（计算机科学与技术专业论文）一种多网口eoc系统的设计与实现.pdf

2i 0 m st h e s i s ： l i i i ii iii i ii l111 1 1 1 1 1 1 1 1 , l u i y 1718 0 5 5 d e s i g nan dim p l e m e n t a t i o no fam u l t i - p o r t s e o c s y s t e m s p e c i a l t y ：c o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y m a s t e rd e g r e ec a n d i d a t e ： q i 丛x i n s u p e r v i s o r ：! q l ! 堕l i 鱼n h a o c o l l e g eo fi n f o r m a t i o ns c i e n c e e n g i n e e r i n g c e n t r a ls o u t hu n i v e r s i t y c h a n g s h ah u n a np r c 原创性声明 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。尽我所知，除了论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 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：纽丝日期： 型! 年月业日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。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。 作者签名： 砬叁导师签名主匿睦日期：业年上月止日 摘要 e o c 是以太网信号在同轴电缆上的一种传输技术，由于其无需 重新布线，高速的以太网传输能力，较强的抗干扰能力，以及能实现 基于i p 的各种业务，如高速数据业务，使得其在h f c 各方案中得到 了广泛的应用。目前一台e o c 终端只有一个网络接口，使得一台e o c 终端只能满足一种业务的要求，这就迫切需要一种e o c 同轴以太网 交换机来解决这个问题。 本文介绍了目前国内外常用的e o c 技术的特点，重点分析了 h o m e p l u g b p l 标准e o c 技术部分，并总结了h o m e p l u g b p l 标准e o c 技术在应用中的优势。在e o c 技术的基础上，结合嵌入式软件技术， 提出了一种性价比更高的产品设计方案，开发出了多网口e o c 同轴 以太网交换机。 首先在研究单片机嵌入式应用技术基础上，设计了m c u 芯片与 交换芯片的接口电路原理图、各种外围接口电路原理图、以太网控制 器驱动模块、交换芯片管理模块以及整个系统软硬件的架构。 其次基于同轴以太网通信技术，对多网口e o c 系统的数据传输 部分以及以太网控制器模块进行了分析，同时详细地分析了m c u 芯 片通过g p i o 对交换芯片进行管理的实现过程。 最后对各种e o c 技术进行了多项性能测试，并分析了各种e o c 技术的优缺点以及适应场合。在开发和测试过程中用示波器、 s m a r t b i t s 等仪器对s p i 通信与各种指标的可靠性及准确性进行了多次 的实验调试与验证。 经测试本多网口e o c 系统能很好地满足广电运营商的要求，进 一步增加e o c 在市场上的占有率。此外，针对各种具体问题，本文 还以讨论的形式介绍了关于今后系统设计的一些改进想法和措施，比 如在e o c 技术上加上w i f i 技术和v o i p 技术等。 关键词多网口e o c ，h f c ，h o m e p l u g b p l ，以太网控制器，交换 t_iir【r a bs t r a c t e o ci sat e c h n o l o g yt h a te t h e m e ts i g n a lt r a n s m i t so nt h ec o a x i a l c a b l e d u et oi t sw i t h o u tr o u t i n g ，h i g he t h e m e tt r a n s m i t t i n gc a p a c i t y , s t r o n g a n t i i n t e r f e r e n c e a b i l i t y , a n d i ti sa b l et oi m p l e m e n tv a r i o u s s e r v i c e sb a s e do ni pt e c h n o l o g y , w h i c hm a k e si tw i d e l yu s e di nt h e 心c c a s e a tp r e s e n ta ne o ct e r m i n a lc a no n l yp r o v i d eo n ei n t e r f a c ef o ra 1 1 s e r v i c e s s oi ti sn e e d e dak i n de t h e m e ts w i t c ht os o l v et h ep r o b l e m t h i st h e s i si n t r o d u c e sc h a r a c t e r sf o rc o m m o ne o ct e c h n o l o g i e s h o m ea n da b r o a d ，e s p e c i a l l yo nh o m e p l u g b p le o ct e c h n o l o g ys e c t i o n t h e nac o n c l u s i o ni sm a d eo na d v a n t a g e so fa p p l i c a t i o nf o ri t b a s e do n t h es t u d yo fe o ct e c h n o l o g ya n dc o m b i n i n gw i t he m b e d d e ds o f t w a r e t e c h n o l o g y , ah i g h e rc o s te f f i c i e n c ys o l u t i o ni sp r o p o s e da n dam u l t i 。p o r t s e o cs y s t e mi sd e v e l o p e d f i r s t l y , o nt h eb a s i so fs t u d yo fs i n g l ec h i pa p p l i c a t i o ni ne m b e d d e d s y s t e m i n t e r f a c ec i r c u i to fm c u a n do t h e re x t e r n a lm o d u l e s ，e t h e r n e t c o n t r o l l e rd r i v e rm o d u l e ，s w i t c hm a n a g e m e n tm o d u l e ，s o f t w a r ea n d h a r d w a r eh o l i s t i cs t r u c t u r eh a v eb e e nd e s i g n e d s e c o n d l y , t h r o u g hu t i l i z i n g e t h e m e to v e rc o a xc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , t h ed a t at r a n s m i s s i o nm o d u l ea n de t h e r n e tc o n t r o l l e rm o d u l e o fm u l t i p o r t se o cs y s t e ma r ea n a l y z e d ，a n dt h ep r o c e s s i n go nm c u w h i c hm a n a g es w i t c ht h r o u g hg p l 0w a sd e s c r i b e di nd e t a i l f i n a l l y , m a n yp e r f o r m a n c e t e s t sa r ed o n ef o rt h ee o c t e c h n o l o g i e s h o m ea n da b r o a d m o r e o v e r , t h ea d v a n t a g e s ，t h es h o r t c o m i n g sa n dt h e a p p l i c a t i o n sf o r a l lt h e s ee o ct e c o n o l o g i e sa r ea n a l y z e d t h em o s t i m p o r t a n tt h i n gi st h a tr e l i a b i l i t ya n de x a c t i t u d ef o rs p ic o m m u n i c a t i o n a n dt h ei n d i c a t o r sh a v eb e e nd e b u g g e da n dv a l i d a t e dm a n yt i m e sd u r i n g t h ed e v e l o p m e n t t h et e s t ss h o wt h a tt h em u l t i p o r t se o cs y s t e mi sa p p l i c a b l ef o r p r a c t i c a b l eu s ea n dc o n t e n tw i t hb r o a d c a s to p e r a t o r i na d d i t i o n ，i nt e r m s o fk i n d so fp r a t i c a lp r o b l e m s ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e ss o m ei d e a sa n d m e a s u r e so fi m p r o v e m e n ti nt h ef o r mo fd i s c u s s i o n ，f o re x a m p l e ，w i f i i l t e c h n o l o g y a n dv o i pt e c h n o l o g ya r ea d d e do nt h eb a s i so fe o c t e c h n o l o g y k e yw o r d s m u l t i p o r t se o c ，h y b r i df i b e rc o a x i a l ，h o m e p l u g b p l t e c h n o l o g y , e t h e m e tc o n t r o l l e r , s w i t c h 目录 摘要。i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 本课题的研究背景和主要任务1 1 1 1 本课题的研究背景和意义1 1 1 2 课题的主要任务1 1 2e o c 技术的国内外研究现状2 1 3e o c 技术的发展趋势3 1 4 论文的组织结构5 第二章e o c 技术的比较与分析7 2 1e o c 技术概述7 2 2 几种主要e o c 技术的特性比较8 2 2 1 各e o c 技术特性简述8 2 2 2 各e o c 技术的比较分析1 0 2 3h o m e p l u g b p l 技术1 1 2 3 1h o m e p l u g b p l 技术的原理1 1 2 3 2h o m e p l u g b p l 技术的特性1 2 2 4h o m e p l u g b p l 技术在h f c 网络中的应用1 4 2 5 本章小结1 5 第三章多网口e o c 系统的设计与实现1 6 3 1 硬件设计16 3 1 1 硬件电路中重要芯片的选择16 3 1 2 硬件需求设计1 7 3 1 3 具体硬件模块设计18 3 2 软件设计2 7 3 2 1 软件的开发流程及开发环境简介2 7 3 2 2 系统软件结构设计2 8 3 2 3 以太网控制器底层驱动设计与实现2 9 3 2 4 嵌入式w e b 管理界面的设计与实现3 3 3 3 本章小结3 6 i v 第四章多网口e o c 系统性能测试3 7 4 1 系统测试工具及测试环境简介3 7 4 2 多网口e o c 系统的测试与分析3 8 4 2 1 链路衰减对带宽的影响测试3 8 4 2 2 连接终端数量对带宽的影响测试4 0 4 2 3 对有线电视频道干扰的测试4 2 4 3 本章小结4 4 第五章总结与展望4 5 5 1 论文及研究工作总结4 5 5 2 后续工作展望4 6 参考文献4 7 至艾谢51 攻读硕士学位期间主要成果5 2 v r r r 硕十学位论文第一章绪论 第一章绪论弟一早珀t 匕 1 1 本课题的研究背景和主要任务 1 1 1 本课题的研究背景和意义 目前，全国有线电视正在大规模改革阶段，根据有线电视的发展需求以及自 身状况，对其进行数字化改革的趋势不可避免，整体正在各地区全面推广。在数 字电视业务推广的过程中，广电运营商在各地进行了各种形式的市场调研、考察， 逐步的认识到单向数字电视业务由于其数据传输的单向性，不能很好的与用户交 互，很难满足用户多方面的需求，只有提供交互式、多业务、提供有优势的个性 化双向服务的数字电视，才能被广大用户所接受，所以对现有h f c 网络进行双 向改造势在必行【l 】。而e o c 技术使用原有同轴电缆资源传输数据，对现有同轴 网络改造小，避免了庞大的同轴线与双绞线双线入户改造工程，通过把有线电视 信号与网络数据信号调制到不同频段在同轴电缆上共缆传输，提供双向数据传输 功能，满足了对现有h f c 网络双向改造的需求。 未来理想的、能最好满足用户需求的网络接入模式是光纤到户，但是目前最 好的网络接入形式可以认为是广电的h f c 网1 2 3j 。现在国内外涌现出众多基于 h f c 网的双向通信技术，其中e o c 技术发展迅速，由于其宽频带、多业务、抗 衰减能力强，在不影响数字电视业务的前提下，还能传输网络数据，提供上下行 传输，使得它不仅能传输有线电视信号，而且也能传输v o i p 、高清v o d 点播、 i n t e m e t 数据等信息。 但是目前广电并没有公布e o c 标准，各种e o c 技术百花齐放，从而引起了 各种问题，如兼容性问题，管理问题。这些问题直接影响到了广电运营商对服务 质量的保障，各个厂家的网络管理系统花样百出，一个小区的管理需要用几套管 理系统，e o c 技术在当前并不成熟，技术上的问题各个厂家解决方案不同，可 想而知，用户目前并不是非常满意。而且一台e o c 终端只有一个接口，如果需 要办理多个业务，用户在家庭同轴电缆入口处需要安装分支分配器，并且购买多 个e o c 终端才能享受多种业务，这也给用户带来了极大的不便，也提高了入户 成本。 1 1 2 课题的主要任务 本课题来源于企业研究项目，为广电运营商提供多网口e o c 系统，提出在 硕十学位论文第一章绪论 e o c 技术中应用交换芯片与嵌入式技术相结合开发该多网口e o c 系统。主要研 究的内容是： 系统丌发环境和运行环境： 多网口e o c 系统的硬件实现； 多网口e o c 系统的软件实现； 多网口e o c 系统的性能测试。 本文主要探讨并研究基于h o m e p l u g b p l 标准的e o c 技术，其它e o c 技术 不是文中的研究重点。 1 2e o c 技术的国内外研究现状 目前，e o c 技术发展迅速，各地区使用e o c 比较普遍。国家也相继出台了 相关政策扶植三网合一的推动，2 0 1 0 年将全面在各省市试点。 于是伴随着e o c 技术的发展，实现e o c 的技术方案也随之增多。从不同的 分类角度可以划分为如下几类： 按照是否对数据信号进行调制来分，可以分为调制e o c 和基带e o c 两 种。调制e o c 设备和基带e o c 设备在网络拓扑结构上有很大的差异：调制型 e o c 设备在组网上可以点对点连接，也可以通过多路分支分配器形成树型结构 网络 4 , 5 1 ；而基带e o c 设备只能进行点对点连接。由此可见，基带e o c 设备在 组网上存在着相当大的局限性，不能适应一对多的网络，所以这种技术使用较少。 按照是否遵循行业标准来分，可分为有标准的e o c 和无标准的e o c ， 此处所说的行业标准并非e o c 标准，目前广电并没有发布任何e o c 标准。有行 业标准的e o c 主要是指厂家开发e o c 设备时遵循以下一些标准：m o c a 、 h o m e p l u g b p l 、i e e e8 0 2 3 、i t u tg 9 9 5 4 、h o m e p l u g a v 、i e e e8 0 2 1l g n 【铺】。 无标准e o c 技术是指厂家在开发时按照自己的技术，并没有遵循任何标准。 主要包括u c l i n k 、e p c n 、c a b l e r a n 等，这些技术具有独特性，有自己一套 应用和管理模式，与其他e o c 技术一般不兼容，所以很难被广电运营商采用一j 。 按照使用载波频率范围来分，可分为低频e o c 技术和高频e o c 技术。 所谓低频和高频是指比有线电视信号频率低或高，使用0 , - - 6 5 m h z 频段的e o c 技术称为低频e o c ，使用8 0 0 1 5 0 0 m h z 频段的e o c 技术称为高频e o c 。根据 广电对有线电视频率的划分标准，8 7 m h z - 8 7 0 m h z 频段用于模拟电视、数字电 视的下行传输1 1 0 , 1 。但是有些地区模拟电视信号电视频道是从4 9 7 5 m h z 开始， 所以一般的低频e o c 都采用小于4 9 7 5 m h z 的频段来传输数据信号，以免影响 电视信号的传输而导致电视出现雪花。 采用高低频e o c 技术各有利弊，能适应不同的工程应用。低频e o c 技术基 2 硕十学位论文第一章绪论 本不用改造原有的网络，或者只需较少改动，但是容易受到低频端噪声干扰，而 且频率使用范围较小，对于以后扩展多用户高带宽接入可能会带来限制，比较适 合应用在难于改造已经建成的老网络中。高频e o c 可使用频率资源丰富，带宽 大，高频端不易受到干扰，但是衰减比较大，对连接器、放大器、电缆、分支分 配器等的指标要求比较高，另外施工质量也必须保证，成本较高【眩l 。 工作于低频端的e o c 技术主要有：基带e o c 、h o m e p l u g a v 、h o m e p i u g b p l 、 h o m e p n a 。高频端的e o c 技术主要是w i f i 降频和m o c a 。 h o m e p l u g b p l 是针对电力线网络制定的标准，主要面向宽带接入网络。芯 片提供商是法国的s p i d c o m 公司。s p i d c o m 公司采用的主芯片是s p c 2 0 0 c ，它可 以实现非常高速的通信。芯片内置a r m 9c p u 及丰富的标准接口，可以很容易 的集成在复杂的结构中。s p c 2 0 0 c 基于l i n u x ，是“开放系统 的技术核心， s p i d c o m 公司的合作伙伴可以根据其不同的技术要求丌发出具有个性化的产品。 在国内s p i d c o m 公司的合作伙伴主要有：深圳市海之维科技有限公司、同洲 电子、成都开能科技有限公司、深圳波导、深圳海硕科技有限公司等。 h o m e p l u g a v 标准是由电力线通信技术领域的权威国际机构家庭插电联盟 制定的，是以i n t e l l o n 技术为基础的。芯片提供商是美国的i n t e l l o n 公司。i n t e l l o n 公司是电信电力线通信排名第一的美国本土上市公司厂家，行业龙头，采用的主 芯片是i n t 6 4 0 0 ，其在物理层特别是电力线抗干扰等有很深的积累。i n t e l l o n 公 司采取的是部分代码开源的方式提供给合作伙伴，封装了主要的a p i 接口，所 以i n t e l l o n 技术主要合作伙伴都是一些大型企业，拥有雄厚的技术力量。i n t e l l o n 公司国内的主要合作伙伴是杭州h 3 c 公司。 h o m e p n a 标准是国际i t u t 标准，目前已升级到3 1 版本，它采用f d q a m 调制技术，使用不同频率的载波反复传送同一数据，另外h o m e p n a 技术工作在 1 2 2 8 m h z 的频段，传输损耗小，但干扰较大i l 卜1 5 l 。国内的合作伙伴主要是深 圳赛瑞琪电子有限公司。 本文设计的多网i s le o c 系统采用的是h o m e p l u g b p l 标准，选择的是 s p i d c o m 公司的s p c 2 0 0 c 主芯片，给出了一个能更好满足用户需求且能降低接 入成本的方案，即让一台e o c 终端能满足多种业务需求，提供多个网口来减少 e o c 终端设备，降低成本，形成性价比高的产品，从而进一步增加了e o c 在市 场上的占有率。 1 3e o c 技术的发展趋势 随着数字电视的不断推广和发展，用户群越来越大，广电系统迎宋了一个前 所未有的发展机遇。数字电视在电视节目传输手段上有了重大的技术性突破，同 3 硕十学位论文 第一章绪论 时经过双向改造，它给用户提供的不仅仅是被动的接受服务，还提供了互动式、 个性化节目和各种服务，从以前的单向数据传输变成现在的双向数据传输，给广 电运营商带来了巨大的市场商机【1 6 l 。 中国有线电视发展到现在，技术已经非常成熟，而且拥有了过亿的电视家庭 用户，是最大并且覆盖地区最广的网络。有线网络运营商拥有如此强大的网络和 用户群，只要不断的结合市场需求，带来的商机是无限的。但是有线电视网络竞 争同益激烈，广电节目在有线网络中的垄断地位受到了威胁。卫星直播到户的出 现，使得用户能方便的获得所需知识，占据了部分市场份额，移动运营商推出的 手机电视业务，由于其手机用户数量庞大，也有着一定的影响。各种新技术的涌 现，都对有线电视网络提出了严峻的挑战【引。 一直以来，有线电视网络运营商提供的都是单一的服务模式，难以实现与用 户的双向互动，不能满足用户多方面的需求，同时也限制了运营商开展其它业务。 在传输数据上，同轴网络频段宽，是目前支持速率最快的宽带网络，支持高清点 播等高速通信【1 9 2 。如果通过电话线或者双绞线来传输下行网络数据，传输速 率很难满足高速通信要求，而且双线入户改造增加了成本。但是如果对目前现有 的有线电视网络进行双向改造，既可以满足速率的要求，同时运营商可以利用空 闲的频段开展多种业务，具有较好的市场前景。 为了解决h f c 网双向改造的问题，多种技术应运而生。其中e o c 技术以稳 定性好，抗衰减能力强，价格优惠等优点赢得了绝大部分的市场占有率。e o c 源于欧洲一些厂家，全称为e t h e r n e to v e rc o a x ，是以太网信号在同轴电缆上的 种传输技术，是专为有线电视网络运营商设计，目的是满足多用户住宅区利用 同轴电缆网络接入互联网，获取视频和数据服务1 2 引。由于其无需重新布线，高 速的以太网传输能力，较强的抗干扰能力，以及能实现基于i p 的各种业务，如 高速数据业务( h s d ) 、v o i p 、i p t v ，使得其在h f c 各方案中得到了广泛的应用。 e o c 技术将有线电视信号和网络数据信号调制到不同的频段，使这两个信 号在同一根同轴电缆里共缆传输。根据我国的有线电视网络频率分割标准，有线 电视信号在8 7 m h z 一8 7 0 m h z 频段之间传输，将网络数据信号调制到6 5 m h z 以 下或者8 7 0 m h z 以上则可以实现两个信号的共缆传输，而互不影响。e o c 技术 对h f c 双向接入网络的构建提供了一个全新、更好的选捌2 3 2 5 】。 近几年来e o c 技术的发展非常迅速，已经达到2 0 0 m 的传输速率，以前一 台e o c 头端最多能带3 2 台e o c 终端，现在由于一些算法的改进使得一台e o c 头端最多能带6 4 台终端，这又节约了e o c 方案的成本。但台e o c 终端只有 一个接口，使得一台e o c 终端只能满足一种业务的要求，这就迫切需要一种e o c 同轴以太网交换机来解决这个问题。 4 硕十学位论文第一章绪论 图l l 为多网口e o c 系统的总体结构，以太网数据信号d a t a 和有线电视 信号t v 同时进入e o c 头端，经过e o c 头端调制后两路信号都在同轴电缆上进 行传输，信号流经分支分配器后可以分为多路为多个e o c 终端所用。e o c 终端 能够为多种服务提供网络接口，比如双向的有线电视信号服务、网络电话服务、 多路的以太网接入服务等。这样通过e o c 系统，有线电视既实现了双向数据服 务，又解决了以太网最后1 0 0 m 的接入问题。 1 4 论文的组织结构 图1 1e o c 系统总体结构 本文介绍了一种基于h o m e p l u g b p l 标准的多网口e o c 系统的设计与实现。 全文分为5 章，对系统的发展现状、技术原理、软硬件框架、嵌入式w e b 管理 以及性能测试进行了详细的阐述，组织结构如下： 第一章绪论。介绍了e o c 技术的发展趋势和e o c 技术的国内外发展现状， 说明了研究课题的背景和意义，并简要说明了本课题研究的主要任务。 第二章e o c 技术的比较与分析。首先简要地介绍了e o c 技术，并同时对所 述e o c 技术的特性小结与比较分析。接着详细地叙述了h o m e p l u g b p l 方案e o c 技术的原理及其特性。最后概括了h o m e p l u g b p l 方案e o c 技术在广电h f c 网 络双向改造中应用优势。 第三章多网口e o c 系统的设计与实现。首先介绍了硬件电路中的器件选择 与电路芯片功能特性，主要包括所采用的s p i d c o ms p c 2 0 0 cm c u 芯片与m i c r e l k s z 8 9 9 5 m a 交换芯片。接着给出了基本的硬件设计，包括s d r a m 模块、电源 模块、网络交换模块、数据传输模块、耦合模块以及接口模块电路设计。最后介 绍软件的丌发流程与系统软件结构，详细的分析了以太网控制器底层驱动和嵌入 式w e b 管理界面的设计与实现。 第四章多网口e o c 系统性能测试。先简单介绍了系统测试工具以及测试环 5 硕十学位论文 第章绪论 境。接着对h o m e p l u g b p l 方案e o c 设备进行了详细的测试，包括衰减对带宽 的影响测试、连接终端数量对带宽的影响测试以及设备对有线电视频道的干扰测 试，然后与m o c a 设备以及h o m e p n a 设备的测试结果进行比较，详细的分析 了各种e o c 技术的优缺点以及适用场合。 第五章总结与展望。对研究工作的总结和对进一步的工作展望。 6 硕十学位论文第二章e o c 技术的比较与分析 第二章e o c 技术的比较与分析 2 1e o c 技术概述 随着近期国内加速实现三网合一政策的出台，各地广电h f c 网络双向改造 发展迅速，各种方案的e o c 技术成为业内人士的热点话题。什么是e o c 技术? e o c 技术就是采用频分复用技术在不改变以太网帧格式的前提下，利用同轴电 缆传输以太网信号的一种传输技术【2 6 ，2 7 1 。 现在很多e o c 技术和解决方案不遵循行业标准开发，通过一些复杂的处理， 甚至改变原来以太网信号的帧格式，将以太网信号通过同轴电缆传输。这些e o c 技术很难普及，与前面所述的e o c 技术有很大的区别，除非在技术上有重大的 突破，否则会逐渐被取代。为此，本文只介绍h o m e p l u g b p l 、h o m e p l u g a v 、 h o m e p n a 、m o c a 四种e o c 方案。 h o m e p l u g a v 、h o m e p l u g b p l 、h o m e p n a 根据市场需求经过多年的发展与 不断完善，是目前比较成熟的家庭联网技术；m o c a 是由m u l t i m e d i a o v e r c o a x a l l i a n c e 推出的基于同轴电缆的接入技术，是以上技术中最年轻的1 2 8 】。目前我国 大多数e o c 厂商都是中小企业，由于h o m e p l u g b p l 芯片公司完全开源，技术 支持力度强，芯片价格优惠，性能稳定，它们选择了h o m e p l u g b p l 方案。国内 知名企业则选择了部分开源，稳定性好的h o m e p l u g a v 方案。其他- d , 部分企业 则选择了h o m e p n a 方案和m o c a 方案。 虽然当前在我国e o c 技术中同时使用着多种标准的e o c ，但这并不是什么 好事。由于各种e o c 技术本身的数据格式，调制解调方式都不相同，相互之间 各不兼容，这就给接口的开发以及管理带来了较大的困难，加大了运营中的维护 工作量。并且就是对同一种e o c 标准，各厂商所使用的硬件设备和丌发的软件 也不完全相同，同样存在着不兼容的可能性。e o c 技术的互不兼容给广电运营 商的运营和维护带来了很大的障碍，而且这也不符合国际上统一规约的潮流和趋 势，没有达到人们预期的目的。e o c 标准问题引起了人们的极大关注，并出现 了各种提议，这种形势迫使广电运营商必须要发布一种e o c 行业或国家标准， 使之成为一个统一的目标。2 0 1 0 年初，江苏广电已经丌始制定江苏地区十日关的 e o c 标准，各方案公司也各自在朝着江苏广电发布的e o c 标准努力，柏信这套 e o c 标准将有望成为行业或困家标准，成为e o c 技术发展中的一个重大转折点。 7 硕十学位论文 第二章e o c 技术的比较与分析 2 2 几种主要e o c 技术的特性比较 2 2 1 各e o c 技术特性简述 ( 1 ) h o m e p n a 技术 h o m e p n a 是h o m ep h o n e l i n en e t w o r k i n ga l l i a n c e 的简称，从全称可以看出 h o m e p n a 技术是用来解决用电话线组网的一种技术，后来该组织对其进行升级， 使得h o m e p n a 技术也可以解决同轴电缆组网问题【2 9 , 3 0 】。 h o m e p n a 共发布了三个技术标准：h o m e p n av 1 0 、h o m e p n av 2 0 和 h o m e p n a v 3 0 版本。v 1 0 版本是最初的版本，传输速度只有1 o m b s ，传输距 离也较短，只能在1 5 0 m 内的范围传输；v 2 0 版本与v 1 o 版本兼容，传输速度 提高到了1 0 m b s ；v 3 0 版本在技术上相对于以f j i 的版本有质的飞跃，速度大幅 度提升，传输速度可达1 2 8 m b p s 或更高，并在2 0 0 5 年成为世界标准。 h o m e p n a3 0 版本除了支持用电话线传输以太网数据外，还支持利用同轴 电缆传输以太网数据，同时它增加了对实时视频通信数据的支持，更好的满足了 h f c 双向接入中业务拓展需求。它增加了对多种协议的支持，如8 0 2 1 q 、s m a c 、 a m a c 等等，能与大部分家庭网络设备互连。 h o m e p n a 技术采用的m a c 层协议为c s m a c d ，它能检测到网络上发生 帧冲突或者数据碰撞，并能及时解决。通常情况下，帧在网络上传送的时间有个 范围，当一个帧传送时间不在这个范围内就发生了数据碰撞。当检测到帧冲突或 数据碰撞时，每个工作站会执行分布公平优先级排队算法，通过算法可以决定哪 个工作站获得传输介质的优先使用权 32 3 3 1 。在实际应用中，当一台h o m e p n a 方案头端设备连接的终端设备数量增加时，数据发生碰撞的几率也会大大增加， 如果频繁发生碰撞，则会影响数据传输速率，所以h o m e p n a 技术比较适合终端 联网设备较少的情况。 ( 2 ) m o c a 技术 m o c a 是m u l t i m e d i ao v e rc o a xa l l i a n c e 的简称，是一个致力于利用同轴电 缆传输数据的联盟，主要研究多媒体视频数据传输1 3 4 3 5 1 。m o c a 在国外应用比 较成熟，尤其是美国，美国绝大多数家庭都接入了同轴电缆，而且同轴网络铺设 广泛，线路质量以及通信环境都比较优越，加上多年来通过同轴电缆传输多媒体 数据的技术已经非常成熟，很适合利用同轴电缆来传输多媒体数据。但是m o c a 也有它的局限性，家庭内部同轴电缆接口只有少数地方d 有，在便利性方面不及 w i f i 技术和h o m e p l u g 技术，而且国内同轴网络线路质量比较恶劣，对视频数 掘业务的丌展也有一定影响。 m o c a 属于高频e o c 技术，可使用的频段范围广，为8 0 0 m h z - 1 5 g h z ， 8 硕十学位论文 第二章e o c 技术的比较与分析 但是高频的噪声也相对较高，如果其它业务如卫星直播也考虑进来，那么m o c a 可以使用的频段将大大减小。 m o c a 一个头端设备可以连接3 1 个终端设备，它的m a c 层采用o f d m 调 制和t d m a t d d 技术，通过载波来对信号进行调制，每个载波根据实际中不同 的链路情况而采用不同的调制方式，正常情况下载波采用1 2 8 q a m 调制，如果 应用在衰减较大的网络中，m o c a 将会根据实际情况采用6 4 q a m 、3 2 q a m 、 1 6 q a m 、8 q a m 、q p s k 、b p s k 等调制方式，显然这会使得通信速率急速降低， 从而影响整个网络1 3 6 朋。 m o c a 作为一个新生技术在国内逐渐发展，已经在部分地区使用，但是由 于国内使用的同轴电缆一般是5 1 0 0 0 m h z ，加上线路质量的影响，使得高频的 m o c a 在国内的发展受到了严峻的挑战。 在使用s m a r t b i t s 对m o c a 设备进行带宽测试时，可以看到一个头端设备连 接一个终端设备在包长设置为1 5 1 8 b y t e 时，速度可以达到8 5 m b p s 。一个头端设 备连接多个终端设备时速率明显的降低，连接的终端设备越多，通信速率越小。 当减小传输包长时，s m a r t b i t s 测试出速率呈指数下降，因此m o c a 设备不适合 传输中小字节数据流。 ( 3 ) h o m e p l u ga v 技术 h o m e p l u g a v 属于家庭插电联盟，从事宽带电力线通信技术，随着技术的不 断完善和成熟，h o m e p l u g a v 也开始面向同轴电缆通信技术，能满足家庭联网网 络数据以及高清点播等业务要求，它提供物理层2 0 0 m b p s 级的传输速率，但是 实际速率比宣称物理层速率低1 3 引。 h o m e p l u g a v 的m a c 层使用的是o f d m 调制方式，这种调制方式通过对码 元的一系列变换，减少干扰对它的影响。h o m e p i u g a v 一个头端设备可以连接3 2 个终端设备，提供基于w e b 的管理功能，使管理人员能非常方便的通过浏览器 管理整个网络拓扑，如果链路或者某个设备出现状况，它提供的警报提示功能可 以非常及时的通过低鸣警报来通知管理人员，防止网络瘫痪。 h o m e p l u g a v 的m a c 层经过精心设计，能够支持t d m a 和c s m a 协议1 4 0 4 。 这两个协议能提供多项服务保障，如q o s 服务，划分优先级功能等。q o s 服务 使得h o m e p l u g a v 技术能过滤一些广播风暴信息，并能保障数据高带宽以及高可 靠性传输：优先级的划分能在网络拥塞时确保高级别任务首先执行，提高实时性。 h o m e p l u g a v 支持不同国家对频率的不同要求，它在信道上使用多个了载波 来传输数据，每个子载波可以根据不同的外围环境选择调制方式，可以进行 8 q a m 、1 6 q a m 、6 4 q a m 、2 5 6 q a m 、1 0 2 4 q a m 、b p s k 和q p s k 调制渺j 。 h o m e p l u g a v 支持多种方式下载程序，如f t p 、j t a g 、串口等。在下载程序时， 9 硕十学位论文第二章e o c 技术的比较与分析 h o m e p l u g a v 技术采用了m d 5 验证，通过检测其中的校验信息来判断程序是否 下载正确。 ( 4 ) h o m e p l u g b p l 技术 h o m e p l u g b p l 技术也是属于家庭插电联盟的，它是以h o m e p l u g a v 作为基 本技术制定的，目前已基本完成1 4 2 1 。h o m e p l u gb p l 是一种连接到家庭的宽带接 入技术，主要用于接入网宽带应用，它带宽大，一台头端设备能支持6 4 台终端 设备，用于传输各种数据、视频、高清v o d 点播等。h o m e p l u g 技术在干扰大 的同轴电缆上进行物理层极限容量的可靠传输，具有1 2 8 位a e s 的严格安全保 障以及提供了8 级的q o s 保障，进一步保障了通信质量。 h o m e p l u g b p l 技术采用2 - 3 0 m h z 频段，最低点的频点2 m h z 已经超过分 支分配器的下限频率5 m h z ，对于某一些劣质的分支分配器，此时性能要比宣称 的指标要低。当一点对多点通信时，也要受到汇聚噪声的影响，因此实际网络使 用时性能往往要比理论宣称的要低。当然网络中的节点较少时，此种影响较小。 所以在节点较少的家庭联网场合，它仍是一种很实用、很方便的技术。 2 2 2 各e o c 技术的比较分析 由上面各e o c 技术的简介，我们可以对它们进行分析和比较： h o m e p l u gb p l 、h o m e p l u g a v 和h o m e p n a 三项e o c 技术都是低频e o c 技术，工作在0 - 3 0 m h z 低频段，工作的频