下一代有線電視廣播網(wǎng)EPON EoC的解決方案

傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)僅支持單向下行廣播服務(wù)，為了提升用戶的ARPU值，運(yùn)營商亟待改造混合光纖同軸網(wǎng)絡(luò)（HFC），以提供雙向、互動服務(wù)。在下一代廣播網(wǎng)絡(luò)（NGB）中，基于EPON + EoC的下一代廣播網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供了簡單的端對端且基于以太網(wǎng)的分組網(wǎng)絡(luò)，可與現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)共同運(yùn)行。

傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)僅支持單向下行廣播服務(wù)，為了提升用戶的ARPU值，運(yùn)營商亟待改造混合光纖同軸網(wǎng)絡(luò)（HFC），以提供雙向、互動服務(wù)。在下一代廣播網(wǎng)絡(luò)（NGB）中，基于EPON + EoC的下一代廣播網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供了簡單的端對端且基于以太網(wǎng)的分組網(wǎng)絡(luò)，可與現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)共同運(yùn)行，如圖1所示。

圖1：下一代廣播網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在圖1中，EoC的局端設(shè)備包括同軸電纜寬帶接入終端（CBAT）及有線電視信號混合器，可為EoC網(wǎng)絡(luò)提供橋接及管理功能，以實(shí)現(xiàn)廣播電視的雙向服務(wù)，如：IPTV、VOD、HSD、VoIP及P2P游戲等。本文介紹了EPON及EoC技術(shù)的整體背景，并深入討論了可用于有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向改造的EPON EoC解決方案。

EPON、EoC技術(shù)特色

EPON：EPON技術(shù)可提供雙向1Gbs鏈路連接，下行波長為1490nm，上行波長為1310nm。下行數(shù)據(jù)流被傳送至所有ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元），在前導(dǎo)碼（邏輯鏈路ID）中加入LLID域來區(qū)別具體幀在PON網(wǎng)絡(luò)中的目的地；上行數(shù)據(jù)中，DBA負(fù)責(zé)為已注冊的ONU動態(tài)分配帶寬。EPON系統(tǒng)優(yōu)勢如下：

◎　便于集成及簡單實(shí)用——EPON是基于以太網(wǎng)技術(shù)，可在同一架構(gòu)上混合傳播VoIP、IPTV、數(shù)據(jù)及各種射頻數(shù)據(jù)流，同時可提供QoS機(jī)制以保證不同數(shù)據(jù)流的傳輸質(zhì)量。

◎　長距離——當(dāng)EPON網(wǎng)絡(luò)采用前向糾錯（FEC）時，可延伸至20公里甚至30公里。光纖架構(gòu)所產(chǎn)生的損失僅為每2000英尺1dB.

◎　低成本——由于采用了無源分光器，因此從長遠(yuǎn)來看，運(yùn)維成本將低于同軸電纜。

◎　高可靠性——作為無源且不包括任何耗電的電子元件的網(wǎng)絡(luò)，具備更高的可靠性。

EoC：以太網(wǎng)同軸網(wǎng)絡(luò)（EoC）是指在兩點(diǎn)或多點(diǎn)間采用同軸有線電纜傳輸以太網(wǎng)信號。主要包括：基帶（無源系統(tǒng)）或射頻調(diào)制（有源系統(tǒng)）兩種傳輸方式。基帶系統(tǒng)便于建立及使用，缺點(diǎn)是需要點(diǎn)對點(diǎn)連接以獲得適于IP網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)率（>10Mbps）；有源系統(tǒng)可支持多個客戶端器件連接至同一同軸電纜，且所有客戶端均可由一個設(shè)在節(jié)點(diǎn)的局端主件控制。目前有源系統(tǒng)可分為兩種：基于同軸電纜多媒體聯(lián)盟 (MoCA)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)及基于家庭電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟 (HPNA)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。MoCA與HPNA之間主要的區(qū)別是其使用的頻率范圍不同：MoCA采用于高于862MHz的頻率范圍，用于本地樓內(nèi)分配，而在最新的3.1版本中，HPNA則采用4～52MHz頻率范圍。

EPON + EoC解決方案

在國內(nèi)有線電視下一代廣播網(wǎng)絡(luò)中，EoC局端主器件扮演了一個關(guān)鍵性角色——橋接光纖及2同軸電纜，并在EoC網(wǎng)絡(luò)中管理客戶端設(shè)備的授權(quán)及傳輸。EoC主器件設(shè)備根據(jù)是否集成ONU可分為兩種。如圖2所示：

圖2： EoC局端主件設(shè)備類型

在類型A中，與電信公司目前部署的ONU類似，其ONU獨(dú)立于EoC的局端主器件。EoC主器件由控制CPU、EoC局端技術(shù)相應(yīng)的硅晶芯片（HPNA Master，MoCA網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)備或HomePlug）及一個可在輸出同軸電纜上疊加有線電視信號的混合器組成。采用這種模式時，PMC公司的MSP7150是一個理想的解決方案，可用來作為控制CPU及PCI總線的主控件。此外，在特定地區(qū)，EoC主器件設(shè)備需要提供第三層網(wǎng)關(guān)的一些功能，如路由、NAT及防火墻等，而MSP7150的硬件和軟件平臺完全可以支持這些功能。

在類型B中，ONU被集成進(jìn)EoC主器件中。該解決方案極大地降低了有線電視運(yùn)營商的設(shè)備及維護(hù)成本投入。采用該技術(shù)時，如無需網(wǎng)關(guān)功能，PMC PAS6301內(nèi)嵌的CPU可用于EoC網(wǎng)絡(luò)的控制CPU；否則系統(tǒng)就需要增加MSP7150作為控制CPU及提供相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)功能。

憑借成熟的EPON技術(shù)、高吞吐量及靈活的軟件架構(gòu)，PMC的EPON EoC解決方案可加速有線電視網(wǎng)絡(luò)的過渡發(fā)展。圖3為一個典型B類型器件，其采用了PMC的ONU、CPU解決方案及第三方合作伙伴的EoC局端主器件產(chǎn)品。

圖3：EPON EoC參考設(shè)計

圖3的設(shè)計設(shè)計方案可支持超過400Mbps的吞吐量，多個EoC主件節(jié)點(diǎn)及所需要的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理功能，包括VLAN、QinQ、PPPoE、DHCP、QoS、WebGUI及SNMP，另外，其還可支持包括路由、防火墻、NAT、Wi-Fi和VoIP在內(nèi)的增強(qiáng)服務(wù)功能，并具有豐富的擴(kuò)展空間可容納未來的應(yīng)用。

EoC技術(shù)詳解

下面簡要介紹基于PMC方案的HPNA及 MoCA兩種EoC技術(shù)，目前皆已應(yīng)用于系統(tǒng)中。其他EoC的解決方案，如HomePlug也較為普遍。

HPNA： HomePNA技術(shù)可提供具有QoS帶寬保證、遠(yuǎn)程管理及診斷能力，且高達(dá)320Mbps的物理數(shù)據(jù)傳輸速率，其系統(tǒng)局端主件不僅作為同軸電纜網(wǎng)絡(luò)及基于IP和以太網(wǎng)PON網(wǎng)絡(luò)的連接網(wǎng)關(guān)，且可管理所有客戶端設(shè)備。在基于HPNA3.1版本的系統(tǒng)中， 主件可支持并控制多達(dá)32個客戶端設(shè)備通過任意樹型或星型架構(gòu)連接至一個同軸電纜。典型的HPNA架構(gòu)見圖4。

HPNA3.1版本中定義了4種運(yùn)行模式，這4種模式占用不同的頻譜，不同的網(wǎng)絡(luò)可選擇使用對其最優(yōu)的運(yùn)行模式。

表 1：HPNA3.1 版本運(yùn)行模式

根據(jù)不同的頻率分配，物理數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)到320Mbps, 其可在半雙工方式下可實(shí)現(xiàn)最多32個客戶端設(shè)備間的動態(tài)分配。（如在半雙工方式下，HPNA系統(tǒng)采用同一頻譜范圍向客戶端設(shè)備傳送和接收）。

HPNA MAC層協(xié)議負(fù)責(zé)管理客戶端設(shè)備且同時確保每個客戶端設(shè)備的最大帶寬。除管理客戶端設(shè)備管理外，HPNA MAC層還支持管理QoS帶寬保證及優(yōu)化所需的全部功能，以使HPNA能夠應(yīng)用于需要保證傳輸帶寬的VoIP或類似的多媒體應(yīng)用中。

MoCA： MoCA 1.1版本可使MoCA以270Mbps的物理數(shù)據(jù)速率實(shí)現(xiàn)175Mbps的MAC層數(shù)據(jù)吞吐，其性能提升主要是通過集成多個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包至單個MoCA幀來實(shí)現(xiàn)，最新的MoCA2.0將通過利用高于有線電視服務(wù)的閑置頻段進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)傳輸速率，以使其重新成為數(shù)據(jù)傳輸速率最高的EoC技術(shù)。MoCA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖5。

圖5：MoCA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在MoCA網(wǎng)絡(luò)中，局端網(wǎng)絡(luò)控制器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)MoCA客戶端設(shè)備的認(rèn)證，通過MAP信息控制數(shù)據(jù)在終端中的傳輸及管理密鑰。MoCA1.1版本則引入了參數(shù)化QoS，以支持帶寬預(yù)留及設(shè)備接入控制。

針對國內(nèi)有線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域分割的的現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為，未來在網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的較量中，兩種EoC技術(shù)不會有最終的勝利者。不但如此，其他各種能夠?qū)崿F(xiàn)以太網(wǎng)幀在家庭網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)募夹g(shù)也會被采用，如HomePlug AV及基于同軸電纜的WiFi。

對于有線運(yùn)營商來說，未來無論選擇哪種接入技術(shù)，基于PMC公司PON芯片及CPU的EPON EoC方案均可很好地滿足他們的需求。

目前，國內(nèi)中國有線電視網(wǎng)絡(luò)正從傳統(tǒng)的HFC廣播網(wǎng)絡(luò)向雙向、互動、高速，基于全I(xiàn)P的下一代廣播網(wǎng)絡(luò)全面升級。EPON作為一種成熟的技術(shù)，非常適合替代HFC網(wǎng)絡(luò)中的光纖部分，而EoC技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已完全可以作為最后1公里網(wǎng)絡(luò)連接的解決方案來部署。 PMC公司的參考設(shè)計則可助力潛在的系統(tǒng)提供商及時開發(fā)EPON EoC解決方案。

* PMC-Sierra 是業(yè)界領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)半導(dǎo)體解決方案提供商，可同時支持EPON （IEEE 802.3ah）以及GPON（ITU-T G.984）兩種標(biāo)準(zhǔn)，并率先推出業(yè)界首款對稱及非對稱10G EPON參考設(shè)計平臺。PMC-Sierra 系統(tǒng)級芯片方案目前已運(yùn)行于全球超過800萬臺PON ONU設(shè)備中。