基于WiFi无线技术的有源EOC终端设计

【摘要】由于传统的有源EOC终端是不带无线接入功能，无法满足当前家庭网用户日益增长的无线接入需求。本文介绍了基于WiFi无线技术的有源EOC终端设备，该设备主要由EOC终端接入单元和WiFi无线接入单元两部分组成，分别采用高通公司的AR7411和AR9331芯片方案构建硬件电路。终端内嵌Web服务器，用户可以通过Web网管配置终端参数信息。该设备具有布线简单，应用灵活，功能丰富等特点，适用于广电运营商最后100米的双向网改造工程，具有一定的推广使用价值。

【关键词】有源EOC;WiFi技术;广电运营商;双向网改造

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

近年来，有源EOC作为广电运营商首选的双向网改造方案，因为可以方便地利用广电现有的同轴分配网络资源实现双向网改造，不需要额外布线，所以备受运营商们的青睐。目前市面上的有源EOC终端大部分都是不带WiFi接入功能的，远远不能满足用户日益增长的无线接入需求[1]。

针对这个需求，本文介绍的EOC终端利用AR7411构建传统的有源EOC接入单元，实现以太网信号在同轴线上的传输，同时利用无线芯片AR9331集成路由，处理器和控制器一体化设计的特点构建无线路由单元，可以满足多用户的无线接入需求，有效地提升了无线网络的运行效率。经测试，使用40MHz的信道技术，满足802.11n 标准的有源EOC无线终端，其无线网络部分的上下行吞吐量均可以达到90Mbps，完全满足终端用户日常无线宽带接入需求。

2.有源EOC终端简介

有源EOC（Ethernet Over Cable）是利用广电运营商的HFC网络，在一根同轴电缆上同时传输电视信号和数据信号的技术，可以同时为现有的用户提供互动电视，宽带上网和VoIP电话服务，是实现“三网融合”常用的接入网技术方案。如图1所示，有源EOC网络设备由EOC局端，同轴分配器和EOC终端三部分组成。用于用户家里的EOC终端俗称“猫”，终端作为网络的被管理者，实现的是与局端相反的功能，它首先是将同轴网络中下发的混合信号进行高低频信号分离，其中87-1000MHz的高频信号是CATV电视信号，5-65MHz是低频数据信号。高频信号直接送往电视机提供数字电视业务，而低频信号经过终端协议芯片的进一步调制解调，转变成传统的以太网线信号提供宽带上网或者VoIP电话服务。

图1 有源EOC网络设备连接图

图2 EOC终端接入单元硬件连接框图

3.终端的硬件设计

终端设备主要由EOC终端接入单元和WiFi无线接入单元两部分组成。

3.1 EOC终端接入单元

EOC终端接入单元和传统的HomePlug AV芯片方案EOC终端电路基本一致，主要功能是对以太网信号进行调制和解调，使以太网信号适合在同轴电缆中传输。其硬件连接框图如图2所示，主要分成如下四部分：

（1）EOC协议套件：AR7411+AR1500这部分是高通公司提供的符合IEEE P1901国际标准的EOC终端芯片方案，是本单元的核心电路，其中AR7411是QAM调制和解调双向以太网信号，使其转变成适合在同轴电缆上传输的射频信号，如图2，AR7411的左边是同轴射频信号，右边是以太网信号。AR7411周边8M字节的SDRAM和2M字节的FLASH是其正常工作的配套芯片。AR1500是一个射频功放，它对AR7411输出的射频信号进行放大，使其输出电平达到120dBuV，同轴网络传输距离>1000米。

（2）百兆网口电路：AR8032是一个百兆的PHY芯片，其实现AR7411芯片输出的MII信号和百兆以太网口信号的转换。它是跨接EOC终端接入单元（有线接入部分）和WiFi无线接入单元（无线接入部分）的桥梁。

（3）Diplexer：双工器部分里面包含一个balun射频变压器和一个65/87MHz分割点的高低通滤波器，变压器的作用是将AR1500输出的平衡信号转换成适合在同轴线上传输的不平衡信号，滤波器的作用是对不平衡信号进行高低频分离，因为同轴网络中下传的混合信号既包含低频的EOC信号（5-65MHz），又包含高频CATV信号（87-1000MHz），是一种频分复用方式，所以滤波器需要对两者进行分离，分别送往EOC协议套件和电视机。

（4）电源芯片和复位电路：电源芯片主要是将终端输入的DC 12V电压分别转变成DC 11V、1.2V和3.3V以供各芯片正常使用，复位电路主要由MAX706芯片构成，实现本地按键复位或者AR9331看门狗输出复位。

3.2 WiFi无线接入单元

如图3所示，WiFi无线接入单元核心芯片是AR9331，它是高通公司推出的专用于2.4GHz无线路由器平台的SoC，在终端其主要实现如下三部分功能。

图3 WiFi无线接入单元硬件连接框图

（1）4个百兆LAN口扩展。AR9331集成1个百兆WAN口P4和4个百兆LAN口P0-P3，其中P4通过电容耦合的方式连接到AR8032，上联EOC终端接入单元，4个LAN口则通过百兆网络变压器向下提供4个百兆以太网端口，用于满足用户的宽带和视频点播等多业务接入。这样配合图2的EOC终端接入单元就可以提供传统有源EOC终端的多以太网口有线接入方案。

（2）无线接入功能。AR9331内部集成符合IEEE 802.11n标准的无线射频单元，射频前端自带PA和LNA，大大简化了外围射频电路和PCB LAYOUT难度，在40MHz的信道技术模式下可以提供150Mbps的带宽，完全满足用户日常无线接入需求。

（3）AR9331内部还集成一个24K的MIPS处理器，最高主频可以达到400MHz，外部配合64M字节的SDRAM和16M字节的FLASH可以构建最小嵌入式平台，为终端内嵌Web服务器提供了必备的硬件条件。

如图3所示，AR9331的外围电路还包括电源和看门狗复位电路。电源电路由1个AP2953芯片和4个PNP三极管构成，分别产生DC 3.3V，2V和2.5V供各芯片正常工作，AR9331所需的1.2V核心电压由其内部的regulator自行产生。复位电路部分则采用电压监测芯片MAX706作为看门狗进行监测复位[2]。

4.终端的Web网管软件设计

4.1 终端的Web网管软件结构框架

有源EOC无线终端除了支持传统广电MIB库的SNMP网管之外，因为AR9331内部集成MIPS架构的CPU，支持MontaVista Linux操作系统，所以我们在终端上内嵌GoAhead Web服务器，GoAhead以操作系统子进程的方式运行，通过Socket通信，可以与操作系统内其它进程进行数据传输，从而实现操作系统内部程序间的相互作用[3]。

图4 终端Web网管软件系统结构框图

终端Web网管软件系统框图如图4所示，一共可以分成五大部分。

（1）Web模块。这就是GoAhead Web服务器提供的Web服务应用程序，用户通过浏览器可以访问终端设备，配置终端参数信息，Web服务器可以分成前台页面设计和后台函数处理两大部分[3]。

（2）网管请求接收层。本层解析Web模块请求数据包，经解码、团体名验证、分析得到管理变量在协议层中对应的节点，再到协议层相应的模块中设置或获取管理变量的值，最后根据结果形成响应报文，返回Web模块的请求。

（3）协议层。协议层维护了终端的当前配置和EOC网络拓扑数据结构。对于Web服务器端的读取请求，网管请求接收层将直接从协议层中提取指定的信息，然后返回。而对于Web服务器端的设置请求，接收层则会调用相应API层处理函数来处理该请求。

（4）AR741X Embedded API&&AR9331 SDK。这一层是高通提供的EOC协议芯片嵌入式API处理函数和无线路由芯片的软件开发工具包，主要包括EOC网络情况自身诊断的应用接口和路由器芯片的以太网端口功能参数编程接口。

（5）Linux操作系统内核和外设驱动。这部分维护了终端的软件运行环境和硬件接口，建立在实时多任务操作系统之上，是其它部分运行的基础，提供与硬件无关的应用程序运行环境，完成通信链路检错、重发和故障检查，为上层提供稳定可靠的链路层通信，使系统运行稳定、高效。

4.2 嵌入式Web服务器设计

4.2.1 嵌入式Web服务器前台页面设计

终端的Web页面设计和普通的GoAhead服务器页面设计一致，网页采用.asp格式保存，为了让页面更加美观，允许插入图片和flash等文件，在某些页面中可以添加JavaScript语言进行前台简单处理，以减少后台函数的处理压力[4]。终端Web网管页面如图5所示。

图5 终端Web网管页面

4.2.2 嵌入式Web服务器后台函数处理设计

后台函数的处理主要分成Web服务器的配置和Web服务器的用户接口两大部分。配置的主要流程是通过一些关键函数设置好用户名、密码、访问路径、访问首页、接口函数、form接口函数等，然后用户接口通过HTTP协议与浏览器进行通讯，把浏览器要访问的数据发给浏览器，并将设置的内容通过接口函数的方式传递给GoAhead服务器。以下是后台函数处理中比较重要的函数[5]。

（1）websSetDefaultPage（）;//设置默认主页。

（2）websSetDefaultDir（）;//设置web目录。（3）umAddUser（）;

//添加用户和密码。（4）websAspDefine（）;//为asp脚本提供的接口函数。（5）websFormDefine（）;//提交form接口函数。

EOC终端嵌入式Web服务器后台函数处理流程如图6所示：

图6 嵌入式Web服务器后台函数处理流程

公共网关接口CGI是GoAhead服务器与其外部应用程序之间的接口，是两者之间传递信息的规程。如图6，当前端浏览器需要读取或者设置终端配置参数的时候，运行在服务器端的CGI应用程序从标准输入（POST方式）或者环境变量（GET方式）中读取传递信息，然后根据解析浏览器具体的HTTP请求的结果分别调用AR741X和AR9331底层的通用API函数来完成用户的参数配置，CGI再将回读到的配置参数信息传送给GoAhead服务器，服务器返回生成HTTP响应消息给客户端，表示整个请求任务已经完成。

5.结束语

本文介绍了基于Wifi技术的有源EOC无线终端，重点介绍了终端的硬件结构和Web网管软件设计，将有源EOC同轴接入技术和无线接入技术很好地融合在一起，设计出一款适用于广电双向网改造的家庭网终端设备，满足了有源EOC家庭网用户无线宽带接入的需求，让有源EOC接入网技术在家庭网入户端的使用范围得到更好地延伸。从我司产品在现网的使用情况来看，该终端具有较高的性价比，值得广电运营商大力推广。

参考文献

[1]黄德雄.有源EOC的应用维护及故障实例分析[J].北京：中国数字电视，2012，18（9）：52-54.

[2]邹于丰.MAX706在微处理器系统中的应用[J].天津：仪器仪表用户，2003，10（4）：49-50.

[3]赵庆磊，韩诚山，文明，等.GoAhead嵌入式服务器的设计与实现[J].北京：微计算机信息，2011，27（4）：67-69.

[4]吴强，张杰.Web设计与开发—XHTML+CSS+JavaScript+ASP.NET [M].北京：清华大学出版社，2011.

[5]陶飞飞，陈京民，蔡振林，等.Web程序设计[M].北京：北京交通大学出版社，2010.

作者简介：吕育斌（1983—），男，广东汕头人，硕士，网络工程师，主要研究方向：EPON、EOC数据通讯网络。