【摘要】由于傳統(tǒng)的有源EOC終端是不帶無(wú)線接入功能，無(wú)法滿足當(dāng)前家庭網(wǎng)用戶日益增長(zhǎng)的無(wú)線接入需求。本文介紹了基于WiFi無(wú)線技術(shù)的有源EOC終端設(shè)備，該設(shè)備主要由EOC終端接入單元和WiFi無(wú)線接入單元兩部分組成，分別采用高通公司的AR7411和AR9331芯片方案構(gòu)建硬件電路。終端內(nèi)嵌Web服務(wù)器，用戶可以通過(guò)Web網(wǎng)管配置終端參數(shù)信息。該設(shè)備具有布線簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活，功能豐富等特點(diǎn)，適用于廣電運(yùn)營(yíng)商最后100米的雙向網(wǎng)改造工程，具有一定的推廣使用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】有源EOC;WiFi技術(shù);廣電運(yùn)營(yíng)商;雙向網(wǎng)改造

Active EOC end point design based on WiFi wireless technology

Guangdong Donyan Network Technologies CO.，LTD ?Lv YuBin

Abstract：Because the traditional active EOC end point（EP） is without wireless access function，which cant meet the home network usersgrowing demand for wireless access network.This paper describes an active EOC EP device based on WiFi wireless technology.The device consists of two parts：EOC EP access unit and WiFi wireless access unit，respectively，using Qualcomm's AR7411 and AR9331 chip solution to build the hardware circuit.The device embeds Web server and the user can configure the EPs parameter information through the Web interface.The device has a feature of simple wiring，flexible application，rich function and can be applied in the radio and television operators final 100 meters bidirectional access network transformation project，which possesses certain values of promotion and application.

Key words：active EOC;WiFi technology;radio and television operator;bidirectional access network transformation

1.引言

近年來(lái)，有源EOC作為廣電運(yùn)營(yíng)商首選的雙向網(wǎng)改造方案，因?yàn)榭梢苑奖愕乩脧V電現(xiàn)有的同軸分配網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)雙向網(wǎng)改造，不需要額外布線，所以備受運(yùn)營(yíng)商們的青睞。目前市面上的有源EOC終端大部分都是不帶WiFi接入功能的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶日益增長(zhǎng)的無(wú)線接入需求[1]。

針對(duì)這個(gè)需求，本文介紹的EOC終端利用AR7411構(gòu)建傳統(tǒng)的有源EOC接入單元，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)信號(hào)在同軸線上的傳輸，同時(shí)利用無(wú)線芯片AR9331集成路由，處理器和控制器一體化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)構(gòu)建無(wú)線路由單元，可以滿足多用戶的無(wú)線接入需求，有效地提升了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。經(jīng)測(cè)試，使用40MHz的信道技術(shù)，滿足802.11n 標(biāo)準(zhǔn)的有源EOC無(wú)線終端，其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)部分的上下行吞吐量均可以達(dá)到90Mbps，完全滿足終端用戶日常無(wú)線寬帶接入需求。

2.有源EOC終端簡(jiǎn)介

有源EOC（Ethernet Over Cable）是利用廣電運(yùn)營(yíng)商的HFC網(wǎng)絡(luò)，在一根同軸電纜上同時(shí)傳輸電視信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的技術(shù)，可以同時(shí)為現(xiàn)有的用戶提供互動(dòng)電視，寬帶上網(wǎng)和VoIP電話服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)融合”常用的接入網(wǎng)技術(shù)方案。如圖1所示，有源EOC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由EOC局端，同軸分配器和EOC終端三部分組成。用于用戶家里的EOC終端俗稱“貓”，終端作為網(wǎng)絡(luò)的被管理者，實(shí)現(xiàn)的是與局端相反的功能，它首先是將同軸網(wǎng)絡(luò)中下發(fā)的混合信號(hào)進(jìn)行高低頻信號(hào)分離，其中87-1000MHz的高頻信號(hào)是CATV電視信號(hào)，5-65MHz是低頻數(shù)據(jù)信號(hào)。高頻信號(hào)直接送往電視機(jī)提供數(shù)字電視業(yè)務(wù)，而低頻信號(hào)經(jīng)過(guò)終端協(xié)議芯片的進(jìn)一步調(diào)制解調(diào)，轉(zhuǎn)變成傳統(tǒng)的以太網(wǎng)線信號(hào)提供寬帶上網(wǎng)或者VoIP電話服務(wù)。

圖1 有源EOC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接圖

圖2 EOC終端接入單元硬件連接框圖

3.終端的硬件設(shè)計(jì)

終端設(shè)備主要由EOC終端接入單元和WiFi無(wú)線接入單元兩部分組成。

3.1 EOC終端接入單元

EOC終端接入單元和傳統(tǒng)的HomePlug AV芯片方案EOC終端電路基本一致，主要功能是對(duì)以太網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，使以太網(wǎng)信號(hào)適合在同軸電纜中傳輸。其硬件連接框圖如圖2所示，主要分成如下四部分：

（1）EOC協(xié)議套件：AR7411+AR1500這部分是高通公司提供的符合IEEE P1901國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的EOC終端芯片方案，是本單元的核心電路，其中AR7411是QAM調(diào)制和解調(diào)雙向以太網(wǎng)信號(hào)，使其轉(zhuǎn)變成適合在同軸電纜上傳輸?shù)纳漕l信號(hào)，如圖2，AR7411的左邊是同軸射頻信號(hào)，右邊是以太網(wǎng)信號(hào)。AR7411周邊8M字節(jié)的SDRAM和2M字節(jié)的FLASH是其正常工作的配套芯片。AR1500是一個(gè)射頻功放，它對(duì)AR7411輸出的射頻信號(hào)進(jìn)行放大，使其輸出電平達(dá)到120dBuV，同軸網(wǎng)絡(luò)傳輸距離>1000米。

（2）百兆網(wǎng)口電路：AR8032是一個(gè)百兆的PHY芯片，其實(shí)現(xiàn)AR7411芯片輸出的MII信號(hào)和百兆以太網(wǎng)口信號(hào)的轉(zhuǎn)換。它是跨接EOC終端接入單元（有線接入部分）和WiFi無(wú)線接入單元（無(wú)線接入部分）的橋梁。

（3）Diplexer：雙工器部分里面包含一個(gè)balun射頻變壓器和一個(gè)65/87MHz分割點(diǎn)的高低通濾波器，變壓器的作用是將AR1500輸出的平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在同軸線上傳輸?shù)牟黄胶庑盘?hào)，濾波器的作用是對(duì)不平衡信號(hào)進(jìn)行高低頻分離，因?yàn)橥S網(wǎng)絡(luò)中下傳的混合信號(hào)既包含低頻的EOC信號(hào)（5-65MHz），又包含高頻CATV信號(hào)（87-1000MHz），是一種頻分復(fù)用方式，所以濾波器需要對(duì)兩者進(jìn)行分離，分別送往EOC協(xié)議套件和電視機(jī)。

（4）電源芯片和復(fù)位電路：電源芯片主要是將終端輸入的DC 12V電壓分別轉(zhuǎn)變成DC 11V、1.2V和3.3V以供各芯片正常使用，復(fù)位電路主要由MAX706芯片構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)本地按鍵復(fù)位或者AR9331看門狗輸出復(fù)位。

3.2 WiFi無(wú)線接入單元

如圖3所示，WiFi無(wú)線接入單元核心芯片是AR9331，它是高通公司推出的專用于2.4GHz無(wú)線路由器平臺(tái)的SoC，在終端其主要實(shí)現(xiàn)如下三部分功能。

圖3 WiFi無(wú)線接入單元硬件連接框圖

（1）4個(gè)百兆LAN口擴(kuò)展。AR9331集成1個(gè)百兆WAN口P4和4個(gè)百兆LAN口P0-P3，其中P4通過(guò)電容耦合的方式連接到AR8032，上聯(lián)EOC終端接入單元，4個(gè)LAN口則通過(guò)百兆網(wǎng)絡(luò)變壓器向下提供4個(gè)百兆以太網(wǎng)端口，用于滿足用戶的寬帶和視頻點(diǎn)播等多業(yè)務(wù)接入。這樣配合圖2的EOC終端接入單元就可以提供傳統(tǒng)有源EOC終端的多以太網(wǎng)口有線接入方案。

（2）無(wú)線接入功能。AR9331內(nèi)部集成符合IEEE 802.11n標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線射頻單元，射頻前端自帶PA和LNA，大大簡(jiǎn)化了外圍射頻電路和PCB LAYOUT難度，在40MHz的信道技術(shù)模式下可以提供150Mbps的帶寬，完全滿足用戶日常無(wú)線接入需求。

（3）AR9331內(nèi)部還集成一個(gè)24K的MIPS處理器，最高主頻可以達(dá)到400MHz，外部配合64M字節(jié)的SDRAM和16M字節(jié)的FLASH可以構(gòu)建最小嵌入式平臺(tái)，為終端內(nèi)嵌Web服務(wù)器提供了必備的硬件條件。

如圖3所示，AR9331的外圍電路還包括電源和看門狗復(fù)位電路。電源電路由1個(gè)AP2953芯片和4個(gè)PNP三極管構(gòu)成，分別產(chǎn)生DC 3.3V，2V和2.5V供各芯片正常工作，AR9331所需的1.2V核心電壓由其內(nèi)部的regulator自行產(chǎn)生。復(fù)位電路部分則采用電壓監(jiān)測(cè)芯片MAX706作為看門狗進(jìn)行監(jiān)測(cè)復(fù)位[2]。

4.終端的Web網(wǎng)管軟件設(shè)計(jì)

4.1 終端的Web網(wǎng)管軟件結(jié)構(gòu)框架

有源EOC無(wú)線終端除了支持傳統(tǒng)廣電MIB庫(kù)的SNMP網(wǎng)管之外，因?yàn)锳R9331內(nèi)部集成MIPS架構(gòu)的CPU，支持MontaVista Linux操作系統(tǒng)，所以我們?cè)诮K端上內(nèi)嵌GoAhead Web服務(wù)器，GoAhead以操作系統(tǒng)子進(jìn)程的方式運(yùn)行，通過(guò)Socket通信，可以與操作系統(tǒng)內(nèi)其它進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)部程序間的相互作用[3]。

圖4 終端Web網(wǎng)管軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

終端Web網(wǎng)管軟件系統(tǒng)框圖如圖4所示，一共可以分成五大部分。

（1）Web模塊。這就是GoAhead Web服務(wù)器提供的Web服務(wù)應(yīng)用程序，用戶通過(guò)瀏覽器可以訪問(wèn)終端設(shè)備，配置終端參數(shù)信息，Web服務(wù)器可以分成前臺(tái)頁(yè)面設(shè)計(jì)和后臺(tái)函數(shù)處理兩大部分[3]。

（2）網(wǎng)管請(qǐng)求接收層。本層解析Web模塊請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，經(jīng)解碼、團(tuán)體名驗(yàn)證、分析得到管理變量在協(xié)議層中對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，再到協(xié)議層相應(yīng)的模塊中設(shè)置或獲取管理變量的值，最后根據(jù)結(jié)果形成響應(yīng)報(bào)文，返回Web模塊的請(qǐng)求。

（3）協(xié)議層。協(xié)議層維護(hù)了終端的當(dāng)前配置和EOC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于Web服務(wù)器端的讀取請(qǐng)求，網(wǎng)管請(qǐng)求接收層將直接從協(xié)議層中提取指定的信息，然后返回。而對(duì)于Web服務(wù)器端的設(shè)置請(qǐng)求，接收層則會(huì)調(diào)用相應(yīng)API層處理函數(shù)來(lái)處理該請(qǐng)求。

（4）AR741X Embedded API&&AR9331 SDK。這一層是高通提供的EOC協(xié)議芯片嵌入式API處理函數(shù)和無(wú)線路由芯片的軟件開發(fā)工具包，主要包括EOC網(wǎng)絡(luò)情況自身診斷的應(yīng)用接口和路由器芯片的以太網(wǎng)端口功能參數(shù)編程接口。

（5）Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核和外設(shè)驅(qū)動(dòng)。這部分維護(hù)了終端的軟件運(yùn)行環(huán)境和硬件接口，建立在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)之上，是其它部分運(yùn)行的基礎(chǔ)，提供與硬件無(wú)關(guān)的應(yīng)用程序運(yùn)行環(huán)境，完成通信鏈路檢錯(cuò)、重發(fā)和故障檢查，為上層提供穩(wěn)定可靠的鏈路層通信，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效。

4.2 嵌入式Web服務(wù)器設(shè)計(jì)

4.2.1 嵌入式Web服務(wù)器前臺(tái)頁(yè)面設(shè)計(jì)

終端的Web頁(yè)面設(shè)計(jì)和普通的GoAhead服務(wù)器頁(yè)面設(shè)計(jì)一致，網(wǎng)頁(yè)采用.asp格式保存，為了讓頁(yè)面更加美觀，允許插入圖片和flash等文件，在某些頁(yè)面中可以添加JavaScript語(yǔ)言進(jìn)行前臺(tái)簡(jiǎn)單處理，以減少后臺(tái)函數(shù)的處理壓力[4]。終端Web網(wǎng)管頁(yè)面如圖5所示。

圖5 終端Web網(wǎng)管頁(yè)面

4.2.2 嵌入式Web服務(wù)器后臺(tái)函數(shù)處理設(shè)計(jì)

后臺(tái)函數(shù)的處理主要分成Web服務(wù)器的配置和Web服務(wù)器的用戶接口兩大部分。配置的主要流程是通過(guò)一些關(guān)鍵函數(shù)設(shè)置好用戶名、密碼、訪問(wèn)路徑、訪問(wèn)首頁(yè)、接口函數(shù)、form接口函數(shù)等，然后用戶接口通過(guò)HTTP協(xié)議與瀏覽器進(jìn)行通訊，把瀏覽器要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)發(fā)給瀏覽器，并將設(shè)置的內(nèi)容通過(guò)接口函數(shù)的方式傳遞給GoAhead服務(wù)器。以下是后臺(tái)函數(shù)處理中比較重要的函數(shù)[5]。

（1）websSetDefaultPage（）;//設(shè)置默認(rèn)主頁(yè)。

（2）websSetDefaultDir（）;//設(shè)置web目錄。（3）umAddUser（）;

//添加用戶和密碼。（4）websAspDefine（）;//為asp腳本提供的接口函數(shù)。（5）websFormDefine（）;//提交form接口函數(shù)。

EOC終端嵌入式Web服務(wù)器后臺(tái)函數(shù)處理流程如圖6所示：

圖6 嵌入式Web服務(wù)器后臺(tái)函數(shù)處理流程

公共網(wǎng)關(guān)接口CGI是GoAhead服務(wù)器與其外部應(yīng)用程序之間的接口，是兩者之間傳遞信息的規(guī)程。如圖6，當(dāng)前端瀏覽器需要讀取或者設(shè)置終端配置參數(shù)的時(shí)候，運(yùn)行在服務(wù)器端的CGI應(yīng)用程序從標(biāo)準(zhǔn)輸入（POST方式）或者環(huán)境變量（GET方式）中讀取傳遞信息，然后根據(jù)解析瀏覽器具體的HTTP請(qǐng)求的結(jié)果分別調(diào)用AR741X和AR9331底層的通用API函數(shù)來(lái)完成用戶的參數(shù)配置，CGI再將回讀到的配置參數(shù)信息傳送給GoAhead服務(wù)器，服務(wù)器返回生成HTTP響應(yīng)消息給客戶端，表示整個(gè)請(qǐng)求任務(wù)已經(jīng)完成。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了基于Wifi技術(shù)的有源EOC無(wú)線終端，重點(diǎn)介紹了終端的硬件結(jié)構(gòu)和Web網(wǎng)管軟件設(shè)計(jì)，將有源EOC同軸接入技術(shù)和無(wú)線接入技術(shù)很好地融合在一起，設(shè)計(jì)出一款適用于廣電雙向網(wǎng)改造的家庭網(wǎng)終端設(shè)備，滿足了有源EOC家庭網(wǎng)用戶無(wú)線寬帶接入的需求，讓有源EOC接入網(wǎng)技術(shù)在家庭網(wǎng)入戶端的使用范圍得到更好地延伸。從我司產(chǎn)品在現(xiàn)網(wǎng)的使用情況來(lái)看，該終端具有較高的性價(jià)比，值得廣電運(yùn)營(yíng)商大力推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]黃德雄.有源EOC的應(yīng)用維護(hù)及故障實(shí)例分析[J].北京：中國(guó)數(shù)字電視，2012，18（9）：52-54.

[2]鄒于豐.MAX706在微處理器系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].天津：儀器儀表用戶，2003，10（4）：49-50.

[3]趙慶磊，韓誠(chéng)山，文明，等.GoAhead嵌入式服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].北京：微計(jì)算機(jī)信息，2011，27（4）：67-69.

[4]吳強(qiáng)，張杰.Web設(shè)計(jì)與開發(fā)—XHTML+CSS+JavaScript+ASP.NET [M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[5]陶飛飛，陳京民，蔡振林，等.Web程序設(shè)計(jì)[M].北京：北京交通大學(xué)出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介：呂育斌（1983—），男，廣東汕頭人，碩士，網(wǎng)絡(luò)工程師，主要研究方向：EPON、EOC數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。