有線寬帶的網(wǎng)絡架構與上網(wǎng)原理

金煜

摘 要：本文主要介紹了有線寬帶的網(wǎng)絡架構，有線寬帶使用的DOCSIS系統(tǒng)與相關協(xié)議以及CM的上線過程，供廣大同行參考。

關鍵詞：DOCSIS；CMTS；CM

1 有線寬帶的網(wǎng)絡架構

江蘇有線蘇州分公司主要管理蘇州市區(qū)和二十多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的有線電視網(wǎng)絡，擁有近有線電視用戶近百萬戶，有線寬帶用戶近八萬戶，整個公司管理的有線寬帶用戶的上網(wǎng)出口是在省網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心，省網(wǎng)數(shù)據(jù)中心通過萬兆光纖傳送到蘇州分公司的骨干數(shù)據(jù)機房，骨干數(shù)據(jù)機房的BOSS等計費認證設備負責對用戶信息進行管理認證，允許合法用戶上網(wǎng)，將上網(wǎng)流量通過骨干交換機分發(fā)到各分中心機房與廣電站機房的接入交換機上，分各分中心機房的CMTS頭端設備掛接在接入交換機下，將IP數(shù)據(jù)調(diào)制成射頻信號對通過HFC野外射頻分配網(wǎng)傳送用戶端，用戶終端的CM再將射頻信號解調(diào)，以實現(xiàn)寬帶上網(wǎng)。

整個網(wǎng)絡主要分為以下幾部分：

⑴用戶終端，用戶終端主要有電腦、CM、雙向機頂盒和寬帶路由器等。用戶終端主要通過CM實現(xiàn)了射頻信號和電腦上網(wǎng)IP數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)。

⑵野外射頻分配網(wǎng)，它主要包括雙向光機與雙向放大器等設備，主要實現(xiàn)光信號與射頻信號的轉換及射頻信號的放大。

⑶分中心及廣電站機房，分中心及廣電站機房主要包括接入交換機、CMTS、IPQAM、無源CMTS混合模塊、雙向光收發(fā)模塊等。接入交換機為思科的3560等1U的設備，有網(wǎng)線口與光口，主要提供CMTS和其它數(shù)據(jù)業(yè)務的IP數(shù)據(jù)的輸入，并且通過光口連接至其它機房，組成IP城域網(wǎng)，實現(xiàn)上網(wǎng)、數(shù)據(jù)專線等IP數(shù)據(jù)的傳輸。CMTS是電纜調(diào)制解調(diào)器的簡稱，它是有線寬帶上網(wǎng)的核心設備，它將CM傳過來的射頻信號解調(diào)為原來的IP數(shù)據(jù)，并可對CM進行管理。

⑷骨干數(shù)據(jù)機房，骨干數(shù)據(jù)機房匯聚了所有分中心的交換網(wǎng)絡，BOSS計費管理系統(tǒng)及CNR等認證設備和網(wǎng)管設備都在此機房中，用戶的上網(wǎng)數(shù)據(jù)在此通過認證以后經(jīng)由骨干路由器連接至省網(wǎng)，通過省網(wǎng)出口實現(xiàn)上網(wǎng)。

2 有線寬帶使用的系統(tǒng)及相關協(xié)議

公司是使用DOCSIS系統(tǒng)實現(xiàn)寬帶上網(wǎng)的，DOCSIS是Data Over Cable System Interface Specification的縮寫，即有線電視系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)接口規(guī)范，俗稱CM系統(tǒng)，它主要有兩個設備，即CMTS與CM。

國際標準化組織ISO 于1981年正式推薦了一個網(wǎng)絡系統(tǒng)結構——七層參考模型，它們由低到高分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。CM與CMTS之間要進行通信，通信必須有通信協(xié)議支持，CM與CMTS之間需要傳輸?shù)氖荌P信號，RF調(diào)制只是物理層的傳輸手段，解調(diào)后仍為IP信號，IP信號屬于因特網(wǎng)的范疇，CM與CMTS屬于因特網(wǎng)的局域網(wǎng)部分，它們之間傳輸?shù)男盘柺且蕴W(wǎng)信號，CM與CMTS之間的信號處理屬于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的范圍。

CM的物理層包括PDM子層和TC子層兩部分，PDM子層即物理介質相關子層，主要功能是提供物理接口、信號調(diào)制與解調(diào)、比特流同步等。TC子層即傳輸會聚子層，提供與MAC的接口、形成信道上傳輸格式、完成同步與測距等功能。

CM的數(shù)據(jù)鏈路層分為LLC層與MAC層，LLC層即邏輯鏈路控制子層，它的主要功能是涉及信息在站之間的控制。MAC層即媒體通路控制層，它的功能主要包括CM接入合法性認證、上行信道競爭的沖突分解、CM帶寬請求分配與管理。

CM系統(tǒng)主要包括物理層與數(shù)據(jù)鏈路層，但作為因特網(wǎng)的完整體體系，必須有上層協(xié)議支持才能完成上網(wǎng)，這些協(xié)議主要包括互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，如ARP協(xié)議；傳輸層協(xié)議，如UDP協(xié)議；應用層協(xié)議，如SNMP協(xié)議等。

3 CM上線過程

CM加電工作以后就搜索前端的下行頻率，此時CM必須獲得一個具有基本功能的下行頻道，此頻道稱為基本下行頻道，如果CM認為現(xiàn)在的基本頻道不穩(wěn)定時，CM就搜索整個下行頻道頻譜，只到獲得一個穩(wěn)定的基本下行頻道，并從下行數(shù)據(jù)中確定上行通道，與CMTS建立連接，并交換信息，包括上行發(fā)射電平值，DHCP協(xié)議等，向頭端發(fā)送注冊請求信息，然后開始認證、密鑰交換、測距、初始化，隨后CM向CMTS申請寬帶，向DHCP服務器發(fā)出IP地址請求，通過認證以后獲得合法的IP地址，然后在TFTP服務器上下載配置文件，完成注冊并上線。CMTS是管理CM的設備，其配置可以Consol接口或以太網(wǎng)接口來完成，CM具有在線功能，只要CM不斷電，就始終與CMTS保持通信，用戶可以隨時上線，在完成CMTS與CM的設置后，只要網(wǎng)絡無故障，信號電平達到要求，則啟動DHCP、TFTP服務器，就能在前端與CM之間建立正常的通信通道。

4 總結

江蘇有線蘇州分公司通過傳統(tǒng)的HFC與RFOG相結合的模式來建設雙向網(wǎng)，使用CMTS+CM系統(tǒng)發(fā)展有線寬帶用戶八萬多戶，DOCSIS標準是目前有線寬帶上網(wǎng)的唯一國際標準，是真正實現(xiàn)三網(wǎng)融合的手段，相信未來的網(wǎng)絡一定能實現(xiàn)一根電纜進戶就成為用戶提供話音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務。

[參考文獻]

[1]《DOCSIS3.0——第三代電纜數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)》.