有线电视网络双向技术比较分析

1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。2MAS 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 Cable Modem 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 Cable Modem 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 20Mbps60Mbps。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 500 kbps。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 2M10M。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。3MAS 接入一般是从 40MHz80MHz 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 5MHz32MHz 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 10100M。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 DOCSIS 1.1 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 IEEE 802.1Q 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 Cable Modem 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4一线到户的宽带接入。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。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5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 Cable Modem 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，Cable Modem 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 0 1 0 不计骨干网设备CMTS 140000 1 140000 光设备 反向光发 6000 4 24000 CMTS 为四通道6反向光收 1500 4 6000 总计 170000 EPON+LAN 头端设备 集中设备 GE 口 0 1 0 不计骨干网设备OLT 20000 1 20000 光设备 2F*1 光缆(1KM) 2000 0 0 利用现有光纤总计 20000 EPON+EOC 头端设备 集中设备 GE 口 0 1 0 不计骨干网设备OLT 20000 1 20000 光设备 2F*1 光缆(1KM) 2000 0 0 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，本文主要重点是放在接入网改造部分。从表 1中可以看出 CMTS 是纯正意义上双向网改造，而 EPON 则是利用了有线电视网络的现有光纤资源。20 栋楼 1000 户模型计算CMTS+CM 设备名称 单价(元) 数量 金额 说明网络改造(小区) 楼栋 双向放大器 600 20 12000 部分增加,部分更新楼内 分支分配器 50 90 4500 12 户/分配器总计 16500 EPON+LAN 7网络改造(小区) 楼栋光纤 2F*1 光缆(1KM) 2000 20 40000 分光器 6000 1 6000 光设备ONU 2800 20 56000 单元间施工 100 60 6000 施工费用楼道单元布线 30 1000 30000 楼道交换机 1000 80 80000 带网管交换机楼道设备单元箱子 200 80 16000总计 234000 EPON+EOC 网络改造(小区) 楼栋光纤 2F*1 光缆(1KM) 2000 20 40000 分光器 6000 1 6000 光设备ONU+楼道交换机 5000 20 100000 单元间施工 100 60 6000 施工费用楼道单元布线 30 0 0 楼道 EOC 设备 500 240 120000 4 户每个/12 个每栋楼道设备单元箱子 200 20 4000 每栋一个总计 276000 MAS接入网（小区） 光节点 MAS 前端 18000 15 28800楼栋 双向放大器 600 20 12000光纤收发器 1200 30 36000总计 76800表 2：小区改造比较表借助表 1 和表 2 的数据，我们可以作出以下分析：如果全网覆盖成本为头端设备加小区改造成本的话，假设都计取 8%的建设集成费（实际情况将按照当地习惯计算，这里只作参考） ，那么经计算得出 CMTS 的每户覆盖成本为 201 元，EPON+LAN 的每户覆盖成本为 274元，EPON+EOC 的每户覆盖成本为 320 元，MAS 每户覆盖成本为 83 元。820 栋楼 1000 户模型计算CMTS+CM 设备名称 单价(元) 数量 金额 说明每户开通成本 线缆辅材 线缆材料 10 1 10 终端设备 外置 CM 360 1 360 接入施工 施工 10 1 10 每户独立小计 380 EPON+LAN 每户开通成本 线缆辅材 五类线材料 30 1 30 接入施工 入户施工 20 1 20 每户独立小计 50 EPON+EOC 每户开通成本 线缆辅材 线缆材料 100 1 100 终端设备 EOC 终端 10 1 10 接入施工 入户施工 10 1 10 每户独立小计 120 MAS每户开通成本 线缆辅材 线缆材料 10 1 10 终端设备 I/O 450 1 450 接入施工 施工 10 1 10 每户独立小计 470 表 3：用户开通比较表通过这三张表的数据比较，我们可以清楚的看出，CMTS+CM 方式在头端和用户开通成本上都是最高的，而 MAS 方式每户的网络覆盖平均成本最低。综合成本算下来，CMTS+CM的平均成本最高，EPON+LAN 平均成本最低，而且也是平均带宽成本最低的，但它本身需要铺设第二张以太网，其中的施工所带来的隐性成本很难估量。EPON+EOC 的平均成本较为折中。在实际中，对于有线电视网络本身来说，为了保证电视信号质量和未来的数字电视要求，其实线路改造的工作是不可避免的。因此无论是 EPON+LAN 还是 EPON+EOC 都是建第二9张网的概念，与 CMTS 双向改造相比，改造成本还是高的。但由于 CM 的成本要由广电运营商来承担，所以提高了运营商的运营成本，降低了它的投资收益率。表格中也没有统计电缆的投资费用和施工费用等。这是因为现有的有线电视分配网部分已经到了淘汰期,需要大面积更换。为了很好地承载数字电视等其它扩展业务，必须进行有线电视的网络改造，因此这部分费用我们倾向于不算入接入网投资中。三、案例分析1、 青岛模式青岛有线于 1993 年开始建设宽带网络，先后建成了覆盖市区的 HFC 网络、SDH 骨干传输网、ATM 宽带传输交换网、ISDN 通讯网、搭建了 ISP 综合业务服务平台及 CMTS 系统。为了适应新的宽带业务，需要对网络进行改造或另外搭建新的平台。青岛有线在经过对接入方式几年的实践后，并未沿袭传统的双向网改造思路，而是充分利用现有资源，减少了HFC 网络改造成本，结合未来网络发展趋势，选择 EPON 方式搭建新的宽带接入平台。 2005 年下半年，青岛有线率先启动了 EPON 接入的宽带 IP 网络建设，截至目前，全市范围内已开通 1200 个 EPON 接入小区，实现覆盖 50 万户居民。考虑到尽可能利用“最后100 米”的同轴电缆资源，主要采用 EPON+EOC 的方式。对于高端用户，直接采用 FTTH 的接入方式。对于具备五类线入户条件的小区，采用 EPON+LAN 方式。青岛模式的特点在于合理应用 EPON 接入技术，解决了宽带接入的入户障碍。用相对较低的成本，较短的时间，改造建成一套高速接入多业务网络。2、 杭州模式杭州在三年前借数字电视改造之机完成了所有的 LAN 布线，目前已达用户 20 万。在此基础上，新建设小区已经开始采用 EPONLAN（FTTB）建设方案，网络建设采用 HFCLAN方式，应用 HFC 混合 50-550MHz（模拟电视）和 550-750MHz（数字电视）信号传输解决下行问题，应用 IP LAN 方式实现上行和 VOD 点播等业务， 充分发挥了 IP 网络带宽高、业务实现灵活和 EPON+LAN 组播能力强的特点，使网络不再成为开展多业务的瓶颈。杭州模式的成功之处是 LAN 已经开始规模商用的前提下，坚持走 LAN 接入模式，并引入 EPON+LAN 的改造方案，既保护原有 LAN 投资，又有效的利用 CATV 光纤资源，大大提高AUPU 值。一方面满足广电地需求，另一方面满足高带宽业务和未来网络电视发展的需要，是向全 IP 网和光纤到户的过渡性解决方案。3、 宁波模式宁波广电网络拥有 20 万有线电视用户，分前端机房共 11 个，全市约 500 个光节点。分10前端机房之间采用 48 芯的光缆环，使有线电视信号从两个不同的方向进入同一机房做为主备信号，从分前端以星形结构向下属各光节点发送信号。在各分前端放置有线宽带局端设备即 CMTS，在 CMTS 选型上，经过招标选用了 Juniper 的 G1，为 2 路下行，8 路上行的设备。在初期，每个上行带一个光节点，这样，一台 CMTS