广电网络宽带接入建设方案

广电网络宽带接入建设 广电网络宽带数据平台 建设方案 深圳市螺光科技有限公司 投资部 2009年1月 目 录 1 概述 ................................................................................................................... 3 1.1 目标 ......................................................................................................... 3 1.2 政策背景.................................................................................................. 3 1.3 技术方案.................................................................................................. 3 2 宽带接入技术 .................................................................................................... 3 2.1 CMTS技术 .............................................................................................. 3 2.2 EOC技术 ................................................................................................. 4 3 CableBlaze方案 ................................................................................................. 4 3.1 需求.................................................................................................. 4 3.2 方案要点.................................................................................................. 5 3.3 核心技术.................................................................................................. 6 3.4 解决方案.................................................................................................. 8 3.5 技术指标.................................................................................................. 9 3.6 特点和优势 .............................................................................................. 9 4 宽带系统建设 ...................................................................................................10 4.1 总体结构.................................................................................................10 4.2 接入网改造 .............................................................................................12 4.2.1 单向接入网改造 ...........................................................................12 4.2.2 双向接入网改造 ...........................................................................12 4.3 光纤汇接网 .............................................................................................13 4.3.1 适用方案 ......................................................................................13 4.3.2 发展考虑 ......................................................................................13 4.4 前端端建设 .............................................................................................14 4.4.1 功能需求 ......................................................................................14 4.4.2 基本配置 ......................................................................................14 4.4.3 出口和流量控制 ...........................................................................15 4.4.4 认证计费管理 ...............................................................................16 4.4.5 网络管理 ......................................................................................16 5 实施步骤 ...........................................................................................................16 6 业务分类 ...........................................................................................................17 1 概述 1.1 目标 本项目建议方案的核心目标就是:在已建成的广电HFC网络存量资源基础上，构建可管理、可运维的电信级的广电宽带接入网，并充分利用广电行业的独特优势，在此网络上开展宽带互联网服务。 1.2 政策背景 2008国务院1号文《关于鼓励数字电视产业发展的若干政策》中首次明确“在确保广播电视安全传输的前提下，建立和完善适应‘三网融合’发展要求的运营服务机制。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，支持包括国有电信企业在内的国有资本参与数字电视接入网络建设和电视接收端数字化改造”，为全国广电网络通过引入外部资本、全面开展宽带数据业务提供了法理基础。 1.3 技术方案 目前国内广电HFC网络的宽带接入普遍采用基于DOCSIS的CMTS技术、少量的采用5类线以太网技术，而我们采用基于第三代/第四代通讯的核心传输技术OFDM的EOC解决方案，构建CableBlaze宽带数据平台。 2 宽带接入技术 2.1 CMTS技术 CMTS(Cable Modem Termination System)是基于DOCSIS标准的系统，采用了2G通信核心传输技术(QAM/QPSK/CDMA)，并不适合中国的国情，因为: 第一，DOCSIS标准是针对欧美国家分散的社区居住环境下的HFC网络建设特点提出并发展起来的，而中国的居住环境高度密集的特点极大影响了Cable Modem的传输性能和稳定性。 第二，DOCSIS标准采用的是单一大载波传输模式，对外部干扰比较敏感，容易因为干扰造成传输同步的丢失从而形成掉线。在中国各地的有线电视网络基本上是以县、市为单位自主建设的，技术水平和网络技术状态千差万别。其建设初衷只在于广播视频信号的简单单向分配，造成接入网的建设质量不高，外部的低端射频干扰信号可以通过破损的电缆、低质量的接头等网络缺陷进入HFC网络，从而影响Cable Modem运行的稳定性。 第三，由于采用CMTS方案，是一个让网络适应技术的方案，要达到CMTS的严格技术要求，网络改造的投入是十分巨大的，根据已经实施的测算，这样的双向网全网改造工程的户均投入在人民币600,800元左右。对于今后的维护人员技术素质有很高的要求。 2.2 EOC技术 EOC(Ethernet Over Cable)是基于B3G/4G通信的核心传输技术OFDM的解决方案，特别适应我国HFC电缆分配网的回传噪声、线路干扰、外部串扰、以及特性时变等问题，是最适合中国广电HFC网的宽带接入新技术。 深圳市螺光科技有限公司采用基于自适应编码的OFDM技术，开发出CableBlaze HFC电缆分配网宽带接入系统。该系统符合HomePlug AV国际标准，可以在比较差的分配网条件下实现光节点到用户的稳定可靠的宽带传输，特别适合对我国广电HFC分配网的实际现状。 3 CableBlaze方案 3.1 需求分析 充分已建成的广电HFC网络存量资源，用尽可能低的新增投入，构建可管理、可运维的电信级的广电宽带接入网，并充分利用广电行业的独特优势，在此网络 上开展宽带互联网服务和其它增值业务。根据这样的需求，对CableBlaze技术方案具有以下要求: , 能够稳定可靠地运行在已建成的HFC网络上，包括未做双向改造和已完 成双向改造的。对HFC接入网部分的线路变动最小，最好不加任何变动。 , 适应国内绝大部分HFC接入网络的实际情况，对线路质量要求不高，对 噪声干扰不敏感。 , 能和现有的HFC接入网的网络构架良好匹配，能有效地发挥HFC接入网 的前期累计投入所沉淀的物理优势。 , 必须是一个可管理的接入网，能够对用户的接入权限、用户的接入带宽、 网络的拥塞等进行管理和控制。 , 必须为用户提供足够的接入带宽，能够支持各种互联网业务，提供服务 质量(QoS)管理。 , 最好能提供对双向互动电视的支持。 , 能够支持对新技术的平滑升级。即在向新技术升级时，能够最大限度地 保护营运商的现有投资。 3.2 方案要点 广电行业一般把从县级前端/省市级分前端以后的网络部分统称为接入网。从宽带数据业务的角度看，这部分网络实际上要完成接入和汇聚两个层面的功能。经过多年的投入和改造，我国几乎所有城镇的有线电视网络都完成了HFC改造，部分城市还完成了接入网的双向改造。 根据国家广电总局的HFC网改，为确保有线电视信号的传输质量，县级城镇的网络一般分为中心前端-光节点-用户三级结构，规模较大的地市级网络一般分为中心前端-分前端-光节点-用户四级结构。 其中，中心前端-光节点及中心前端-分前端-光节点部分均采用光纤线路传输，一般采用星型或者树型的多芯光缆结构，不仅可以满足模拟/数字有线电视信号的传输，而且为双向数据信号传输预留了通道。 光节点-用户部分是同轴电缆分配网络(简称分配网，又称接入网)。光纤内传输的光信号在光节点通过光端机转换成电信号在分配网中传输到用户家庭。根 据国家广电总局的网改规范要求，每个光节点的分配网所覆盖的用户数不超过300户，最多不超过500户。光端机一般有2-4个同轴电缆支线，平均每个同轴电缆支线的覆盖的用户在100-150户左右，每个同轴支路级联放大器最多不超过2级。 本技术解决方案的核心思想是:选择最合适的技术来适应网络的特性，而不是试图通过改造网络特性来适应某种技术的需求。 在HFC网络中，光网络部分和同轴电缆分配网部分是两种物理特性截然不同的传输媒介，与之相匹配的传输技术的发展也存在很大的差距。 光纤网络是一个非常稳定优质传输媒介，各种模拟和数字的光传输技术已经非常先进和成熟。在广电宽带网络的技术解决方案中，我们只需要在最小投资原则下，选择与现存HFC光网络构架相匹配、在可预期的时间内满足宽带数据业务的发展需要、可根据未来宽带数据业务发展平滑升级的技术方案。 与之相反，HFC分配网络由于工程质量、电缆性能、家庭的电磁环境等因素，是一个有噪声、有干扰、特性随时间变化的传输媒介。在这样的媒介里的传输技术远不及光纤传输技术那么先进和成熟。可以说迄今为止还没有一个符合国际标准的传输技术可以稳定可靠地解决HFC分配网的高速双向通信问题。 因此试图用一种技术同时解决光纤传输的问题和分配网传输的问题是不科学的也是不现实的。在CableBlaze系统中，我们把光节点这个物理媒介的分界点同时也作为技术方案的分界点，即选择最适合HFC光网络特性的技术来解决光节点以上的传输问题，选择最适合HFC分配网特性的技术来解决光节点到用户的传输问题。这样在各自的网络特性基础上实现整体技术方案的最优。 3.3 核心技术 在我国多年的实践证明，采用2G通信核心传输技术(QAM/QPSK/CDMA)的基于DOCSIS标准的CMTS(Cable Modem Termination System)系统是无法很好地解决我国现存HFC电缆分配网部分的传输问题的。理论和实践证明，基于B3G/4G通信的核心传输技术OFDM的解决方案，可以很好的适应我国HFC电缆分配网的回传噪声、线路干扰、外部串扰、以及特性时变等问题，是到目前位置可以应用于HFC电缆分配网宽带接入的最有生命力的技术路线。 OFDM —— OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-Carrier Modulation，多载波调制的一种。其主要思想是:将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。 图3.1 正交频分复用信号的频谱 有两种技术和OFDM技术相结合，可以有效提高其对恶劣信号环境(噪声，干扰，时变)的适应性。 一是纠错编码技术。把高速数据流分组，然后通过纠错编码产生冗余码和原始数据一起传输。一般情况下干扰只造成部分子载波的传输错误，在接收端可以根据冗余信息通过纠错算法把传输错误的码元纠正过来。 二是自适应调制技术。在自适应OFDM算法中，各个子载波能够根据信道干扰和噪声的状况自适应的选择与之相匹配的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM，256QAM等。这样，在信噪比好的子载波频段，就自动选择频谱效率高的调制方式，如64QAM，256QAM等，以在满足误码率指标的条件下获得最大频谱效率。如果某些子载波频段信噪比比较低，就可以自动选择对信噪比要求 不高的调制方式，如QPSK、BPSK等，甚至在子载波噪声进一步恶化的情况下关闭该子载波，通过牺牲信道速率的方式来保证通信连接的可靠性。 3.4 解决方案 CableBlaze方案只需要在光节点处安装一个带以太网接口的低成本头端设备，为每个分配放大器安装一个可供低频段信号双向通过的双向滤波器(又称数据跳接器)，在该光节点覆盖的任意用户就可以通过一个用户终端实现宽带连接。实现方案示意图如下: 图3.2 CableBlaze HFC电缆分配网宽带接入解决方案示意图 3.5 技术指标 占用频率范围: 2-30MHz 物理层带宽: 200Mbps 多用户接入吞吐量: 80Mbps 信道纠错编码方式: Turbo Codes 多址接入模式: TDMA，CSMA/CA 子信道个数: 超过1000个 子信道调制方式: 1024/256/64/16/8-QAM, QPSK, BPSK，ROBO 加密机制: 128bit AES 链路加密算法 每头端同时支持用户数: 256 电缆传输距离: 大于500米，700米保持连接 管理功能: 带宽限制，集成QoS～基于SNMP的网络管理 3.6 特点和优势 CableBlaze是针对密集居住环境提出的广电宽带接入网方案，它比基于DOCSIS标准CMTS更切合我国广电系统的需要(拥有大量的同轴线、光纤资源，急于开展的数据业务又苦于没有好的接入网解决方案)，可以使原有的同轴电缆网络以很低的投资升级成为一个电信级的可运营、可管理的宽带接入网络。而且与CMTS及其他变通、过渡方案相比，本方案最大限度地挖掘利用了现存HFC网络资源，所需的投资最小，具有良好的技术生命力。 CableBlaze HFC电缆分配网宽带接入解决方案的主要特点和优势如下: , 采用B3G/4G通信的核心技术OFDM，符合通信技术发展主流，符合国际 标准和国家标准(起草中)。 , 技术适应网络，网络零改造。整个方案无须进行电缆双向改造，工程施 工量小，充分利用原有投资，建设周期短，能迅速抢占市场。 , 头端设备移到了光节点，用户终端射频回传信号只在电缆内汇集，在光 节点处截止，不在光缆中传输，彻底解决回传噪声汇聚的问题。 , 采用OFDM自适应调制技术。对电缆分配网内的噪声、干扰和时变性可自 适应匹配，可以在恶劣信号环境下稳定可靠连接，不掉线，同等环境下 通信稳定性大大优于CMTS方案。 , 安装简单，不需要复杂的信号调试，对安装维护人员的要求不高。 , 网络汇接点前移，头端设备简化，头端设备成本远低于CMTS。 , 根据光纤网络和同轴电缆网络的自然物理属性分界，接入网和光纤传输 网的具有明晰的界面和层次。在不改变网络构架的前提下，电缆接入网 和光纤传输网可以各自独立地采用更新的技术发展升级，而不会相互影 响、制约，与现有网络产品和技术无缝连接，为未来整个网络的性能提 升保留了足够的空间。 4 宽带系统建设 4.1 总体结构 如图4.1所示，整个广电宽带系统分为:前端机房部分、光纤传输部分、接 入网部分三个部分。 整个系统特别是同轴电缆接入部分简单、高效、易维护。 机房前端部分包括:互联网出口、认证计费网关、认证计费服务器、核心交 换机等设备。 光纤传输部分:使用光纤收发器把数据信号从机房送到各光节点。 接入网部分: , 数据前端通过光纤收发器将数据信号送到光节点，光节点处通过光纤收 发器接收数据信号。 , 将数据信号和光节点的电视信号从各自的端口输入到头端(Master)中， 经过头端处理后，输出数据和电视的混合信号，进入同轴分配网。信号 能顺利通过普通分支分配器。 , 用户家中，通过200M的用户端(Slave)解调还原成数字基带信号，从 而实现用户计算机的宽带接入。 , 在有单向放大器的线路上，只需在放大器两端各接上一个跳接器，让电 视信号通过放大器正常放大，数据信号跳过放大器。 图4.1 总体结构示意图 4.2 接入网改造 4.2.1 单向接入网改造 图4.2 CableBlaze接入网改造示意图 在每个光节点处加装一台CableBlaze头端设备，在每个单向分配放大器处安装一个双向低通滤波器(数据跳接器)，并用光纤收发器将CableBlaze头端设备与前端机房的汇聚交换机端口相连，就可以实现该光节点内全部用户的宽带覆盖。 完成覆盖后，该光节点的宽带用户共享200M物理带宽，实际吞吐量可达80Mbps。如果给每个用户限制带宽1.5Mbps，极限情况下可支持40,50个宽带用户全速上网。 4.2.2 双向接入网改造 对于已经进行了双向网改的接入网，分两种情况: 1) 已经做了网络改造，但并没有CMTS头端设备覆盖。这种情况CableBlaze 方案同样适用，只是双向滤波器是加装在双向放大器上，并把双向放大 器的反向模块断开即可。 2) 已经做了网络改造，已被CMTS头端设备覆盖。这种情况需减少每个CMTS 头端设备覆盖的光节点数，以降低CMTS的噪声干扰。把空出的光节点采 用CableBlaze方案进行网改。 4.3 光纤汇接网 4.3.1 适用方案 前端——光节点和分前端——光节点部分的光网络部分的传输选用最成熟成本最低的方案，即用光纤收发器直接将前端/分前端的以太网延伸到光节点。 在实际网络中最大的光节点覆盖的用户不超过300户。根据以下数据来估算每个光节点所需要的流量: , 假定项目达到了预期的用户入网率20%, , 给每个用户平均分配1.5M带宽, , 根据统计～城区宽带用户同时上网概率最大为40%, , 根据统计～每个宽带用户上网的平均流量为峰值流量的20%, 根据上述数据算出每个光节点的极限流量为90Mbps，平均流量为7.2Mbps。统计学模型分析表明，发生超过平均流量5倍的概率低于1%。 上述分析表明，在当前和可预期目标时间内，每个光节点只需要采用100M的光纤收发器就可以满足要求。实际工程中可根据运营情况，对极少数的光节点采用1000M光纤收发器。 4.3.2 发展考虑 随着宽带业务的发展，光网络部分的技术方案可以平滑升级而不会对整体营运带来影响。有二个方案可以选择: 一是升级到1000M的光纤收发器，可以根据实际需要对流量大的光节点逐步升级，替换下来的100M收发器还可以用在农网和乡镇的宽带接入。 二是采用EPON和GPON技术，实现可管理的光纤汇聚网，这样可以降低对中心前端的网络管理要求，进一步提高网络运行质量。 4.4 前端端建设 4.4.1 功能需求 前端主要完成以下功能: 1) 用户接入管理，完成服务认证、计费、带宽控制、流量控制等功能。 2) 网络管理，完成对接入网设备，网络设备等的管理 3) 内网流量控制和QoS管理 4) 本地化网络业务的支持 4.4.2 基本配置 前端基本配置如下: 1) 交换机，如SPEED S5024TS高密度高性能核心智能多层交换机，可根 据实际需要选择端口数量。 2) 机架式光纤收发器，作为交换机端口延伸，用来和光节点的光纤收发器 连接。 3) 主、备认证计费网关，带防火墙功能 4) WEB服务器，实现广电宽带接入门户网站 5) 内网视频服务器 6) 日志服务器 根据需要，前端还可以增加以下扩展配置: 1) 镜像服务器组，用于对各类网站中流量最高的前几名的服务器在内网实 现镜像。 2) 本地化业务服务器组，用于开展各种本地化的互联网信息服务和增值业 务。 宽带数据网前端机房的配置如图4.3所示: 图4.3 宽带数据网前端机房的配置示意图 4.4.3 出口和流量控制 广电宽带接入的最大限制是出口问题。但广电也有自己的独特的优势，即内网带宽高，有合法的充足的视频资源;要充分发挥优势，扬长避短。 根据统计，视频和下载两个业务将占据宽带用户40%左右的流量。在内网构建丰富的视频资源和下载资源，可以有效地降低整个网络对互联网出口带宽的需求。 另外，根据统计，各类门户、游戏等网站，前5名左右的流量基本占据该类网站总流量的70%。如果我们能够在内网建立这些服务器的镜像，也将大大降低对全网的互联网出口的需求。 在前端直接部署视频服务器和下载服务器，有条件的部署分布式的镜像服务器，既可以降低对全网的互联网出口需求，也可以降低对网络的流量压力。 4.4.4 认证计费管理 在前端部署认证计费网关，前期采用主备式结构，根据发展逐步实现分布式，即在光节点头端设备中集成嵌入式的认证计费网管。这样的设置可以使系统具有较好的稳健性，即使网关受到攻击也不至于导致整个接入网的瘫痪。 4.4.5 网络管理 前端完成对接入层和汇聚层的设备级的网络管理。 5 实施步骤 广电网络宽带接入的具体实施步骤如下: 1) 双方签署合作协议后，有线电视台向投资方深圳螺光公司提供网络详细 数据和设备清单，深圳螺光根据网络实际情况制定工程方案和设备投入 清单。 2) 有线电视台落实好互联网出口，与出口提供方签署10~100M逐渐增加 的供应协议，并首期10M基本出口引入机房。市场宣传工作同期展开。 3) 有线电视台在5个工作日内完成各个光节点的熔接工作。 4) 由深圳螺光派工程师对安装维护人员进行培训，主要培训光节点 CableBlaze头端设备安装调试、放大器跳接、用户设备安装维护以及线 路信号调测等方法。1万户左右网络建议安装维护人员5-8人。培训工 作2个工作日可以完成。 5) 深圳螺光派工程师安装调试前端机房设备，3个工作日可以完成。 6) 安装维护人员2人1组开始进行网络设备的安装调试，5~10个工作日 可以完成全网覆盖。 7) 全面进行市场推广，接受用户的服务预定，上门为用户安装调试。 8) 根据用户发展的情况，根据需要增加互联网出口带宽。 6 业务分类 广电网络宽带接入平台建设完成后，其上开展的业务: 1) 因特网访问服务 为家庭和个人提供因特网访问 2) 宽带IP接入业务 速率以1M-10M为基础，最高可达1000M。 为用户提高速的IP接入， 3) 虚拟专用网业务 为用户提供内部虚拟专用网业务、外部虚拟专用网业务和因特网虚拟专 用网业务。保证用户网络的安全性和高带宽。 4) 以后网络升级后，可提供VOD视频点播业务 为各类用户提视频点播业务。包括支持机顶盒的视频点播。 5) 互联网游戏 6) 视频会议服务 通过高带宽，提供比传统的基于ISDN或帧中继图像质量接近于广播级的 视频、会议服务。 7) 信息点播业务 为企业和个人提供基于数字广播或WEB访问、或电子邮件通知的信息传 输业务，比如:股票行情、气象信息、交通信息、物价信息等。 8) 广告业务 网络广告、EMAIL订单或商品查询和电视广告相结合的业务。 9) 以后网络升级后在政策许可的前提下可提供IP电话业务 为企业和个人用户提供本地、本省和国际IP电话业务