浅析广电城域传输网的网络架构主要组网技术及工程实践.doc

浅析广电城域传输网的网络架构、主要组网技术及工程实践文/湖北省楚天数字电视有限公司武汉分公司 彭运泽 张国华/摘要：本文结合实际，立足于战略高度，对网络的物理架构进行了全盘考虑谋划，通过分析几种主要组网技术的特点，提出了有自己独到 见解的组网模式，并给出工程实例说明。关键词：双向改造 NGB 网络构架组网技术 SDH EPON营企业乃至整个广电行业目前应该正视并研究与逐步解决哪些问题？我们认为，一 是要解决广播电视行业的体制问题（此问 题不是能在我们这个层面可以解决的，不 是本文议题）；二是融资的问题（此问题 是由运营商决策者考虑的问题，也不是本 文议题）；三是技术体系问题。在技术体 系问题中首先要把网络的物理架构及主 要组网技术等最基础的问题解决好，为网 络承载支撑全业务奠定坚实的基础。本文 想就其基础性的网络架构及组网的主要 技术问题进行一点初浅的探讨。1概述众所周知，目前，全国广播电视网络 的双向改造正在如火如荼地展开，广播电 视网络的数字化、双向化、智能化（可管 可控）是网络建设发展的必然趋势。如何 在大中城市构架广播电视城域网的物理 层和在广电城域网建设中应用先进的、成 熟的传输技术使之成为三网融合综合信 息业务承载网之一，是广播电视网络运营 管理者必须本着实事求是的科学态度，认 真思考的重要课题。笔者根据近年来，在 广播电视城域网的规划、设计、建设实践 中的一些体会，供同仁们参考。随着数字技术、计算技术、流媒体 等技术不断成熟和应用以及IPTV、网络电 视、手机电视等业务的出现。目前，广播 电视网、电信网和计算机网三大网络融合 正在推进，新一代广播电视网（NGB）的 概念也浮出了水面。毫无疑问，融合是信 息产业的发展主流。然而，融合的含义比 较宽泛，既不能把它看成是简单的业务融 合，也不能把它看成是纯粹的技术融合。 那么，应该怎样认识网络融合的内涵与外 延？笔者认为广播电视网仍然是这三大 网的主体之一，是国家重要的信息基础设 施。在以技术、业务和市场为主要表征的 网络融合过程中，广播电视网的发展是否 顺应了这一历史趋势的要求？广播电视运网络的架构。特别是当前广播电视网正在由单一业务向以传输视频为核心的综合信 息业务传输（或全业务）方向发展。网络 的物理架构确定，是一个基础性、技术支 撑上的储备，关乎网络改造建设成败的问 题，是一个非同小可的重大课题。2.1 网络的物理架构选择广播电视城域网应是在体现广电特 色的前提下，紧密结合现代数字通信技术 和数字技术而形成的网络体系。（1）选择网络的拓扑结构应遵循 的基本原则具备满足承载开展以视频业务为核 心的多功能综合信息业务（全业务）能力 要求；具有很高的安全性和可靠性；网络 结构优化，科学合理，经济实用，易于安 装；网络结构要清晰，易于扩展。（2）网络的物理架构由于各地自然地理环境和业务需求 差异性，在保证网络安全性、可靠性、稳定 性、可扩展性等原则要求的前提下，应根 据基本网络结构的特点综合来考虑网络 的物理架构。其实际应用的城域网物理结 构并不是单一的拓扑形式，而是根据网络 覆盖地域的实际情况，因地制宜选择网络 的物理架构。就是说根据地域的大小、地 理环境、用户规模、业务需求等，选择网 络的物理结构。2 网络架构及组网的主要技术在实施广播电视城域网的双向网改 造前，必须对网络进行科学地、系统地规 划，应从战略高度前瞻性的全盘考虑谋划 网络的物理架构和业务承载能力。然后分 步骤组织实施总规划和技术方案。一个 优良的系统工程是建立在科学的规划，先 进、合理、实用的技术方案基础上。而且各 地还需根据具体情况因地制宜。广播电视网络从单向网改造成双向 网，无论是网络架构还是业务承载，电信 运营商的网络架构都是有借鉴价值。我们 知道，网络是为承载业务服务的。因此广 播电视城域网的网络架构也不例外，首先 要根据网络今后承载业务的需要来选择新技术的不断推陈出新，也给整个广电产业注入了生机和活力。面对这纷繁复杂的 技术，有如“乱花渐欲迷人眼”。因此对组 网技术的选择，应清醒广播电视城域网是 以承载视频为核心的多业务为目的。在以 光纤作为传输介质的物理网络中，具有广 电特色可以有多种组网技术。如SDH光传 输平台的组网技术，1310nm光传输组网技 术，1550nm光传输组网技术，EPON组网技 术等。而所有这些组网技术都是与所要传 输的信息业务类型密不可分的。作为广播 电视城域网应采用何种组网技术？我们在 规划、设计时必须对这些组网技术的特点 有所了解。分析这些组网技术在广播电视 城域传输网改造中的优劣，扬长避短，以 利于设计出更具前瞻性、实用性的组网方 案。（1）SDH光传输组网技术SDH组网技术是一种电信技术体制， 被国际电信联盟标准组织（ITU-T）确定为 长途传输的技术标准技术，国家广播电视 总局以明确规定国家级干线和各省级干 全部采用SDH传输技术。其特点是具有传 输容量大、距离远、质量好且具有较强的 网管功能和自愈功能。本文主要讨论光传 输系统在城域网中的组网技术。由于SDH 组网技术主要应用在国家级和省级骨干网 的组网中，在此就不深入研究和讨论。（2）1310nm光传输组网技术在广播电视城域传输网中，对于广播 电视业务的传输早期大都采用1310nm传 输技术进行组网。就是在分前端将前端 传送的光信号用光接收机接收下来，再用1310nm光发射机进行二次转发的二级接 力方式，分前端是整个网络的光-电-光中 继站。这种1310nm组网方案的优点是联网 比较灵活，每个分前端安装多少1310nm光 发送机和何时安装视用户数的发展而定， 使资金可分批投入。由于在分前端把前端 发来的光信号全部转换为电信号，故很容 易把分前端要播送的本地节目的电信号与 前端来的电信号组合在一起，在进行光发对于大中城市的城域网，一是其城区地域面积大，网络的覆盖范围广，网络的 远端路由距中心前端距离最远端大都在20-40公里左右；二是人口稠密，用户群集 中；三是区域功能特征明显；四是业务需 求差异较大等特点。因此，大中城市广播 电视城域网网络拓扑结构，应采用带冗余 保护的前端+分端+分配网来构建网络物 理架构。物理拓扑如图1所示。从网络物理拓扑结构图中可看出，网 络的拓扑结构是由基本环形结构和星形 结构共同组合而成。总前端与分前端构 成主干传输网，且采用双向（双路由）冗 余星形环网结构，这种架构实为物理环逻 辑星拓扑结构网，从而大大提高了主干传 输网的可靠性，保证了前端与分前端的安 全、可靠、稳定。（3）构成网络的物理介质的确定随着三网融合和广播电视城域网新 业态拓展的需要，各种信息业务量的快速 增加和对品质要求的提高，对传输信息的 物理介质物理带宽提出更高的要求。而传 统的铜介质线缆物理带宽和传输距离的 局限性，已成为网络发展的瓶颈。光纤是一种损耗极低、频带极宽、抗 电磁干扰，而价格又很低的信息传输物理介质。“光进铜退”和网络光纤化及向全光网络发展已成为必然。因此采用光纤作 为传输介质来构建的网络的优势如下：网络物理通道频带极宽，可透明传输 任何的信号，可承载现在和将来的任何业 务；采用不同的波长来同时传输射频信 号和基带数字信号，可以把广播电视网和 以太数据网集成在一起，从而享用基带数 据传输的优越性；采用无源光网的构造，从前端到用户 楼栋之间的光纤线路上不设置任何有源 设备和部件，这样不但免除机房、设备等 固定资产投资，而且节省电力消耗、网络 维护、人力投资等运行成本；网络可靠性、安全性大大提高，光纤 到楼栋使的室外网络无源化，网络故障减 少，故网络安全性更能得到保证。因此，光纤是我们搭建广播电视城域 网的主要传输介质。现已由只能用于构建 骨干传输网，发展到现在光纤到小区，光 纤到栋，并逐步走进千家万户，最终实现 网络光纤化和全光网的目标。2.2 主要组网技术在广电城域网络升级改造中，采用什 么传输技术是一项十分重要的工作。随着（4）EPON组网技术EPON（无源光纤网络）组网技术，具 有网络建设快、灵活、高性能、多业务、性 价比高等优点，是一种全新的宽带接入技 术出现在人们的面前。它是一种真正能支 持语音、数据和视频全业务的接入技术。 它是实现“三网融合”切实可行的方案。EPON能将任何类型和任何速率的 业务(包括视频点播、IPTV、数字电视、互 联网业务、电子政务)适配后进行传输，并 可灵活升级更高宽带的其它业务。采用单 纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310 nm），仅需一根主干光纤和一个OLT，传输 距离可达20公里。在ONU侧通过光分路 器分送给最多64个用户，因此可大大降低 OLT和主干光纤的成本压力。高速宽带， 充分满足接入网客户的带宽需求，并可方 便灵活地根据用户需求的变化动态分配 带宽。2.3 组网模式网络的组网技术路线按照FTTX模式 布网，即网络光纤化、双向化、室外无源 化。目前按FTTB（光纤到楼）模式推进， 最终实现FTTH（光纤到户）的目标。（1）1550nm+EPON（GPON） 共网 A/B传输平台按双纤三波方式到楼（FTTB）。A平台 构成广播业务传输通道，采用1550nm+EDFA 传输技术传输广播业务（模拟电视、数字电 视、HDTV等）。B平台构成双向数据业务传 输通道，采用EPON（GPON）传输技术传输 宽带数据业务（因特网接入、VoD、VoIP等三 网融合业务）。组网特点：以1550nm光传输系统作 为下行单向传输广播业务，使用一根光 纤。通过EPON（GPON）技术，下行使用1490nm波长，上行使用1310波长，开展双 向数据业务和IPTV等交互视频业务，使用 另一根光纤。（2）1550nm+EPON（GPON） 共纤传输平台按单纤三波方式到楼（FTTB）。 组网特点：一是1550nm传输技术和EPON（GPON）技术有匹配的网络拓扑结构，可以共用一个点到多点的光纤分配网 ODN；二是利用WDM波分复用技术将三路 光信号（广播业务下行采用1550nm。数据 业务下行采用1490nm，上行采用1310nm） 汇集到一根光纤中，经过同一个光分配器（ODN）将光信号分配到CATV光接收机和 ONU上，实现共纤传输。EPON与1550nm信号融合，真正实现 一纤三波，节省主干光纤，简化网络结构， 充分发挥EPON技术优势，大幅优化网络 性能，增强了后续网络向FTTH演进可行 性。送，即插播本地节目比较方便。但是这种接力方案有一系列缺点：在 分前端进行光-电-光中继转换使传输指标 C/N、C/CSO、C/CTB降低较多。特别是当城 市规模很大，由于1310nm光发射机的输出 功率小，使分前端至光节点间的联结不能 用一级1310nm光链路达到，而需采用多级 光链路时，整个网络传输指标就会下降很 多，使用户指标很难达到国际的要求。大 量采用1310nm光发送机和光接收机，使系 统造价较高。设备实用量越大，系统级联 数越多，网络可靠性越低。这种接力的方法虽然可以延伸传输 距离，但噪声与非线性失真的积累，使 C/N、CSO、CTB指标劣化很快。因此传输 距离受到较大的限制。在大型网络的组网 中，现很少采用这种组网技术。（3）1550nm光传输组网技术1550nm光传输组网技术是把前端发 来的光信号在分前端采用1550nm光纤放 大器直接放大，然后通过光分路器向各 个光节点分配光功率，实施光纤到楼栋（FTTB），楼内无源集中分配到户。这样做 的优点是对系统传输指标的损伤较小。因 为光纤放大器的噪声系数小，在输入光功 率大于+5dBm时，在光纤长度小于80km时（一般城市主城区前端至光接终端的距 离都远远小于80km），光纤放大器造成的 C/CSO、C/CTB跌落可以不计。这样就能建 立高质量的传输网络。现在1550nm外调 制光发射机和大功率光纤放大器设备技 术已经完全成熟，使1550nm直接光放大和 分配方案的造价比1310nm接力方案低30%40%。中间环节的减少使系统可靠性更 容易得到保证。1550nm光传输组网技术的不足之处 在于1550 nm系统存在色散的问题，但当光 纤长度小于80km时，色散的对传输性能的 影响可以忽略不计。一般城市的中心城区 广电城域传输网的覆盖半径都在30公里 内。单条光链路的光纤路由长度都小于远 远小于80km。因而选择1550nm光传输组 网技术是传输广播业务的最佳方案。3 工程实例湖北省楚天有线广播电视武汉地区 城域传输网是由覆盖武汉三镇的有线电 视网络组成。2007年公司决定对网络进 行脱胎换骨的升级改造。并提出了统一 规划、统一标准、统一设计、统一建设的 要求，实施一次性规划，分步、分期实施， 滚动发展思路。经过两年多的艰苦奋战， 建成了以八亩地为中心机房的1550nm光 传输环网平台，覆盖武汉三镇联接十余个 分前端，具有主备路由的独立主干信号传 输光纤网。双路主干输出光信号在各分前 端通过光开关自动倒换，实现自愈冗余保 护。并建设立基于SNMP协议网管平台，对 所有中心机房和分前端的光发射机、光放 大器和重点区域的光接收机，在中心机房 实施统一网管，采用图形界面、指示灯等 多种报警方式，确保了信号安全可靠地传 输，极大地提高了工作效益。并建设完成 了以各分前端为中心的光纤到楼栋的光功 率分配网，每个光节点覆盖用户在50-100 户范围内。楼栋内采用集中分配方式的同 轴电缆无源接入。并在这一传输平台上展 开了EPON（GPON）数据业务接入网的推 广试点工作。网络传输质量得到了极大改 善，网络的可靠性、稳定性大大提高，网络 的竟争力显著增强，网络运行状态良好。 社会效益和经济效益都取得了显著的成 效。2007年至2009年顺利实施了全网数字电视平移工程。3.1 城域网改造的总目标湖北省楚天有线电社城域网改造建 设的总目标是：按照向数字、双向、智能、 多功能全业务方向发展。网络具备承载开 展包括视频、语音、数据的全部业务；具 有高带宽全双向、高可靠、可控可管、可持 续发展为特征，能与多个网络互联互通； 具有良好的可扩展，达到电信级运营标 准，满足“三网融合”要求的下一代广播 电视网（NGB）。基本实现光纤到楼栋，充 分利用已有的入户同轴电缆、五类线缆资 源，逐步向光纤到户演进。3.2 城域网组网技术方案通过前面对主要网络结构和组网技 术特点的分析，结合武汉地区的区位要 求。武汉地区有线网络升级改造工程采用1550nm组网技术、EPON组网技术共网构 建多层次星形拓扑结构的广播电视城域 传输网。（1）网络物理架构整个城域网将按光纤到楼栋（FTTB） 技术路线布网（即网络光纤化、双向化、 室外无源化）。网络由主干线传输网、接 入网和用户分配网三大部分来构建网络物 理架构。广播电视业务和数据业务按A、B 两个网络平台共网传输。A平台用于传输模拟或数字电视信号 数字视频广播、数据广播等。B平台为交 互式数据业务平台，主要用于开展数字交 互式数据业务等。（2）实际组网模式A平台由三部分构成，第一部分为总 前端设置在八亩地机房和若干个分前端（目前为12个分前端）构成环形光纤主干 传输网，完成光信号的分配、传输功能； 第二部分由这些分前端作为该区域机房 与光节点（光终端设备）构成星形拓扑结 构的接入网，完成光功率放大、功率分 配、传输功能，每个分前端按覆盖半径3-4km（主城区），覆盖用户4-6万户规划设 计，以主要主干街道划分区域；第三部分 由光终端设备与用户终端采用集中分配方式构成用户分配网，完成光电转换和信号入户分配功能。 在中心机房建立统一网管系统，对中心机房和分前端机房内的光发射机、光 放大器等设备实施故障、配置、性能、安 全等管理，掌握系统运行效率及记录网络 资源的使用情况，控制和监测网络运行状 况，采用图形界面、指示灯等多种报警方 式，维持网络的有效运行，使网络性能达 到最优化。确保信号安全可靠地传输，提 高运维管理工作效益。B平台由核心机房（八亩地前端机 房）的骨干路由设备和汇聚机房若干（各 分前端机房）的EPON设备OLT构成的高速 数据主干传输网。以汇聚机房（分前端） 的OLT、光缆（纤）、小区交接箱内ODN（光 分路器）及楼栋内的ONU等设备，构成双 向数据接入网，完成光电转换和电光转 换、信号处理、复用、维护管理和提供用 户端接口等功能。（3）光纤网络光纤波长的选择确 定根据 武 汉 城 区 的 实 际 从 技术 和 经济两方面考量，系统A平台下