广电网络建设的技术选择

5/31/2018,作者：山西广电信息网络（集团）有限责任公司郭晋麟，与一般的电信网络类似，广电数据网络也可以看成三层结构，包括：核心层，汇聚层和接入层。网络的核心层和汇聚层，其组网主要有核心路由器+POS，DPT,RPR，IP over WDM等多种形式，与电信网络类似，其网络模式和管理、认证、计费等方式完全可以借鉴当前电信网成熟的建设模式，取长补短，建设更先进的网络。而接入部分，与电信网络充分利用电信的铜线资源建设xDSL网络的思路相同，广电网络的接入需要充分利用当前的HFC网络资源。那么，其在技术的采用上，就与目前的电信网络不尽相同了。HFC网络，既是光纤同轴混合网，基于这个网络的FTTx网络建设，在网络上，主要分成两个部分，以部分是光纤网络，另一个部分是同轴线缆网络。同时，还有传统的DOCSIS技术，抛开原网络单独建网的可能性，在加上多数技术并不十分成熟，因此在选择上必须慎重。本文将简单介绍当前广电宽带接入网络可供选择的部分技术，并进行分析。
  
1. DOCSIS并未完全退出市场 
    DOCSIS（Data Over Cable Service Interface Specification）, 意指在直接HFC网络上承载数据信号的一种规范，也就是我们常说的Cable Modem接入方式。目前这种技术在广电广泛使用，尤其在北美，DOCSIS技术差不多占据宽带接入70%以上的市场。在我国，在过去基本上也是我国进行广电网络数字化双向改造的唯一指定技术。但传统的 DOCSIS技术带宽有限，最大仅能提供40M的共享下行带宽，不前已经不能满足越来越多的多媒体应用需求。同时，对于我国来讲，这种技术需要双向改造，投资较大，同时，其使用在点到多点的星/树形同轴电缆网上存在上行频段拥塞和上行噪声干扰严重（漏斗效应）的问题。因此，这种技术在我国实践的不顺利和目前EPON等技术的夹击下，已经基本上不被看好，如果大力建设FTTx网络，CMTS系统（采用DOCSIS技术）的所占市场份额将会很少。 
    但目前，为了提供更高的带宽，DOCSIS进一步做了改 进，在3.0版本中，采用频带信道绑定技术，来提供大得多的带宽。一般情况下，四个信道可以绑定在一起，其所提供的下行带宽可以达到160M，上行带宽最 高达到100M。如果需要的话，可以进一步地邦定更多的频道，这样，提供1G的带宽也不是没有可能。 这样带宽问题就可以得到解决。另一方面，光进铜退是一个大趋势，广电网络也是如此，目前，一个光站已经从覆盖一两千户到覆盖数百户，如论采用何种技术，光站进一步下移是一个趋势，随着光站覆盖用户数目的减少，比如50户，甚至20多户，同时同轴网络的星形改造也在进行，这就会使得噪声问题得到大大改善。带宽和噪声问题一解决，DocSIS 3.0也可以成为广电接入网数字化改造的一个选项。 
    从网络结构上来说，这种技术最适 合广电使用，因为本身就是基于广电HFC网络来开发的。它能够最大效率地利用现有网络资源，在现成的HFC网络上是一个很好的解决方案。同时，由于应用时间长，发展比较成熟，管理完善。另一个需要关注的地方是，DocSIS 3.0还没有最终定稿，在定稿之后到设备成熟可能还需要1年以上的时间。那么对于我国来说，DocSIS技术值得持续关注，也许两年之后，CableModem接入方式可以卷土重来。  

2. FTTx不完全等于EPON  
    说到FTTx，多数人想到的是PON技术，PON和HFC的光纤网络有着天然相似的网络结构，这就使得两个网络可以并存，维护的方式比较一致。再加上PON网络能提供千兆带快，本身具有带宽利用率高，双向对称、维护简单、管理方便统一等特性。随着PON技术的成熟和设备价格的不断下降，PON作为广电FTTx网络建设选择的主要技术之一也就不足为奇了。在CCBN 2007这个广电最大的展览会上，我们可以看到几乎一边倒的选择倾向，PON将成为广电FTTx网络建设的主流技术。 
2.1 EPON还是GPON 
    在PON领域，目前比较成熟的是EPON和GPON，两种技术的网络结构完全相同，都是采用点到多点结构，但支持的协议不同，分别采用IEEE 802.3和ITU G.984标准。这两种技术谁会在未来的光接入网络中占主导地位，现在下结论还为时尚早。对于中国的各个广电网络公司来说，几乎没有考虑GPON技术，在一定时期内也不会考虑GPON技术。其中最重要的原因在于EPON设备的成本要低不少，而且EPON芯片和产品的成熟度要领先差不多一年以上。同时，EPON是一种以太网技术，能够与全新的广电城域网很好地结合。这与电信不同，电信企业考虑GPON主要是要融合传统业务。  
    但是不是GPON就不会被考虑呢？也不完全是，关键看需要开展什么样的业务。我们可以参考一下Verizon，这个全球即将规模采用GPON产品来提供多业务的运营商，在Verizon的GPON方案中，它并不提供传统语音业务，而是VoIP，同时，视频业务提供两种，包括在PON上以单独的波长1550来传输数字电视，也包括IPTV，当然还有高速上网业务。从业务的开展角度来看，这与我们的广电运营商希望开展的业务何其相似。另一点，在Verizon的FiOS网络中，最后一段是家庭网络，采用了的技术是MoCA或Wireless。MoCA是地地道道的基于同轴线缆的技术。可以说，GPON+MoCA是Verizon所采用的方案之一。在日本NTT和韩国KT选择EPON时，为什么Verizon没有考虑做相同的考虑呢？Verizon的接入网络设计和集成部门总监Brian Whitton这样说：亚洲的一些运营商所设计的基于PON的网络，主要是用于数据业务，而Verizon的PON网络设计是要用于所有的电信业务，包括语音，高速Internet接入，广播和交互式视频。所有这些业务基于同一网络。而且他不认为全球还有其他运营商比他们做的更好。我基本赞成Brian Whitton的说法，GPON在多业务能力上可能胜过EPON。对于我国广电网络改造来说，EPON也许更为合适，但GPON也应在考虑之列。
2.2 有源以太技术也不错  
    从各个EPON厂家给广电网络所做的方案来看，PON技术与广电网络结合的另一个重要原因在于可以通过同一系统传输数字电视和宽带业务，具体说来，就是可以通过1550波长来在PON网络上加载广播电视信号，也即CATV Overlay模式，做到网络的统一。但其实这是一个不太站得住脚的观点。众所周知，由于当时的历史条件，尽管有先知先觉者大力推广1550系统，但大多数HFC网络采用1310组网方案。这样一来，通过CATV Overlay的方式来组网就会涉及到广电传输系统的改造，这要下很大的决心。不出意外，多数PON系统将单独组网，CATV Overlay的方式在短时期内不会普及。  
    既然宽带接入系统多数情况下会单独组网，EPON在这点上的优势就不那么突出了。另一种更成熟的技术-有源以太网也完全可以被考虑，有源以太技术就是传统的点到点以太技术，这里称为有源以太，主要是区别于EPON。有源以太技术非常成熟，简单而流行。尤其是MEF 对Ethernet技术进行大力的推动，讨论了很多新的方式来基于以太网提供多业务，成绩突出，并提出了运营以太网的概念，这使得以太技术向全网进军已势 不可挡。有源以太技术提供的带宽高，同时成本很低，与城域以太网完全兼容，而且部署灵活。  
    法国的宽带运营商Iliad有着激进的FTTH发展计划，他们是有源以太网的支持者。他们认为“点到多点无源光网络（PON）对于FTTH应用是一个短期解决方案，而点到点（EP2P：Ethernet Point-to-Point）解决方案才是最好的解决办法。” 其相关的几个主要观点如下： 
1. 光纤要使用30到50年，FTTH网络结构必须认真设计，选择正确。不能在几年之后回头来告诉投资者，需要重新审视和重新选择。  
2. EP2P为每个用户采用专用的光纤连接（自CO到用户终端），而GPON是共享带宽，共享介质；  
3. EP2P有更大的灵活性和安全性，在带宽升级上，也比GPON更为灵活和优越。  

    Cisco是Iliad的EP2P的供应商，Cisco没有开发EPON产品，也似乎表明Cisco的一些态度。当然，对于我国的广电运营商来说，选择EP2P技术不会象Iliad那样，从CO直接拉光纤至用户家中，更可能的是，利用现有的以太技术，组建简单经济的接入网络，分期投资，以节省成本，逐步发展网络。 

3. 最后100米技术异彩纷呈  
    前面提到，FTTx就是到光站，光站到用户还有一段距离，这一段是同轴线缆网络。通过这一段网络线路来传输宽带业务，是广电运营商的理想选择。在FTTx网络之下，有多种技术可以选择，这在CCBN 2007上也有充分展示，各种标准的，非标准的技术异彩纷呈。总结起来，主要有一下几种： 
1. 基带EoC技术：这在CCBN 2007的很多展台都有展出，采用基带传输，一般使用0~30MHz以下的低频段，必须使用星形同轴网络，传输的速率一般不超过8M，另一个问题就是噪声，网络质量受链路质量和噪声影响严重；但是技术简单，家中采用无源面板，成本较低，目前已经有多个厂家可以提供相关产品；  
2. HomePlug技术：这本是一种电力线上网的技术，但也可加载到铜线之上，采用的频带也是30MHz以下的低频，为了增强抗干扰能力和提高传输带宽，进行了调制。物理层速率可到70M左右。如Photon的Cableway;  
3. HomePNA技术：这本是使用在电话线上的一种家庭网络技术，但3.0版本把同轴线缆也扩展为其载体之一，采用的频段也是低频段。目前Scientific Atlanta刚刚推出相关产品；  
4. WiFi over Coax：采用802.11b标准，采用高频段2.5GHz，在Cable上承载，可移频至950M，占用20M频宽，可为用户提供108MHz的物理层速率； 
5. MoCA：正宗的基于同轴电缆的家庭网络技术，如前文所述，Verizon已经在使用这个技术，目前主要产品有Entropic Communication的C.Link。MoCA扫描频率与原广电的频率分开，是从800MHz到1500MHz，其每一个频段50MHz，可以支持31个用户或62个用户，共享高达270M的物理带宽。  

    上述技术的选择，有以下几点值得说明：1）除了基带EoC技术之外，其他都需要在用户端安装有源设备，这在成本上会有所提高，但网络性能会大大提升，我们的建网是为了开展业务，因此带宽能力和服务质量至关重要；2）基带EoC技术只能基于星形的同轴网络，其他各项技术可以支持树形网络；3）前3项技术都采用低频段来传输数据，噪声干扰仍然是一个问题，调制可以环节但并不能完全解决这个问题。我们知道，CableModem技术也是经过调制的，但噪声的漏斗效应是阻碍其应用的关键因素；4）WiFi over Coax和MoCA技术采用的频率较高，在使用时可能需要更换原网络的分支分配器以支持这一频段。 
    总体看来，MoCA技术和WiFi over Coax技术也许更有发展前景，其中MoCA由于本来就是基于同轴电缆网络进行设计的，标准比较成熟，能提供较高带宽，同时，由于其中采用了动态带宽管理，使得其带宽利用率也比较高，这与PON网络的带宽共享机制相似，MoCA与PON技术的结合可以是广电网路建设的一个方向。 

4. 期待走向融合，统一规范管理 
    综上所述，现阶段广电网络的技术选择还比较复杂，还没有哪一种技术占统治地位，其中大多数技术还处于摸索阶段，标准还在规范，这就给广电网络的改造带来很多变数。目前广电网络改造基本上采用的是各种集成方案，比如，在靠近用户的光节点，可能含有光站，EPON ONU，交换机或MoCA头端设备等，这些设备各自独立，非常不利于维护，在管理方面，各套系统有自己的管理软件和管理方式，还缺乏统一集成的管理。  
    我们相信，随着广电接入网数字化改造的进行，技术会逐步走向成熟，形势会逐步明朗。同时，面对这么大一个市场，更多的符合广电应用的设备将被开发出来，比如，EPON和MoCA在对用户的管理方式上比较一致，只要市场有需求，完全可以推出带MoCA头端的ONU设备，也可以通过同一个管理系统来直接管理到每一个用户。另一方面，如何把广电的整个网络统一管理起来，也是一个值得研究的课题。以前广电系统讨论过网管的标准，但那只是针对过去的广电网络系统，推广的也不是非常好。在如今要建立一个新的全业务网络的情况下，行业引导、规范的制定和管理的规范就显得十分重要，这是技术层面的问题，也是管理层面的问题。  
    目前是广电网络发展的良机，把握的好，就可以按照计划，实现到2010年，我国的广电要基 本形成技术先进、功能多样的广播影视数字化新体系的目标。但我们也必须看到，多年来我国的广电网络的改造进展还十分缓慢，没有合适 的成本低廉、符合现实需要又面向未来的技术是其重要的原因，体制也是一个不可回避的问题。可喜的是，随着数字化改造的进展，大量更先进的技术已经出现，这些技术在引导广电朝着 FTTx宽带网络的方向发展，也将有助于广电网络商突破技术和成本的制约，同时，我们也需要广电管理部门和协会的引导，规范和协调，这样才能给整个广电网络建设带来全新局面。