淺談三網(wǎng)融合接入網(wǎng)EPON+EOC技術

楊振宇　李文

摘要：將EPON技術和EOC技術相結(jié)合，統(tǒng)一網(wǎng)管，組成整體，可以為廣電三網(wǎng)融合的發(fā)展提供接入網(wǎng)絡的最佳技術。EPON+EOC可提供數(shù)據(jù)、視頻、語音于一體的三種播放的綜合承載，通過一張接入網(wǎng)提供過去多張網(wǎng)絡的功能。該方案在開發(fā)過程中充分考慮中國國情和當前廣電網(wǎng)絡的實際情況，在駐地網(wǎng)層面利用廣電網(wǎng)已有的CABLE網(wǎng)絡作為傳輸介質(zhì)，節(jié)約了大量的綜合布線成本和運維投資，兼具高性能和低成本。EPON+EOC技術滿足廣電數(shù)字電視的雙向改造和國家三網(wǎng)融合的需要，將推動NGB產(chǎn)業(yè)在中國的深入發(fā)展，是面向廣電運營商NGB網(wǎng)絡接入層首選技術。

關鍵詞：EPON EOC 雙向改造 三網(wǎng)融合

EPON（Ethernet Passive Optical Network）技術由于高帶寬、易維護的特點成為當前FTTX的主流承載技術，目前產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展完善，是電信運營商接入網(wǎng)絡建設的首選技術。但是由于在駐地網(wǎng)層面采用光纖直接到戶的成本較高，傳統(tǒng)電信運營商基本上采用了FTTB+LAN或FTTB+DSL的方案，這樣在盡量節(jié)約駐地網(wǎng)投資的前提下，獲得了最佳的網(wǎng)絡性能。

EPON+EOC技術是在現(xiàn)有HFC網(wǎng)絡基礎上構造的適用于廣電網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)字帶寬用戶接入網(wǎng)絡，它在不影響現(xiàn)有CATV正常工作的前提下，以先進的調(diào)制解調(diào)技術，將以太網(wǎng)信號合成在同軸電纜中與原有的CATV信號一起傳輸，用于承載基于IP的數(shù)據(jù)、語音和視頻等業(yè)務。它以較少的改造成本和工程量將原來單向的CATV網(wǎng)絡改造成為一個雙向的、能夠承載多種業(yè)務的雙向?qū)拵ЬW(wǎng)絡平臺，具有良好的適應性和靈活的組網(wǎng)方案。

EPON是一種利用無源光纖（PON）的拓撲結(jié)構來實現(xiàn)以太網(wǎng)接入的寬帶接入技術，由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）工作組提出。EPON采用點到多點網(wǎng)絡結(jié)構、無源光纖傳輸方式，非常適合于在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務。典型的EPON系統(tǒng)由OLT（Optical Line Terminal）、ONU（Optical Network Unit）、POS（passive Optical Splitter）組成。OLT放在中心機房（CO：Central Office），ONU放在網(wǎng)絡接口單元（NIU：Network Interface Unit）附近或與其合為一體。POS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)。

OLT（Optical Line Terminal）放在中心機房，它可以是一個L2交換機或者L3路由器，在下行方向它提供面向無源光纖網(wǎng)絡的光纖接口；在上行方向它提供GE（Gigabi Ethernat），將來10Gb/s的以太網(wǎng)技術標準定型后，OLT也會支持類似的高速接口。在一個EPON系統(tǒng)中，OLT既是一個交換機或路由器，又是一個多業(yè)務提供平臺（MSPP），它提供面向無源光纖網(wǎng)絡的光纖接口。根據(jù)以太網(wǎng)向城域和廣域發(fā)展的趨勢，OLT上將提供多個Gbit/s和10Gbit/s的以太接口，支持WDM傳輸。為了支持其他流行的協(xié)議，OLT還支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SONET的連接。如果需要支持傳統(tǒng)的TDM話音，普通電話線（POTS）和其他類型的TDM通信（T1/E1）可以被復用連接到PSTN接口。OLT除了提供網(wǎng)絡集中和接入的功能外，還可以針對用戶的QoS/SLA的不同要求進行帶寬分配、網(wǎng)絡安全和管理配置。在EPON的統(tǒng)一網(wǎng)管方面，OLT是主要的控制中心，實現(xiàn)網(wǎng)絡管理的功能，如在OLT上通過定義用戶寬帶參數(shù)來控制用戶業(yè)務質(zhì)量，通過編寫訪問控制列表層來實現(xiàn)網(wǎng)絡安全控制，通過讀取MIB庫獲取系統(tǒng)狀態(tài)以及用戶狀態(tài)信息等，還能提供有效的用戶隔離。

POS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)和集中上行數(shù)據(jù)。無源分光器的部署相當靈活，由于它是無源操作，幾乎可以適應于所有環(huán)境。一般一個POS的分線率為8、16，并可以進行多級連接。ONU放在用戶駐地側(cè)CPE。EPON中的ONU主要采用以太網(wǎng)協(xié)議，在中帶寬和高帶寬的ONU中實現(xiàn)了成本低廉的以太網(wǎng)第二層交換甚至是第三層路由功能。這種類型的ONU可以通過堆疊來為多個最終用戶提供很高的共享帶寬。由于使用以太網(wǎng)協(xié)議，在通信的過程中不再需要協(xié)議轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)ONU對用戶數(shù)據(jù)的透明傳輸。從OLT到ONU之間可以實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。ONU也支持其他傳統(tǒng)的TDM協(xié)議，而且不會增加設計和操作的復雜性。在更高帶寬的ONU中，將提供大量的以太接口和多個T1/E1接口。當然，對于光纖到家（FTTH）的接入方式，ONU和NIU可以被集成在一個簡單的設備中，不需要交換功能，從而可以在極低的成本下給終端用戶分配所需的帶寬。

在EPON系統(tǒng)中，從OLT經(jīng)過1：N光無源分路器到ONU的為下行信號，從ONU到OLT的為上行信號。EPON系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過不定長的數(shù)據(jù)包傳輸，數(shù)據(jù)包長度依照IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議，最長為1518字節(jié)。下行信息采用廣播方式從OLT發(fā)給多個ONU。每個包攜帶信頭唯一標識數(shù)據(jù)到達所要到達的特定ONU，有一些包發(fā)給所有的ONU，稱為廣播包，還有一些包是發(fā)給一組ONU的，稱為多播包。數(shù)據(jù)流通過光分路器后分為N路獨立的信號，當ONU接收到數(shù)據(jù)流時，只提取發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包，將發(fā)給其他ONU的數(shù)據(jù)包丟棄。從各個ONU到OLT的上行數(shù)據(jù)通過時分多址（TDMA）方式共享信道進行傳輸，OLT為每個ONU都分配一個傳輸時隙。這些時隙是同步的，因此當數(shù)據(jù)包耦合到一根光纖中時，不同ONU的數(shù)據(jù)包之間不會產(chǎn)生碰撞。上行技術是EPON的核心技術，對于采用TDMA上行技術方案的EPON系統(tǒng)的主要技術包括：定時與往返延時補償技術、TDMA復用技術、帶寬動態(tài)分配技術、初始測距和即插即用技術。

EOC（以太數(shù)據(jù)通過同軸電纜傳輸）技術是將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號IP DATA和有線電視信號TV RF采用頻分復用技術在同一根同軸電纜里共纜傳輸?shù)募夹g。EOC技術方案有低頻方案和高頻方案兩種。低頻方案所用頻段為5～65MHz，低頻技術主要有HomePNA、HomePlug BPL和HomePlug AV，后兩種也被稱為PLC技術。高頻方案所用頻段在900MHz以上，高頻技術方案主要有WiFi（降頻）和MOCA。

HomePNA是Home Phoneline Networking Alliance（家庭電話線網(wǎng)絡聯(lián)盟）的簡稱，Home PNA技術可以利用家庭已有的電話線路，快速、方便、低成本地組建家庭內(nèi)部局域網(wǎng)，利用家庭內(nèi)部已經(jīng)布設好的電話線和插座，不需要重新布設5類線，增加數(shù)據(jù)終端如同增加話機一樣方便。HomePNA 3.0提供了對視頻業(yè)務的支持，除了可以使用電話線為傳輸媒體外，也可使用同軸電纜，HomePNA over Coax為廣電行業(yè)應用HomePNA技術奠定了基礎。它可與大部分家庭網(wǎng)絡設備，如Ethernet、802.11及IEEE1394等設備聯(lián)接使用。HomePNA的調(diào)制方式為FDQAM，有8個子載波，MAC層工作模式為CSMA/CA。

HomePlug（HomePlug Powerline Alliance）主要有HomePlug BPL和HomePlug AV兩種，HomePlug技術能實現(xiàn)在電力線、電話線以及同軸電纜上數(shù)據(jù)傳輸。目前廣電行業(yè)已將該類技術廣泛應用到同軸電纜，采用OFDM正交頻分多路復用技術，工作頻率為2-28MHz，PHY速率可達72Mbps。HomePlug采用的基本技術特征是：其物理層采用的是具有高級前向糾錯、通道預估和自適應能力的OFDM調(diào)制方式，而在MAC層則綜合使用具有QoS保證的TDMA時分多址有序接入和CSMA競爭接入兩種方式，并通過快速自動重發(fā)請求（ARQ）可靠傳送。HomePlug BPL和HomePlug AV的調(diào)制方式均為OFDM，HomePlug BPL子載波數(shù)量為1024或896個，HomePlug AV子載波數(shù)量為1155個，可用917個。HomePlug BPL的MAC層工作模式為TDMA，HomePlug AV的MAC層工作模式為CSMA/CA。MAC層都采用Master-Slave結(jié)構，TDMA確保高性能和QoS，CSMA確保即插即用。由于HomePlug技術是基于電力線傳輸基礎上發(fā)展的，考慮到電力線應用的惡劣環(huán)境，其協(xié)議中關于糾錯方面考慮較多，在一定程度影響了其傳輸時有效數(shù)據(jù)載荷的效率，但同時也增強了該方案的抗干擾性能。

Wi-Fi降頻技術方案也稱WLAN，采用802.11b標準，通常應用是采用高頻段2.5GHz，在Cable上承載時，可移頻至950M，占用40M頻寬，可為用戶提供108MHz的物理層速率；WLAN自身是一種經(jīng)廣泛驗證和規(guī)模使用的無線技術，目前越來越多的終端內(nèi)置了WLAN模塊，但在廣電特殊的應用環(huán)境下不可能照搬WLAN技術，必須降頻使用，因此應用上又有新的特點。其調(diào)制方式為OFDM，子載波數(shù)量為64或52個，MAC層工作模式為CSMA/CA。

MoCA是同軸電纜多媒體聯(lián)盟，MoCA以同軸電纜（Coax）來提供多媒體視頻信息傳遞的途徑，它們利用Entropic的技術（c-link）作為MoCA1.0規(guī)范的依據(jù)，為多媒體業(yè)務提供更好的QoS。MoCA的頻率與原廣電的頻率不同，從800MHz到1500MHz，每一個頻段50MHz，MOCA技術的調(diào)制速率最高，達270Mbps。MoCA是專門為適應Cable網(wǎng)絡開發(fā)的一種用于家庭聯(lián)網(wǎng)的技術，和WLAN相比，帶寬更寬，抗干擾能力也更好。其調(diào)制方式為OFDM，子載波數(shù)量為256個，MAC層工作模式為CSMA/CA。

各方案在物理層性能、數(shù)據(jù)處理能力、組網(wǎng)能力、業(yè)務和設備管理能力以及設備穩(wěn)定性等方面均各有特點與優(yōu)勢。各種技術方案實現(xiàn)的EOC系統(tǒng)有較大差異，目前不能實現(xiàn)不同技術方案設備間互連互通。EPON系統(tǒng)主要由OLT和ONU以及分離器（Splitter）構成，OLT提供到IP城域網(wǎng)，IPTV承載網(wǎng)，NGN軟交換網(wǎng)上行接口。針對最終用戶不同的業(yè)務需求，運營商可靈活選擇終端ONU設備，滿足FTTH/FTTB/FTTC/FTTC+EOC等多種應用場景。典型的組網(wǎng)方案如圖1所示。

針對廣電運營商的EPON+EOC技術。OLT放置在網(wǎng)絡系統(tǒng)的前端，ONU放置于樓層，連接EOC局端設備，通過HFC入戶。用戶通過有線電視同軸電纜線傳輸和接收數(shù)據(jù)信號，同時不影響有線電視信號的傳輸和接收。EOC主機最大帶寬達到80M以上，最多可帶64個從機，多個從機共享主機帶寬。主機在連接一定數(shù)目從機的情況下，從機的帶寬可自動調(diào)節(jié)，用QoS可設置從機的帶寬，主機可進行SNMP網(wǎng)絡管理。橋接器可以延伸有線電視信號的傳輸距離，跨接各種有線電視信號放大器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號和電視信號一線傳輸。

目前EOC主流產(chǎn)品采用Homeplug AV/BPL技術，EOC頭端設備為纜橋交換機，采用模塊化設計，主要模塊有CATV模塊、ONU模塊、EOC頭端模塊和主控交換模塊。這些模塊都作為可選模塊配置在相應的機盒里。其中主控交換模塊只有在多端口纜橋交換機中才有運用。模塊化設計的好處在于，可以更加靈活地滿足廣電運營商不同時期的需求和將來的靈活擴展，極大限度地降低投資成本，獲得高回報。

不同地區(qū)的運營商可根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展情況、用戶密度、覆蓋率、開通率和用戶的帶寬需求情況，選購不同接口數(shù)量的纜橋交換機，安裝場合可以選擇室內(nèi)或室外。用戶終端設備按網(wǎng)絡接口的數(shù)量主要分單接口、雙接口和四網(wǎng)絡接口。EOC頭端模塊數(shù)量可以根據(jù)需要進行配置，每個模塊提供一路電視信號輸入和一路Cable混頻口，可同時傳輸和接收數(shù)據(jù)信號和有線電視信號的混合信號。CATV接入模塊支持單CATV接入口，提供一路有線電視接口，可傳輸有線電視信號。

主端通過耦合器可以支持多路下連同軸通道。采用高性能的光器件，分光比為1：32時覆蓋距離達到20km，分光比為1：64時覆蓋距離達到10km；1：64時平均帶寬可以達到15Mbit/s，滿足用戶的帶寬需求。典型應用如圖2所示，現(xiàn)網(wǎng)已鋪設光節(jié)點，纜橋交換機不用配置CATV模塊，通過射頻電纜接入到纜橋交換機，ONU模塊配置在纜橋交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)或互動電視信號的回傳。

如果現(xiàn)網(wǎng)由于光接機下移，纜橋交換機需要集成光接收功能。這時纜橋交換機需要配置CATV模塊，通過光纖將電視信號接入到纜橋交換機。ONU模塊配置在纜橋交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)或互動電視信號的回傳。另外一種情況，如果現(xiàn)網(wǎng)已鋪設光節(jié)點，ONU放置在外，接入幾個單端口的纜橋交換機，數(shù)據(jù)信號通過線纜接入到纜橋交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)或互動電視信號的回傳，電視信號通過射頻電纜接入到纜橋交換機。

廣電運營商采用EPON+EOC技術有助于綜合利用網(wǎng)絡資源，快速完成NGB接入層的建設，實現(xiàn)“數(shù)字化”“雙向化”改造，減少大量的重復建設，節(jié)約建設和運維成本。采用EPON+EOC方案，用戶無需對室內(nèi)布線做任何更改，只需增加CNU終端設備就可以實現(xiàn)雙向、交互、多功能、多業(yè)務，享受三網(wǎng)融合帶來的豐富內(nèi)容。

（作者單位：江西省廣播電視網(wǎng)絡傳輸有限公司）