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基于EPON的有线网升级改造初探基于EPON的有线网升级改造初探 摘要:本文作者凭借长期从事有线电视网络规划设计工作积累的经验和多年技术跟踪,提出了EPON+LAN和EPON+EoC的技术方案,并通过技术比对和设备测试选型,最终在宁波广电进行了大规模的升级改造实践,其成果对从事广电运营的单位具有普遍的的参考价值和推广意义。 关键词:光进铜退;网络改造;EPON;EoC;互利合作 1 引言 随着信息技术的飞速发展和有线数字电视整体转换的积极推进,传统的单向广播式电视服务所提供的音频广播、视频服务已经无法满足人们不断提高的精神需求,视频点播、互动娱乐、信息服务、数据服务等新形式的双向业务相继出现,并且人们对于多层次、多样化、个性化的服务已经具有了较好的付费意愿和支付能力。这种双向需求必然带来有线电视网在整体转换完成后的双向网改造问题。故单向有线电视网逐渐向双向网络过渡,已是大势所趋。 1.1 三网融合 国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要和国务院办公厅2008年1号文件关于鼓励数字电视产业发展的若干政策都已提出“三网融合”的发展要求。而三网融合后,宁波广电想开展全业务就必需要有高质量的网络基础,由此可见,有线电视网双向化升级改造已势在必行。 1.2 光进铜退 在2007年12月国家广播电影电视总局正式下发的有线电视网双向化改造指导意见中,明确提出“光进铜退”; “光进铜退”是有线电视网络宽带化、双向化的发展趋势,光缆向用户端延伸已成为网络设计和改造的重要原则之一。 1.3 IP化趋势 网络的IP化在电信网络中已经不是一个趋势,而是一个现实。用不了多久,有线网和电信网只是名字上的差异,基础的网络技术和手段将是相同的,只是由于业务的着重点和市场不一样,才使建设的重点有所差异,这种情况目前已经在干线上发生。由于广电干线和电信干线的基础技术和手段是基本一致的,因此有理由认为接入网也会很快发生变化,而发生的技术基础就是IP化。 目前,从网络基础来看,广电双向网的几种接入技术,无论是EPON、IPQAM还是Cable Modem,其最终实质也都是基于IP技术。广电网络建设的IP化已成为网络建设发展的趋势。 2 广电双向网接入技术分析 近年来,本人由于工作的需要,一直致力于探索一种先进、合理的广电网络双向接入技术方案,以完成宁波广电网络改造工程的规划设计与改造。下面结合本地有线电视网改造工程的实践,对目前相对成熟的几种改造技术进行分析、比对,以供大家参考: 2.1 FTTB+LAN技术 FTTB+LAN宽带接入是基于以太网技术的,采用光纤高速网络实现千兆到社区,结合一般双绞线实现百兆到楼宇,十兆到用户。FTTB+LAN接入方式直接向用户提供基于IP业务的传送通道,其技术的实质是一种二层的媒质访问控制技术。但FTTB+LAN带来的楼内综合布线的问题以及采用双绞线造成的传输距离限制问题都不容小视。在实际应用中往往会出现交换机级联,增加维护工作量。特别是五类线级联极易在雷雨天遭雷击,其维护成本也比较高。 2.2 EPON +LAN EPON是一项采用点到多点拓扑结构、利用光纤和光无源器件进行物理层传输、通过以太网协议提供多种业务的宽带接入技术。这项技术综合了无源光网络技术和以太网技术的优势。EPON具有点到多点的拓扑结构、无源器件、后期维护成本低等特点。随着EPON技术的日渐成熟,EPON+LAN技术已经逐渐代替了FTTB+LAN技术,EPON+LAN 技术实现了FTTB即光缆到楼头,最终双线入户,一劳永逸地解决广电数字网络双向问题,是目前业内认可度较高的一种有线网改造技术。 2.3 EPON+EOC技术 EOC(Ethernet Over Cable)是一种指通过有源/无源设备在同轴电缆中传输以太网信号的技术。即 EOC 把有线电视信号的下行传输和 IP 数据双向传输有机地结合在一起,用一根电缆送入用户,既有大容量清晰的图象,又有双向宽带数据接入。 目前,EOC技术在实现方式和采用的技术路线上还存在较大差异; 设备产品种类繁多、网络承载性能差异较大, 提供的带宽和支持的业务也各不相同。一方面, 众多技术方案的出现反映了市场的需求, 给我们提供了更多的选择空间; 另一方面众多的方案给决策带来了困难, 往往无所适从。 目前的EOC技术主要可分为无源EOC和有源EOC。无源EOC即为基带EOC,而有源EOC则基于调制技术,有MoCA、HPNA、HomeplugAV、HomeplugBPL、BIOC等技术。 下面是几种主流EOC技术分析和宁波广电对几种主流产品实测后的性能分析: (1)无源 EOC 无源EOC也就是基带 EOC,它采用基带传输,工作带宽 0.5MHz65MHz,链路层完全遵循802.3x,不需要调制,从网络协议性能方面看,基于802.3标准的无源基带EOC产品内置以太交换模块。 优点:无源设备不易坏、省电;用户家只需要简单的信号分离器,用户端设备成本低廉。运营维护简单,费用低; 缺点:由于用户终端为无源设备,系统传输损耗容限约为12dB左右,故楼栋内的入户分配网需采用星型集中分配方式,从楼栋以太同轴网桥到用户终端之间不能有任何分支器和损耗较大的分配器;基带EOC的每线带宽固定 10M,只适合一线一户,旧网改造的时候必须一次到位;由于为无源设备,因此对网络信噪比要求较高,网络质量受链路质量和噪声影响;精细化网管有一定难度; (2)BIOC技术 BIOC其实际工作频率为950MHz-1050MHz。根据网络频率资源和信道带宽可提供2个信道,每个信道带宽为40MHz,理论速率可达百兆。 优点:设计简单、施工方便,安装调试容易,兼容性强,可平滑升级扩容;雷科通BIOC实质采用WIFI的2.4GHz技术的降频传输,因此芯片相对成熟。其局端和终端采用同一芯片ATHROS。成品价格有一定优势;嘉兴有大规模应用实例。 缺点:工作在高频段,对网络质量要求相对较高,线路损耗大;用户室内部分老旧分支分配器不能达到5MHz-1GHz要求,需更换;用户接入网络中的有源设备需要跨接设备。跨接设备会产生插入损耗约3dB,会对原有线网络产生一定影响。 (3)HomePlug 技术 目前,HomePlug 技术主流可分为二大类,即HomePlug AV-电力线家庭版本和HomePlug BPL-电力线骨干网版本,二者采用芯片完全不同。 Homeplug AV技术工作频率在低频段(2-28MHz),在物理层采用具有高级前向纠错,通道预估和自适应能力的多载波的OFDM有源调制, 而在MAC 层则综合使用具有QoS保证的TDMA ( 时分多址) 有序接入和CSMA(竞争接入)两种方式,并通过快速自动重发请求可靠传输。 HomePlugAV 的产品以H3C的EPCN为代表,其芯片主要采用美国Intellon芯片,而HomePlug BPL的产品则比较多,目前有康特、初灵等,其芯片主要采用法国SPC200ESPC20 0c(速比特)芯片,价格相对低廉。 HomePlugAV的优点:建设成本低,施工难度小;调制速率较高,特别是用户少时犹为明显;线路插入损耗相对较小;HomePlug芯片低廉。实际应用较多。 缺点:由于采用低频段,干扰严重。线缆接头的维护工程量较高频产品大,工作稳定性稍显不够。 (4) MOCA技术 MOCA同轴线多媒体联盟,现MoCA1.0 技术使用8001500MHz 频段。每个信道带宽为50MHz,总共可有15个信道。每个信道可以支持一个局端设备。MoCA 采用OFDM调制和TDMA/TDD(时分多址/ 时分双工)技术, MAC部分的TDMA是采用软件来实现。每个载波最高可进行128QAM调制,每个信道理论上最大的物理数据速率为270Mb/s 和最大的有效数据速率为130Mb/s。随着链路损耗的加大或链路SNR的降低, 依次降低为64QAM , 16QAM,8QAM,QPSK,BPSK调制方式。 MOCA技术特点为调制速率高, 理论达270Mbps,带宽为共享。抗干扰能力较强,为多载波的OFDM 有源调制方式。缺点为单一的芯片厂商(Entropic),VLAN支持性差,多业务运营困难。目前价格还偏高,产品不够成熟。 (5)HomePNA技术 HomePNA本是使用在电话线上的一种家庭网络技术,但 3.0 版本把同轴线缆也扩展为其载体之一。HomePNA采用QAM/FDQAM调制方式,自适应QAM增加了信噪比边界,有较好的抗扰性。目前HomePNA 系统主要工作在三个频段:4MHz-21MHz,12MHz-28MHz,36MHz-52MHz,其大部分频点可以采用256QAM调制技术。 目前,HomePNA3.0的成熟产品很少,价格偏高。如果用于点到多点,数据流量要求较高的场合,速率下降十分明显。受汇聚噪声的影响,网络适应性不强。目前国内很少实用。 2.4 Cable Modem技术 目前,已先后发布了DOCSIS1.0、DOCSIS1.1、DOCSIS2.0、DOCSIS3.0 等基于HFC的宽带接入规范。特别是DOCSIS2.0引入了新的S-CDMA(同步码分多址)调制技术,使得有线电视网络宽带接入的带宽、特别是回传带宽大为增加,搞干扰能力较DOCSIS1.1有所增加,适应对称性业务能力大大加强。 DOCSIS3.0则增加了信道捆绑技术、Ipv6支持、强化了安全和运营支撑等,使得有线电视网络多媒体业务、数据业务、语音业务在信道、媒体流格式上统一起来,提高了宽带接入带宽,真正达到百兆以上水平甚至千光。同时,促进了数字媒体设备与宽带接入设备的融合,降低了网络的带宽成本。 但Cable Modem技术对HFC网络总体质量要求较高,故障环节多,运维复杂,运营要求较高;网络带宽不能保证全业务需求;总体成本较高,且后期投入会随用户数同比例增加;不符合光纤入户的发展趋势; 2.5 CMTS+IPQAM技术 考虑到互动电视多用户点播需求,需要多地址双向寻址,这是IP的优势,IP分组网络本来就是多址网络,但是IP网络不能在高带宽的同轴电缆上传送,需要IP调制成为QAM,再混合在电缆上传送到用户这里。在IPQAM中,实际是一个调制、传输的过程。 IPQAM设备通常采用分布式部署的方式,根据支持用户数需求在分前端部署相应数量的IPQAM设备。以一台支持24个频点(192MHz频率带宽) 的IPQAM设备为例,在64QAM调制方式下,单台IPQAM可以支持192个4.5M的MPEG2并发流。以高峰期10%的用户同时使用计算,单台 IPQAM 可为1920户数字电视用户提供服务。 CMTS+IPQAM模式的优点:纯粹基于HFC网络,不用再重新建IP网。充分利用原有网络资源;有线同轴电缆网带宽优势得到了充分利用。 缺点:宁波广电频率资源紧张。用IPQAM需停模拟信号,且IPQAM 对点播平台有专门的要求,不符合宁波现状。 综上所述,CMTS+IPQAM模式如果实现全业务支持,投入较大、网络运维难度大,性价比差,而且需要停播部分模拟信号,实现比较困难; EPON+LAN模式,性价比较好,后续运营成本较低,也是网络建设的发展趋势,后续的扩展也较为容易,但在部分小区改造施工中有一定难度;EPON+EoC模式,施工容易,建设快,但标准尚未确定,大规模应用需慎重,后续扩展投入较大。 3 宁波广电的有线网络升级改造实践 3.1 接入网带宽分析 根据宁波现状,2010年前带宽需求参照主流运营商服务带宽,具体见下表1: 由上表需求计算,一个普通的用户端,如基本实现全业务接入,用户带宽应不小于6M。 3.2 先期带宽计算 以3栋6层3单元用户楼,共108户为网络单元计算: 交互点播电视,20%接入,最高并发率40%, 2Mbps 3栋 36 户/栋 0.2 0.4=17.28Mbps; 宽带上网业务,15%接入,最高并发率30%, 2Mbps 3栋 36 户/栋 0.15 0.3=9.72Mbps; 语音业务,10%接入,最高并发率20%, 0.05Mbps 3栋 36 户/栋 0.1 0.2=0.108Mbps; 合计:17.28Mbps+9.72Mbps+0.108Mbps=27Mbps 3.3 扩展期带宽计算 当业务发展一段时间后,用户不断增加,后期扩展期所需的数据承载: 扩展期:交互点播电视, 40%接入,最高并发率40%, 2Mbps 3栋 36 户/栋 0.4 0.4=34.56Mbps; 宽带上网业务, 30%接入,最高并发率30%, 2Mbps 3栋 36 户/栋 0.3 0.3=19.44Mbps; 语音业务,20%接入,最高并发率20%; 0.05Mbps 3栋 36 户/栋 0.2 0.4=0.432Mbps; 合计:34.56Mbps+19.44Mbps+0.432Mbps=54Mbps 根据以上几方面的分析,可知: 宁波广电能承载视频点播、数据宽带业务和电话语音业务等全业务的双向交换网,先期单元网络数据承载量为27Mbps,扩展期单元网络数据承载量为双向54Mbps; 3.4 组网方案 骨干网组网方案 宁波广电现有IPTV交互电视传输网络则是在原DVB-C骨干传输网基础上,完成的96芯网状光缆双路由备份互联,如图1所示: 宁波广电设三大核心机房十个分前端机房。三个核心机房内置四台Cisco7609,传输中心机房设二台Cisco7609互为备份。十个分前端机房内分别放置OLT接入设备,再通过两路GE接口分别与广电原有IPTV系统端口和合作运营商的宽带互联端口对接。从而使IPTV走原广电内网,宽带走合作运营商的城域网。 接入网组网方案 接入网根据宁波广电网现状,采用EPON+LAN、EPON+EoC进行网络升级改造。 接入率高或新建小区采用EPON+LAN网络模式改造。在这种模式中,机房到楼为无源光分配网络,ONU单元与相邻楼道单元间采用16对五类数据电缆,楼内部分为五类线入户。宁波广电的EPON+LAN升级改造的小区样图见图2: 接入率低小区或原管线资源不具备IP增补改造条件的小区。这类小区采用EPON+有源EoC模式,单同轴电缆入户。 EPON+EoC比较适合接入率低或不具备穿缆条件的小区,而且其一次性投入相对比较小。但由于用户端需配有源EoC设备,因此随着用户接入率的提高,组网成本会快速上升。不适宜用户密集度高、接入率高的中高档小区。宁波广电的EPON+EoC升级改造的小区样图见下图3: 3.5 EPON选型 宁波广电的EPON选型遵循原则为:可靠性、标准性、可扩展性、多样化、精细化、可管理。宁波广电通过招标方式选定的EPON产品为华为EPON系统,OLT为华MA5680T,设备满配EPON口总数可达到128个。ONU设备为MA5626E(24口、16口)和HG813E(4口)三种类型。特别是华为EPON的ONU产品可以满足宁波广电提出的“每用户、每端口、每业务、每VLAN”的VLAN划分要求,有利于今后的网络管理和网络安全。 3.6 EOC选型 我们对EoC局端设备和用户终端设备的选型非常慎重,是以通过smartbit设备的自测报告为重要依据之一。因为实测结果表明,个别厂家提供的理论值与实测值存在很大的不同。特别是在用户终端增多,线路损耗加大等不利条件下,各家产品的特性区别较大。 EOC主要测试项目为:a.物理层性能:频点、电平、链损等;b.数据链路层性能:实际数据传输带宽、时延等;c.业务质量QOS性能:64、 VLAN优先级、动态带宽分配;d.数据链路层功能:广播包抑制,VLAN划分;e.系统应用性能:FTP应用,视频业务支持能力;f.网管功能; 实测结果: A.基于各种技术方案的EOC系统基本能够实现视频、数据等综合业务的双向传输,能够满足有线电视网络双向改造的基本需要; B.在物理层性、数据处理能力、组网能力、业务和设备管理能力以及设备稳定性等方面,各EOC系统均存在一些问题,有待提高;特别是个别产品当用户数量增多时,带宽下降明显。 C.各种EOC系统差异较大,有的搞干扰能力较强,有的MAC层处理能力较强,难以实现不同技术方案设备互连互通; D.在与EPON系统的有线电视网络双向改造组合应用方面,EOC系统缺乏统一的业务和设备管理方案以及端到端的QOS保障能力; E.采用同一EOC技术方案的不同厂家产品性能也存在较大差异,产品良莠不齐,选型需谨慎。 F.生产传统有线电视器材厂家的EOC产品,其有线电视性能耗要明显好于数据交换机生产厂家的EOC产品,如插入损耗等。但其VLAN、网管等IP数据功能又相对弱于那些数据交换机厂家的产品。 G、低频EOC对原有线电视信号的影响比高频EOC要小得多。小区现场测试情况也反应出低频EOC调试安装较高频要容易些,一般小区均能一次调试成功,但后续稳定性稍差,对网络依赖性较大,受干扰影响大。相反高频EOC,安装调试不容易,对有线电视网络影响较大,主要是插损较大,因此对原有线网的要求,高频比低频产品要高一些,但一旦调试开通后,工作还是非常稳定。 最终宁波广电对康特、初灵、雷科通、华三等厂家所提供的EOC产品进行了认真测试与对照,结合宁波网络实际情况,确定选用采用BIOC技术的雷科通产品为本次网改的EoC接入设备。 3.7 ODN建设方案 (1)光分路器 目前有两种类型光分路器可以满足分光的需要:一种是熔融拉锥式光纤分路器,一种是基于光学集成技术生产的平面光波导分路器(PLC Splitter),这两种器件各有优点。 熔融拉锥光纤分路器主要优点有12、14等低通道分路器成本低。其缺点除了均匀性差以外,主要是损耗对光波长很敏感,一般要根据波长选用器件,这在三网合一使用过程是致命缺陷。 平面光波导技术是用半导体工艺制作光波导分支器件,分路的功能在芯片上完成,可以在一只芯片上实现多达1X32以上分路。这种器件的优点是损耗对传输光波长不敏感,可以满足不同波长的传输需要。而且分光均匀,可以将信号均匀分配给用户。另外,结构紧凑,体积小可以直接安装在现有的各种交接箱内。 宁波广电本次采用的分光器为PLC光分路器。 (2)光分配点选择 宁波广电采用星型组网结构,在小区机房或大型立箱内设置ODF机柜或配线框,然后经32