宽带网络技术HFC宽带接入相关知识.ppt

hfc宽带接入相关知识,陈 柏 年 浙江传媒学院,两个重要定义,有线电视catv （cable television） 用射频电缆、光缆、多路微波或其组合来传输、分配和交换声音、图像及数据信号的电视系统。 光纤同轴电缆混合有线电视网hfc（ hybrid fiber coax catv network ） 用光纤和射频同轴电缆的组合来传输、分配和交换声音、图像和数据信号的有线电视网络。,双向hfc网频率规划,频率规划图,fmhz,我国现有的catv系统,有线数字电视下行频道的五个频段,网络管理上、下行信道的频率配置建议,广电宽带城域网定义,广电宽带城域网： （broadband metropolitan area network for broadcast &television） 由广播、交互两个信道组成的用射频电缆、光缆、微波、数据电缆或及其组合来传输、分配和交换图像、声音及数据信号的城域宽带、多业务有线广播电视网络。,广电宽带城域网的五个要素,1、信道构成-具有广播和交互两个信道，分别用于完成广播式和交互式业务； 2、物理介质-可采用射频电缆、光缆、微波、数据电缆或及其组合多种传输介质； 3、作业任务-对广播式和交互式业务信号进行传输、分配和交换三种作业； 4、处理对象-图像、声音及数据三种信号； 5、功能特点-覆盖整个城域范围，具有宽带通信网的特性，可开展多种业务。,广电网络的“三化”目标,1.光缆化-光缆尽量向下延伸，做到最后一级光节点所带用户小于500户，地理范围小于1公里，光节点后放大器延长串接数不超过2级。 2.宽带化-本地网络的带宽做到农村750mhz，城市862mhz。 3.双向化-本地网络具备双向传输的能力，主要采用hfc接入、epon+lan或epon+eoc接入。,双向光纤同轴电缆混合网 hfc（hybrid fiber-coaxial）,双向hfc网络的结构特点,组成：干线以光纤为传输介质，以提高传输质量，用户分配网为同轴电缆网，负责下行信号分配并上行回传信号的传输。 下行（正向）：前端信号经由正向光纤链路传输至光节点，经光电转换将光信号转换成电信号，再经同轴电缆分配网至各个用户端； 上行（反向）：用户端上行信号经同轴电缆传输网反向传输至光节点，经电光转换将电信号转换成光信号，再经上行光纤链路，传输至数据前端。,城域网广播信道基本结构模型,城域网交互信道结构模型,hfc网络典型结构,铝管同轴电缆,四屏蔽电缆,集中分配,集线器,光节点,干线放大器,一级光纤干线,二级光链路,用户分配接入网,同轴电缆传输网,“最后一公里”接入网,cable modem,分前端,分前端,分前端,分前端,综合前端示意图,广电宽带城域网的结构,广播信道（单向） 前端：前端和分前端 干线：一级和二级光链路干线 分配网：同轴电缆分配网 交互信道（正向交互信道和反向交互信道） 骨干网：主中心和分中心之间，连接光缆（一级光纤链路） 接入网：分中心和用户终端之间，二级光纤链路和同轴电缆,分布式hfc网络（主流模式） （总前端+一级光纤+分前端+二级光纤+同轴分配网模式）,基本特点：以城市或区域有线电视网的总前端为中心的多个分前端传输模式。总前端通过干线向各个分前端传输信号，原则上节点由各分前端馈送信号。分前端除了可收转本地电视节目和自办节目外，还是数字光纤和模拟光纤传输平台的光分配与交换中心。 适用场合：地级市以上网络,当前hfc典型拓扑结构归纳,一级光网：环形或星形，大型网络可采用多环-星形结合 二级光网：星形 同轴电缆网：星-树形结合，从开展交互业务的角度最好是星形对称性设计。,hfc网络的形式,光纤到服务区ftsa （ fiber to the service area） 光纤到馈线fttf （ fiber to the feeder） 光纤到桥接fttb （ fiber to the bridging） 光纤到路边fttc （ fiber to the curb） 光纤到楼幢fttb （ fiber to the building） 光纤到最后一级放大器fttla（ fiber to the last amplifier） 光纤到家庭ftth （ fiber to the home） 比较明确的表示方法：n+x， 其中，n为光节点，x是光节点后串接放大器的级数。,hfc中模拟和数字信道的融合 多种复用方式综合使用,广播信道和交互信道之间： 一级光链路：sdm 二级光链路和同轴电缆网：fdm 模拟电视、数字电视和数据业务之间：fdm,模拟电视频道和模拟电视频道之间：fdm 模拟电视频道和数字电视频道之间：fdm 同一数字电视频道内各套节目之间：tdm 数据业务中各个用户之间： 上行：tdma 下行：tdm,家庭用户接入连接,双向hfc的基本组网,有线宽带网络接入系统实际组网结构图,cmts的主要功能,（1）直接与相关的服务器连接；并可通过网络与远端服务器相连接。 （2）通过hfc网与用户的cm连接。 （3）给每个cm授权、分配带宽，解决信道竞争，并根据不同需求提供不同的服务质量。,cm的主要功能,（1）通过hfc网与前端cmts连接。 （2）接受cmts授权，并根据cmts传来的参数，实现对自身的配置。 （3）在用户侧可与用户设备（cpe）连接，包括用户计算机、hub或局域网；部分地完成网桥、路由器、网卡和集线器的功能。,cmts对cm的三种控制,业务控制： cm所有通信经cmts。 信号控制：信号幅度、调制频率等。 网络管理： 管理协议为snmp，运行在udp之上。 hfc网络管理的原理是：下行寻址设备并执行命令，应答器代理相应的设备作轮询（上行应答）或自陷trap（主动报告）。 通信模式： 1）轮询（polling）：通过状态请求和状态响应事务来支持后台轮询和告警通知，实现对网络设备的持续监测。2）竞争（contention）:在竞争状态下，ne设备主动上报告警请求。（举手机制） 3）查询( inquery) :查询ne设备的自发类消息。,mcns组织建议,多媒体电缆网络系统mcns（multimedia cable network system）：美国四大有线电视机构time warner、tci、cox、comcast所发起的多媒体电缆网络行业协会。 电缆数据（传输）业务接口规范docsis（data over cable service interface specification）：hfc网络内进行高速数据通信的国际标准。 2002年12月，国际电信联盟采用了docsis2.0标准，标准号为itu-t j.122。,docsis规范相关名词,cmts -线缆调制解调器（ cable modem ）头端系统 cm -线缆调制解调器cable modem docsis -电缆数据业务接口规范（ data over cable service interface specification ） ，是在cable上传输数据的接口协议 cable lab -美国有线电视实验室，代表 mcns, 开发并管理docsis标准 mcns - 多媒体cable 网络系统, 主要包括北美有线电视运营商及一些设备供应商,docsis的基本框架,广域网 wan,用户侧设备cpe,cmts,最早的rf docsis1.0规范,cm,cmts网络侧接口cmts-nsi,cm用户侧设备接口cmci,通过系统透明传送ip分组,docsis的参考模型 基于ip的hfc网络配置,cmts,cm,hfc网络的协议栈,协议模型说明,cmts和cm是作为ip协议和逻辑链路控制（llc）处理的主机来运行的。 协议堆栈从下到上，构成网络的物理层、数据链路层和网络层。 在网络传输接口上，仅有物理层和数据链路层。,docsis系统的协议模型,数据链路层,llc子层：屏蔽mac子层的不同实现，形成统一的界面向网络层提供服务。 链路安全子层：在mac子层和llc子层之间提供对上层数据的加密功能，用以保护用户数据不受恶意侵害。 mac子层：负责介质访问控制机制的实现，主要是数据封装和介质传输管理。,物理层phy,只存在于下行方向的传输会聚tc子层 ：将上层协议的mac帧封装成188字节的mpeg- 2 帧格式，使其能与其它业务的mpeg 流复接起来并在同一载波上传输。 物理媒质相关pmd子层 ：规定上/下行信道的参数、cmts和cm的传输规则和互操作性，负责hfc 网上数据的调制和解调。,docsis规范,网络层：采用ip协议，传送ip分组。 媒体访问控制层（mac）： 下行通道：为所有的下行数据流传输定义了一个发射设备cmts，每个cable modem都侦听下行传输的所有数据帧，只有地址与之匹配的注册cm才能接收数据，cm之间的通信也只能通过cmts进行。 上行通道：多个cm对一个cmts，整个通道被分成很多时隙进行时分复用，cmts提供时间参考并控制每个时间间隔的使用。,docsis规范mac层的主要特性,由前端的cmts控制带宽的分配； 将回传信道划分为微时隙（mini-slot）； 采用可变长度数据分组和mpeg帧结构； 支持多等级业务； 支持宽范围内的数据速率； 前端控制器动态提供支持基于竞争和独享的上行数据流传输； 可以扩展，以支持未来的atm或其它数据pdu。,docsis三类接口,1、cmtsnsi接口：前端的cmts与数据网络边界nsi（network side interface）之间的接口。 2、docsossi接口：前端cmts与操作支持系统oss间的接口。 3、射频rfi接口： （1）cmts与hfc网络间的上下行射频接口； （2）hfc与cm间的射频接口； （3）安全及接入控制系统接口。 作用：通过对三类接口概念的描述，即与外部边界的接口和内部各系统间的rf接口及网络管理系统接口的描述，奠定了在cmts与各cm之间的交互式数据通信系统的规范。,hfc mac下行基本原理,采用点对多点方式连续的广播发送，所有帧打包到mpeg数据码流中，用户数据信道内时分复用。下行传输形态由4bytes mpeg头和144bytes mpeg数据组成。,hfc mac上行基本原理,采用多点对一点时分复用方式，先由cm请求时隙，再由cmts分配时隙，上行数据以突发包的形式传输。发送机制包括三个过程：1）申请，2）分配，3）发送。上行传输形态由前导、mac frame和保护时间组成。,上行带宽分配映射map,上行带宽分配映射map：由cmts发出的可变长度的mac管理信息，用来定义上行通道每个时间单位（可能是多个时隙）的使用参数和用途。 通俗地讲map对每个cm在传输数据时使用什么频点，何时可以传输数据作了规定。它包括固定长度的标头，后面跟着可变长度的ie（信息单元），ie包括请求ie、请求/数据ie、初始维护ie、站维护ie、短数据和长数据授权ie、数据确认ie、空ie（用来结束ie列表中所有实际分配操