用于改进家庭网络基础结构的设备和方法与流程

本发明涉及用于改进家庭网络基础结构的质量(稳定性和性能)的方法和设备的领域。

背景技术：
住宅因特网连通性传统上由连接到住所中的计算机的单个语音频带调制解调器、数字用户线或者DSL调制解调器或者同轴线缆调制器解调器构成。随着数字电视、在线游戏和家庭自动化之类的新应用和技术的到来，因特网接入需要延伸至各种类型的家庭设备，诸如机顶盒、游戏控制台、家庭自动化系统、多个桌面型或者膝上型计算机等。所有这些家庭设备继而通常借助于需要设立和配置的家庭网络相互连接。家庭网络通常经由家庭网络网关或者住宅网关接入因特网，该网关经由传统DSL调制解调器或者同轴线缆调制解调器连接到接入网络。两个设备之间的互连通常基于通常已经存在的户内介质，诸如双绞电话接线、电力接线和/或同轴线缆。也可以在家庭网络中使用无线技术，诸如WiFi。多数时候，户内可用介质通常遭受提供不良户内抗干扰性的低质量物理层的困扰。双绞电话接线通常略微扭曲。电力接线通常由完全未扭曲的低级线缆构成。因而这些现有介质通常对各种噪声非常敏感。对于多数现有户内联网技术也至少在某一程度上情况如此。两个户内设备之间的通信链路可能受影响至如此程度，即这两个节点之间的可用带宽被严重减小，从而不能提供既定服务。如果通信问题出现在两个不同家庭联网设备之间，则在实践中让终端用户诊断问题并且通常在无任何辅助的情况下解决该问题。经由运营商帮手仅可以给予少数建议，但是运营商的责任通常仅限于接入网络，并且在家庭网络区域中出现的任何问题是终端用户的责任。

技术实现要素：
本发明的目的是公开一种将克服以上提到的问题中的至少一个问题的家庭网络物理层诊断平台和方法。更具体而言，目的是公开让用户能够改进两个设备之间的户内数据链路的质量这样的平台和方法。这由权利要求1的特征部分的特征实现。根据本发明的第一方面，公开一种家庭网络物理层分析平台，该平台包括：收集引擎，适于从一个或者多个家庭网络设备接收指示现有家庭网络物理层配置的稳定性和性能(或者质量)的信息，每个网络设备借助于相应网络技术连接在家庭网络中；分析引擎，适于分析信息以识别实质网络连通性问题是否存在于家庭网络中，并且如果是这种情况则将信息与预定问题集合之中的问题相关联；通信装置，用于向用户接口传送问题(或者问题信息)，使得向相应用户通知该问题。根据本发明的优选实施例，公开一种家庭网络物理层分析平台，其中分析引擎适于通过比较信息与平台可访问的参考信息来识别实质网络连通性问题是否存在于家庭网络中。参考信息可以完全或者至少部分依赖于网络技术。根据本发明的优选实施例，公开一种家庭网络物理层分析平台，其中分析引擎适于通过比较信息与预定标准集合来将信息与预定问题集合之中的问题相关联，标准与预定问题集合相关联。根据本发明的优选实施例，公开一种家庭网络物理层分析平台，还包括适于取回针对问题的解决方案信息的解决方案指令引擎，并且其中通信装置适于将解决方案信息与问题一起向用户接口传送。根据本发明的优选实施例，公开一种家庭网络物理层分析平台，其中指示现有家庭网络物理层的稳定性和性能的信息包括噪声信息。根据本发明的优选实施例，公开一种家庭网络物理层分析平台，其中指示现有家庭网络物理层的稳定性和性能的信息包括信道频率响应信息、信道不对称信息或者涉及信道非线性或者收发器非线性的信息中的至少一项。根据本发明的优选实施例，公开一种家庭网络物理层分析平台，其中收集引擎、分析引擎和通信引擎被控制以迭代地从一个或者多个家庭网络设备收集指示现有家庭网络物理层配置的稳定性和性能的信息，分析信息，确定可能问题并且向用户接口传送问题，可选地带有解决方案信息。根据本发明的优选实施例，公开一种家庭网络物理层分析平台，其中家庭网络包括家庭网络网关，并且其中家庭网络物理层分析平台集成于家庭网络网关中。根据本发明的优选实施例，家庭网络物理层分析平台集成于通过因特网连接到家庭网络的远程服务器中。根据本发明的优选实施例，家庭网络物理层分析平台集成于至少一个家庭网络设备中。根据本发明的优选实施例，家庭网络物理层分析平台适于在G.hn家庭网络中使用。根据本发明的优选实施例，公开一种家庭网络物理层分析平台，其中用户接口位于通过因特网连接到家庭网络的远程服务器处。根据本发明的优选实施例，公开一种家庭网络物理层分析平台，其中用户接口位于家庭网络的家庭网络网关处。根据本发明的优选实施例，公开一种家庭网络物理层分析平台，其中用户接口集成于至少一个家庭网络设备中。根据本发明的第二方面，公开一种用于改进家庭网络物理层的方法，该方法包括：从一个或者多个家庭网络设备接收指示现有家庭网络物理层配置的稳定性和性能的信息，每个网络设备借助于相应网络技术连接在家庭网络中；分析信息以识别实质网络连通性问题是否存在于家庭网络中，并且如果是这种情况，则将信息与预定问题集合之中的问题相关联；向用户接口传送问题，使得向相应用户通知该问题。根据本发明的优选实施例，该方法包括通过比较信息与平台可访问的参考信息来识别实质网络连通问题是否存在于家庭网络中。根据本发明的优选实施例，该方法包括通过比较信息与预定标准集合来将信息与预定问题集合之中的问题相关联，标准与预定问题集合相关联。根据本发明的优选实施例，该方法还包括取回针对问题的解决方案信息，以及将解决方案信息与问题一起向用户接口传送。解决方案信息包括允许与用户接口关联的用户解决家庭网络中的现有连通性问题的信息。根据本发明的优选实施例，公开一种方法，其中指示现有家庭网络物理层的稳定性和性能的信息包括噪声信息。根据本发明的优选实施例，公开一种方法，其中指示现有家庭网络物理层的稳定性和性能的信息包括信道频率响应信息、信道不对称信息或者涉及信道非线性或者收发器非线性的信息中的至少一项。根据本发明的优选实施例，公开一种方法，其中收集引擎、分析引擎和通信引擎被控制以迭代地从一个或者多个家庭网络设备收集指示现有家庭网络物理层配置的稳定性和性能的信息，分析信息，确定可能问题以及向用户接口传送问题以及解决方案信息。根据本发明的优选实施例，公开一种方法，其中在家庭网络网关中执行分析。根据本发明的优选实施例，公开一种方法，其中在通过因特网连接到家庭网络的远程服务器中执行分析。根据本发明的优选实施例，公开一种方法，其中在至少一个家庭网络设备中执行分析。根据本发明的优选实施例，公开一种用于家庭网络的方法，家庭网络是G.hn家庭网络。根据本发明的优选实施例，公开一种方法，其中传送针对位于通过因特网连接到家庭网络的远程服务器处的用户接口发生。根据本发明的优选实施例，公开一种方法，其中传送针对位于家庭网络的家庭网络网关处的用户接口发生。根据本发明的优选实施例，公开一种方法，其中传送针对位于一个家庭网络设备处的用户接口发生。根据本发明的第三方面，公开一种包括计算机程序代码装置的计算机程序，该计算机程序代码装置适于在程序在计算机上运行时执行根据权利要求12至25的所有步骤。从属权利要求描述本发明的更多方面，可以如本领域普通技术人员认为适合的那样而不是仅在如权利要求限定的具体组合中组合来自从属权利要求的特征、任何独立权利要求的特征和其他从属权利要求的任何特征。附图说明附图用来图示本发明的实施例。图1图示典型图，该图示出不同网络域(因特网/接入网络/家庭网络)，其中家庭网络物理层分析平台被具体化为远程服务器上的软件应用。图2图示100m桥接抽头对更长回路的信道频率响应的影响。图3在图形中图示电容性器件对电力线信道频率响应的影响。在图形上部的附图图示电容性器件的拓扑。电容性器件由具有自谐振频率为5MHz和质量因子为10的100nF电容器来表征。图4图示各种电力线网络的信道频率响应(dB)对频率(Hz)的蒙特卡洛仿真的结果。上方黑曲线为未受损情况，下方暗灰曲线是与上方曲线相同、但是受电容性器件损害的情况(蒙特卡洛仿真范围：在家庭网络拓扑中的3与20个支路之间，每个支路在5m与30m之间，损害位于第一支路上的任何位置，电容器在10与100nF之间而自谐振频率在1与10MHz之间并且质量因子在1与100之间)。选择标号使得它们对于不同图或者附图中的相似或者相同单元或者特征相同。具体实施方式借助于具体实施例并且参照某些附图进行本发明的诸方面的描述，但是本发明不限于此。描绘的图仅为示意而不应视为限制。在根据本发明的某些实施例的描述中，有时在单个实施例、图或者其描述中将各种特征分组在一起以便于辅助理解各种发明性方面中的一个或者多个方面。这不应解释为必然存在该组的所有特征以解决具体问题。发明性方面可以体现于具体实施例的描述中存在的这样的一组特征中的少于所有特征中。本公开内容的主要方面是开发一种用于家庭网络的通用诊断引擎，该诊断引擎向终端客户提供关于影响其家庭网络性能的问题的信息以及关于如何解决那些问题的推荐。本发明对于即将到来的技术、诸如G.hn特别有价值，这些技术提供用于在不同介质上运行的家庭网络的共同接口。G.hn或者ITU-T9660推荐是用于有线家庭网络的标准规范，该规范覆盖作为用于户内数据传输的可能介质的双绞电话线、电力接线和同轴线缆。图1示出家庭网络100，该网络具有经由住宅网关104和接入网络110连接到因特网120的计算机101、游戏控制台102和数字电视机顶盒103。假设家庭设备101、102和103符合ITUG.hn。图1还示出根据本发明的分析平台、即在远程服务器上运行的用于分析家庭网络的物理层的参数值的分析应用130。分析的结果与列举可能问题的数据库关联并且与用于住所中的用户的相应指令信息关联。然后该信息被提供给用户或者该信息可能有用的任何其他位置。可以例如诊断不同类型的问题：异常噪声、异常信道频率响应、信道不对称、信道或者收发器非线性。异常噪声：除了由于线缆屏蔽而很好地受保护以防外部噪声源的同轴线缆之外，用于家庭联网的所有潜在介质(电话线、电力线、无线)表现出极度易于从所有种类的家用电器(公知噪声源例如是氖灯和节能灯、dc/dc转换器、来自真空清洁器和洗衣机的马达、...)拾取辐射的噪声。户内电器也可以生成可能在误比特率(BER)和吞吐量方面降低传输性能的显著电平的脉冲噪声。对于终端客户很有价值的是知道异常噪声电平是否影响他的家庭网络，因为纠正动作经常是可能的。纠正动作可以例如是将家庭网络设备移离噪声源或者在噪声源与家庭网络设备之间安装噪声滤波器。取决于家庭联网技术，噪声电平经常可以由家庭网络设备直接测量。例如，无线设备如例如WiFi设备通常针对它们被授权在其中发射的每个频率信道报告噪声电平。对于通常符合标准如TR-098的其他技术，诸如HPNA、Moca、HomePlug，可以根据标准化的参数来推导噪声电平。这些参数可以例如包括信噪比(SNR)和信道频率响应(CFR)。可以使用以下关系：噪声电平[dBm/Hz]＝TxPSD[dBm/Hz]+CFR[dB]-SNR[dB]；其中TxPSD是发送的信号PSD，这是已知参数并且对于每个家庭联网技术标准不同。可以借助于例如误差计数器(BER计数器)或者用于可以预见自动重传机制的技术的重传计数器来监视脉冲噪声。不同分析(也可以称为诊断)水平是可能的：-确定噪声电平是否正常，或者换言之，检测家庭网络是否受异常噪声扰乱器影响。这可以通过比较测量的噪声电平与例如根据诸如EMC规范之类的标准或者根据经验推导的预计噪声电平来完成。-识别扰乱器类型(氖灯、dc/dc转换器、马达...)。这对于终端客户很有价值，因为它将有助于识别扰乱器，因此帮助客户采取纠正动作。这可以通过比较测量的噪声电平与公知扰乱器“签名”(每个特定扰乱器类型特有的典型噪声发射谱)的数据库来实现。异常信道频率响应：许多家庭联网技术、至少符合技术报告TR-098的所有家庭联网技术将信道频率响应作为标准化的参数进行报告。这对应于在针对该技术允许的带宽范围内的作为频率的函数的信道衰减(或者插入损耗)。预计值依赖于具体介质，但是在许多情况下，预计值(或者值范围)由于符合标准、数学仿真模型或者经验而是已知的。可以检测相对于那些预计值的偏离，并且推导出关于信道损害的存在的结论。那些损害也是特定于每个介质或者家庭网络技术的。可以在信道频率响应中检测到的已知损害类型的一些示例对于不同网络技术类型如下：-电话接线：电话接线模型尤其在DSL通信的情况下存在。已知作为频率的函数的衰减对于直接回路应当遵循1/sqrt(f)曲线。相对于这一法则的典型偏差经常是“桥接抽头”(是连接到主回路的附加接线段)的结果。如图2上所示，这可以在信道频率响应中检测曲线中的规律间隔的下陷而被检测到。-同轴线缆：同轴线缆技术通常表现出很低的损耗，这使得信道频率响应非常平坦。尽管如此，经常出现这样的情况：信道不是由单个直线线缆组成，而是由经由无源功率分配器互连的若干支路组成。如果所有支路未由匹配阻抗恰当地端接，则将出现反射并且将发生与影响电话线的“桥接抽头”相同的现象。这将在信道频率响应中造成可以检测的类似“签名”(规律间隔的下陷)。另一种类型的损害可以由级联中使用太多无源功率分配器而引起。由于那些分配器通常是低成本的电阻性分配器，所以每个分配器都引入额外衰减。如果级联中使用太多分配器，则衰减将汇总并且可能变得太高而不再兼容供应目标服务所需的比特速率。-电力线：电力线网络按照设计由许多支路组成。因此，如以上描述的“桥接抽头”效应始终存在并且可以视为网络的固有损害。也已知其他因素损害电力线信道。尤其是已知可以连接到电力线的所有种类的电容性器件在家庭联网通信所使用的高频率处充当短路电路。这些电容性器件可以例如在许多家用电器的EMI滤波器(所谓X2电容器)中找到。由金属氧化物变阻器(MOV)组成的很常见的闪电保护器件也表现出损害电力线通信信道的电容性行为。在图3中图示这一效应。可以看到，信道频率由于“桥接抽头”效应而显示出大量变化，该“桥接抽头”效应归因于网络拓扑中存在的支路。这一效应已经负责10至20dB的平均信号衰减。在插入电容性器件时，该曲线甚至被更多地下移从而造成高得多的衰减。在图4上示出蒙特卡洛仿真的结果(产生在一些边界内随机生成的许多情况)。这表明独立于家庭网络拓扑，在电力线信道被影响时，平均衰减总是高于不存在电容性损害的情况(下方暗灰曲线平均而言总是在上方黑曲线以下)。这证实在统计上有可能根据信道频率响应电平来确定电容性损害的存在。这一要素可以用来诊断异常、受损的电力线信道。例如，仿真结果往往证实，如果在10MHz处的衰减高于50dB，则具有受损情况的概率非常高。-无线：户内无线传播环境由大量多径组成。这归因于发送的信号的反射。至于针对有线通信的“桥接抽头”效应，此多径环境将引起出现图3中所示的信道频率选择性。预计这是针对无线通信系统的主要损害。信道不对称：只要传播介质由无源和互易材料单元(诸如接线)组成，从节点A到节点B的信道频率响应(或者插入损耗)就应当与从节点B到节点A的插入损耗相同(假设两个节点具有相同的阻抗)。不是这种情况的典型示例是同轴线缆网络，其中已经在两个节点之间插入单向CATV放大器。由于该单向放大器，在两个方向之间可以有很强的衰减差值，直至供应目标服务所需的比特速率不再可达的点。可以对在两个相同节点之间、但是在相反方向上测量的信道频率响应之间的差值进行跟踪以诊断这种问题。对于无线网络，如果节点充当在位于不同区域中的两个其他节点之间的通信中继并且如果扰乱器具体地影响这些区域之一，则可以发现通信性能的不对称。在该情况下，从节点A到B的吞吐量将不同于从节点B到A的吞吐量。当检测到这一不对称时，其可以用来诊断特定于给定位置的扰乱器的存在。信道或者收发器非线性：多数家庭联网技术基于多载波、正交频分复用(OFDM)技术。公知的是基于OFDM的每种传输技术对信道非线性都非常敏感。实际上，信道的非线性引起对传输性能有强烈影响的互调失真(在给定频率上发射的信号‘泄漏’到其他频率，从而影响邻近载波)。这一现象在DSL域中的公知示例是简单老式电话系统(POTS)设备(电话、传真、...)的干扰。这一类型的设备通常在DSL频率频带中表现出非线性阻抗。在连接到输送DSL信号的双绞线时，这一非线性阻抗引起DSL信号的互调失真，该互调失真造成严重的性能下降。必须在这些设备上安装所谓的‘DSL分配器’或者‘内嵌滤波器’以将它们与DSL信号隔离。相同问题将影响在电话接线上运行的家庭联网技术，诸如HomePNA或者G.hn。注意非线性可能是断开或者劣质收发器的结果，因此不仅影响电话接线而且影响任何其他介质。可以通过各种方式来实现对这种问题的诊断，以下说明这些方式中的一些方式：-由于非线性所致的干扰随着发射的信号功率而增加。如下事实可以检测它：发射的信号功率增加xdB未造成SNR增加xdB(对于纯线性系统应是这种情况)。因此，通过比较用2个不同的发射的信号功率执行的2个SNR测量可以检测非线性。-也可以执行OFDM特有的其他测试，诸如经常用来表征端到端系统线性的MTPR(多音频功率比)。分析平台可以位于网络中的不同位置处。类似地，可以在不同位置处执行关联的方法。相应信息的传送有可能朝着网络中的不同位置。虽然优选，但是分析平台的位置无需对应于用户接口的位置。以下描述一些优选实施例。分析平台在每个家庭联网节点内：可以在家庭联网节点中直接实施分析平台。一旦建立，可以利用不同方式执行向用户接口传送问题信息以及可能的解决方案信息。根据优选实施例，在家庭网络节点本身上显示相应信息。例如具有LCD屏幕的电力线适配器如今已经在市面上可获得。这样的屏幕可以用来显示分析信息。该解决方案的主要优点是与用户接口关联的终端客户立即看见分析结果(问题信息、可选解决方案信息)。如果这一分析由于信道损害或者异常噪声而报告不良链路质量，则适配器可以移向另一位置(例如在电力线适配器的情况下移向另一壁式插头中)以查看链路质量是否得到改进。根据其他实施例，可以使用节点的web管理接口。即使家庭网络节点充当层2(根据ISO模型)的桥接器，经由专用IP地址可访问的web服务器通常仍然嵌入在每个家庭联网节点中，至少出于管理目的。也可以经由该web服务器提供各种分析信息(问题信息和可选解决方案信息)。在家庭联网节点中直接实施分析引擎支持以在相同物理介质上连接的所有节点所测量的参数的相关为基础的分析，因为共同物理介质通常视为其中连接到该介质的所有节点可以相互通信的广播域。分析平台在家庭网关内：如图4所示，家庭网关实际上充当接入网络与家庭网络之间的网关。无论网络技术如何(有线或者无线)，这一家庭网关可以与所有家庭网络节点通信。出于管理目的，web服务器总是实现在该网关中。此服务器可以用来向终端客户提供分析信息(问题信息和可选解决方案信息)。在家庭网关中实施分析引擎提供如下附加优点：对于在住所中使用的所有家庭联网技术并且不仅限于给定介质(给定物理层技术)，分析可以以该住所的所有家庭网络节点所测量的参数的相关为基础。分析平台在远程应用内：由于分析所需的所有参数通常是远程可访问的(通常经由SNMP或者TR-069协议)，所以可以在远程服务器中实施分析引擎，从而经由因特网访问家庭网络节点所测量的参数。可以在该远程应用中实施web服务器，其中服务提供商和终端客户可以登录以访问分析信息(问题信息和可选解决方案信息)。在远程应用中实施分析支持以在远程应用所监视的所有客户(通常为服务提供商的所有客户)之间的参数相关为基础的一些分析。应当注意，根据本发明的实施例描述了其中可以实施分析引擎的不同位置。关于向用户传送问题信息以及可选的解决方案信息的位置也存在不同选项。这些位置未必必须对应。本发明例如可以以在远程应用中实施(并且因此执行)分析平台这样的方式来实施，由此向家庭网关或者直接向家庭联网节点转发分析结果(问题信息、可选解决方案信息)以借助于关联的用户接口(例如显示器)向终端客户显示。尽管这里描述的一些实施例包括一些特征而不是其他实施例中包括的其他特征，但是如本领域技术人员将理解的那样，不同实施例的特征的组合将在本发明的范围内并且形成不同实施例。