广电CMTS系统技术方案

广电 CMTS 系统 技术方案 汉柏科技有限公司 2010 年 8 月 30 日 目 录 1 目前广电系统现状描述 . 3 2 基于 CM 的双向改造技术 . 3 3 解决方案原则 . 4 3.1 保护投资原则 . 4 3.2 全面覆盖原则 . 5 3.3 满足需求原则 . 5 3.4 渐进发展原则 . 5 3.5 符合趋势原则 . 5 4 Cisco ubr 系列产品介绍 . 6 4.1 UBR 系列产品线 . 6 4.2 UBR 10012 系列 . 7 4.3 UBR7200 系列 . 8 4.3.1 uBR7225VXR 系列 . 8 4.3.2 uBR7225VXR 系列 . 8 5 CMTS 部署方式 . 9 5.1 CMTS+CM 改造方案 . 9 5.1.1 CMTS+CM 的特点 . 10 5.2 CMTS 与 CM 链接过程 . 10 5.2.1 CMTS 网络 设计 . 10 5.2.2 Cable Modem 注册过程 . 10 5.3 DOCSIS 综述 . 12 5.3.1 DOCSIS 的发展 . 12 5.3.2 DOCSIS 的过去、现在 -特征 . 13 5.4 DOCSIS 3.0 . 13 5.4.1 DOCSIS 3.0 特点 . 13 5.4.2 DOCSIS 1.0/2.0 向 DOCSIS 3.0 过度 . 14 5.4.3 满足 DOCSIS 3.0 的条件 . 16 1 目前广电系统现状描述 中国的有线电视经过二十多年的发展，现在已经形成了巨大的规模，全国有线模拟电视用户达到 1.3 亿户堪称世界第一。随着数字电视发展时代的到来，欧美日韩等发达国家和地区已经启动了数字电视的实施计划，在 2002 年我国也启动了数字电视发展战略，国家广电总局已制定了我国数字电视的实施计划和试点城市，有线数字电视整体转换成为电视数字化的首要任务和目标，数字化和信息化技术引发了电视传输技术和方式的革命，有线电视数字化使广播电视向双向交互电视的演进成为可能，有线电视网络的双向化更是提供了全面提供电视、数据和语音等综合业务发展的新机会，实现有线电视网络的价值充分提升。在我国有线电视数字化进程中， 2004 年 10 月杭州数字电视首创以双向网络为基础的广播交互电视业务的成功运营，引领了数字电视走入交互电视的新阶段。 发展交互电视 的基础是有线电视网络具有双向数据传输能力，但是我国大部分城市的有线电视网络是单向广播网，上海、深圳等经济发达城市的部分网络采用 CMTS构建了双向 HFC 网，杭州等城市采用 LAN 接入方式构建了市区的双向宽带数据网，总体上看有线电视网络完成双向化改造的规模非常小，面对有线电视数字化和双向化的发展趋势，亟待解决的问题是全网覆盖的有线电视双向化改造解决方案。 有线电视双向改造传统的方式是采用 DOCSIS技术的 CMTS系统的双向 HFC 网络，以美国有线电视运营商在全美成功应用 。 综上所述，有线电视双向化技术起始于 DOCSIS 提出的双向 HFC 来计算已经发展了十年之久，有线电视双向全网覆盖的设计需要根据投资、性能、业务、工程、维护等若干方面去考虑进行比较 。 2 基于 CM 的 双向改造技术 Cable Modem 接入网方案是基于双向 HFC 网的数据传输系统，系统包括前端设备CMTS 和终端设备 Cable Modem（ CM），采用 DOCSIS1.0/2.0/3.0 技术标准，利用有线电视网下行频段和上行频段分别提供数据回传和下载通道，下行通道的频率范围为 88860MHz，每个通道按频道带宽 8MHz 设定，采用 64QAM或 256QAM 调制方式，下行数据传输速率最大为 40Mbps。上行通道的频率范围为 5 65MHz，每个通道的带宽可为 200、 400、 800、 1600、 3200kHz，采用 QPSK 或 16QAM 调制方式，对应的数据传输速率为 5Mbps 或 10Mbps。 Cable Modem 在组网方式上，很适合于原先的有线电视网络，光节点以下采用树型总线结构。 CMTS 输出端的 CABLE 电缆通过分配器和分支器输入到用户家庭的 Cable Modem 的 RF 输入端，完成视频与数据的接入。 CABLE MODEM 在实际应用中的组网架构如下图： 图 2-1 CABLE MODEM 组网架构示意图 基于 Cable Modem 的双向有线电视网络具有的优势是充分利用了 HFC 网络已有的接入网资源，对入户线路没有安装工程 。 3 解决方案原则 3.1 保护投资原则 有线电视新的业务需要，如交互电视、信息服务等要求网络提供双向交互承载能力的支持，网络的升级改造必须要充分考虑原有可用网络资产，网络的升级改造是完整的、渐进的投资，而不是局部的、不兼容的替代。毕竟经过十几年的发展有线电视网已经逐步发展完善为 HFC 网架构、光节点覆盖 500 户、频道达到 750（ 862） MHz， 对于单向广播电视而言可以满足开展数字电视业务的要求，因此双向化改造要遵循保护已有投资的原则。 3.2 全面覆盖原则 有线电视广播业务已经进入千家万户是一个大众业务，作为交互电视和信息服务的增值业务是一种分众业务，需要进行市场化培育的过程。对于运营商而言通过提供增值业务提高 ARPU 值来获得新的收入增长点，从客户方面讲是为新增业务支付额外费用满足个性化需求，业务的目标客户基础是所有大众业务用户，因此增值业务所需要的网络基础应该覆盖全部用户才有利于新业务的迅速开展，这就要求双向化改造要遵循短时间全面覆盖的原则。 3.3 满足需求原则 有线电视广播业务转型到广播与交互综合业务的网络承载需求已经发生变化，传统广播电视是单向下行的广播网，而交互电视和综合业务网需要双向的交互网络。交互电视和综合业务的承载网也是根据具体业务、用户数、并发数等要求有不同的差异，交互电视要求提供较小数据回传通道、而信息化服务需要宽带数据通信，用户数较少时带宽较小也能保证服务质量、而用户数或并发数增加都会对网络带宽提出更高需求，所以不同阶段需求是有差异的，不要期望完全的一步到位的思路，遵循满足需求的原则是十分务实的做法。 3.4 渐进发展原则 渐进发展的原则是 投资效益的原则，避免周期长、投入大、产出低的情况发生，运营商开展新业务要在短期内以尽可能小的投入获得业务快速的推广，新业务具有品种多样、个性化和高附加值的特点，会有一定的市场风险，因此投资一定要采取控制初期投资、滚动发展的策略，规避风险便于快速调整业务。 3.5 符合趋势原则 网络投资建设符合发展趋势的原则是技术选型和投资的基本判断原则，网络建设是一项长期投资过程，选择的技术方案一定要符合主流发展趋势，网络演进也可以跟随技术的发展而平滑升级，从而最大限度保护已有投资、发挥存量资产的效益最大化。 4 CISCO UBR 系列产品介绍 4.1 UBR 系列产品线 4.2 UBR 10012 系列 基本特性 The Cisco uBR10012 features these components: A maximum of eight RF line cards A maximum of six Wideband SPAs for Wideband channel bonding A maximum of two 4-SPA interface processors (SIPs), the carrier card for the Wideband SPAs A maximum of two WAN SPAs to connect to the IP backbone and external networks A maximum of two Cisco performance routing engine (PRE) modules Two Cisco Timing, Communication, and Control cards Two AC or DC power entry modules (PEMs) 所支持的 RF line card UBR10-MC5X20H-D： uBR10K High-Performance Card, 5DS w/upx, 20US, Spec An 支持 DOCSIS1.0/2.0/3.0 4.3 UBR7200 系列 4.3.1 uBR7225VXR 系列 基本特性 Cisco uBR7225VXR Universal Broadband Router Features and Benefits Summary Provides up to 16 upstreams and 4 downstreams in a 2-RU form factor. 所支持的 RF line card UBR-E-28U： UBR7225 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU UBR-MC28U： uBR7200 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU UBR-MC88V： uBR7200 DOCSIS3.0 Modem Card, 8 DS w/Upx, 8 US, SCDMA, 支持 DOCSIS1.0/2.0 4.3.2 uBR7225VXR 系列 基本特性 Cisco uBR7246VXR features: Four cable line cards to connect to the cable plant. Two port adapters (one slot for dual-width port adapter) to connect to the IP backbone and external networks； a range of network interfaces is available. Not required for chassis that contains the Cisco uBR7200 Series NPE-G2 or NPE-G1. Cisco uBR7200 Series NPE-G2 Network Processing Engine. One cable clock card to lock onto and propagate a T1 clock signal throughout the router midplane. 所支持的 RF line card UBR-MC28U： uBR7200 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU UBR-MC88V： uBR7200 DOCSIS3.0 Modem Card, 8 DS w/Upx, 8 US, SCDMA, 支持 DOCSIS1.0/2.0/3.0 5 CMTS 部署方式 5.1 CMTS+CM 改造方案 5.1.1 CMTS+CM的特点 一个头端覆盖范围大，初期设备投资低 充分利用现有 充分利用现有 cable cable 资源，充分考虑广电系统特点 技术相对成熟，在欧美大量使用 技术相对成熟，在欧美大量使用 5.2 CMTS 与 CM 链接过程 5.2.1 CMTS 网络设计 根据光节点用户的多少，可以混合 2至 4 个光接收机的回传信号，连接到 CMTS 的一个回传通道。譬如这个机房有 80 个光节点，需要配置 20-40 个上行通道 ，下行通道可以配置为 8 个 ， CMTS 分为 4个 MAC 区域，每一个下行端口（最大包含 2 个下行频点）搭配 5-10 个左右上行通道为一个 MAC 域，这样的一个 MAC 域下行速度最大可达100M，这样整台 CMTS 可以支持最大 400M 的下行流量。 CMTS 用户可以是宽带用户，也可以是 VOD 的点播用户，由于 VOD 点播 用户数据流量少 ，一台 C2200 可以带更多的 VOD 用户。同时通过给 modem 下发不同的配置文件，可以给不同的 MODEM 分配不同的带宽，例如可以分为： 1M， 2M， 4M，从而实现用户的区分服务。同时我们可以开展其它双向增值业务。如视频点播（ VOD）， IP电话，电视游戏等等。 5.2.2 Cable Modem注册过程 CMTS 和 Cable Modem 通过 DOCSIS 协议进行通讯，以下为 DOCSIS 网络结 构： DOCSIS 网络系统的主要组件： Provisioning Systems DHCP Server: 在 CM 初始化过程中给 CM 提供 ip 地址 TFTP Server: 提供 CM 配置文件 Time Server: 给 CM 提供时间 (可选 ) 软件升级服务器 : 提供 CMTS/CM 软件版本升级 Network Management System (NMS) SNMP Manager Syslog server IPDR server 其他 (提供安全访问控制的 RADIUS/TACACS Server) CM 上线流程 ： 1. Tuning： 锁定下行频点 ,获取上行数据 2. Ranging:： 测距 3. DHCP： 获取 IP 地址 4. TFTP： 获取配置文件 5. Registration： 注册 5.3 DOCSIS 综述 DOCSIS:有线数据业务 DOCSIS = Data-Over-Cable Service Interface Specifications DOCSIS Cable Modem 系统的主要作用是在前端和用户端之间透明地传输 IP 包 DOCSIS 系统包括 : CMTS电缆调制解调器终端系统，位于前端 电缆网络 CM-电缆调制解调器，位于用户端 5.3.1 DOCSIS 的发展 DOCSIS 1.0/1.1: 为了有线运营商提供宽带服务而提出 DOCSIS 2.0: 上行带宽优化 : ATDMA, SCDMA, 逻辑信道 Logical Channels 侵入噪声消除 : 增加上行带宽 DOCSIS 3.0: 上下行多个信道进行捆绑创造更高带宽 IPv6 5.3.2 DOCSIS 的过去、现在 -特征 DOCSIS 1.0 提供基本的宽带互联网连接，并提供了用户数据速率控制基本方法 DOCSIS 1.1 提供了改善业务的灵活性，安全性和服务质量（ QoS ） DOCSIS 2.0 增加了应对对称服务需要的上行可靠性和数据吞吐量 DOCSIS 3.0 提供了数据传输的增强功能。 其中最值得注意的是，通道绑定，对 IPv6 的支持，和对 IPTV 的支持 。通道绑定为有线电视运营商提供了一个灵活的方式，可为用户提供超过 160 Mbps的下行速度，和超过 120 Mbps 的上行速度 5.4 DOCSIS 3.0 5.4.1 DOCSIS 3.0 特点 信道捆绑（ Channel Bonding） -下行速率可以达到 200Mbps 以上， -上行速率可以达到 120Mbps 以上。 上下行频率物理范围有所扩展 -下行频率从 750M 可扩展到 1GHz -上行频率范围从 5-65 MHz 可扩展为 5-85 MHz. 兼容性 -3.0 网络同样可以向下兼容使用 2.0,1.1,1.0 的 Cable Modem ， -3.0 的 Cable Modem 也可以在非 3.0 的网络环境中使用。 安全性 - 增加 Eae 提前加密技术 ,使注册过程更有安全保障 支持 IPv6 -CM 可选择的支持模式和双栈管理模式 增强的 IP组播 -所有绑定通道都可以传输组播信息（源域间组播、组播的 QoS 和授权） 管理扩展 - IPDR （ Internet Protocol Detail Record），可按业务使用对用户做到精细计费。 - 扩展的 MIB 库（较前一版标准扩充了超过 50%的 MIB），更利于用户对设备的管理和控制 -更完备的信号质量的监测和远程诊断。可促进客户服务和维修 5.4.2 DOCSIS 1.0/2.0 向 DOCSIS 3.0 过度 目前的 CMTS 系统： 改造后的 CMTS系统： 5.4.3 满足 DOCSIS 3.0 的条件 CMTS can be submitted for Bronze, Silver, or Full Cablelabs