（光学工程专业论文）青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用.pdf

青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 摘要 随着三网融合步伐的加快，以及有线网络自身发展的需要，有线电视城域骨 干网改造、优化问题成为有线行业亟待解决的课题。其中，传输系统网络拓扑结 构设计对网络性能、功能、高可靠性等方面有重要影响，日益引起广大有线电视 网络规划工作人员的重视。本文阐述了青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的 设计方案及该设计方案在青岛有线城域骨干网优化改造项目中实施的效果。 本项目在设计过程中，依照行业的规范、标准，借鉴国内外本行业城域骨干 传输网络先进的网络拓扑结构经验，汲取其他行业城域骨干业务承载网络体系结 构的优点，通过结合青岛市城市建设规划，实现有线电视骨干网络拓扑结构设计 与城市建设同步协调发展，确保网络的适应性和可操作性。 该设计方案的最大特点即为创建了层次化的网络体系统结构，创造性地将城 域骨干网划分为三层：核心层( 核心机房间互联) 、骨干层( 同一片区内所有传 输机房间互联) 、边沿层( 不同片区内个别机房间互联) 。以核心机房为主形成区 域化格局的网络建设策略便于满足各种区域性、个性化应用，最大限度地利用网 络资源。采用“部分网状网 网络拓扑结构替代现状“单一环形网，解决了现 状环形网扩展性差、灵活性低、传输成本高等问题，更加适应a t m 增值业务、e p o n 宽带业务及i p 数据交换业务的需求。 论文由五部分构成。第一部分，综述有线电视城域骨干网发展概况及面临的 问题，阐明发展趋势，说明其传输系统拓扑结构设计的重要性。第二部分，介绍 了基本的拓扑结构类型及其特点，阐述了光网络拓扑结构设计中需用到的光链路 计算原理及网络可靠性计算原理。第三部分，详细说明具体设计过程，主要包括 传输机房的设置，光缆传输系统的分层，及最终拓扑结构的确定。第四部分，对 设计方案分析讨论，通过拓扑结构新方案与原方案的对比，说明新设计方案的优 越性。第五部分，在总结本论文所作工作以及取得的成绩基础上，对今后工作的 努力方向进行了展望。 关键词：城域骨干网；拓扑结构：层次化 d e s ig na n da p piic a tio no ft h et r a n sitt o p olo g yo f qin g d a om e t r oc a biet vb a c k o n en e t w o r k a b s t r a c t r e c o n s t r u c t i o na n do p t i m i z a t i o no ft h em e t r oc a b l et vb a c k b o n en e t w o r k b e c o m e si n c r e a s i n g l yu r g e n ta st h et r i p l a yn e t w o r ka n dt h ec a b l en e t w o r kk e e p m o v i n ga h e a d i np a r t i c u l a r , n e t w o r kt o p o l o g yo ft h et r a n s i ts y s t e mp l a y sab i gr o l ei n n e t w o r kp e r f o r m a n c e ，f u n c t i o n s ，r e l i a b i l i t y , e t c ，a n di s d r a w i n gm o r ea n dm o r e a t t e n t i o nf r o mn e t w o r kd e s i g n e r si nt h ei n d u s t r y t h i sf i l ei n t r o d u c e s t h et r a n s i t s y s t e mt o p o l o g yd e s i g n o ft h ec a b l et vb a c k b o n en e t w o r ki no i n g d a oa n di t s a p p l i c a t i o ni nt h ec i t y sb a c k b o n en e t w o r kr e c o n s t r u c t i o np r o j e c t i nt h ed e s i g np r o c e s s ，t h ei n d u s t r i a lr u l e sa n dr e g u l a t i o n sa r ef o l l o w e da n d e x i s t i n gt o p o l o g yd e s i g ne x a m p l e sa r er e f e r r e dt os ot h a tn e t w o r kp e r f o r m a n c ea n d f e a s i b i l i t ya r eg u a r a n t e e dw h i l ei n l i n ew i t ht h eu r b a nc o n s t r u c t i o np l a n n i n go f q i n g d a o ，t h u sr e a l i z i n gh a r m o n i o u sd e v e l o p m e n tf o rb o t ht h ec a b l et vn e t w o r ka n d t h eq i n g d a oc i t y t h eh i g h l i g h to ft h i sd e s i g ni st h ec r e a t i o no fah i e r a r c h i c a ln e t w o r ks y s t e ma s t h em e t r ob a c k b o n en e t w o r ki sd i v i d e di n t ot h r e el a y e r s ：c o r e ( i n t e r n e t w o r k i n go fc o r e e q u i p m e n tr o o m s ) ，b a c k b o n e ( i n t e m e t w o r k i n go fa l lt r a n s i te q u i p m e n tr o o m si nt h e s a m ed i s t r i c t ) a n de d g e ( i n t e m e t w o r k i n go fc e r t a i ne q u i p m e n tr o o m si nd i f f e r e n t d i s t r i c t s ) t h er e g i o n a lf e a t u r eo fn e t w o r kc o n s t r u c t i o nf a c i l i t a t e sv a r i o u sr e g i o n a la n d i n d i v i d u a l a p p l i c a t i o n sa n dm a x i m i z e st h eu t i l i z a t i o n o fn e t w o r kr e s o u r c e s b y r e p l a c i n gt h ee x i s t i n g “s i n g l er i n gn e t w o r k w i t ht h e “p a r t i a lm e s hn e t w o r k ”，w ec a n s o l v et h ep r o b l e m so ft h es i n g l er i n gn e t w o r ks u c ha sp o o rs c a l a b i l i t y , l o wf l e x i b i l i t y a n dh i g ht r a n s i tc o s t s ，f u r t h e rm e e t i n gt h en e e d so fa t mv a l u e a d d e ds e r v i c e s ，e p o n b r o a d b a n ds e r v i c e sa n di pd a t ae x c h a n g es e r v i c e s t h ep a p e rf a l l si n t of i v ep a r t s p a r t1i n t r o d u c e st h em e t r oc a b l et vb a c k b o n e a n di t sp r o b l e m s ，a n ds t r e s s e st h ei m p o r t a n c eo ft o p o l o g yd e s i g no fi t st r a n s i ts y s t e m p a r t2d i s c u s s e st h ec o m m o n t y p e so ft o p o l o g ya n d t h e i rc h a r a c t e r i s t i c sa n de l a b o r a t e s o nt h eo p t i c a ll i n kc a l c u l a t i o na n dn e t w o r kr e l i a b i l i t yc a l c u l a t i o nw h i c ha r eu s e di n t o p o l o g yd e s i g no fo p t i c a ln e t w o r k s p a r t3d e t a i l st h ed e s i g np r o c e s s ，i n c l u d i n gt h e l a y o u to ft h et r a n s i te q u i p m e n tr o o m ，t h eh i e r a r c h yo ft h ec a b l et r a n s i ts y s t e ma n dt h e c h o i c eo ft o p o l o g y p a r t4c o m p a r e st h en e wd e s i g nw i t ht h ee x i s t i n gt o p o l o g y , e x p l a i n i n gt h ea d v a n t a g e so ft h en g wt o p o l o g y p a r t5s u m su pt h es i g n i f i c a n c eo ft h e p r o j e c ta n dg i v e ss o m es u g g e s t so fp o s s i b l ef u t u r ed e v e l o p m e n t s k e y w o r d s ：b a c k b o n en e t w o r k ；t r a n s i ts y s t e mt o p o l o g y ；h i e r a r c h i c a l x 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 逵；地遣直墓丝霞噩挂型直疆鲍：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：多1 耋鸭签字日期：己。7 年月z 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 导师签字秒品 签字日期：佛；月彦日 i i i i i l ， 引 肛 者j 吖 佑 如 姗 叼 谢 瑚 倒 耜 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 1 项目背景及研究意义 1 1 有线网概述 有线电视是用高频电缆、光缆和微波等来传输，并在一定的用户中分配和 交换声音、图像、数据及其它信号的电视系统。n 1 有线电视发展至今已有六十 余年的历史。1 9 4 8 年在美国宾夕法尼亚州的曼哈尼城，为了解决电视阴影区居 民收看电视的困难，人们在山顶上架设了增益较高的大型天线，通过电缆把天 线接收下来的信号传到居民区分配给各用户，这就是最早的公共天线电视系统， 也是有线电视的雏形。上世纪5 0 年代初，这种收视系统被应用到城市中，并增 加了简单的前端系统，形成了早期的共用天线系统，这种系统有效的解决了接 收重影严重、开路发射天线的零点区信号微弱、天线林立影响市容等城市开路 电视系统存在的一些问题。上世纪7 0 年代后，随着通信卫星传送电视信号进入 实用阶段，以及邻频传输技术的成熟，原有的共用天线电视传输系统的功能有 了很大提高，传送的节目套数得到了极大的丰富，覆盖范围也进一步扩大。2 0 世纪8 0 年代后期，光纤传输技术的重大提高极大的促进了有线电视事业的发 展，2 卜“1 工作在1 3 1 0 h m 波段，采用5 5 0 m h z 直接调制的d f b 激光器的光发射机 和光接收机的出现，改变了同轴网的传统结构，并逐渐发展成为今天的有线电 视系统。现代意义的有线电视宽带传输网由干线网、城域网和用户驻地网组成。 干线网用于城市之间的互联，传输介质为光缆，业务较为单一，主要承担有线 电视节目的传输与交换，互联网数据的传输和专用网络连接。用户驻地网是指 用户网络接口到用户终端之间的网络，典型的驻地网是校园网、企业网和社区 网，家庭网可以是驻地网的一部分或是最小的驻地网。传输介质一般为光缆、 同轴电缆、双绞铜缆线。城域网介于骨干网和用户驻地网之间，在城市范围内 实现信息传输与交换的一种网络。它建立在光缆通信设施之上，一般适用于距 离为3 0 ，- - - 5 0 k m 的范围，适用于一个城市的信息通信基础设施。它能够满足政 府机构、金融保险、大中小学校、公司企业等单位对高速率、高质量数据通信 业务日益旺盛的需求，特别是快速发展起来的互联网用户群对宽带高速上网的 需求，是国家信息高速公路与城市广大用户之间的中间环节。秘 我国有线电视的发展走的是一条由下至上，由局部到整体的路线。各地的 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 有线电视的发展一般都是由最初的居民楼闭路电视，发展到小区有线电视互联， 进而整个城域( 行政区辖) 的有线电视的互联。1 9 6 4 年，原中央广播事业局立项 对共用天线系统进行研究，拉开了中国发展有线电视的序幕。1 9 6 4 年至1 9 7 4 年，为中国有线电视技术研究和系统建设的准备阶段：1 9 7 4 年，原中央广播事 业局设计院等单位在北京饭店安装中国第个共用天线电视系统，标志着中国 有线电视的诞生，此后经历了3 个主要的发展阶段： 1 、1 9 7 4 年至1 9 8 3 年：共用天线阶段。这一阶段可视为有线电视的初级阶 段，其技术特点是全频道隔频传输，一个共享天线系统可以传输五、六套电视 节目。 2 、1 9 8 3 年至1 9 9 0 年：电缆电视阶段。以1 9 8 5 年沙市有线电视网络为标 志，有线电视跨出共享天线阶段，其技术特点以电缆方式为主的企业或城域网 络，邻频传输，可传输1 0 套电视节目。有的地方开始用光缆作远程传输。 3 、1 9 9 0 年至今有线电视高速发展阶段。以1 9 9 0 年1 1 月2 日颁布的有 线电视管理暂行办法”为标志，中国有线电视进入了高速、规范、法制的轨道。 经过3 0 多年的的建设与发展，有线电视网络作为国家重要的信息化基础设 施得到了长足的发展。截至2 0 0 7 年底全国共有3 1 个省级网络公司、1 0 0 0 多个 县级有线电视网、2 0 0 0 多个专用电视网，国内有线电视用户已经达到1 4 3 亿， 并以每年6 0 0 万户以上的速度增长，其中数字电视用户达到2 7 1 8 6 万，2 0 0 7 年数字电视用户增长了1 2 0 5 1 万，数字电视渗透率达到1 9 ，已经超过了全球 1 7 的平均水平。全国有线电视网络的里程超过了2 4 0 万公里，已经形成了国家 干线网与省级干线网和地县级本地网相连接的全国网络传输体系，形成了大约 2 0 0 0 多亿的存量资产，目前我国已经成为世界第一大有线电视用户国。n 1 1 2 有线城域网概念与结构 1 2 1 有线城域网概念 城域网的概念是在2 0 世纪8 0 年代后期引出的，它来源于数据通信。随着 数据通信的发展，根据网络覆盖的地理范围的大小，网络被分为局域网、城域 网、广域网。城域网有以下三个特征：l 、覆盖区域比校园网大比广域网小；2 、 连接2 个或2 个以上的局域网；3 、通常覆盖整个城区及城郊。根据美国i e e e 8 0 2 2 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 局域网标准委员会的最初定义，城域网是以光纤为通信媒体，能提供高速率， 支持数据、话音和图形的综合业务传输，在跨度为5 0 k m 一- - i o o k m 的城市覆盖范 围内实现高速、宽带传输的数据通信网络。虽然城域网起先是与局域网相对应 的计算机网络的概念，指的是城域范围的计算机网络，但将其延伸到整个通信 网络后，则泛指网络运营商在城市及其郊区范围内提供多种业务的所有网络， 它是以宽带光传输为开发平台，在城市范围内实现信息传输与交换的一种本地 综合业务网络。“1 有线城域网是在体现广电特色的前提下，紧密结合现代数字 通信技术和数字网络技术而形成的新的网络体系。是由广播、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、多业务有线电视网络。“” 早在i 9 9 8 年，广电部针对全国广电城域网络建设，提出了建设广电h 、b 两个传输平台的建议。其中a 平台是电视信号传输平台，采用残留边带调幅的 频分复用方式调制到光载波上，在光纤中传输到光节点，再经同轴电缆分配网 传输至有线电视用户。b 平台是数字信号传输平台，采用时分复用的s d h 制式 调制到光载波上，经光纤传输到达网络节点站，在节点站经s d h 的分插复用器 下载数字信息和加载数字信息后继续经光纤传输至下一节点站。为使广电城域 网建设更加规范，2 0 0 1 年l o 月中国广播电视学会技术研究委员会和广电总局 信息网络中心正式公布了“关于广电有线电视城域宽带网络建设的意见一专家 技术研讨建议书。在该建议书中对广电城域宽带网的描述如下： 1 、广电城域宽带网是由广播、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、 多业务有线广播网络。 2 、广电城域宽带网系统结构模型中，在网络运营商和用户之间建立了两种 信道：广播信道和交互信道，利用广播信道构建的传输信道称为广播信道( 即 a 平台) ，利用交互信道构建的传输信道称为交互信道( 即b 平台) 。 我们可以看出，广电城域网是一个多媒体通信网，它具有宽带城域网集成 性、同步性、交互性的特点，此外广电城域网中同时存在广播信道和交互信道， 这是广电城域网独具的特点。 3 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 1 2 2 有线城域网结构 有线电视城域网建有广播信道和交互信道。广播信道基本结构模型通常由 一个总前端和若干个分前端、一级和二级光链路干线、用户分配网三大部分组 成。广电城域网的广播信道主要用于开展模拟电视、数字电视、调频立体声广 播、数据广播等业务，它是一个点到多点的网络。与有线城域宽带网广播信道 相对应，有线城域网的交互信道通常由一个主中心和若干个分中心、一级和二 级光链路干线、城域接入网三大部分组成。有线宽带城域网交互信道从逻辑上 采用分层的建网思路，一般分为3 个层次：核心层、汇聚层和接入层。核心层 主要提供高带宽的业务承载和传输，完成和已有网络的互联互通，核心层网络 要求具备线速交换能力，高带宽、高可靠性、良好的扩展能力、清晰的网络结 构、多业务支持能力，以及q o s 保证等。n 汇聚层的主要功能是给业务接入节 点提供用户业务数据的汇聚和分发处理，同时要实现业务的服务等级分类，汇 聚层网络要求具备高性能、高容量、多技术支持、多种业务接入方式、多业务 支持等。接入层利用多种接入技术，进行带宽和业务分配，实现用户的接入， 接入节点设备完成多业务的复用和传输，接入层网络要求具备高端口密度、高 安全性、多业务支持、用户管理能力等。n 2 1 我们可以看出，广播信道与交互信道同时存在于有线城域网中，并且两个 信道的各个组成部分相互对应。广播信道和交互信道是有机的统一在一张城域 网中的，广播信道的一级光链路干线和交互信道骨干网光纤采用“同缆分纤” 的空分复用方式组合在一起，并且各分前端和各分中心原则上使用同一机房。“钉 通常情况下，城域网交互信道结构核心层和汇聚层可为合并为一层称为骨 干层，即核心交换机兼有汇聚交换机的功能，这样有利与扩大接入层的服务范 围，降低网络的建设成本。所以有线城域骨干网是指有线电视城域网广播信道 一级光链路干线同交互信道中由主中心和多个分中心组成的核心层加汇聚层功 能构件的集合，它的主要功能是给业务汇接点提供高容量的业务承载与交换通 道，实现各叠加网的互联互通。 4 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 1 3 有线城域骨干网改造的必要性 1 3 1 国外有线城域骨干网建设发展现状 目前全球各地的有线电视行业发展很不平衡，相对应有线电视城域骨干网 建设也很不平衡。美国是世界上有线电视行业最发达的国家，也是有线电视网 络发展最好、最成熟的国家。它的网络资源非常集中，根据美国有线电视通信 协会( n c t a ) 2 0 0 8 年的最新统计资料，美国有线网络前两大运营商c o m c a s tc a b l e c o m m u n i c a t i o n s 和t i m ew a r n e rc a b l e 用户总数占到美国总有线电视用户数的 5 9 1 4 。截至2 0 0 8 年，全美有线电视收视用户6 3 7 0 万户，预计2 0 0 8 年整个有 线电视行业总收入将达到8 6 0 亿美元，有线电视产业已成为全美重要的基础产 业和经济增长点。同时，美国也是最早实现从单一有线视频业务网络运营到综 合业务运营成功转型的国家。从1 9 9 6 年至今，美国有线电视运营商对网络进行 了大规模的改造和建设，有线电视行业的投资累计超过1 4 0 0 亿美元，平均每户 约2 2 0 0 美元。目前数字电视用户为4 0 4 0 万户，美国数字有线电视普及率已达 到6 3 4 2 。通过有线电视网接入高速因特网业务的用户已达到3 9 3 0 万户，利 用有线网络接入电话的用户近1 9 6 0 万户，扩展业务的收入已占有线行业总收入 的3 9 9 3 。有线运营商每个用户的a r p u 值n 钉“5 1 已从2 0 0 0 年的5 2 美元上升到 2 0 0 8 年的1 1 2 美元。但是由于美国有线电视网络运营商上世纪9 0 年代在有线 电视网络改造中对于城域网花费了大量的投资，大型有线电视公司均建成了能 够覆盖各自营业区内的各个城市的地区性城域光纤环路，其中大部分公司还建 成了连接本公司拥有的各个地区性光纤环路和前端设施的骨干光纤线路。因此 虽然各项新技术、新业务发展很快，美国有线运营商还在尽量使用和维护好现 有的网络资源，坚持选择原有网络结构，对于有线城域骨干网还没有大规模的 改动，拓扑结构上也仍然环形结构。1 6 卜m 1 日本由于发达的公共广播机构和强势的电信运营商的竞争，有线电视网络 正面临严峻的挑战。截至2 0 0 7 年底5 2 5 个有线电视运营商仍有1 0 的处于亏损 状态。2 0 0 0 万有线电视用户中，将近一半仍然用全同轴电缆网络覆盖，有线电 视光网络覆盖率比较低，日本当前主流先进的有线城域骨干光缆网络也是环形 网络结构。伽1 5 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 欧洲由于地面公共广播高度发达，加上近年来卫星付费电视运营商的迅速 发展，电信运营商大力推进i p ，r v 业务加强对电视传播业务的渗透，以及有线电 视市场的分割，使得欧洲有线电视运营商一直处于较为困难的境地，市场占有 率面临持续下降的危险。为了应对市场竞争，欧洲的有线电视运营商加快了整 合网络市场、优化网络结构、扩展网络业务的步伐，从2 0 0 0 年至2 0 0 7 年，基 于有线电视网络宽带上网业务收入从2 7 亿欧元增加至4 2 亿欧元，增加了1 5 5 倍，以此对应的有线骨干城域网络建设也得到了很大的发展，但这种发展只限 于传输载体及传输容量的改变，有线城域骨干网依然采用环形结构。2 恤1 1 3 2 我国有线城域骨干网建设发展现状 上世纪末至本世纪初是我国有线电视城域网络建设发展较快的时期，中国 广播电视学会技术研究委员会和总局信息网络中心在2 0 0 1 年6 月和9 月在北京 召开了两次“广电有线电视城域网改造专家研讨会。就有线电视城域宽带网 改造中涉及的“做什么 和“怎么做”等重要问题达成了基本共识。“关于广 电有线电视城域宽带网络建设的意见”专家技术研讨建议书在2 0 0 1 年1 0 月正式发布。2 0 0 2 年5 月2 0 日，总局科技司召开了“有线电视城域网络改造 意见”专家研讨会，讨论修改审定有线电视城域网络改造指导意见，并作为 2 0 0 2 年6 月6 日“全国有线电视网络安全技术工作会议 的重要附件。并最终 形成了大中城市的有线电视城域骨干网通常采用环形拓扑结构，也可采用双星 型、网状拓扑结构的共识。在综合考虑网络安全性与建设成本的基础上，绝大 多数有线网络运营商，建成了环形拓扑结构的城域骨干网。当前随着有线数字 电视整体转换工作的推进，以及国家对“三网融合 的要求，有线电视行业对 于城域网改造的重要性与紧迫性的认识已经达到空前的统一，可以说我国有线 城域网建设又进入了一个快速发展的阶段，广大有线工程技术工作者也对提出 了不少有线城域网网络改造的方案、规划。1 但是现阶段大家对城域网络改造 的目光大多集中在城域接入网部分，( 城域接入网是指有线电视城域网中从各分 中心至用户数据终端之间完成接入层功能构件的集合，它的主要功能是给业务 接入点提供业务的汇聚、管理和分发处理。) 更多的是讨论城域接入网技术选型 与相应的网络拓扑方案，对城域骨干网网络改造及网络拓扑的研究还很不够， 对这方面的研究还亟待加强。 6 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 1 3 3 有线行业面临的挑战 毫无疑问2 1 世纪是一个以网络为核心的信息时代，近年来，随着数据业务 的迅速扩张以及数据传输技术的飞速发展，打破了传统通信行业划分电信网、 计算机网和有线电视网的技术壁垒，新一代网络产品、网络服务和网络发展平 台的设计理念，不断地冲击着网络市场。脚1 网络产品的性能价格比、产品的升 级换代速度、对客户的承诺等等成为网络运营企业生存、发展的关键。协1 对应 着市场与技术的改变，对于有线网络运营商来说，感受到以下几方面的市场的 推动力越来越大： 1 、住宅小区对高速数据业务的强烈需求； 2 、具有强烈目的性的互动数字业务的传输； 3 、付费电视、高清晰度电视、交换电视等业务的强烈需求： 4 、远程教育、远程医疗、家庭购物、家庭办公等业务的蓬勃发展。 可以预见单向的广播式电视业务传输，无论是采用模拟技术的还是数字技 术都不能满足人们未来对信息多元化的需求，市场的需求要求有线电视网从单 向的模拟视频信道广播向双向互动的宽带网络发展，同时能传送模拟、数字视 频信道和高速数据。卜冽 此外随着数字技术的迅速发展和全面采用，特别是i p 技术、s t b 技术的发 展，将话音、数据和图像等信号编译成统一的数码进行传输、交换和分配，已 经成为现实。汹1 而大容量光纤通信技术的发展，为综合传送各种业务信息提供 了必要的带宽、传输质量和低成本。同时软件技术的发展，使得有线电视网、 计算机网、电信网三大网络及其终端通过软件变更，最终可以支持各种用户所 需的特性、功能和业务。因此，利用一种网络开展多种业务在技术上已经基本 成熟。三网融合已经是大势所趋。 1 9 9 6 年美国率先通过电信条例，打破了行业垄断，允许电话公司、无线通信 运营商、有线电视运营商和广播公司进入对方市场。美国有线电视市场的竞争现 在近似残酷，特别是电信公司i p t v 业务的迅猛发展，使有线电视视频收视业务受 到重创。在宽带业务接入上，美国有线电视运营商也面临越来越大的压力，据f c c 7 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 公布的数据，2 0 0 2 年底美国宽带用户为2 1 4 5 5 4 万户，其中c a b l e m o d e m 用户约为 11 3 0 7 万户，占总数的5 2 7 。x d s l 约为6 4 4 4 4 万户，占总数的3 2 6 ，光纤( f t t h ) 为5 5 3 5 万户，占总数的2 8 ，卫星与其它为1 4 6 2 8 万户，占总数的7 4 ，可见 当时c a b l em o d e m 市场份额占的最大。2 0 0 5 年底全美宽带用户总数达到了4 2 9 0 万 户，这一年x d s l 用户增长数量首次超过c a b l e m o d e m 用户数。至此以后，有线电视 公司处处被动。同时电信公司的另一种新的宽带接入方式，即f t t h ，也异军突起， 迅速发展壮大，至u 2 0 0 6 年9 月底，f t t h 用户数达至u 1 0 0 万以上，而且发展迅速，这 更使有线电视公司望尘莫及。目前美国的电信公司不单在用户光纤线路上让电 视、电话和高速上网三种业务融合在一起，而且在x d s l 用户接入线路上，也已将 电话、电视和高速上网三种业务捆绑销售，电信公司以宽带接入技术作依托，大 力发展i p t v 业务与有线电视公司抢夺视频业务用户。由于电信公司的宽带接入技 术占优势，因而在三种业务捆绑服务方面，电信公司占有竞争优势。所以，凡是 在两家有竞争的地方，有线电视公司都无例外地降低了价格，并失去了相当一部 分传统市场。美国有线电视用户数量自2 0 0 1 年达到历史最高的6 6 9 0 万户后逐年下 降，目前已降为6 3 7 0 万户，其中2 0 0 8 年一年就失去1 2 0 万用户，有线电视网络运 营商面临的市场压力越来越大。咖1 3 在有线运营商寄予厚望的企业宽带接入方 面，虽然美国有线电视网络在2 0 0 5 年已经覆盖7 4 ( 3 8 0 万户) 小型企业和5 1 ( 8 0 万户) 中型企业，但是由于历来着重于，甚至只承担住宅视听节目服务，有线电 视产业的网络结构尚无法适应面向企业的服务，需加以改造及转变。企业宽带服 务要求高档服务质量( 包括可靠性、灵活性与可伸缩性) ，企业对待商业性服务的 态度是苛求的。从总体上说为了适应未来的市场竞争，有线电视公司需要调动人 力、物力和其他资源对现有基础设施改造升级。市有线网络达到能迅速、可靠地 向各类企业提供多种多样服务，而且是具备定向传播功能的网络结构。蚴1 我国在“十一五”规划中明确指出：要“加强宽带通信网、数字电视网和下 一代互联网等信息基础设施建设，推进三网融合 。2 0 0 8 年1 月1 日国务院发布 了 国务院办公厅转发发展改革委等部门关于鼓励数字电视产业发展若干政策的 通知。“文件规定：从2 0 0 8 年2 月1 日起，鼓励广播电视机构利用国家公用通信网 和广播电视网等信息网络提供数字电视服务和增值电信业务。同时，在符合国家 有关投融资政策的前提下，支持包括国有电信企业在内的国有资本参与数字电视 8 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 接入网络建设和电视接收端数字化改造。一该文件的发布为电信与广电的相互开 放和业务交叉扫清了政策障碍。可以说“三网融合 已经开始，有线行业与其他 通信行业原有的平衡正在被打破，针对客户的市场竞争已经开始。 我国的有线电视城域网基本上都是上世纪9 0 年代中后期以后建成的，但是 由于是在比较困难的条件下一步步发展起来的，网络建设还很不完善。突出表 现为，网络不规范，缺乏严格的整体规划计：故障率高，运维体系薄弱；安全 性差，缺乏预警防范能力；综合开发利用水平低，各地网络建设技术质量参差 不齐，因此部分地区的网络还无法承载多种业务的需求。可以说无论是外在竞 争需要还是内在自身发展与融合的需求，有线电视网络改造势在必行。有线电 视网是从一个个城域骨干网建立发展起来的，有线城域骨干网承载着各种业务 的传输，是有线电视网的基础，有线网络改造的重点就是有线城域骨干网改造。 只有把有线城域骨干网改造好，建设好，广电有线网作为全国性的运营业务网 的优势才能真正的发挥出来。如何建立起一个具有广播业务信道和交互业务信 道，集声音、数据和图像于一体的宽带、高速、多业务、多媒体，覆盖范围广、 技术先进、性能完善、安全可靠，能与国内国际通信接轨、与现代化城市相适 应的广播电视和信息传输的城域骨干网是有线电视行业面临的主要问题。d 3 1 4 青岛有线城域骨干网现状及项目研究意义 1 4 1 网络现状结构 青岛有线自1 9 9 3 年开播以来，在市委、市政府的正确领导及相关部门的大 力支持下，经过1 0 多年的艰苦创业，现已发展成为集广播、电视、数据通信于 一体的宽带多媒体网络。青岛有线城域双环骨干传输网( 见图1 - 1 ) 全长1 4 4 k i n ， 采用环形网络拓朴结构，现用于模拟电视、数字电视及i p 网主干传输，应用 1 5 5 0 n m 光纤传输技术将信号从广电中心总前端传至市区1 5 个分前端。青岛有 线城域骨干双环网全部采用3 2 芯光缆，自广电中心主机房沿逆时针和顺时针两 个方向分别向各分前端机房星形敷设4 芯光纤。分前端机房同时接收来自两个 不同方向传来的信号，并通过射频自动切换保护方式，互为备份。环形路由保 护与信号自动切换，确保了每个分前端机房广播电视信号的安全、不间断传输。 南环连接广电中心、镇江路、贮水山、河南路、西藏路、莱芜二路、龙潭路、 9 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 澄海三路、李山东路机房，全长5 6 0 5 k i n ；北环连接广电中心、贮水山、人民 一路、九江路、永平路、楼山后、李村、伊春路、浮山后机房，全长6 7 6 k m 。 图i - i ：青岛有线市区城域双环骨干传输网结构示意图 1 4 2 面临的问题 随着三网融合的进一步来临，以及有线数字电视整体转换和大量新业务的 引入，原青岛有线城域骨干双环网，在网络的承载能力、可升级性等方面已经 不能满足业务发展的需要，具体体现在以下几个方面： l 、光纤冗余量过低，不适应网络建设及业务发展需求。青岛有线1 5 5 0 n m 双环骨干网全部采用3 2 芯光缆，自广电中心主机房沿逆时针和顺时针两个方向 分别向各分前端机房星形敷设4 芯光纤，现全部使用，已无冗余光纤。随着青 岛市城市建设步伐的推进，导致有线网络覆盖范围的增大，青岛有线需要在部 分新开发城区内增建传输机房，现状1 5 5 0 n m 南北双环网的光纤容量已不具备对 新增机房的承载能力。 2 、1 5 5 0 n m 双环网结构过于单一，网络扩展性差、灵活性低、传输成本高。 单一的环形网络结构在多站点分布式骨干网络中存在着较大的局限性。比如， 传输机房的调整或增加、传输路由的局部改动都会对1 5 5 0 n m 全网的传输指标产 1 0 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 生较大影响，严重时需要对整个系统进行重新设计；传输机房之间缺乏必要的 互联通道，任意机房间的连接都必须基于环网实现，传输光纤的利用率低，对 点到点专线业务的适应性差。尤其是1 5 5 0 n m 网络传输路由过长，网络传输成本 过高。 3 、单环覆盖节点数较多，网络扩容难度大。现状1 5 5 0 n m 南北双环各覆盖 8 座传输机房，如果按照业务发展需求对网络进行前瞻性扩容，传输光缆的芯 数将极巨膨胀，系统的可靠性将大大降低。另外，较多的环网节点也是造成网 络传输距离过长、使用不便的重要因素之一。 1 4 3 研究意义 随着有线电视数字化进程的推进，及高速上网、宽带连接网络业务在有线 网络业务中的比重逐步增加，有线电视网络发展的趋势是支持多业务、多平台 融合的新媒体，内容上要向集成运营商转移，并进行大规模的网络资源的整合， 有线网络承载传输的业务量将会呈指数形式增长。同时双向互动电视业务以及 宽带业务发展迅猛，i p t v 及宽带接入市场竞争加剧对有线城域骨干网络的高带 宽、高可靠性、多业务承载能力以及用户接入的方式和接入带宽、质量均提出 了更高的要求。3 5 1 3 ”特别是用户对视频业务的需求，已经从原来单纯的广播 电视业务发展到交互电视业务。现状青岛有线城域骨干网虽然在宽带数据通信 能力上可暂时满足要求，但是在既有交互视频业务又有宽带数据业务、集团 专网v p n 业务以及未来v o l p 语音业务的情况下，原有的网络在多业务支持、带 宽、网络运营管理、可靠性和稳定性等方面已经不能满足新形势的要求。汹州 因此，青岛有线迫切需要一种能支撑上述多重业务的核心及汇聚网络对城域范 围内的用户实现业务覆盖。有线城域骨干传输网作为有线传输网的构架与基础， 作为有线城域光网络的核心，规划整合工作势在必行。柚1 有线城域骨干网连接着各个分前端机房，它是网络正常传输的保证，因此t 从理论上讲有线城域骨干传输网络在建设方面应该是完美的，例如光缆线路冗 余备份足够多，全区域覆盖，多路由保护等等。但这有一个建设成本问题，网 络建设标准越高，所需成本越大，有线电视运营商作为一个企业，首先要考虑 的是整个工程的投入产出比，因此我们只能在高性能和低成本之间找到一个平 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 衡点。网络拓扑结构的设计正是解决网络建设平衡点的办法。n 妇 网络拓扑结构是网络设计的基本技术，也是网络设计的首要问题。网络的 许多性质和它的拓扑结构密切相关，网络的实际路由规划也同拓扑结构紧密联 系，网络拓扑结构的设计决定了整个网络的经济性、可用性、和可扩展性。因 此网络拓扑结构的研究与设计分析对于一个网络建设项目来说是最基本也是最 重要的问题。 1 5 论文的结构与安排 本文基于对青岛有线城域网骨干网改造整合项目重点介绍青岛有线城域骨 干网拓扑结构方案的设计过程，全文由五部分组成。 第一章对有线网及有线城域骨干网的基本概念、国内外有线城域骨干网发 展现状及面临的挑战、青岛有线城域骨干网在当前发展过程中面临的问题、网 络拓扑结构设计对于网络建设的重要性和必要性等方面做出了较为详细的阐 述，阐明了论文选题背景及意义。 第二章主要阐述了网络的拓扑结构设计对网络安全性、可靠性、可扩展性、 经济性等方面的影响。在介绍了城域骨干网络拓扑结构的几种基本类型及其相 应的特点的基础上，介绍了网络拓扑结构设计中所用的光链路计算原理及网络 可靠性计算原理。 第三章介绍了青岛有线城域骨干传输系统的拓扑结构设计步骤及方法。作 者的主要工作包括：1 、完成拓扑结构中的节点即传输机房的设计，包括节点数 量、位置及核心节点的确定；2 、完成拓扑结构中的链路的设计，包括传输层次 结构、链路路由形式的确定。 第四章根据青岛有线城域骨干传输系统拓扑结构设计的最终结果，对新拓 扑结构与原有拓扑结构在网络的实用性、网络技术指标及网络可靠性等方面进 行分析讨论。 第五章在总结所做设计工作及分析新网络应用的基础上，对今后工作的开 展进行了展望并浅谈了进一步的努力方向。 1 2 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 青岛有线城域骨干传输网拓扑结构设计是青岛有线城域网网络规划建设项 目的第一项工作也是非常重要的一项工作，它确保有线城域骨干网络可以建设 成为与未来业务发展相适应的、各种传输系统结构合理、功能完善的现代化信 息传输网络。本项目通过调研国i 为# 1 - 有线行业城域骨干网建设实例，分析各种 现状业务应用并研究未来网络i p 化的技术基本特征，参考青岛市城市总体建设 规划，为有线城域骨干网络建立了层次化、开放的网络拓扑结构，实现有线电 视骨干网络与城市建设同步协调发展，确保网络的适应性和可操作性，解决了 青岛有线城域骨干网网络业务承载能力不足，网络扩展不便，网络结构单一、 可靠性较低等缺点，为青岛有线网络进一步发展壮大奠定了良好的基础。 青岛有线城域骨干网传输系统拓扑结构的设计与应用 2 有线城域骨干网传输系统拓扑结构设计原理 2 1 城域骨干网络拓扑结构分析 2 1 1 常用城域骨干网拓扑结构类型 所谓拓扑结构，就是把各种结构的网络用户，从几何学上抽象、概况成一 种典型结构，这种结构称为拓扑结构。网络的拓扑结构对网络设计、功能配置、 高可靠性等方面有重要影响。 常用的城域骨干网络的拓扑结构主要有线形、星形、树形、环形和网状这 五种类型，具体为：“2 1 1 、线形拓扑结构 当所有的网络节点以一种非闭合的链路形式连接在一起时，就构成了线形 拓扑( 如图2 - 1 所示) 。这种拓扑的优点是结构简单，施工方便，所需线路较少， 成本低，缺点是排除故障和再配置比较困难；生存性较差，节点或链路的失效 将把整个系统割裂成若干个独立的部分，将无法实现有效的网络通信。 2 、星形拓扑结构 图2 - 1 ：线形拓扑结构 当所有网络节点中只有一个特殊节点与其他所有节点有物理连接，而其他 各节点之间都没有物理连接时就构成了所谓的星形结构( 如图2 2 所示) 。该特