淺析淮安有線DOCSIS3.0解決方案

高睿 江蘇有線淮安分公司

江蘇有線淮安分公司已建成覆蓋清河、清浦、開發(fā)區(qū)的多功能、高質(zhì)量的傳輸網(wǎng)絡(luò)。在有線電視光纖、電纜混合網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建設(shè)完成了覆蓋全市的SDH傳輸，利用HFC光纖同軸混合網(wǎng)，借助CABLE MODEM實現(xiàn)了寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。江蘇有線淮安分公司正在并將繼續(xù)充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，拓寬服務(wù)領(lǐng)域，以市場為依托，用戶需求為導(dǎo)向，開展多方位、專業(yè)化的信息服務(wù)。

1．摩托羅拉CMTS解決方案特點

1.1 開放性與先進性

MOTOROLA公司的BSR設(shè)備遵循開放標準協(xié)議，支持與其他廠家網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的互連，確保用戶始終有選擇的權(quán)利。

BSR64000、BSR2000遵循（Euro）DOCSIS1.1/2.0和PACKETCABLE標準，并通過DOCSIS2.0認證，能夠與其他廠家符合標準的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品互連互通。

BSR64000通過DOCSIS3.0認證，TX32卡是業(yè)界目前下行密度最高的板卡，確保給用戶提供最先進的Docsis3.0技術(shù)。

1.2 靈活的擴展性

摩托羅拉的寬帶業(yè)務(wù)路由器為用戶接入寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供了高度靈活性。運營商可根據(jù)當(dāng)前的實際情況配置其系統(tǒng)。隨著時間的推移，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，多媒體應(yīng)用也會相應(yīng)增加。運營商可以通過增加CMTS或者板卡，靈活地擴大系統(tǒng)的容量。BSR64000的設(shè)計確保了在網(wǎng)絡(luò)容量擴展的情況下，系統(tǒng)性能不受影響。

使用摩托羅拉BSR64000，可以方便靈活的擴展網(wǎng)絡(luò)，平滑升級到Docsis3.0。通過高效監(jiān)控影響HFC網(wǎng)絡(luò)性能的因素，從而持續(xù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，不斷提高帶寬。同時，充分利用已經(jīng)部署的DOCSIS 1.X和2.0 CM。高級頻譜管理特性允許運營商優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸速率，消除或避免各種降低網(wǎng)絡(luò)性能的因素，可以提供包括回傳噪聲抑制、后置均衡、復(fù)雜的噪聲測定和侵入噪聲消除等處理能力。對路由選擇、服務(wù)質(zhì)量（QoS）和CMTS功能進行統(tǒng)一管理，并能夠根據(jù)不斷發(fā)展的客戶需求和新業(yè)務(wù)的推出，進行靈活經(jīng)濟地擴展。

1.3 很好地支持VOIP

BSR64000系列產(chǎn)品通過DOCSIS1.1/2.0/3.0認證以及PacketCable1.0/1.1，PCMM認證。并且BSR64000 支持N+1冗余備份，在任何一塊CMTS板卡發(fā)生故障時，備份CMTS板卡會接替其工作，從而保證了電信級的可靠性，為VOIP業(yè)務(wù)的開展提供了堅實的基礎(chǔ)。另外，BSR中具有外部時鐘接口，用于與外部時鐘進行同步，這也是VOIP業(yè)務(wù)所需要的功能。

同時，本方案推薦的Incognito BCC部署系統(tǒng)，可以很好支持VOIP的部署，其主要優(yōu)點有：

（1）功能強大，很好地支持VOIP。全部內(nèi)嵌集成EMTA VOIP部署的DHCP選項。

（2）界面友好，配置簡單。全部內(nèi)嵌集成20多家主流廠家的SIP語音設(shè)備MIB庫。

（3）動態(tài)生成EMTA配置文件，使得VOIP的部署非常容易。

（4）數(shù)據(jù)庫用戶數(shù)據(jù)管理方面，支持自帶數(shù)據(jù)庫，也可支持LDAP數(shù)據(jù)庫。

（5）提供豐富的API接口，很方便的與BOSS系統(tǒng)集成。

1.4 平滑升級到Docsis3.0，保護投資用戶

BSR64000全面支持DOCSIS3.0，其I-CMTS Docsis3.0解決方案，可平滑升級，簡單快捷，節(jié)省用戶投資。

新增的TX32卡不需要更換原有的設(shè)備或板卡，也不需要新增其它設(shè)備。在利用原有的機框和板卡情況下，僅僅通過軟件升級即可支持Docsis3.0。

TX32卡為目前業(yè)界密度最高的Docsis3.0解決方案，且大大降低了每下行成本，目前TX32卡支持軟件版本已經(jīng)正式發(fā)布，全球出貨超過1000塊。

摩托羅拉將推出48路純上行板卡RX48，從而實現(xiàn)上下行完全獨立的擴展，且RX48卡和現(xiàn)在TX32卡一樣，完全兼容目前Docsis2.0設(shè)備，不需要更換或者外接新的設(shè)備。

1.5 動態(tài)負載均衡

BSR64000支持上行和下行的負載均衡，不僅包括注冊時基于CM數(shù)量的靜態(tài)負載均衡，還包括基于使用過程中基于端口流量的動態(tài)負載均衡。

可在BSR64000中制定負載均衡策略，并將其應(yīng)用到相應(yīng)的Cable端口，當(dāng)端口的使用率差值觸發(fā)相應(yīng)的閥值時，即可觸發(fā)負載均衡策略，CM將自動在系統(tǒng)DCC指導(dǎo)下改變所處的物理通道，從而及時知道端口流量達到所要求的均衡。

使用動態(tài)負載均衡，可以配合Docsis3.0的信道捆綁技術(shù)，大幅度提高用戶帶寬。使用Docsis3.0后，網(wǎng)絡(luò)里所有Docsis2.0的CM將在物理上可以鎖定多個頻點，使用動態(tài)負載均衡技術(shù)，將可以使CM均勻的利用這些綁定的頻點，大大提高帶寬的利用率。

1.6 Cable流量策略管理

BSR64000支持Cable流量策略管理技術(shù)（CTP）。使用此技術(shù)，可以有效限制現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中P2P應(yīng)用泛濫的情況。通過對網(wǎng)絡(luò)中大量使用P2P惡意下載造成網(wǎng)絡(luò)擁塞的用戶流（servce_flow）進行控制和限制，可大幅度改善網(wǎng)絡(luò)帶寬使用狀況。

當(dāng)某個用戶業(yè)務(wù)流（servce_flow）達到觸發(fā)CTP流量管理策略時，BSR64000會對用戶業(yè)務(wù)流進行控制，可以在一段時間限制其下載帶寬。BSR64000可以對CMTS內(nèi)上萬個業(yè)務(wù)流同時進行監(jiān)控，而不影響CMTS處理和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

CMTS的Cable流量策略管理策略可以配合網(wǎng)絡(luò)出口的L4流量限制設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)里占用大量帶寬的P2P應(yīng)用進行限制。

2．CMTS DOCSIS3.0擴容解決方案

2.1 淮安有線現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

隨著淮安有線雙向VOD業(yè)務(wù)的全面開展，CMTS作為雙向機頂盒回傳通道，最近兩年發(fā)展非常迅速，同時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的速度非常迅速，對帶寬提出了更高的要求。

圖1 淮安有線現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

D3.0改造前，淮安有線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用多種分布方式，一個光發(fā)下可能帶4、6或8路光節(jié)點，我們以4路光節(jié)點為例，圖1是淮安有線現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，CMTS系統(tǒng)配置為一張2:8卡，設(shè)置成兩個1x4的MAC域，每個下行通過一個正向光發(fā)，帶4個光節(jié)點，每個光節(jié)點回傳連接一個單獨上行。下行調(diào)制使用256QAM，帶寬為50M，上行調(diào)制使用最多的是3.2MHz帶寬，32QAM調(diào)制，帶寬為12M 。

計算每個光節(jié)點的實際帶寬：每個下行覆蓋4個光節(jié)點，則每個光節(jié)點的帶寬：1/4=0.25下行/光站，即：0.25×50M=12.5Mbps/光站 (256QAM)。每個光節(jié)點接一路上行：1上行/光站，即：12Mbps/光站(32QAM/3.2MHZ)。

網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)業(yè)務(wù)是不對稱的，下行需求要多于上行需求，如果按照數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上下行帶寬需求為1：2設(shè)計，上面計算的目前上下行的帶寬比為1:1，但下行需求更為迫切，僅為需求寬帶的1/2，所以目前下行成為接入網(wǎng)運行的瓶頸。

在此階段，可以繼續(xù)以DOCSIS2.0為技術(shù)方案，從數(shù)量上進行擴容。這樣的優(yōu)點是有成熟的維護經(jīng)驗，無需改動現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。缺點是擴容成本較大，而且不利于未來向DOCSIS3.0遷移，也不能充分利用淮安高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)帶來的帶寬潛力。

根據(jù)目前淮安的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，可以選擇全面部署Docsis3.0的方案。這個方案的優(yōu)點是擴容成本低，充分利用了網(wǎng)絡(luò)上行的潛力。缺點是需要改動機房內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)分配網(wǎng)絡(luò)。

2.2 D3.0擴容方案一

D3.0擴容方案一見圖2。摩托羅拉BSR64000機框插1張DOCSIS3.0的TX32卡，配合8張2：8卡。

MAC域：此配置為一個6x8的MAC域，TX32卡的一個端口提供4個下行，2:8卡提供2個下行，共6個下行；上行為2:8卡的8個上行；共同組成一個MAC域。對比現(xiàn)在的1x4MAC域，有較大的調(diào)整。需要注意的是，BSR64000的每個MAC域支持2K個CM，原來每個2x8卡劃為2個MAC域，即可以支持4K個CM，現(xiàn)在劃為一個MAC域，每張2x8卡只可以支持2K個CM，對于目前帶VOD機頂盒內(nèi)置CM數(shù)量較多的情況，需要引起注意。這要求平均每個2:8卡上行的CM需要控制在250以內(nèi)，目前很多上行端口CM都超過了此要求。

帶寬計算：如圖2，6下行覆蓋8個光節(jié)點，則每個光節(jié)點的帶寬：6/8=0.75下行/光站，即：0.75×50M=37.5Mbps/光 站 (256QAM)。 每 個 光 節(jié)點接一路上行：1上行/光站，即：12Mbps/光站(32QAM/3.2MHZ)。可以使現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)下行帶寬提高3倍。

圖2 D3.0擴容方案一

分配網(wǎng)調(diào)整：原來2:8卡的下行直接連接到正向光發(fā)，現(xiàn)在需要經(jīng)過一些混合和分配，詳見圖2。需要注意的是TX32卡端口的發(fā)射電平，如果使用4個下行信道，最大發(fā)射電平為52dBmv，目前2:8卡下行發(fā)射電平最大為58dBmv。

2.3 D3.0擴容方案二

摩托羅拉BSR64000機框插2張DOCSIS3.0的TX32卡，配合8張2：8卡。(5x4 MAC

圖3 D3.0擴容方案二

圖4 D3.0擴容方案三（4x6 MAC域）

MAC域：此配置為一個5x4的MAC域，TX32卡的一個端口提供4個下行，2:8卡提供1個下行，共5個下行；上行為2:8卡的4個上行；共同組成一個MAC域。對比現(xiàn)在的1x4MAC域，調(diào)整不大，原來每個2x8卡劃為2個MAC域，現(xiàn)在相當(dāng)于原來的一個MAC域加入了4個TX32卡的下行。每張2:8卡仍然可以支持4K個CM（2個MAC域）。

帶寬計算：如圖3，5下行覆蓋4個光節(jié)點，則每個光節(jié)點的帶寬：5/4=1.25下行/光站，即：1.25×50M=62.5Mbps/光 站 (256QAM)。 每 個 光 節(jié)點接一路上行：1上行/光站，即：12Mbps/光站(32QAM/3.2MHZ)?？梢允宫F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)下行帶寬提高5倍。

分配網(wǎng)調(diào)整：原來2:8卡的下行直接連接到正向光發(fā)，現(xiàn)在需要經(jīng)過一個混合，詳見圖3。相比方案一，擴容方案二比較簡單。需要注意的是TX32卡端口的發(fā)射電平，如果使用4個下行信道，最大發(fā)射電平為52dBmv，目前2:8卡下行發(fā)射電平最大為58dBmv，注意在2:8卡輸出端口加上衰減使得和TX32卡端口電平一致。

2.4 D3.0擴容方案三

摩托羅拉BSR64000機框插4張DOCSIS3.0的TX32卡，4張RX48卡。（4x6 MAC域）

MAC域：此配置為一個純DOCSIS3.0方案，即上下行都為多信道傳輸方式。這是一個4x6的MAC域，即TX32卡的一個端口提供4個下行，覆蓋四個光節(jié)點，4路回傳連接到RX48卡一個端口上，RX48一個端口提供6路上行，共同組成一個MAC域。每張RX48卡配置8個MAC域，每個MAC域仍然可以支持2K個CM。（RX48卡最多支持16個MAC域，每個MAC域最多8K個CM，單張RX48卡最多支持16K個CM。）

帶寬計算：如圖4，4下行覆蓋4個光節(jié)點，則每個光節(jié)點的帶寬：4/4=1下行/光站，即：1★50M=50Mbps/光站 (256QAM)。4個光節(jié)點接6路上行：6/4=1.5上行/光站，即：10★1.5=15Mbps/光站 (16QAM/3.2MHZ)?？梢允宫F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)下行帶寬提高4倍，上行提高1.5倍。

分配網(wǎng)調(diào)整：需要注意的是TX32卡端口的發(fā)射電平，如果使用4個下行信道，最大發(fā)射電平為52dBmv?；貍骷恿?混合器，增加了7-8dB的衰減，需要調(diào)整原來上行的分配網(wǎng)，使RX48的接收電平仍然為0dB。

存在問題：方案三在實際部署中，需要在有限的5-65MHZ的上行頻帶里提供多達6個頻點，如果是3.2MHZ帶寬/頻點，共需要19MHZ的帶寬。這對于上行信道的質(zhì)量提出了非常高的要求。如果上行頻帶只能找出3-4個信噪比比較好的信道，則上行帶寬跟原來D2.0的時候基本一樣。而且，經(jīng)過4混后，上行信道的信噪比降低了8個dB左右，是否仍然可以開16QAM？如果降成QPSK，則上行信道帶寬會進一步降低。

2.5 D3.0擴容方案四

摩托羅拉BSR64000機框插3張DOCSIS3.0的TX32卡，6張RX48卡。

MAC域：此配置為一個純D3.0方案，即上下行都為多信道傳輸方式。這是一個4x8的MAC域，即TX32卡的一個端口提供4個下行，覆蓋四個光節(jié)點，4路回傳連接到RX48卡2個端口上，RX48的2個端口提供8路上行，共同組成一個MAC域。每張RX48卡配置4個MAC域，每個MAC域可以支持4K個CM。（RX48卡最多支持16個MAC域，每個MAC域最多8K個CM，單張RX48卡最多支持16K個CM。）

圖5 D3.0擴容方案四（4x8 MAC域）

帶寬計算：如圖5，4下行覆蓋4個光節(jié)點，則每個光節(jié)點的帶寬：4/4=1下行/光站，即：1×50M=50Mbps/光站 (256QAM)。4個光節(jié)點接 8路上行：8/4=2上行/光站，即：10×2=20Mbps/光站 (16QAM/3.2MHZ)。可以使現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)下行帶寬提高4倍，上行提高2倍。

分配網(wǎng)調(diào)整：需要注意的是TX32卡端口的發(fā)射電平，如果使用4個下行信道，最大發(fā)射電平為52dBmv?；貍骷恿?混合器，增加了3-4dB的衰減，需要調(diào)整原來上行的分配網(wǎng)，使RX48的接收電平仍然為0dB。

解決問題：擴容方案四減少了上行頻點的數(shù)量，在有限的5-65MHZ的上行頻帶里提供4個頻點，如果是3.2MHZ帶寬/頻點，共需要13MHZ的帶寬。而且，兩路回傳經(jīng)過2混，上行信道的信噪比降低了3-4個dB左右，上行的帶寬也進一步得到提升。

2.6 擴容方案比較

總體來說，對于已有2:8卡的機房，推薦方案二，對于新建的機房，推薦方案四，使用純的D3.0方案。方案二對于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的改造較少，最重要的是，由于采用5x4的MAC域，一張2:8卡可以劃分為兩個MAC域，整個BSR64000帶的CM數(shù)量比方案一要多一倍。如果采用方案一，網(wǎng)絡(luò)改造比較麻煩，更重要的是，如果現(xiàn)有2：8卡兩個下行超過2K用戶，會使得6x8的MAC域超出2K的限制（2:8的一個MAC域最多2K個CM），會需要將某些光節(jié)點轉(zhuǎn)移到別的卡上。

鑒于上面的分析，對于已有2:8的機房，推薦方案二。

方案三的問題在方案中已經(jīng)有了描述，由于實際網(wǎng)絡(luò)中上行信道的一些限制，這些問題會影響實際部署，方案四很好的解決了這些問題。

2.7 DOCSIS3.0分配網(wǎng)改造方案

Motorola DOCSIS 3.0 TX32卡一個端口最多可以產(chǎn)生4個信道的信號，所以射頻參數(shù)較原來2：8卡有所改動。TX32卡的端口最大發(fā)射電平根據(jù)啟用的信道數(shù)量，信道越多，功率越低。使用1個下行信道最大電平60dBmv，使用2個下行信道最大電平56dBmv，使用4個下行信道最大電平52dBmv。這是由于下行的發(fā)射功率一定（60dBmv），要分到2個信道，就降低大約4dB，要分到4個信道，降低大約8dB。比如目前主流的IPQAM如果是單端口4信道輸出，電平大概也是52－55dBmv。

DOCSIS模塊支持所有的DOCSIS調(diào)制模式，實現(xiàn)per-flow包分類，應(yīng)用QoS策略，完成分布式轉(zhuǎn)發(fā)。每個模塊支持全頻譜、可調(diào)諧的RF輸出，簡化了操作，省去了外接上變頻器帶來的額外成本和管理費用。一個整合的射頻交換機將每個DOCSIS組件的輸入和輸出連接到射頻設(shè)備，并允許1：N的冗余。DOCSIS模塊支持自動射頻切換，并采用單個備用模塊備份機架中所有的其它DOCSIS模塊的備份方式。系統(tǒng)以交叉連接的方式為模塊間提供2.1Gbps雙向無阻塞的數(shù)據(jù)包交換，為此系統(tǒng)采用了冗余的64Gbps帶寬的交換結(jié)構(gòu)。這種分布式的架構(gòu)提供在HFC網(wǎng)絡(luò)上快速部署，能夠產(chǎn)生經(jīng)濟效益的服務(wù)所需的密度和性能。

兩種方案分配網(wǎng)的電平要求以及分配網(wǎng)的改造示意圖見圖6、圖7。

需要注意的是，目前分配網(wǎng)CMTS下行信號和IPQAM、廣播信號都是通過分配網(wǎng)混合后再進入光發(fā)，這對于最后一級分配器的隔離度要求較高。TX32卡端口的發(fā)射電平，如果使用4個下行信道，最大發(fā)射電平為52dBmv。上行要調(diào)整分配網(wǎng)，保證RX48的接收電平為0dB。

圖6 方案一的分配網(wǎng)絡(luò)改造

圖7 方案二的分配網(wǎng)絡(luò)改造

3．結(jié)束語

日益增長的市場需求，使得HFC網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量越來越重要，相應(yīng)的硬件設(shè)備和互聯(lián)通信標準也越來越成熟?；窗灿芯€一直致力于對全網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，此舉大大提升了HFC網(wǎng)絡(luò)上行回傳的質(zhì)量，通過穩(wěn)步改善上下行帶寬，提高了用戶體驗。