NGB网络双平台的构建课件

面向下一代广播电视网（NGB）的城域网络建设与改造,李力2010年3NGB网络的构造和特性NGB网络的两种实现模式NGB网络的IP宽带接入平台的构建NGB网络的RF广播平台的构建面向NGB网络的产品需求和特性,提纲,NGB网络的构造和特性,根据国内外网络发展趋势，下一代广播电视网（NGB）面向未来五年到十年，光节点覆盖发展到200户或50户以内，甚至大规模FTTH的部署。,面向下一代广播电视网（NGB）电缆接入技术（EoC）需求白皮书,小区,下一代广播电视网（NGB）的网络构造,NGB宽带接入网基本结构,CBAT（CoaxialBroadbandAccessTerminal），同轴电缆宽带接入网局端设备）CNU（CableNetworkUnit），同轴网络单元。实质就是FTTB（光纤到大楼），使每个光节点覆盖用户小于50户。,NGB需要支撑的业务类型,语音业务要能支撑基于IP的语音，即VoIP业务。数据业务要基于互联网的IP数据（如HTTP浏览、FTP下载、网络游戏等），视频业务要能点播标清（SDTV）和高清（HDTV）视频业务以及IPTV、视频会议等。即三网融合,NGB的用户接入带宽的需求,白皮书特别指出，NGB网络的系统总带宽可以支持用户接入带宽渐进发展的模式，如12Mbps510Mbps2030Mbps100Mbps逐步过渡的模式，逐步扩展用户接入带宽。确定接入带宽需求的考虑：要能支持HDTV。各种业务对带宽的需求：SDTV（1.5-6Mbps)，HDTV（1025Mbps）光节点覆盖范围和开通率；用户并发率。,NGB下一代广播电视网络的内涵和实质,一种能以支撑大量互动电视视频流为基础的语音、数据与视频三网融合的宽带综合业务双向网,双向互动性：相对于传统的有线电视网，NGB网络是双向网络，支持双向互动业务，要具备相当的接入带宽，借以实现语音、数据和视频的双向传输；支持海量视频HDTV：相对于目前已有现存的双向网络，NGB网络要能传输海量的HDTV高清电视视频流。这是有别于其他数据双向网最重要的区别，同时也是有线电视网络最富竞争力的基础，是NGB网络的核心竞争力。如果网络不支持大量的HDTV高清电视节目，这样的网络就不应该被称作为NGB网络。FTTB的网络构造：相对于FTTH的网络构造，NGB网络的构造是每个光节点覆盖50户，即FTTB光纤到大楼。这样既相对于FTTH，能节省大量的建设成本、工艺安装成本和网络维护成本，又能有效利用和保护网络中大量的电缆资源与投入，从而突出了有线电视网络的特色和优势。,三个重要特征：,NGB网络的两种实现模式,NGB网络的两种发展模式与比较,1、完全基于IP数据交换技术的NGB网络构造全IP化,所有的业务由IP网来承载，以IPTV组播方式实现，包括标清电视（SDTV）和高清电视（HDTV）每户用户至少需要30Mbps带宽：1套HDTV（25Mbps）、1套SDTV4Mbps和上网业务（1Mbps）理想带宽60100Mbps：2套HDTV和1套SDTV,NGB网络的两种发展模式与比较,1、完全基于IP数据交换技术的NGB网络构造全IP化,组网技术单纯，核心和基础技术就是IP数据交换技术城域网的骨干网和汇聚网需要依赖3T高速交换技术目前的有源调制EOC技术是几乎不能胜任的（MOCA、HomePNA、Homeplug、WiFiOverCoax）在接入网部分要使每个用户到达30Mbps以上的接入带宽完全废弃掉了广播电视网络发展建设了几十年的赖以生存和发展的基础RF射频广播技术及其设备，不能保护现有有线电视网络的投资。不仅广播传输设备（光发送机、光接收机、电放大器），而且前端的调制器包括数字QAM调制器等都不需要了，很有可能造成巨大的浪费。其实际为有线电视网络只留下或利用了铺设好的光缆和同轴电缆，似乎没有凸现出一点有线电视网络的传统优势。,典型的IP+HFC交互数字电视系统构造IPQAM,NGB网络的两种发展模式与比较,保留和继续发展了RF射频广播技术及其设备，把占据接入网络最大带宽的视频下行业务（HDTV和SDTV）继续利用RFQAM通道广播传输语音、数据（包括点播）等典型的IP业务则采用IP通道实现双向交换,典型的IP+HFC交互数字电视系统构造IP+QAM,充分发挥了HFC网带宽资源。能保证高等级的视频质量，具有QOS保证，能够确保电信级的运营。可扩展性好：投资可根据需求逐步扩大和增加边缘设备。适应性好：边缘设备适应现有网络结构和功耗限制。便易性：边缘设备便于控制，操作。,边缘IPQAM调制器的工作原理,实时动态地分配到某个下行频点（或频道）上,典型的IP+HFC交互数字电视系统构造IP+QAM,帐户系统检查根据订购业务规则检查该用户付费忠诚度,有否可用带宽?在IP地址表和UDP口表中查找有否可到达该服务区组的空限地址,IPQAM交互数字电视的实现,IP+QAM网络的性能具有最大的带宽,QAM通道：1个8MHz频道能传输2套HDTV高清电视或610套SDTV标清电视。建议QAM通道主要用于HDTV的双向点播和广播，从而突现广电网络的带宽优势，牢牢把握HDTV的优势。IP通道：EPON+EOC的构造提供了远优于CableModem的带宽，使每户能独享10Mbps。其中3Mbps用于SDTV点播（IPTV、时移、回看），2Mbps传输监控视频、2Mbps动画游戏和2MbpsInternet上网等业务，使用户在充分享受HDTV的同时，也可以用PC随心所欲地观看电视。,NGB网络的IP宽带接入平台的构建,HFC网络中三种支持P2MP双向技术,最后100米宽带接入是有线电视网络实现双向化的关键和瓶颈,CableModem接入技术EPON+DOC（DataOverCoax）构造EPON+ECAN（EthernetOverCoaxAccessNetwork）构造,基于有源调制的DoC接入技术数字家庭网络技术,宽带接入技术和数字家庭网络技术属于两个不同的技术范畴。,WiFioverCoax,能够支持分支分配型的级联结构，适用于各种用户分配网（分支级联和星型），网络的适应性较强可滚动发展，分布实施，能支持低接入率的网络由于采用了CSMA的MAC协议，每个CNU的带宽象HUB一样去自由竞争，带宽没有保证，不能适应网络的规模化经营。随着用户接入数的增加，每个用户的CPE带宽会急剧下降，带宽差异很大，时有中断，系统不稳定，不能支持更多的用户。整个系统受链路衰减的影响很大，当衰减值逐渐增加时，带宽也呈下降趋势。带宽对包的大小非常明感，包越小，带宽越小甚至为零带宽管理：CNU的速率是不会超出带宽管理时的限定值，但是实际带宽则取决于自由竞争得到的带宽,DoC(DataOverCoax)家庭网络技术用于规模化接入时：,接入总带宽会随接入用户数（CNU终端数）增加而急剧下降，不能支撑高接入率，其提供的接入带宽几乎不能满足NGB的要求，表明接入能力差。,随着用户数量（CNU）的增加，每个CNU的独享带宽还会明显降低。,DOC均简单地采用了最基本的以太网MAC层协议基于载波侦听和冲突检测CSMA。,随着接入率的提高，DOC系统反而不能支撑，需要重新推到重来即使在恒定低接入率的状态下，由于接入率不是均匀分布的，富裕的小区、大楼和楼道也不能很好的接入每个用户的独享带宽，由于要竞争不断下降的共享总带宽更加无法保障。,DoC(DataOverCoax)家庭网络技术用于规模化接入时：,其中MOCA的C-link和HomePlug的BPL两种有源调制方案为此引入了TDMA机制，但它采用的是一种非常简单和完全静态的时分机制，未包含共享介质通信中所必须具备的动态带宽分配(DBA)，效率低下，接入总带宽往往就不大，而且其接入总带宽也会变化并下降，不能显著提高接入能力。,接入总带宽会随接入用户数（CNU终端数）增加而急剧下降，不能支撑高接入率，其提供的接入带宽几乎不能满足NGB的要求，表明接入能力差。,DoC(DataOverCoax)家庭网络技术用于规模化接入时：,接入总带宽在短包长时会急剧下降，使之系统性能变得不稳定。不同的业务有不同的传输效率，差异很大。,DoC(DataOverCoax)家庭网络技术用于规模化接入时：,在短包长时，相同速率数据流的数据包数量要远远多于长包情况，而DOC系统内的CPU是根本无法实时处理如此大量的数据包，导致丢包率急剧上升，系统吞吐率大大下降。,对64Byte短包长的业务只有10Mbps左右。表明：由于不同的业务有不同的包长，DOC对业务的支撑能力较弱，很多业务（如VoIP）不能很好地开展。,压力测试结果：链损30dB,测试地点：成都,WIFI,MoCA,PLC,PNA,引自北京金桥恒泰科技有限公司余少波博士,表明：G.hn标准或规范只是针对家庭网络的，不是接入技术的标准，更不是有线电视网络的接入规范。此标准不是彼标准，不应混淆。,2005年7月，电气和电子工程师学会IEEE成立P1901工作组，致力于统一电力线宽带通信的技术标准。内容涵盖电力线宽带通信的室内联网和室外宽带接入，以及两者的互操作性三部分。2008年12月IEEEP1901通过了电力线宽带通信的物理层（PHY）和介质访问控制层（MAC）的技术标准提案。提案包括三个可选项，基于HomePlug电力线联盟的HomePlugAV技术、基于松下公司的HDPLC技术和ITU-TG.hn的物理层规范。该提案还需要在2009年2月的小组会议上投票，如果一切顺利，到2009年11月将会完成最初草案。,IEEE1901,表明：IEEE1901标准只是针对电力通信的技术规范，还不如ITU-T的G.hn，完全不是接入技术的标准，更不是有线电视网络的接入规范，不应混淆。,DOC有源调制“EOC”小结,MOCA、HomePNA、HomePlug（AV和BPL)和WiFi都是家庭网络技术，其主要功能或作用是充分利用家庭中已有的电源线、电话线、同轴电缆及其自由空间实现家庭中各个房间的各种双向设备的高速连通。因此：各种技术体制都采用CSMA载波侦听和冲突检测协议，对于家庭网络具有最好的性能与价格比但对于用户的接入，其MAC协议就过于简单了，不能适应大规模的接入。其总带宽就会随着用户数增多而急剧下降，表现出接入能力太差。由于是用于家庭网络的各房间的高速连通（从1个房间传向另一个房间），对于大包或视频业务具有较好的传输能力，而短包长业务由于在家庭中没有这样的需求或用途（如IP电话、Email或点播信息），其传输性能较差。当移植到接入网络时，其表现就是对业务的支持能力不稳定。基于家庭网络的各种技术移植到接入网络时，其应用具有巨大的风险，是不合适的。需要发展一种基于接入技术的EOC技术。理想的EOC技术应该要克服掉上述缺陷，这就需要一个完善的MAC机制，应当采用标准接入技术的MAC协议，比如CableModem、ADSL和EPON等技术规范。,2008年6月，获上海市科委的基于IEEE802.3ah同轴电缆点对多点级联关键技术研究ECAN（EthernetOverCaoxAccesssNetwork）（资助金额100万）上海大学通信学院、中兴通讯、美国普然（OpuLAN）技术有限公司和美国BroadCom公司共同提出和开发了ECAN，以满足下一代广播电视网（NGB）的需求，实现语音、数据和视频的三网融合。,ECAN的OSI分层图示,ECAN（EthernetOverCaoxAccesssNetwork基于同轴电缆接入网的以太网)技术将EPON的IEEE802.3ahMAC协议移植到无源同轴电缆用户分配网中，实现最后100米点对多点的以太到家的宽带接入。其MAC协议沿用了EPON的协议，具有动态带宽分配（DBA），可实现电信级的运营和维护，可支撑所有业务(视频、语音和数据）的接入。ECAN技术具备了有源调制EOC技术网络适应性强、家庭中安放灵活等优点，又兼备了基带无调制EOC技术强大的接入性能，是一种成熟的、先进的宽带接入技术带宽达130Mbps,ECAN（EthernetCoaxAccessNetwork）电信运营级的EOC技术,ECAN技术及其构造,以太网数据首先由OLT经光纤传送到ONU。ONU与CLT直接相连，完成光网络数据与同轴网络数据的转换。并将以太网数据和有线电视频分复用混合成一路信号由同轴电缆发送到用户端CNU，实现有线电视和宽带数据的接入。,ECAN（EthernetCoaxAccessNetwork）电信运营级的EOC技术,ECAN的传输原理:MPCP（多点控制协议）,由CLT统一分配CNU的上行时隙，同时CNU周期性地上报上行需求，而CLT周期性告知CNU的上行时隙，CNU只能在属于自已的上行时隙发上行数据.CLT保证在上行时段不发送任何下行数据。数据从CLT到多个CNU以广播式下行，每个数据帧的帧头包含LLID，该标识表明本数据帧时给某个特定的CNU。数据帧到达CNU时，CNU根据LLID判断是否接收。,ECAN的注册与自动发现,CNU收到DiscoveryGATE消息后，会把本地时钟设置为收到的DiscoveryGATE消息中的时钟标签。当CNU的本地时钟到达发现时隙的开始时刻，CNU将等待一个额外的随机时延后，发送REGISTER_REQ消息。随机时延是为了防止多个未注册CNU同时发送REGISTER_REQ消息时有可能产生的持续冲突。当CLT接收到一个来自未注册的CNU的REGISTER_REQ消息后，计算出该CNU的往返时延RTT。,1.CLT分配一个发现窗口，在这个窗口已注册成功的CNU都不允许进行传输（通过CLTDBA保证）。2.只有未注册的CNU才会响应DiscoveryGATE消息。,3.CLT一旦解析并确认了REGISTER_REQ消息后，分配LLID并发送REGISTER给这个CNU。4.在REGISTER消息后，CLT将发送一个NormalGATE给同一个CNU。5.CNU接收了REGISTER消息和NormalGATE消息后，将发送一个REGISTER_ACK消息告知CLT，它已经成功地解析了REGISTER消息。REGISTER_ACK消息将在接收到的NormalGATE消息中所分配的时隙中传输。,ECAN的DBA动态带宽分配,带宽分配分为静态和动态两种，静态带宽的缺点是带宽利用率较低。ECAN的MAC支持DBA动态带宽分配，在带宽相同的情况下可以承载更多的用户，从而降低用户成本。ECANMAC采用的是基于优先级的轮询带宽分配方案。CNU实时地向CLT汇报每个优先级的当前业务需求（REPORT），CLT根据优先级、用户SLA（服务级别配置）要求分配NormalGATE给CNU一个或多个时隙。每个CNU在分配的时隙内发送相关优先级的数据。,ECAN的动态带宽分配（DBA）机制采用了相关算法实现了上下通道的通信控制及对称或非对称动态带宽分配，使CNU支持加权公平排队(WFQ)和可变带宽分配，实现了每个用户终端（CNU）实时上报所需上传的数据量。并在局端设备（CLT）的管理控制带宽的同时，能根据需要严格保证各用户的通信带宽和业务质量，使多个CNU可以同时获得足够的带宽，,ECAN的PHY物理层体系结构,2/4VSB的星座映射图,ECAN抗干扰的性能分析,表明：ECAN（VSB）与CableModem（QAM）和OFDM具有相同的抗白噪声的能力。,ECAN抗干扰的性能分析,表明：ECAN（VSB）和CableModem（QAM）比OFDM具有更好的抗窄带噪声的能力。,OFDM的,抗脉冲噪声性能分析,ECAN覆盖用户少，支持全接入的覆盖数为64户，如果置于1个光节点，一般也小于200户，其汇聚噪声相对较小。,表明：ECAN（VSB）比CableModem（QAM）具有更好的抗脉冲噪声的能力。,引入了EPON的基于TDMA技术的MPCP（多点控制协议）机制，使ECAN具备了很好的接入能力、可扩展性和可运营性，能适应所有网络的结构。,ECAN总带宽（吞吐量）高达130Mbps以上，接入能力强能随着接入率的提高，保持恒定的传输性能或吞吐量，支持100的用户（CNU）接入，具备了很好的接入能力和可扩展性。无论数据包的长短，其传输带宽和吞吐量不变，支持所有类型的业务，具有很好的可运营性。ECAN使用了DBA机制，支持DBA动态带宽分配，最大限度地提高了传输效率，有效地保障每户的独享带宽。解决了当前其他同轴电缆接入系统带宽效率低下，无法实现QoS管理、不具备大规模部署和运营的问题。,ECAN（EthernetCoaxAccessNetwork）电信运营级的EOC技术,1：32的测试：1个ECAN口接入32个CNU,ECAN（EthernetCoaxAccessNetwork）电信运营级的EOC技术,1：32的测试：1个ECAN口接入32个CNU,ECAN（EthernetCoaxAccessNetwork）电信运营级的EOC技术,嘉定现场测试目标,测试PHY在实际网络环境中的传输特性；测试PHY的抗噪声抗干扰能力；验证系统对嘉定全IP业务的支持能力；了解并建立典型噪声环境中的信道模型；了解嘉定广电双向网络及互动业务的运行状况。,网络结构：按照嘉定城区有线电视网络改造后的典型集中分配结构和布线规范，搭建EOC模拟测试环境。系统组成：1.EOC局端设备CLT。上联至ONU设备；2.EOC用户端设备CNU。连接机顶盒/电视机/电脑。,噪声环境：采用噪声源设备，通过分配器分别对下行和上行信号进行高斯噪声和单频噪声加载，测试系统的抗噪能力。,嘉定广电性能测试项目,模拟楼栋内电缆分配网络点对多点测试系统,测试系统网络结构,嘉定广电性能测试项目,网络结构：1xCLT812xCNU无源集中分配网络(30-38dB)；设备连接：CLT上联口接ONUGE端口；CNU连接STB/TV、PC机或IP电话机；测试内容：1.EOC支持嘉定广电提供双向业务能力，业务包括：(1)IPv6组播形式下发的IPTV业务;(2)宽带上网业务；(3)VoIP业务；(4)其他双向互动业务。2.模拟实际环境下EOC的抗噪声和抗干扰能力。测试结果：1.能够支持包括IPTV/VoIP/Internet在内的所有业务！2.系统在典型的噪声/干扰环境下稳定工作,嘉定广电性能测试项目,VoIP业务：CNU连接IP电话机拨打本地和长途电话，通话质量很好；宽带上网业务：网速达到用户限定的速率(2Mbps)；IPTV业务：CLT通过升级软件，提供对MLDSnooping的支持后，成功地实现对基于IPv6组播的IPTV业务的支持。在CNU下挂的STB/TV和PC机上,均能够流畅收看HDTV(25Mbps)和SDTV(5Mbps)。同时，系统的SCB功能支持组播过滤，实现多个用户同时收看同一路视频流的功能(系统仅下发一份组播数据)；由于ONU连接CLT的端口限速,系统仅达到同时接收2路HDTV+6路SDTV的吞吐率(不丢包);在上下行方向分别加入单频噪声，测得最大容忍噪声分别为7679dBuV(工作频段)和110112dBuV(77.25/85.25MHz);在模拟典型户内干扰(电缆短路/插拔电缆/CNU断电等)环境下，系统性能不受影响。,嘉定广电性能测试项目,测试时间：2009/07/2007/29测试地点：淄博市广电大厦及张店区分公司办公楼测试目的：验证ECAN-EOC-100现场稳定性能力环境特点：较为典型的强噪声环境测试结果：系统完全能够适应该噪声环境，稳定的工作状态,淄博现场工作稳定性测试,张店分公司办公楼测试网络结构：1xCLT6xCNU以多级星形结构连接(30-40dB)；设备连接：CNU连接STB或PC机；CLT上联口接分公司内网，同时将光接收机输出的CATV信号混入系统；测试内容：1.EOC是否影响数字电视接收；2.利用FTP下载HD视频，测试下载速率。测试结果：1.系统不影响CATV正常接收！2.所连接的6台PC均达到并稳定保持在各自限定的速度结论：系统具备典型噪声环境下对主流业务的支持能力,淄博现场工作稳定性测试,测试系统网络结构,现场网络状况,二层机房,光接收机,CLT,CNU,二层车务室(212房),ECAN是一种提供真正面向NGB宽带接入应用的电信运营商级的技术解决方案。可扩展性：能随着接入率的提高接入更多的CNU（用户），支持100的接入。总带宽大于125Mbps。1：64时，静态带宽为独享2M，动态带宽为独享10Mbps（按1：5收敛）1：12时，静态带宽为独享10M，动态带宽为独享50Mbps（按1：5收敛），满足NGB的需求。可运营性：无论数据包的长短，具有一样的传输性能或吞吐量，从而支持所有类型的业务对于NGB中各种双向业务来说，除去IPTV之外，业务数据并非均为长包。特别是大量的互动业务回传信号，明显是以短包为主。可管理性：时隙的动态分配DBA在局端CLT的调度和管理下，实现安全可靠和有QoS保障的宽带数据接入。从而高效合理地既确保了用户的QoS，又能够最大程度地利用系统带宽。,ECAN（EthernetCoaxA