有线电视网络双向技术比较分析

第1页共26页有线电视网络双向技术比较分析一、宽带接入的分析对比1、概述目前，广电常见的接入网改造方式包括CMTS、MAS和EPON等，虽然它们在成本、施工和协议等方面各有千秋，但最终的目的无非就是改变广电现有单向网络为双向网络。CMTS+CM模式就是广电的“ADSL”，它是基于广电技术体系发展起来的技术模式。在HFC完成双向改造的基础上，就可以开展广电的宽带上网业务，是最直接的实现方式。随着DOCSIS3.0的出现，增加下行带宽，同时优化上行带宽，将大大降低提供带宽的成本，为多业务的融合扫清了接入障碍，成为有线运营商建网的主要方式之一。EPON模式在以太网框架下解决了最后50米的接入问题，提供双向对称带宽。主要分为EPON+LAN和EPON+EOC两种：EPON+LAN模式适合五类线规模铺设情况，适合大规模开展高带宽业务，用户规模大时成本较低；EPON+EOC模式不需要铺设五类线，在传输CATV信号的频率范围之外，划分不同频率范围分别传输上、下行数据信号，无需要入户网改。此外EPON模式本身就是FTTB模型的一种实现方式，能够向FTTH平滑过渡。MAS模式利用同轴电缆解决最后100米的接入问题，接入线路无需双向改造，但光纤必须铺设到大楼。单用户成本较低，技术投资较小，可以满足小规模的宽带接入业务，适合于初期抢占宽带用户市场。综上所述不难看出，并没有绝对意义上“完美”的建设模式，不同的技术各有优缺点。下面就针对其各自的技术特点，对三种接入模式进行比较。2、综合对比分析1）物理网络结构CMTS+CM模式下双向HFC网络拓扑是星树形／总线型结构。树型结构网络噪声汇集较强，而且不同用户回传到光节点的链路衰减较难控制到同一值，因此最好的网络拓朴结构为星型结构。EPON接入方式网络结构没有特定的限制，适用于任何光纤可达的环境，可以根据广电的需要组建树型、星型等网络。实际上是在OLT端将有线电视（CATV）信号叠加进EPON中，在用户端再通过分离器分离出来，使EPON即可以传送数据也可以传送有线电视信号。第2页共26页MAS接入方式对网络拓扑结构要求不高，MAS设备在光节点后对同轴电缆进行调制，实现双向的接入网络。2）稳定性以前由于CMTS+CM采用星树形／总线型结构,存在用户汇聚噪声的问题，随着网络改造的开展，目前已改造的HFC网络的拓扑结构，以及分配网所用电缆、器件均已达到了较高的标准，但是在CableModem业务的实际运行中还是存在不少回传噪声问题。我们认为这与国内一直没有一个真正的满足CMTS运行的分配网络改造施工工艺标准有很大关系。因此，在DOCSIS协议日趋完善，CMTS日趋成熟的情况下，如何提高网络质量才是保证CableModem业务顺利开展的关键所在。EPON接入方式在网络中传送的是数字基带信号，不存在汇聚噪声问题。它属于无源光学网，网络中无有源电子器件，不受供电故障影响，这意味着维护成本将显著降低。但是如果采用EPON+LAN方式，则楼栋内增加有源器件，如果交换机质量不太稳定，其供电、散热、防尘等因素对网络的影响比较大。如果采用EPON+EOC方式，虽然没有LAN方式的问题，但它采用同轴传输，对电视信号有一定的插损。MAS接入方式对网络质量要求不高，双屏蔽的电缆网效果最佳。由于系统靠近用户，因此汇聚的噪声较少，上行通道比较稳定。但由于采用单独的光纤线路，光纤收发器的质量对稳定性有一定影响。3）性能（传输速率）按照Docsis标准计算，CMTS下行通道带宽为为8MHz，调制方式为64QAM或者256QAM，最大数据速率为36或者52Mbps。上行通道带宽为3.2MHz，调制方式为QPSK或者64QAM，数据速率为20Mbps～60Mbps。在保证用户带宽的情况下（同时在线比例1：3）每CMTS可发展300-400宽带用户，每户平均速率接近500kbps。这个速率表面上看起来和现在电信推广的ADSL的速率一样，但由于并不是每个在线用户都在以最大的速率传输数据，绝大部分的用户是在浏览网页、收发邮件、网上聊天，占用带宽的较少，因此，实际应用中每个用户能够分配到的突发带宽在正常情况下能够达到2M～10M。因此，CMTS双向的数据速率应该是能够满足宽带网络的要求的。EPON接入基本上是汇聚层千兆带宽共享,每个楼栋100M带宽共享,用户端接入带宽10M/100M。表面上比CMTS速率要高，EPON采用的以太网体制由于采用的是CSMA/CD机制，在用户较多的情况下会造成网络拥塞，利用效率降低，据有关研究统计，以太网的利用效率一般是40％。因此，实际应用中的传输速率不一定想想象中那么高。第3页共26页MAS接入一般是从40MHz～80MHz频率范围中分离出一条最大7.2MHz的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式，最高速率可达36Mbps，如果采用256QAM，最高速率可达48Mbps。上行数据一般通过5MHz～32MHz之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制速率较低，只能达到6Mbps。在这里要强调一个很现实的问题，即全国广电网络目前没有一家建设了非常完整的本地信息平台，用户80％的访问量都是去公网的。目前全国绝大部分的有线网络运营商的出口带宽只有10～100M。因此，真正网络带宽的瓶颈并不是在人们激烈争论的接入网部分，而是在骨干网出口部分。即使给用户100M的带宽，用户也仅仅是在争夺这些有限的出口资源。在笔者实际工作中试过10M和100M的线路同时访问某些国内著名网站,但由于公网出口限制，两者速度基本上没有多大差别，因此现阶段过分追求高接入带宽值得商榷。3）安全性有一种模糊的认识认为CMTS所采用的双向HFC是共享型的网络，安全性差。实际情况并非如此,早在1999年发布的DOCSIS1.1标准大大增强了双向HFC网络的QoS，使CATV网络能够提供较高质量的服务。在DOCSIS标准中，双向HFC实际上是一个物理层的结构，同一个CMTS卡的用户共享一条总线，是在HFC这个物理层上承载IP数据流，在RF-MAC层上，CM和CMTS之间要通过3个步骤的握手过程，进行注册认证后才能通信，因此双向HFC的网络数据安全性能够满足家庭用户要求，对少数安全性要求高的用户可以采用加密方式。EPON接入方式也是共享总线型的结构，存在同样的安全性问题。为了解决这个问题，现在实际使用的以太网交换机基本上都支持IEEE802.1Q协议，将每256位或者128位甚至64位用户划为一个VLAN（虚拟子网）,不同子网间的用户需要经过上一层路由器才能相互访问，同时交换机的端口都是相互隔离的。在这种情况下,EPON的数据安全性和满足DOCSIS标准的双向HFC基本相同。MAS方式的安全机制较为简单，只对数据占用的带宽进行调制，建立了从小区数据接入模块到用户终端之间的透明通道。4）网络承载的业务无论是CableModem方式还是EPON方式，由于具备规模性部署及可扩展性高的特点，因此在开展增值业务方面具有较强的可扩展性。MAS方式目标更为明确，在小区数据接入模块引入互联网接口，为有线电视用户提供一线到户的宽带接入。但是这种方式只解决了数据业务燃眉之急，缺少大规模部署的案例，以及一旦规模部署后设备可管理性方面的缺陷，不能解决网络持续发展的目标。第4页共26页从另一方面考虑，如果在很长一段时间有线电视运营商的主要业务还是围绕DVB开展的（付费电视、基于DVB的VOD业务等），对双向的要求则更多的是如何解决对带宽要求很低的上行回传通道，那么无论是CMTS还是EPON，高成本改造带来的高带宽优势将无用武之地，尤其是EPON，多建一张网络的代价更高。5）系统运行维护CMTS的双向HFC在网络设计和施工中要求比较高，双向HFC一定要严把施工工艺。如果施工工艺不好，日后维护工作量就大，施工质量良好，日后的维护量就少。同时在把双向搞好了后，对传统的广播流业务质量也是一个大的提高，可以省去很多维护工作。EPON和以太网一样，在线路和施工要求相对双向HFC来说要简单一些，但是设备安装和调试对技术人员的要求比较高。虽然EPON通过无源光器件的使用，与传统的以太网相比，提高了传输距离，减少了网络中有源器件的使用，减少了故障点，但由于是部署了两张网，因此在日后的系统维护工作量相比双向HFC要大一此。同时，与技术成熟的HFC双向网设备比，作为新技术的光产品在设备的性能和可靠性上，还需要时间证明，这也为将来系统的运行维护和升级改造带来了疑问。MAS接入方式的部署和维护都相对简单，且MAS设备具有网管功能，可以管理到每个用户I/O终端，但是如上所言，大规模部署后的维护和管理的隐患较大。6）光纤的问题传统的模拟电视广播业务是单向的，因此从分前端到光节点，只需要使用一根物理光纤。而宽带业务在光缆部分需要两根物理光纤作为双向通道。CMTS系统的下行信号是与模拟电视信号一并混入大网的，因此下行通道不需额外占用光纤资源，只需增加一根物理光纤作为回传通道。EPON规划了在单一光纤上作全双工传输，并以点对多点的拓朴架构呈现。EPON系统使用了分光器(splitter)，利用不同的光波长来进行上行串行传输及下行串行传输，其波长如下：1490nm下行串行传输，1310nm上行串行传输。EPON与传统的FTTH光接入网方式相比，确实大量的节约了部分光纤，但增加了小区内光节点到各楼道德的光纤使用，因此在光纤的问题上，如何有效的利用原有光纤对于节约成本尤为重要。MAS方式对数据信号的调制解调过程是在光节点下完成的，因此需要独立的两根光纤实现前端设备与IP骨干平台的连接。3、业务推广及适用范围第5页共26页单纯从技术角度来看，CMTS+CM的方案是适合广电自身体制的，技术标准及产品比较成熟，可直接利用现有的有线电视网络，但CableModem系统在初期需要一个较长的建设周期（网络双向改造及系统平台搭建），由于双向改造需要一个过程，因此初期无法在全网覆盖范围内推广业务，这就势必造成了潜在客户的流失。不过在双向改造及系统建设完成后，CableModem的技术成熟性，可扩展性等一系列优势也随之显现出来。此外，由于一个CMTS初期可以覆盖多个光节点，可以随着用户的增加再进行拆分，因此在系统投资上也可以做到分部实施。EPON接入具有可管理和可扩展等特点，对局端资源占用少，模块化程度高，适合向全IP网过渡。EPON+LAN的方式有较大的带宽优势，但是施工难度大，适用于具备五类线入户资源的地区，满足其增值业务发展路线中对接入网络的要求。对于不具备条件的地区，需要重新布设线缆，其时间成本和隐性成本是难以估量的。对于暂不具备双向网改造条件的地区，可以尝试EPON+EOC的方式，其改造工程量和难度较小，实施相对容易。MAS方式技术简单，施工灵活，在业务推广初期具有较大的优势。但大规模运营还没有成功经验，需要实践的进一步检验。二、成本分析成本是大家最关心的问题，由于组网的方式不同，对网络性能要求的不同，网络建设的成本差别很大。为给出一个可以参考的结果，我们假设IP骨干平台都需要建设投入前提下，不计IP平台成本，用相同的改造规模来进行比较。（以一个20栋楼1000户的小区作为模型来计算）20栋楼1000户模型计算CMTS+CM设备名称单价(元)数量金额说明头端设备集中设备GE口010不计骨干网设备CMTS1400001140000光设备反向光发6000424000CMTS为四通道反向光收150046000总计170000第6页共26页EPON+LAN头端设备集中设备GE口010不计骨干网设备OLT20000120000光设备2F*1光缆(1KM)200000利用现有光纤总计20000EPON+EOC头端设备集中设备GE口010不计骨干网设备OLT20000120000光设备2F*1光缆(1KM)200000利用现有光纤总计20000表1：头端设备比较表表1具体分析：从骨干网的部署来看，这三种方式在IP骨干设备及运营支撑平台等方面基本差距不大，因此没有计入比较范围，本文主