廣電EPON+HiNOC模式

1概述

下一代廣播電視網(wǎng)的目標(biāo)是以自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)為核心，構(gòu)建覆蓋全國家庭的、平均接入速率100Mbit/s的、可擴(kuò)展的、全程全網(wǎng)的、寬帶交互式的、具有業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的、國際先進(jìn)水平的網(wǎng)絡(luò)平臺。下一代廣播電視網(wǎng)的建設(shè)對于推動國家信息化發(fā)展，滿足人民日益增長的精神文化需求，維護(hù)我國信息和文化安全，促進(jìn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加快推進(jìn)三網(wǎng)融合具有十分重要的意義。在NGB的規(guī)劃中，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是重點，需要建設(shè)可以支持包括語音、視頻和互聯(lián)網(wǎng)等各類數(shù)字業(yè)務(wù)的強(qiáng)大融合性支撐網(wǎng)絡(luò)，同時，未來業(yè)務(wù)的發(fā)展將以視頻為主，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求將日益增強(qiáng)。

當(dāng)前我國分布和使用最廣泛的有線電視網(wǎng)絡(luò)具有得天獨(dú)厚的頻帶寬、容量大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，而且骨干網(wǎng)帶寬基本可以滿足網(wǎng)絡(luò)融合的需要，只有接入網(wǎng)速率的限制成為影響業(yè)務(wù)融合發(fā)展的瓶頸。隨著寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展，現(xiàn)有的接入網(wǎng)技術(shù)由于帶寬、建設(shè)成本、重新布線、保護(hù)已有投資以及用戶接收程度等原因都難以提供有效可行的解決方案。

現(xiàn)階段伴隨著有線電視數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的推進(jìn)，有線電視系統(tǒng)從技術(shù)體系、組網(wǎng)方式和運(yùn)營管理等各個方面都發(fā)生了深刻變化。隨著“光進(jìn)銅退”進(jìn)程的發(fā)展和FTTB的迅速興起，特別是HiNOC技術(shù)的研發(fā)與發(fā)展，利用樓內(nèi)和戶內(nèi)有線電視分配網(wǎng)絡(luò)解決最后100米范圍的寬帶接入網(wǎng)瓶頸成為可能，而且無需重新布線或改造便可提供多業(yè)務(wù)寬帶接入服務(wù)。2007年7月，由國家廣電總局科技司頒發(fā)的《有線電視網(wǎng)雙向化改造指導(dǎo)意見》，為廣電接入網(wǎng)的發(fā)展指明了方向，而EPON+HiNOC模式終將成為廣電未來接入網(wǎng)發(fā)展的優(yōu)選方案。

2EPON技術(shù)及其特點

EPON是一種新型的基于吉比特以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，它采用點到多點的用戶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在物理層采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入，因此，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點：低成本、高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活快速的服務(wù)重組、與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性、方便的管理等等。EPON協(xié)議基于以太網(wǎng)基本MAC協(xié)議擴(kuò)展，容易與其他以太網(wǎng)接口或設(shè)備進(jìn)行集成或互連，有利于降低接入系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的成本。

2.1EPON系統(tǒng)的構(gòu)成

一個典型的EPON系統(tǒng)由OLT、ONU、ODN組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。OLT（Optical Line Terminal光線路終端）在廣電組網(wǎng)系統(tǒng)中一般放置于前端；ONU（Optical Network Unit光網(wǎng)絡(luò)單元）在光纖鋪設(shè)到樓的情況下，放置于樓道；ODN（Optical Distribution Network光分配網(wǎng)絡(luò)）可多級連接，靈活組網(wǎng)。EPON系統(tǒng)使用單模光纖，在一芯光纖上利用上下行兩個波長（上行波長1310 nm，下行波長1490nm）傳輸雙向數(shù)據(jù)。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2EPON的傳輸原理

EPON從OLT到多個ONU下行傳輸數(shù)據(jù)和從多個ONU到OLT上行傳輸數(shù)據(jù)是不同的，所采取的上行/下行技術(shù)分別如圖2所示。下行方向：數(shù)據(jù)從OLT到多個ONU以廣播方式傳輸下行數(shù)據(jù)信號，采用時分復(fù)用技術(shù)（TDM），根據(jù)IEEE802.3ah協(xié)議，每一個數(shù)據(jù)幀的幀頭包含注冊時分配的、特定ONU的邏輯鏈路標(biāo)識（LLID），該標(biāo)識表明本數(shù)據(jù)幀是給ONU（ONU1、ONU2、ONU3，……，ONUn）中的惟一一個。另外，部分?jǐn)?shù)據(jù)幀可以是給所有的ONU（廣播式）或者特殊的一組ONU（組播）。在圖2的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，在分光器處，流量分成獨(dú)立的三組信號，每一組載有到所有ONU的信號。當(dāng)數(shù)據(jù)信號到達(dá)ONU時，ONU根據(jù)LLID，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ONU的數(shù)據(jù)幀。如圖2中，ONU1收到包1、2、3，但是它僅僅發(fā)送包1給終端用戶1，摒棄包2和包3。

對于上行，采用時分多址接入技術(shù)（TDMA），分時隙給ONU傳輸上行流量。當(dāng)ONU注冊成功后，OLT會根據(jù)系統(tǒng)的配置，給ONU分配特定的帶寬（在采用動態(tài)帶寬調(diào)整時，OLT會根據(jù)指定的帶寬分配策略和各個ONU的狀態(tài)報告，動態(tài)地給每一個ONU分配帶寬）。帶寬對于PON層面來說，就是可以傳輸數(shù)據(jù)的基本時隙，每一個基本時隙單位時間長度為16ns。在一個OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU與OLT端口之間的時鐘是嚴(yán)格同步的，每一個ONU只能夠在OLT給它分配的時刻開始，用分配給它的時隙長度傳輸數(shù)據(jù)。通過時隙分配和時延補(bǔ)償，確保多個ONU的數(shù)據(jù)信號耦合到一根光纖時，各個ONU的上行包不會互相干擾。同時，在PON的傳輸機(jī)制上，通過新增加的MAC控制命令來控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）與光線路終端（OLT）之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實時的TDM通信。由于ONU在自己的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報，因此沒有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，EPON通過在MAC層中實現(xiàn)802.1p來提供與APON/GPON類似的QoS。

2.3EPON技術(shù)特點

EPON技術(shù)是由IEEE802.3 EFM工作組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的。在該標(biāo)準(zhǔn)中，將以太網(wǎng)和PON技術(shù)相結(jié)合，在無源光網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，定義了一種新的、應(yīng)用于EPON系統(tǒng)的物理層（主要是光接口）規(guī)范和擴(kuò)展的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，以實現(xiàn)在點到多點的PON中以太網(wǎng)幀的TDM接入。此外，EPON還定義了一種運(yùn)行、維護(hù)和管理（OAM）機(jī)制，以實現(xiàn)必要的運(yùn)行管理和維護(hù)功能。

在物理層，IEEE 802.3-2005規(guī)定采用單纖波分復(fù)用技術(shù)（下行1490 nm，上行1310 nm）實現(xiàn)單纖雙向傳輸，同時定義了1000 BASE-PX-10 U/D和1000 BASE-PX-20 U/D兩種PON光接口，分別支持10 km和20 km的最大距離傳輸。在物理編碼子層，EPON系統(tǒng)繼承了吉比特以太網(wǎng)的原有標(biāo)準(zhǔn)，采用8B/10B編碼方式和標(biāo)準(zhǔn)的上下行對稱的1 Gbit/s數(shù)據(jù)速率（線路碼速率為1.25 Gbit/s）。

在數(shù)據(jù)鏈路層，多點MAC控制協(xié)議（MPCP）的功能是在一個點到多點的EPON系統(tǒng)中實現(xiàn)點到點的仿真，支持點到多點網(wǎng)絡(luò)中多個MAC客戶層實體，并支持對額外MAC的控制功能。MPCP主要處理ONU的發(fā)現(xiàn)和注冊，多個ONU之間上行傳輸資源的分配，動態(tài)帶寬分配，統(tǒng)計復(fù)用的ONU本地?fù)砣麪顟B(tài)的匯報等。

利用其下行廣播的傳輸方式，EPON定義了廣播LLID（LLID=0xFF）作為單拷貝廣播（SCB）信道，用于高效傳輸下行視頻廣播/組播業(yè)務(wù)。EPON還提供了一種可選的OAM功能，提供一種諸如遠(yuǎn)端故障指示和遠(yuǎn)端環(huán)回控制等管理鏈路的運(yùn)行機(jī)制，用于管理、測試和診斷已激活OAM功能的鏈路。此外，IEEE 802.3-2005還定義了特定的機(jī)構(gòu)擴(kuò)展機(jī)制，以實現(xiàn)對OAM功能的擴(kuò)展，并用于其他鏈路層或高層應(yīng)用的遠(yuǎn)程管理和控制。

相對于BPON和GPON，EPON協(xié)議簡單，對光收發(fā)模塊技術(shù)指標(biāo)要求低，因此系統(tǒng)成本較低。另外，它繼承了以太網(wǎng)的可擴(kuò)展性強(qiáng)、對IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)適配效率高等優(yōu)點，同時支持高速Internet接入、語音、IPTV、TDM專線甚至CATV等多種業(yè)務(wù)綜合接入，并具有很好的QoS保證和組播業(yè)務(wù)支持能力，是目前建設(shè)高質(zhì)量接入網(wǎng)的重要備選技術(shù)之一。

圖2EPON上/下行數(shù)據(jù)流原理圖

3HiNOC技術(shù)及其特點

HINOC（High performance Network Over Coax）技術(shù)是我國自主研發(fā)的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、面向NGB需求的一種基于高性能同軸電纜射頻調(diào)制接入技術(shù)。HINOC系統(tǒng)以其低成本、高性能的特點為高速和高質(zhì)量多業(yè)務(wù)的接入提供高速通道。HINOC技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，將對我國新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施、形成新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、新的運(yùn)營模式發(fā)揮重要作用。

HINOC技術(shù)利用現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)的同軸電纜，通過增加HINOC橋（HINOC Bridge，HB）和HINOC調(diào)解器（HINOC Modem，HM）等相關(guān)設(shè)備，可實現(xiàn)承載包括IPTV、HDTV、SDTV、VOD、VOIP以及高速上網(wǎng)等高速和高質(zhì)量多業(yè)務(wù)接入寬帶服務(wù)。

3.1HiNOC技術(shù)原理

HiNOC技術(shù)使用860MHz以上的空余頻段進(jìn)行以IP為主的數(shù)據(jù)信號傳輸。HiNOC技術(shù)采用16MHz頻帶作為一個數(shù)據(jù)傳輸信道，在16MHz信道帶寬上實現(xiàn)物理層112Mbps的傳輸數(shù)據(jù)率，在有效頻帶上達(dá)到7比特/s/Hz。工作頻帶滿足現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃要求，可支持從QPSK到1024QAM的自適應(yīng)調(diào)制。采用TDD雙工模式和TDMA多址方式，支持基于優(yōu)先級的QoS保證機(jī)制。單信道最大支持接入終端數(shù)為32個，支持IPV4/V6、可控組播、廣播式傳輸和點到點傳輸。同時，為避免多徑引發(fā)碼間干擾、提高信道利用率，HiNOC技術(shù)選擇多載波OFDM體制傳輸數(shù)據(jù)。

HiNOC頭端設(shè)備和處于同一信道的HiNOC Modem（HM）構(gòu)成一個邏輯獨(dú)立的樓內(nèi)分配網(wǎng)絡(luò)，HiNOC技術(shù)支持在多個信道同時構(gòu)建多個相互獨(dú)立的分配網(wǎng)絡(luò)。HiNOC的頭端設(shè)備可以是只支持一個信道的HiNOC Bridge（HB），也可以是支持多個信道集成的HiNOC Switch（HS）。HiNOC技術(shù)典型組成原理圖如圖3。

圖3HiNOC典型組成原理圖

圖中圈內(nèi)代表一個獨(dú)立的有線電視樓內(nèi)分配網(wǎng)絡(luò)，由HiNOC頭端HB和若干HM設(shè)備組成。數(shù)據(jù)信號到達(dá)HB結(jié)點后，被調(diào)制到同軸電纜的一個HINOC信道上，然后進(jìn)入樓內(nèi)分配網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)樓內(nèi)分配網(wǎng)絡(luò)到達(dá)位于同一信道的各HM結(jié)點，并經(jīng)HM解調(diào)后傳送到用戶數(shù)字終端設(shè)備。另外，在一個樓內(nèi)分配網(wǎng)絡(luò)也可以劃出多個HINOC信道，在每個信道都可以單獨(dú)構(gòu)建一個HINOC網(wǎng)絡(luò)，各信道之間按照FDM方式分隔。

3.2HINOC的技術(shù)特點

（1）可同時支持低、高頻段：目前，HINOC的工作頻段可同時兼顧到低頻段與高頻段，單信道帶寬為16MHz；低頻段為0～32MHz，高頻段為860～1006MHz，中心頻點連續(xù)可調(diào)。

（2）頻譜利用率較高：HINOC物理層傳輸效率的理論值大于7b/s/Hz。由于采用了OFDM調(diào)制技術(shù)（從QPSK到1024QAM調(diào)制，且誤碼率低于1×10-9，從而可實時支持視頻傳輸。在1個信道中可實現(xiàn)最高112Mbps的物理層速率）以及自主創(chuàng)新、基于同軸網(wǎng)絡(luò)時不變信道特征的分布式信道均衡技術(shù)，MAC層頻譜利用率的理論值大于4b/s/Hz（實際測試值為3.85b/s/Hz）。

（3）支持DBA（動態(tài)帶寬分配）功能：MAC層采用TDD/基于預(yù)約/許可的TDMA工作模式，實現(xiàn)無沖突的信道接入與靈活的帶寬分配。通過DBA，設(shè)置接入用戶的保證帶寬與分配帶寬，實現(xiàn)對用戶接入帶寬的控制，可滿足有線運(yùn)營商的帶寬分配管理需求。

（4）支持流分類功能：HINOC內(nèi)置了流分類模塊（用于處理流分類、流過濾、流標(biāo)記、QoS等），可確保業(yè)務(wù)優(yōu)先級。HINOC的協(xié)處理器可根據(jù)報文頭部的控制信息進(jìn)行流分類，可完成從第二層到第四層關(guān)鍵元素的過濾，可實現(xiàn)訪問控制、報文捕獲、QoS處理、IGMP組播、黑/白名單等功能。

（5）基于CPU+協(xié)處理器實現(xiàn)MAC功能：HINOC采用了基于CPU+硬件協(xié)處理器來實現(xiàn)MAC的方案，由于其將原有MAC部分可以固化的功能硬件化，從而大大降低了對于CPU的要求，可以低成本的實現(xiàn)原有MAC功能。MAC層的設(shè)計能夠到達(dá)媒質(zhì)接入控制和業(yè)務(wù)適配技術(shù)方案及對物理層的規(guī)劃控制的要求。另外，物理層硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計也能夠很好的達(dá)到HINOC物理層傳輸模式技術(shù)方案以及與MAC層交互的要求。

4EPON+HiNOC組網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用

結(jié)合有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向化改造，EPON系統(tǒng)可以安排部署在分前端與光節(jié)點之間，并延伸至樓道，提供FTTB方式的寬帶接入；HiNOC設(shè)備部署在ONU出口和用戶終端之間，解決用戶分配問題。采用EPON+HiNOC技術(shù)進(jìn)行雙向化改造的典型組網(wǎng)方式結(jié)構(gòu)如圖4所示。這種基于光纖到樓（FTTB）的組網(wǎng)方式是目前最為可行的接入方式。

圖中左圈為一典型的EPON系統(tǒng)，右圈為一典型的HiNOC系統(tǒng)。

工作原理：首先看下行鏈路：來自骨干網(wǎng)絡(luò)側(cè)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號，經(jīng)由OLT、ODN、ONU組成的EPON系統(tǒng)，以FTTB方式到達(dá)小區(qū)樓宇門口；然后經(jīng)HiNOC系統(tǒng)設(shè)備HB調(diào)制到同軸電纜的一個HINOC信道內(nèi)，并通過樓內(nèi)分配網(wǎng)絡(luò)和電纜終端盒傳送到位于住戶家內(nèi)的HM，經(jīng)HM解調(diào)后（通過HM的以太網(wǎng)接口）傳送給個人電腦（PC）、高清電視接收機(jī)（通過IP機(jī)頂盒）等終端設(shè)備。在上行鏈路上：從各終端設(shè)備上行的數(shù)據(jù)信號經(jīng)對應(yīng)的HM調(diào)制后進(jìn)入同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)到達(dá)HB，由HB解調(diào)轉(zhuǎn)換后經(jīng)EPON系統(tǒng)送回到骨干網(wǎng)絡(luò)。

CATV節(jié)目信號在HB處與以太網(wǎng)信號一起混合進(jìn)入電纜分配網(wǎng)絡(luò)，被戶內(nèi)的電視機(jī)接收，因此不影響原有電視節(jié)目的收看。

5結(jié)束語

EPON技術(shù)利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)以太網(wǎng)的接入，具有高帶寬、易維護(hù)、低成本等優(yōu)點，可以通過單一平臺綜合接入語音、數(shù)據(jù)、視頻等多種業(yè)務(wù)。HiNOC技術(shù)遵循以太網(wǎng)協(xié)議，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，并且客戶端為有源終端，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時，工程安裝不需重新敷設(shè)五類線，有效的解決了樓內(nèi)重新敷設(shè)線纜施工困難問題，建設(shè)成本較低。采用EPON + HiNOC技術(shù)可同時支持?jǐn)?shù)字電視、互動電視、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)，滿足全業(yè)務(wù)運(yùn)營接入網(wǎng)的目標(biāo)要求。在組網(wǎng)方式上，可通過同一個平臺上提供電視、數(shù)據(jù)、語音和視頻應(yīng)用，也可以采用A、B兩個平臺，分別傳輸電視和數(shù)據(jù)信號。因此，EPON+HiNOC的應(yīng)用將為廣電在新形勢下建設(shè)NGB，開辟一條全新的發(fā)展道路。