張 宇

內蒙古廣播電視網絡集團有限公司 內蒙古 呼和浩特市 010050

淺談廣電網絡EOC與C-DOCSIS雙向網改技術方案

張 宇

內蒙古廣播電視網絡集團有限公司 內蒙古 呼和浩特市 010050

隨著NGB建設進程的加速，各地廣電運營商HFC雙向網改造的加快。本文從筆者實際工作出發(fā)，以廣電網絡發(fā)展為出發(fā)點，結合當前實際，提出EOC與C-DOCSIS雙向網改的技術方案。

廣電網絡 改造 技術方案

1 廣電網絡發(fā)展

隨著NGB建設進程的加速，各地廣電運營商HFC雙向網改造的加快。支持融合電視、互聯網和語音等全業(yè)務傳送的通信網絡正在逐步成熟。在國家三網融合政策的強力推動下，廣電行業(yè)面臨歷史性的發(fā)展機遇。多業(yè)務綜合承載對接入網提出了很高的要求，所以廣電當前面臨著最重要的任務之一是加快有線電視網絡雙向化改造，建設下一代廣播電視網，提升廣電網絡整體水平，從而確保廣電在三網融合的競爭中取得優(yōu)勢。

在對廣電網絡的改造技術之前，必須清楚的認識目前HFC網絡的現狀和優(yōu)缺點，另外廣電網絡現在也越來越深切的體會的到來自電信運營商視頻業(yè)務所帶來的壓力，因此如何充分利用現有網絡成為了當前廣電系統關注的重點。

1.1 最為廣泛的纖纜資源

廣播電視行業(yè)一致承擔著黨和國家輿論宣傳的政治任務，為此其擁有遍布城鄉(xiāng)的光纖，同軸電纜和微波資源。在城市中，絕大多數地方已經實現了光纖到小區(qū)、同軸電纜入戶?？傮w來看其纖纜的網絡優(yōu)勢可以總結為以下幾點：擁有分布面最廣的光纖傳輸網；豐富的傳輸資源和運行維護經驗；清晰的城域網結構，可快速分批建設接入網絡平臺；城市同軸電纜入戶率超過99%，便于拓展最終用戶。

1.2 龐大的用戶群

“可以不打電話，但不能不看電視”，這是多數群眾的一致反饋。多年的廣播電視業(yè)務的發(fā)展，使得廣電在全國各地自然擁有數量最多的最終用戶。

在連接這些用戶的既有網絡上實施雙向改造，便成為各地廣電平滑推進廣電網絡向綜合信息網絡轉變、拓展“三網融合”業(yè)務的必有之路。

但比照其他運營商而言，廣電網絡也存在以下比較劣勢：寬帶運營經驗缺乏；

寬帶增值業(yè)務研究和開展時間短；既有網絡僅支持單向廣播等。

1.3 廣電網絡發(fā)展的方向

HFC雙向改造是目前充分利用和整合廣電系統資源的推動力。

在當前對于廣電網絡雙向改造的技術種類很多，主要分為兩大類：一類是所謂廣電A/B網概念，即傳統模擬電視業(yè)務仍然在同軸線路上傳送，對于數據業(yè)務回傳通道等業(yè)務實現采用重新鋪設網絡的方式實現，在這一類改造方案中最為成熟和常見的是FTTB＋LAN方式；另一大類是利用現有同軸資源，通過不同頻段劃分方式，實現模擬電視業(yè)務同數據業(yè)務共同傳送，技術中最具有代表性的技術包括C-DOCSIS以及EOC技術。

廣電系統的同軸電纜網是目前所看到最為理想的數據傳輸媒介之一，尤其在最后一百米的帶寬支持能力遠遠高于電信運營商通常所采用的五類線或電話線資源。另外，考慮到網絡改造所花費的成本、工期等因素需要耗費大量資源，現今越來越多的廣電網絡公司更加看好利用現有同軸電纜來實現雙向網絡改造的方式。

1.4 EOC技術特點

EOC源于歐洲，原文是“Ethernet over Coax”，也就是以太網信號在同軸電纜上的一種傳輸技術，原有以太網絡信號的幀格式沒有改變。我們稱之“無源EoC”?，F在涌現出很多的技術和解決方案，將以太網絡信號經過調制解調等復雜處理后通過同軸電纜傳輸?，F在也被稱之為“Ethernet over Coax”，但是與原始所述的有非常大的差別。同軸電纜上傳輸的信號不再保持以太網絡信號的幀格式，嚴格地從技術的角度講是不可稱之為“EoC”的。這類技術主要有以下四種：HomePNA、HomePlug、WiFi、MoCA。我們總稱之“有源EoC”或“調制型EoC”。

HomePlug AV是由電力線通信技術領域的權威國際機構——家庭插電聯盟（HomePlug）制定 PLC技術規(guī)范，包括HomePlug 1.0、Home-Plug 1.0-Turbo、HomePlug AV、HomePlug BPL、HomePlug Command&Control以及最新HomePlug AV+IEEE 1901。

HomePlug采用的基本技術特征是：Home-Plug AV在物理層采用具有高級前向糾錯、通道預估和自適應能力的OFDM。而在MAC層則綜合使用具有QoS保證的TDMA時分多址有序接入和CSMA競爭接入兩種方式，并通過快速自動重發(fā)請求（ARQ）可靠傳送。HomePlug AV支持TDMA和FDMA，即兼容時分多址和頻分多址，以便兼容BPL寬帶接入。HomePlug AV前向兼容HomePlug 1.0。HomePlug AV協議棧支持多種上層協議，如802.3、IP和UPNP得以全向兼容以太網業(yè)務。

HomePlugAV over Coax同樣是完整地借用HomePlug協議，只是修改前端耦合等電路設計來實現。HomePlugAV over Coax使得原來HomePlug比較難以處理的問題得到很好的解決，如：

（1）數據流量性能大大優(yōu)于HomePlug在電力線上傳輸的性能，MAC層吞吐量可達350M。如圖1所示。

（2）抗噪聲能力也有進一步提升（特別是低頻），同軸線比電力線有更好的信號屏蔽能力，和更小的功率衰減。

圖1 HomePlug技術發(fā)展演進圖

業(yè)界中應用最為廣泛的HomePlug AV技術的芯片方案為高通AR74XX系列芯片，其EOC頻譜范圍為：7.5～65MHz，頻段內2452個可用載波，載波間隔24.4k，采用OFDM物理介質調制技術，包括許多均勻分布的載波，每個載波采用正交調制，數據鏈路層傳輸速率實際最大值可以達到350Mbps，如圖2所示。

圖2 HomePlug AV技術頻率范圍及子載波

OFDM的基本思想就是將高速的數據流分配到多個相互正交的子載波上同時傳輸，其技術優(yōu)點，如圖3所示。

圖3OFDM調制技術特點

（1）抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾能力強。

（2）增強了對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。

（3）抗多徑效應能力強。

（4）FEC糾錯，適應更差更嚴格環(huán)境。

同時，HomePlug AV技術采用頻域適配技術，來保證在噪聲干擾處理上的最大物理帶寬的使用，如圖4所示。

圖4 HomePlug AV技術頻域適配技術

（1）受干擾的載波可以動態(tài)調制來取得最大性能。

（2）在低誤碼率的情況下維持高的吞吐量。

（3）適配長距線路和分配器所造成的各種信道變換特性。

（4）每載波的調制位數由信道評估過程動態(tài)調整。

（5）位負載調制：BPSK到1024QAM

（6）調制位數在在2到10之間可變。

HomePlug AV技術EOC方案技術特點總結：

（7）EOC頻譜范圍為：7.5～65MHz；

（8）信道頻寬：57MHz；

（9）物理層帶寬：700Mbps；

（10）MAC層帶寬：350Mbps千兆網口上聯；

（11）網絡標準：Homeplug AV IEEE1901；

（12）最大并發(fā)用戶數：128最大；

（13）采用Turbo Code前向糾錯編碼和AES 128；

（14）輸出電平：110-120dbuV；

（15）抗噪聲能力強：無需大規(guī)模改造網絡；

（16）傳輸距離遠：可達700M以上，能跨接多級放大器；

（17）射頻性能優(yōu)：輸出電平110-120dbuV可選，反射損耗大，插入損耗??；

（18）可以靈活選擇工作頻率，可現網兼容CMTS同時應用。

1.5 EPON&EOC技術方案組網

采用EPON&EOC技術方案的雙向網絡改造設計中，可以將網絡分割光纖網絡部分和同軸網絡部分的三級網絡拓撲圖，在中間有源（光纖到同軸的轉換）節(jié)點，一般采用多合一的設備，集成ONU、EOC局端和CATV光接收機的綜合性產品，下行為用戶提供1-4路RF通道，每路最多可下掛128個EOC終端，上行提供PON光纖接口和CATV光纖接口。

EOC終端部署在用戶家里，提供一個RF接頭和4個RJ45接口，同時可提供WIFI信號，在用戶端將EOC數據和CATV信號分離。當在EOC局端和終端之間有放大器時，需要使用橋接器，保證數據信號順利通過。如圖5所示。

圖5 采用EPON&EOC技術雙向網改網絡拓撲圖

2 EPON&C-DOCSIS技術方案

2.1 C-DOCSIS技術特點

C-DOCSIS是China DOCSIS的簡稱，是具有中國廣電特色的DOCSIS規(guī)范，業(yè)內也稱之為CCMTS、CMC、C-DOCSIS、DoCSIS MDU 或 mini CMTS等，C-DOCSIS頭端為叫CMC，它提供了包括網絡管理、QoS在內的PHY層轉換和MAC層橋接，集成了ONU和EOC局端以及他們之間的轉換，能夠提供16個QAM256信道共總800Mbps的下行速率，4個SCDMA信道總共160Mbps的上行速率。

C-DOCSIS的推出將有效的延續(xù)了很多地方CMTS管理體系技術體系的用戶的發(fā)展，遠端采用了ONU+DOCSIS頭端設備，使得原先的CMTS設備下移，降低了CMTS部署的成本。如圖6所示。

圖6C-DOCSIS系統架構圖

C-DOCSIS系統架構說明如下：

（1）系統終端設備CM連接運營商的同軸分配網絡和家庭網絡，負責它們之間的數據轉發(fā)。用戶設備可以嵌入終端設備之中，也可以作為獨立的設備存在。典型的用戶設備包括個人電腦、eMTA、家庭路由器和機頂盒設備等。

（2）系統頭端設備CMC連接同軸分配網絡和匯聚網絡，負責它們之間的數據轉發(fā)，通過匯聚網絡接入運營商的配置系統及網絡管理系統。

（3）C-DOCSIS配置系統提供C-DOCSIS系統的業(yè)務和設備配置服務，實現配置文件的生成、下發(fā)、終端設備的軟件升級等功能，包括DHCP服務器、配置文件服務器、軟件下載服務器、時鐘協議服務器、策略服務器等。

（4）C-DOCSIS網絡管理系統包括SNMP管理系統和Syslog服務器。

C-DOCSIS基于中國同軸網絡現狀，對于應用中的從協議，到網絡管理層面，都提出的詳細的要求，這些要求覆蓋到三層協議和網絡管理系統的分層分級，這樣有利于在多方案、多廠家環(huán)境下，C-DOCSIS技術在中國能進入實際的運營。

C-DOCSIS總體要求：

（1）系統頭端應支持NSI接口和RFI接口間的橋接轉發(fā)，可選支持路由轉發(fā)；

（2）系統頭端應支持單播報文，廣播報文和組播報文三種類型報文的轉發(fā)；

（3）系統頭端應支持CM以及CPE協議報文的轉發(fā)，支持DHCP中繼功能；

（4）系統頭端在NSI接口和RFI接口間轉發(fā)報文時應支持差異化的QoS處理；

（5）系統頭端將報文從RFI接口向NSI接口轉發(fā)時，應支持C-DOCSIS業(yè)務流到VLAN的映射，從NSI接口向RFI接口轉發(fā)時，應支持剝離數據報文的VLAN；

（6）系統頭端應支持64字節(jié)至1522字節(jié)長度報文的轉發(fā)。

C-DOCSIS組播要求：

（1）組播協議要求

①CMC組播應符合ITU-TJ.222的要求，組播轉發(fā)控制由CMC集中實現。

②CMC應支持IGMP Snooping功能，可選支持IGMP PROXY功能。

③CMC應支持 IGMP V2（RFC 2236） 和MLD V1（RFC 2710）組播協議,可選支持IGMP V3（RFC 3376）和MLD V2（RFC 3810）組播協議。

④CMC可選支持ITU-T J.222.2中的組播控制要求。

（2）組播性能要求

①CMC支持的最大組播組數應不小于1024個，支持的并發(fā)組播組數不小于128個。

②CMC處理IGMP協議報文的能力應不小于32個/秒。

③在組播節(jié)目已轉發(fā)到CMC的情況下，CM的用戶終端從發(fā)送加入該組播節(jié)目的IGMP請求報文到該用戶終端接收到組播節(jié)目數據報文的時間應不超過100ms。

C-DOCSIS DHCP中繼要求：

（1）DHCP中繼代理支持的終端類型包括CM、STB、eMTA和計算機終端設備；

（2）在系統頭端可配置多個DHCP服務器；

（3）系統頭端可識別DHCP Option 60和Option 43,并能根據其值選擇DHCP服務器和對應的中繼代理IP地址；

（4）系統頭端應支持插入DHCP中繼代理信息Option82。

C-DOCSIS QOS要求：

（1）業(yè)務流分類

①上行業(yè)務流分類和下行業(yè)務流分類應支持如下參數：IP層流分類參數：源IP地址/掩碼，目的IP地址/掩碼，IP協議類型，IP優(yōu)先級，TCP/UDP端口號；

②鏈路層流分類參數：目的MAC地址，源MAC地址，以太協議類型，802.1p優(yōu)先級，VLAN ID；

③CM端口：CMIM；

④業(yè)務流分類參數應符合ITU-TJ.222.2中C.2.1節(jié)中TLV22/23的要求。

（2）業(yè)務流QoS

C-DOCSIS系統應支持業(yè)務流如下QoS參數：

①優(yōu)先級/最大保持速率/最大峰值速率/最大突發(fā)度/最小保留速率；

②CMC應支持對上行業(yè)務流和下行業(yè)務流作流量限制和整形。

對于上行業(yè)務流，CMC還應支持五種業(yè)務調度類型：盡力而為業(yè)務/非實時輪詢業(yè)務/實時輪詢業(yè)務/主動授權業(yè)務/帶活動檢測的主動授權業(yè)務

對于下行業(yè)務流，CMC還應支持如下QoS參數：

③業(yè)務流QoS參數應符合ITU-T J.222.2中C.2.2節(jié)中TLV 24/25的要求。

C-DOCSIS優(yōu)先級標記要求：

（1）CMC向上轉發(fā)時，應支持DOCSIS業(yè)務優(yōu)先級到802.1p優(yōu)先級的映射，NSI接口業(yè)務流映射見附錄B。

（2）CMC向下轉發(fā)時，應支持通過包分類進行下行業(yè)務流的優(yōu)先級設置。

（3）CMC應支持上下行數據報文IP優(yōu)先級（TOS/DSCP）的修改，支持重新設置從RFI接口和NSI接口接收到的數據報文的IP優(yōu)先級。

C-DOCSIS隊列調度要求：

（1）CM和CMC支持隊列的優(yōu)先級調度。

（2）CMC支持802.1p優(yōu)先級到隊列的映射。

C-DOCSIS動態(tài)QOS要求：

（1）CMC可選支持動態(tài)QoS機制，即動態(tài)地創(chuàng)建、修改和刪除C-DOCSIS業(yè)務流，保證語音等多媒體會話的服務質量，在會話過程中系統提供有保障的帶寬資源，會話結束后系統釋放所占用的帶寬資源。

（2）CMC可選支持兩種動態(tài)業(yè)務流操作，由CMC發(fā)起的動態(tài)業(yè)務流和由CM發(fā)起的動態(tài)業(yè)務流。

C-DOCSIS系統安全性要求：

（1）C-DOCSIS系統可選支持增強型基線加密接口協議（BPI+），在支持BPI+時，應支持數據加密標準（DES）加密功能，可選支持高級加密標準（AES）。

（2）C-DOCSIS系統應支持基于MAC地址的CM認證，可選支持ITU-T J.222.3中基于X.509證書認證。

（3）CM應支持限制接入CPE的數量，具體要求應符合ITU-T J.222.2中C.1.1.7的要求。

（4）C-DOCSIS頭端設備應支持源IP地址驗證功能，檢查用戶的源IP地址是否合法，阻止用戶偽造IP地址接入網絡， IP源地址檢查功能應符合ITU-T J.222.3中9.6的要求。

（4）頭端頭端設備應支持檢測CM用戶發(fā)送ARP/DHCP/IGMP/ICMP等協議報文的數量超過一定門限時，認為該用戶存在DOS攻擊行為，頭端設備應發(fā)送CM用戶DOS攻擊告警，并丟棄該用戶超過門限的協議報文。

（5）C-DOCSIS系統應保證用戶之間二層隔離。連接到同一個頭端設備下的不同CM用戶間二層隔離，禁止通過頭端設備互通。

C-DOCSIS系統網絡管理要求：

（1）C-DOCSIS系統操作維護管理應支持對系統本身的配置、故障、性能和安全管理。應支持SNMPv1、v2c，可選支持v3協議，實現設備管理、業(yè)務管理、維護管理功能。

（2）C-DOCSIS控制模塊實現SNMP Agent功能，支持C-DOCSIS上下行信道管理、負載均衡、業(yè)務流Qos配置、分類標記、業(yè)務調度、動態(tài)業(yè)務流創(chuàng)建修改刪除、上下行信道狀態(tài)獲取、CM狀態(tài)獲取、信道信號質量監(jiān)測、業(yè)務流統計，內存及CPU占用率等性能檢測等。如圖6所示。

圖7 C-DOCSIS網管管理系統架構

2.2 EPON&C-DOCSIS技術方案組網

采用EPON&C-DOCSIS技術方案的雙向網絡改造設計中，可以將網絡分割光纖網絡部分和同軸網絡部分的三級網絡拓撲圖，在中間有源（光纖到同軸的轉換）節(jié)點，類似EOC的改造技術，也是采用多合一的設備，集成ONU、CMC和CATV光接收機的綜合性產品，下行為用戶提供1-4路RF通道，每路最多可下掛200個CM終端，上行提供PON光纖接口和CATV光纖接口。

CM終端部署在用戶家里，提供一個RF接頭和4個RJ45接口，同時可提供WIFI信號，在用戶端將EOC數據和CATV信號分離。如圖8所示。

圖8 采用EPON&C-DOCSIS技術雙向網改網絡拓撲圖

3 方案分析及總結

3.1 技術對比

針對EPON&EOC雙向網改的技術方案，總結其優(yōu)點如下：

（1）雙向對稱性網絡，能滿足較長時間內雙向用戶的帶寬需求；

（2）迎合HFC網絡的拓撲結構，無需對網絡拓撲進行改造，節(jié)省干線光纖資源，充分利用HFC網絡的光纖和同軸線纜資源；

（3）維護簡單，可靠性高；

（4）成本低，安裝方便，不需要調試，用戶可以自行安裝。

（5）用戶不再需要通過低頻段反向通路接入核心網絡，減少了侵入噪聲帶來故障等一系列相關問題；

針對EPON&EOC雙向網改的技術方案，其存在的問題總結如下：

（1）國家還沒有推出統一的標準，但目前國家廣電總局推薦使用HomePlug AV技術；

（2）產品是作為新興產品，需要一個發(fā)展的過程；

（3）產品的發(fā)展受芯片廠家制約現象嚴重，且在HomePlug AV芯片方案領域，能競爭的廠家較少，容易形成壟斷局面。

針對EPON&C-DOCSIS雙向網改的技術方案，其優(yōu)點如下：

（1）C-DOCSIS基于同軸電纜入戶，兼容已有DOCSIS的標準終端；

（2）大帶寬接入，接入寬帶不低于光纖到戶方案，實現接入帶寬的平滑升級；

（3）結合無源光網絡的技術優(yōu)勢，實現信號的光進銅退，優(yōu)化了網絡架構，大大減輕了有線電視分機房的空間及供電壓力；

（4）網絡適應性良好；

（5）具備完善的端到端多業(yè)務QoS保障；

（6）具備完善的業(yè)務、設備、運行運營體系。

針對EPON&C-DOCSIS雙向網改的技術方案，其存在問題如下：

（1）C-DOCSIS省略CMTS重要的、核心的路由匯聚功能，而改由在OLT側由系統實現；

（2）在目前的頻譜下，C-DOCSIS依然沒有解決上行帶寬的問題。

比較項目HomePlug C-DOCSIS通信方式半雙工標準化HomePlugAV /1901調制方式OFDM/子載波QAM自適應占用頻段信道帶寬可用信道7.5-65MHz 52MHz 1全雙工基于ITU-T J.222中國標準上行：QPSK、16、32、64、128、256QAM下行：64、128、256、512、1024QAM下行87-1000MHz 上行：5-65MHz 8MHz（AnnexA），6MHz（AnnexB）下行16 上行4物理層速率（Mbps）MAC層協議客戶端數量TDMA/ATDMA，S-CDMA 100或200 QoS IEEE802.1p、動態(tài)Qos時延CSMA/CA，TDMA 32 或64 QoS mapped to 802.1d Annex H.2＜30ms ＜30ms 700 共享下行：800共享（50Mbps@256QAM AnnexB*16）上行：160共享（40Mbps@256QAM*4）

3.2 成本對比

針對300戶的用戶改造作為案例，進行EPON&EOC與EPON&C-DOCSIS在接入設備部分投入的情況對比，設備清單和價格如下：

3.3 總結

綜上所述，EPON&EOC的改造方案，在投入成本方面，較EPON&C-DOCSIS具備一定的優(yōu)勢，能夠在較低投入情況下，較快的實現雙向網改，且對于每個光節(jié)點的投入，都較小，對于開通率較低的狀況下，能較好的節(jié)省光節(jié)點的投入。

采用EPON&C-DOCSIS方案，對于原有已經使用CMTS方案進行改造的用戶來說，具備非常大的優(yōu)勢，在終端投入方案是不需要進行更換的，能兼容DOCSIS2.0的CM，同時其網絡結構，也不需要做較大的改造。

采用EPON&C-DOCSIS方案改造時，能提供的下行帶寬是優(yōu)于EPON&EOC方案的，其上行的帶寬是弱于EPON&EOC方案的，這種不對稱的方式，也能適應實際的帶寬需求情況。

從目前國內各地區(qū)的應用情況來看，采用EPON&EOC方案進行改造的用戶數比采用EPON&C-DOCSIS方案的用戶數具備一定的優(yōu)勢，且得到較為多的省網級客戶的支持，且能提供EPON&C-EOC方案進行改造的供應商數量也較多，同時對于EPON&C-DOCSIS的方案，各地區(qū)省網也在進行相應的試點工作，采用EPON&C-DOCSIS方案在未來是具備較大的發(fā)展?jié)摿Φ摹?/p>

審稿人：周速飛 內蒙古廣播電視網絡集團有限公司正高級工程師

責任編輯：王學敏

設備清單EPON&EOC方案價格預算EPON&C-DOCSIS方案價格預算EPON OLT 1￥2，000.00￥2，000.00三合一局端10￥20，000.00 1 3￥30，000.00終端300￥51，000.00 300￥69，000.00合計310￥73，000.00 304￥101，000.00平均每戶￥243.33￥336.67可提供帶寬10M雙向30M下行、0.5M上行

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2096-0751（2017）06-0017-08

張 宇 內蒙古廣播電視網絡集團有限公司 工程師