CMTS與EPON+EOC改造方案對比分析

 1、前言

    如今EPON+EOC和CMTS已成為廣電雙向網絡改造的兩種主流技術方案，在EPON及EOC技術沒有成熟之前，CMTS在雙向改造中發(fā)揮著重要作用，但是隨著EPON及EOC技術的成熟，同時也為了滿足廣電多業(yè)務的發(fā)展需要，通過對兩種技術的比較，廣電越來越傾向選擇EPON+EOC技術。>

2、CMTS改造方案

   CMTS是電纜調制解調器的頭端設備，它能對終端設備CM進行認證、配置和管理，它還能為CM提供連接IP骨干網和Internet的通道，而且CM能在客戶端和HFC網絡之間提供透明的IP傳輸通道。HFC多媒體寬帶可利用CM來進行IP傳輸，它的基本傳輸模式是：發(fā)送下行和接收上行數(shù)據(jù)信號，能給用戶提供高速因特網和PC網，能完成有線電視網絡的路由連接。CMTS能提供100Mbps的端口與計算機局域網的交換機相連，把HFC寬帶網、省網、國家光纖干線網聯(lián)接。

   但是，據(jù)全球CMTS使用情況報告分析，除在人口比較分散的北美占有比較高的接入份額外，在亞洲及其他人口比較密集的地區(qū)，CMTS的用戶數(shù)量相對很少，其改造模式很難大范圍復制。

2.1 CMTS方案優(yōu)勢

   在國外（特別是北美地區(qū)）應用較早、較廣；

   技術應用比較早，產品比較成熟；

2.2 CMTS方案局限性

   上行噪聲嚴重

   尤其是在低頻帶（<65 MHz）時，通常這種噪聲由電子馬達、雷電、HAM、短波廣播甚至太陽黑子以及用戶家中終端盒，埋入墻中的線纜質量，私接非標準件，家里各類接口處膠布連接線路等情況引起，它將破壞Cable Modem在上行通道（反向回傳通道）的數(shù)據(jù)傳輸，以致于降低用戶的通信質量，尤其是在視頻或IP話音等實時業(yè)務情形下，噪聲干擾將引起數(shù)據(jù)傳輸延時和抖動，造成視頻圖象失真或話音不連續(xù)。上行噪聲匯聚也是一個工程和維護的難題，HFC網絡反向設計和施工工藝的控制在我國大部分地區(qū)（特別是中、小城市）實施也還存在一定難度，而維護和運行故障排除需要的技術支撐在我國大部分地區(qū)短期內也難妥善解決。

   改造困難，所需設備復雜

   采用CMTS進行雙向改造，需要反向光發(fā)射，接收機，上變頻器等多種設備，但是下行傳輸速率為160M比特/秒，上行傳輸速率為120M比特/秒（DOCSIS3.0目前能達到的水平）100戶共享，每戶只能下行1.6M比特/秒,上行1.2M比特/秒，局限在于CMTS設備包轉發(fā)能力弱，一般僅有上萬pps,無法和EPON設備高端三層路由交換機相比較，為后者的幾十分之一，無法滿足日益增長的高帶寬業(yè)務需求。另外CMTS設備數(shù)據(jù)功能簡單，僅僅有簡單的MAC學習管理，橋接轉發(fā)能力，需要外接IP路由設備完成業(yè)務平臺的搭建。

   CMTS方案采用多值正交幅度調制MQAM(其中M=2m，當m=2，3，4，5，6，8時，分別對應QPSK，8QAM，16QAM，32QAM，64QAM，256QAM)調制方式，本質上是傳輸射頻載波信號的模擬網絡，和網絡IP化和以太網化背道而馳，而EPON＋EOC僅僅在最后100M采用了是基帶技術，核心網到樓層接入已全部以太網化，而日后的光纖到樓，以太網五類線入戶僅僅需要替換一些簡單的無源器件，為業(yè)務升級，提供用戶更高帶寬留下了充足空間。

   單位帶寬成本高

   短期內如果只作寬帶接入和上網，每個信道實際接入服務200戶以下（覆蓋2000戶以下），由于共享和非同時應用，上網速度還可以達到200k－2M。如果作流媒體服務（IPTV、VOD等現(xiàn)在流行的新業(yè)務），每個用戶都需要長時間占用網絡、大流量吞吐數(shù)據(jù)，每個信道只能服務40戶以下，成本太高。因此交互業(yè)務占用的頻道不宜過多，一般下行只安排8個頻道。

    維護管理復雜

   由于CMTS與光發(fā)射機的對應關系，如果每個光節(jié)點服務100戶、雙向各占用2個頻道（下行采用64QAM調制時50戶共享38Mdps）的話，一臺光發(fā)射機只能帶4個光節(jié)點。這樣就只能選用4－6mW的小功率光發(fā)射機。如果一個分前端服務2萬戶的話，就需要50臺光發(fā)射機和50臺8通道CMTS，2萬個CM。這種方案前端設備數(shù)量巨大，維護管理復雜，IP網的升級擴容幾乎不可能。

3、EPON+有源EoC改造方案

3.1 EPON技術

    一個典型的Ethernet over PON（EPON）系統(tǒng)由OLT、ONU、POS組成：

    OLT（Optical Line Terminal）放在中心機房；

    ONU（Optical Network Unit）放在用戶設備端附近或與其合為一體；

    POS（Passive Optical Splitter）是無源光纖分支器，是一個連接OLT和ONU的無源設備，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)，并集中上行數(shù)據(jù)。

    EPON中使用單芯光纖，在一根芯上轉送上下行兩個波（上行波長：1310nm，下行波長：1490nm，另外還可以在這個芯上下行疊加1550nm的波長，來傳遞模擬電視信號）。

優(yōu)勢

    長距離傳輸：在保證高帶寬的情況下10－20KM傳輸距離。

    組網靈活：網絡拓樸結構沒有特定的限制，可根據(jù)需要靈活使用樹型、星型、鏈型等組網結構，適用于任何光纖可達的環(huán)境。

    節(jié)約光纖：和傳統(tǒng)的FTTH方案相比，至少節(jié)約50％的光纖。

    高可靠性：PON屬于無源光學網，網絡中無有源電子器件，維護成本將顯著降低；由于網絡組件數(shù)量少，因此故障點也將相應減少，運營支出也會最大程度地降低。

    高帶寬：用戶對帶寬的需求增長很快，目前其它的接入技術不能滿足用戶對帶寬的需求增長；EPON技術提供的帶寬可在相當長時間內滿足用戶對帶寬的需求。

??混合組網，減少網絡層次：通過無源分光器，減少中間層次有源設備，簡化網絡層次，集中管理。

3.2 有源EoC

    EoC（Ethernet over Coax）技術采用點到多點的用戶網絡拓撲結構，利用廣電原有的同軸電纜實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻的全業(yè)務接入。

    一個典型的EoC系統(tǒng)由EOC頭端(局端)、EOC終端(用戶端)和分支分配器組成。頭端類似一個集中器，放在小區(qū)機房或者樓道內，終端放在用戶家中。兩者之間由分支分配器組成的樹型或者星型CATV網絡相連。頭端除了提供網絡集中和接入的功能外，還采用了VLAN/QoS技術，能夠對用戶的數(shù)據(jù)、語音和視頻的全業(yè)務進行精細化管理，可以針對用戶的的不同業(yè)務要求進行帶寬分配和管理配置。所有終端的上行數(shù)據(jù)都傳遞給頭端，終端之間不能互相通訊。也就是各個用戶之間的是隔離的，這可以有效避免相互之間的影響。

    目前，EoC技術方案多種并存，不利于廣電的技術選型，2010年8月6日，國家廣電總局發(fā)布了《有線電視網絡三網融合試點--總體技術要求和框架》，文件中明確肯定：“低頻段EOC系統(tǒng)技術方案推薦采用Homeplug AV技術?！?這個文件非常重要，首次正式由國家廣電總局規(guī)范了EOC技術標準，結束了長期以來各種EOC技術方案之爭。為EOC大面積的推廣清除了最后的障礙。

    金錢貓EOC產品正是采用國家廣電總局雙向網改造推薦的HomePlug AV技術、英特龍芯片方案，它采用OFDM正交頻分多路復用技術，把以太網信號調制到某個頻段上，然后再耦合到同軸電纜上傳輸。

    金錢貓EOC產品的的上下行數(shù)據(jù)采用了不同的傳輸方式。這是專門為了適應Cable網絡共享媒質的特性而設計的。下行方向，數(shù)據(jù)從頭端到多個終端以時分復用技術（TDM）廣播到各個終端。當數(shù)據(jù)信號到達終端時，終端在物理層上做判斷，接收給它自己的數(shù)據(jù)幀，摒棄那些給其它終端的數(shù)據(jù)幀。上行方向，采用時分多址接入技術（TDMA）和載波檢測多路復用（CSMA）傳輸上行流量。TDMA面向連接，提供QoS保障，確保帶寬預留、高可靠性和嚴格的時延抖動控制。CSMA面向優(yōu)先級，提供四級優(yōu)先級。基于128位AES嚴格加密。

    金錢貓有源EoC的物理層使用OFDM調制方式，將待發(fā)送的信息碼元通過串并變換，降低速率，從而增大碼元周期，以削弱多徑干擾的影響。在2-28MHz頻段使用917個子載波；每個子載波可以單獨進行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM 調制；OFDM中各個子載波頻譜有1/2重疊正交，這樣提高了OFDM調制方式的頻譜利用率。在接收端通過相關解調技術分離出各載波，同時消除碼間干擾的影響。采用Turbo FEC錯誤校驗；物理層線路速率達到200Mbps，可支持雙向100Mbps的連接。

3.3 EPON+ EOC優(yōu)勢                                                                    

   除具備傳統(tǒng)EPON的大容量、高帶寬、長距離、易維護等特性外，EPON+EOC還有以下優(yōu)勢：

   工程實施簡單(跨接放大器時，只需要簡單的短接)

   在光節(jié)點覆蓋模型中，會碰到存在放大器的情況。這種模式下，只要頭端和終端之間的衰減低于70db，則可以直接通過無源的低通旁路器來解決(對于雙向放大器，只需要在放大器內部短接即可)。而對于高頻的EOC產品，由于線路衰減大于正常有線電視信號，必須通過有源的放大器跨接原有的有線電視信號放大器，一方面增加了改造成本，另外一方面網絡中多了有源的故障點。

   帶寬足夠，能滿足PC上網業(yè)務和互動電視業(yè)務的開展

   金錢貓EOC產品，物理層速率可達200Mbps，數(shù)據(jù)帶寬可以達到100Mbps。同時，采用的Qos機制和TDMA下行機制可以保證用戶增加情況下的負載均衡，可以支持點播和上網業(yè)務。

   用戶隔離

   每個終端設備只能和頭端設備通訊，終端設備之間是不能通信的，有效保證了各個用戶之間的隔離。同時，設備還支持VLAN，可以根據(jù)用戶，業(yè)務等劃分VLAN，進一步隔離各個用戶，防止黑客攻擊、故障異常等影響正常用戶的使用。

   統(tǒng)一管理及自動管理服務

   在金錢貓EOC系統(tǒng)中，對設備的管理維護很簡單，用戶可以通過訪問頭端設備的WEB界面來管理整個網絡，并且可以管理任意一臺EOC終端設備。此外，自動管理系統(tǒng)功能可以對EoC網絡中的所有設備進行自動升級、自動性能監(jiān)視、自動診斷等。