一种带电力线通信功能的家庭网关设备

摘要

本发明公开了一种带电力线通信功能的家庭网关设备，包括网络侧宽带接入模块、网络交换芯片模块和有线以太网模块；它还包括电力线通信模块：与网络交换芯片模块相连接，用于将宽带信号调制生成能够在电力线上传输的电力线载波信号并将该电力线载波信号发送到分布于室内各处的市电电源的接电位置处，电力线通信模块还接收分布于室内各处的市电电源的接电位置处向电力线上传送的电力线载波信号并从电力线载波信号中解调出宽带信号，实现宽带信号与电力线载波信号的协议、介质互转换。本发明，在家庭网关设备的用户侧接口中增加了电力线通信接口，为家庭用户提供基于有线以太网、WiFi无线网络和电力线网络的室内宽带网络全覆盖服务。

说明书

技术领域

本发明涉及一种网关，具体涉及一种带电力线通信功能的家庭用网关。

背景技术

随着宽带上网技术的普及，家庭上网用户快速增长，人们对于视频点播、 网络游戏、交互式IPTV（Interactive Personal TV，个性化互动电视）的 要求越来越高，对网络的要求也越来越高。随着物联网（The Internet of  things）信息化时代的来临，各种信息家电也需要通过宽带网络实现信息交 互，如：室内监控摄像头通过宽带网络实现用户远程监控，电视机通过宽带 网络实现IPTV视频的播放。由于用户对于室内网络布点的需求具有随机性， 室内预布署的网络点已经无法满足各类信息家电对于宽带网络的“随时随 地”的需求，因此家庭用户对于室内宽带网络部署提出了全宽带覆盖（Full  broadband coverage）的需求。

家庭网关设备（Home gateway）是家庭内部网络与外部运营宽带网络的 桥梁和纽带，家庭网关设备实现了用户通过宽带方式 （ADSL/VDSL/LAN/EPON/GPON/3G/LTE）接入到外部网络，实现家庭内部信息 与家庭外部信息通过宽带交换。家庭网关设备与外部网络的接口称为网络侧 接口，家庭网关设备对内部的接口称为用户侧接口，电力线通信技术（Power  Line Communication）是将宽带信号调制、耦合到电力线上，使用电力线传 输宽带信号，实现宽带通信的技术。目前存在的问题是：家庭网关设备只能 够提供室内有限数量的宽带信息点，家庭网关设备内置的WiFi无线信号仅 能够覆盖有限范围，无法实现穿墙覆盖，家庭网关设备无法实现室内宽带网 络全覆盖，无法满足信息家电对于室内宽带网络全覆盖的需求。

发明内容

本发明所要解决的问题是现有家庭网关设备无法实现室内宽带网络全 覆盖，无法满足信息家电对于室内宽带网络全覆盖的需求。为了解决上述 技术问题，本发明提供了一种带电力线通信功能的家庭网关设备，它包括 网络侧宽带接入模块1、网络交换芯片模块2和有线以太网模块3；

所述网络侧宽带接入模块1：实现网络侧通信服务的宽带接入；

所述网络交换芯片模块2：与网络侧宽带接入模块1相连接，实现网络 交换芯片模块2与外部宽带网络的物理层匹配、线路驱动和协议转换；

所述有线以太网模块3：与网络交换芯片模块2相连接，实现用户侧以 太网接口协议转换并与室内以太网完成通信信号的交互传送；

它还包括电力线通信模块4：与网络交换芯片模块2相连接，用于将宽 带信号调制生成能够在电力线上传输的电力线载波信号并将该电力线载波 信号发送到分布于室内各处的市电电源的接电位置处，电力线通信模块4 还接收分布于室内各处的市电电源的接电位置处向电力线上传送的电力线 载波信号并从电力线载波信号中解调出宽带信号，实现宽带信号与电力线 载波信号的协议、介质互转换。

在上述方案中所述有线以太网模块3包含四个百兆以太网接口PHY，外 部通过一个四口百兆变压器连接到RJ45插座。

在上述方案中它还包括嵌入式处理器5，所述嵌入式处理器5的VoIP 电话接口模块APM、USB接口模块、WiFi无线接口模块PCIE分别连接VoIP 电话模块6、USB模块7和WiFi模块8，所述嵌入式处理器5为网络处理器， 完成网络侧宽带接入模块1、网络交换芯片模块2、有线以太网模块3、VoIP 电话模块6、WiFi模块8、USB模块7和电力线通信模块4的初始化配置、 软件驱动、信号调度、网络转发加速、三层网络数据转发、VoIP电话协议 或网络侧宽带接入认证流程、用户设备WiFi接入鉴权流程、用户侧DHCP 服务。

在上述方案中网络侧宽带接入模块1上实现网络侧通信服务的宽带接 入接口包括ADSL、VDSL、LAN、EPON、GPON、3G或LTE接口。

在上述方案中电力线通信模块(4)中包含加密和解密模块，用于对通信 数据进行加密和解密运算，电力线通信模块(4)通过对码按键发出的信号码 实现与工作在同一电力线网络上的其它通信设备统一通信密码的过程。

在上述方案中所述WiFi模块8与嵌入式处理器5通过Mini PCIE2.0 接口连接，提供支持802.11n协议的WiFi无线应用。

在上述方案中电力线通信模块4实时对接收到的电力线载波信号质量 进行检查，并且根据电力线载波信号质量的检查结果向用户提出电力线联 网质量指示。

在上述方案中市电电源的接电位置处设置有市电电源模块9，通过市电 电源模块9把需要发送的电力线通信载波信号注入到市电插座及所连接的 电力线网络，实现电力线载波信号的发送工作；市电电源模块9还完成从 外部电力线网络分离出电力线通信载波信号，实现电力线载波信号的接收 工作。

本发明基于电力线通信技术和家庭网关技术，可以满足家庭网关用户 对宽带业务应用的要求，同时可以满足宽带业务管理的要求。本发明设备 可以同时提供有线以太网、WiFi无线网络和电力线网络，可以实现家庭内 部的全宽带网络覆盖，改善室内宽带网络布局，为用户信息家电提供宽带 业务应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的功能框图；

图3为本发明的软件架构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做出详细的说明。

实施例1：本实施例包括网络侧宽带接入模块1、网络交换芯片模块2 和有线以太网模块3；

所述网络侧宽带接入模块1：实现网络侧通信服务的宽带接入；

所述网络交换芯片模块2：与网络侧宽带接入模块1相连接，实现网络 交换芯片模块2与外部宽带网络的物理层匹配、线路驱动和协议转换；

所述有线以太网模块3：与网络交换芯片模块2相连接，实现用户侧以 太网接口协议转换并与室内以太网完成通信信号的交互传送；

本实施例还包括电力线通信模块4：与网络交换芯片模块2相连接，用 于将宽带信号调制生成能够在电力线上传输的电力线载波信号并将该电力 线载波信号发送到分布于室内各处的市电电源的接电位置处，电力线通信 模块4还接收分布于室内各处的市电电源的接电位置处向电力线上传送的 电力线载波信号并从电力线载波信号中解调出宽带信号，实现宽带信号与 电力线载波信号的协议、介质互转换。

在本实施例中，所述有线以太网模块3包含四个百兆以太网接口PHY 功能部分，外部通过一个四口百兆变压器连接到RJ45插座，提供以太网有 线应用。

实施例2：本实施例在实施例1的基础上，增加了嵌入式处理器5，所述 嵌入式处理器5的VoIP电话接口模块APM、USB接口模块、WiFi无线接口 模块PCIE分别连接VoIP电话模块6、USB模块7和WiFi模块8，所述嵌入 式处理器5为网络处理器，可以完成网络侧宽带接入模块1、网络交换芯片 模块2、有线以太网模块3、VoIP电话模块6、WiFi模块8、USB模块7和电 力线通信模块4的初始化配置、软件驱动、信号调度、网络转发加速、三层 网络数据转发或VoIP电话协议等基本功能或网络侧宽带接入认证流程、用 户设备WiFi接入鉴权流程、用户侧DHCP服务等家庭网关管理功能。

所述VoIP电话模块6，与嵌入式处理器5连接，实现VoIP电话的线路驱 动；所述WiFi模块8，与嵌入式处理器5连接，实现WiFi基带协议转换和 无线收发驱动；所述USB模块7提供主、从模式的USB外设应用。

本实施例基于宽带技术（ADSL/VDSL/LAN/EPON/GPON/3G/LTE）实现网络 侧宽带接入，用户侧接口包括有线以太网接口、VoIP电话接口、USB接口、 WiFi无线接口和电力线通信接口，为家庭用户提供基于有线以太网、WiFi 无线网络和电力线网络的室内全宽带覆盖服务。

在本实施例中，所述WiFi模块8与嵌入式处理器5通过Mini PCIE2.0 接口连接，提供支持802.11n协议的WiFi无线应用。

本实施例中的语音模块，用于通过内嵌的VoIP协议实现VoIP电话功能， 并提供两路语音输出。所述语音模块包括嵌入式处理器内置的SLAC功能部 分和外部的SLIC芯片部分，SLIC芯片与嵌入式处理器内置的SLAC部分通过 APM接口相连，外部连接到双口RJ11插座，提供两路语音应用。

本实施例中的USB模块，通过嵌入式处理器提供的USB2.0接口，提供 主、从模式的USB2.0接口供外部USB设备应用，接口供电能力可达1000mA。

本实施例中还包括分别与所述嵌入式处理器芯片相连的时钟模块、RESET 模块、FLASH模块、DDR2模块、以及用于系统调测的JTAG模块和UART模块。

本实施例的家庭网关设备支持二层交换和三层路由功能，能够实现语 音、数据、视频在各端口的全速转发。

参见图2所示，本实施例提出的一种带电力线通信功能的家庭网关设备， 具备网络侧功能、核心功能和用户侧功能，其中，网络侧功能包括宽带网络 上联功能，实现对外部网络的接入控制和管理；核心功能包括网络配置管理 功能、QoS功能、安全功能、NAT和地址功能、本地管理功能、TR069远程管 理功能、二层交换功能、路由转发功能、TR069远程管理功能，实现路由、 交换、网络管理和设备维护；用户侧功能包括VoIP语音功能、WiFi功能、 以太网联网功能和电力线接入功能，实现各种用户接口和用户组网。

参见图3所示，本实施例提出的一种带电力线通信功能的家庭网关设备 中，通过嵌入式处理器(5)实现的软件框架分为用户空间和内核空间，其中， 用户空间包括应用层软件，内核空间包括Device器件驱动模块、File System 文件系统模块、Function功能模块和Network网络管理模块。器件驱动模块， 用于完成家庭网关设备上各功能模块（网络侧宽带接入模块、UART模块、网 络PHY模块、DDR2模块、WiFi模块、电话接口模块、USB控制模块、电力线 通信模块）和GPIO的配置驱动。文件系统模块用于完成文件信息的管理和 存储，包括与文件管理有关的软件、被管理的文件以及实施文件管理所需的 数据结构。功能模块用于完成系统启动和复位、系统镜像备份和恢复、设备 管理、看门狗复位、系统标准指令和日志等功能。网络管理模块用于完成WAN 侧接入管理、桥接路由、以太网端口管理、组播、VLAN、NAT、防火墙、ALG 和QoS等功能。

实施例3：在实施例1的基础上，本实施例的电力线通信模块4中包含 加密和解密模块，用于对通信数据进行加密和解密运算，电力线通信模块(4) 通过对码按键发出的信号码实现与工作在同一电力线网络上的其它通信设 备统一通信密码的过程。电力线通信模块4可实现对接收到的电力线载波信 号质量检查，并且根据检查结果向用户提出电力线联网质量指示。电力线通 信模块同时支持多个外部电力线通信设备的接入。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下 作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明 的保护范围之内。