分,可以把通信、娱乐以及控制分别划分到不同的虚拟子网中,对于控制一类的业务可以分别加以调用,所有这些虚拟子网可以通过家庭网关进行互联。这样,既可以同步提供不同的服务,分别加以管理,又可以实现家庭网络内部不同设备的通信。
当用户发出IPTV服务请求时,家庭网关将请求传送到外部公共网络上,由IPTV服务器处理请求,反馈信息通过FTTH连接到家庭网关。家庭网关判断出该数据包为特殊数据包,则不经过主控制器的处理,直接发送给目标设备,用户便可以观看节目了。如果一个家庭网络中有多个用户同时发出IPTV服务请求,则家庭网关可以采用在家庭网络内广播的方式,发送给每个用户,用户根据自己的需求进行频道切换,互相不受影响。
此时,若家庭网络内的用户通过电脑与外部公共网络联系,外部公共网络的数据包发送到家庭网关,家庭网关判断为普通数据包,则由主控制模块对数据包进行转换地址等工作,再通过FTTH接口发送到家庭内部网络上,由路由器传送给目标端口。反馈信息则以相反的方向发送到FTTH接口端,再通过家庭网关以同样的方式发送到外部公共网络上。

Claims (6)

1、一种数字家庭网关装置,包括
主控制模块,用于对数据包实施转换、转发和监控功能;
内部接口模块,用于连接家庭内部网络中对应的各种目标家电设备;
其特征在于:
所述主控制模块是针对普通数据包进行操作的;
所述数字家庭网关装置还包括:
FTTH接口模块,通过FTTH接入技术连接外部公共网络以接收公网数据包;
数据包判断模块,用于判断外部公共网络与家庭内部网络之间传输的数据包,通过IP地址和服务类型字段进行判断;
特殊数据包模块,用于对家庭内部网络和外部公共网络之间的特殊数据包进行转发,使其无需通过主控制模块的处理而直接发送到目标端口;该模块包括以下子模块:
标识数据包子模块,用于对经过数据包判断模块处理后的数据包进行标识,并将标识信息存储在数据包中,这样数据包不需要经过主控制模块,直接进入下一步处理;
转发数据包子模块,用于对特殊数据包进行直接转发;
所述FTTH接口模块与数据包判断模块相连;数据包判断模块分别与主控制模块和特殊数据包模块相连;主控制模块和特殊数据包模块均连接到内部接口模块上。
2、根据权利要求1所述的数字家庭网关装置,其特征在于:还包括存储模块,用于存储数据包相关信息和数据包判断信息,以便具有相同信息的数据包发送到来时不再经过判断而直接进入下一处理过程;该存储模块分别与FTTH接口模块、数据包判断模块以及特殊数据包模块相连接。
3、根据权利要求2所述的数字家庭网关装置,其特征在于:所述存储模块包括:
数据包信息子模块,用于存储数据包信息,当信息意外丢失时可以调用该模块中存储的信息;
判断信息子模块,用于存储数据包判断后的信息,在具有相同信息的数据包发送到来时可以不再经过判断而直接进入下一处理过程。
4、根据权利要求1或2或3所述的数字家庭网关装置,其特征在于:所述主控制模块包括:
数据包处理子模块,用于对数据包进行网络地址转换处理;
转发数据包子模块,用于将处理后的数据包在外部公共网络和家庭内部网络中的目标设备之间进行传输。
5、一种数字家庭网关装置的数据处理方法,其特征在于包括以下步骤:
a)通过FTTH接口接收来自外部公共网络的数据包;
b)通过IP地址和服务类型字段判断所接收的数据包;
c)是否为特殊数据包,如果是,则转到步骤e);如果不是,则为普通数据包,并继续下面的步骤;
d)将数据包发送到主控制器,由主控制器对数据包进行处理;转到执行步骤g);
e)判断数据包是否已经标识,如果没有标识,则继续下面的步骤;如果已经标识,则转到步骤g);
f)标识数据包,并存储标识信息到数据包,以便数据包不经过判断直接进入下一步处理而节省时间;
g)发送数据包到目标设备,从而完成一次数据包的传送。
6、根据权利要求5所述的数字家庭网关装置的数据处理方法,其特征在于:将步骤a)中接收的数据包的相关信息存储在存储器中;将步骤b)中判断数据包所获得的判断信息存储在存储器中;所述步骤a)接收数据包后查看存储器中是否已有数据包的判断信息,如果有,则转到步骤g),即根据判断信息发送数据包到目标设备,从而完成一次数据包的传送;如果没有,则继续下面的步骤。
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