浅谈三网融合接入网EPON+EOC技术

杨振宇　李文

摘要：将EPON技术和EOC技术相结合，统一网管，组成整体，可以为广电三网融合的发展提供接入网络的最佳技术。EPON+EOC可提供数据、视频、语音于一体的三种播放的综合承载，通过一张接入网提供过去多张网络的功能。该方案在开发过程中充分考虑中国国情和当前广电网络的实际情况，在驻地网层面利用广电网已有的CABLE网络作为传输介质，节约了大量的综合布线成本和运维投资，兼具高性能和低成本。EPON+EOC技术满足广电数字电视的双向改造和国家三网融合的需要，将推动NGB产业在中国的深入发展，是面向广电运营商NGB网络接入层首选技术。

关键词：EPON EOC 双向改造 三网融合

EPON（Ethernet Passive Optical Network）技术由于高带宽、易维护的特点成为当前FTTX的主流承载技术，目前产业链发展完善，是电信运营商接入网络建设的首选技术。但是由于在驻地网层面采用光纤直接到户的成本较高，传统电信运营商基本上采用了FTTB+LAN或FTTB+DSL的方案，这样在尽量节约驻地网投资的前提下，获得了最佳的网络性能。

EPON+EOC技术是在现有HFC网络基础上构造的适用于广电网络系统的数字带宽用户接入网络，它在不影响现有CATV正常工作的前提下，以先进的调制解调技术，将以太网信号合成在同轴电缆中与原有的CATV信号一起传输，用于承载基于IP的数据、语音和视频等业务。它以较少的改造成本和工程量将原来单向的CATV网络改造成为一个双向的、能够承载多种业务的双向宽带网络平台，具有良好的适应性和灵活的组网方案。

EPON是一种利用无源光纤（PON）的拓扑结构来实现以太网接入的宽带接入技术，由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）工作组提出。EPON采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式，非常适合于在以太网之上提供多种业务。典型的EPON系统由OLT（Optical Line Terminal）、ONU（Optical Network Unit）、POS（passive Optical Splitter）组成。OLT放在中心机房（CO：Central Office），ONU放在网络接口单元（NIU：Network Interface Unit）附近或与其合为一体。POS是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行數据。

OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，它可以是一个L2交换机或者L3路由器，在下行方向它提供面向无源光纤网络的光纤接口；在上行方向它提供GE（Gigabi Ethernat），将来10Gb/s的以太网技术标准定型后，OLT也会支持类似的高速接口。在一个EPON系统中，OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台（MSPP），它提供面向无源光纤网络的光纤接口。根据以太网向城域和广域发展的趋势，OLT上将提供多个Gbit/s和10Gbit/s的以太接口，支持WDM传输。为了支持其他流行的协议，OLT还支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SONET的连接。如果需要支持传统的TDM话音，普通电话线（POTS）和其他类型的TDM通信（T1/E1）可以被复用连接到PSTN接口。OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoS/SLA的不同要求进行带宽分配、网络安全和管理配置。在EPON的统一网管方面，OLT是主要的控制中心，实现网络管理的功能，如在OLT上通过定义用户宽带参数来控制用户业务质量，通过编写访问控制列表层来实现网络安全控制，通过读取MIB库获取系统状态以及用户状态信息等，还能提供有效的用户隔离。

POS是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据和集中上行数据。无源分光器的部署相当灵活，由于它是无源操作，几乎可以适应于所有环境。一般一个POS的分线率为8、16，并可以进行多级连接。ONU放在用户驻地侧CPE。EPON中的ONU主要采用以太网协议，在中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层交换甚至是第三层路由功能。这种类型的ONU可以通过堆叠来为多个最终用户提供很高的共享带宽。由于使用以太网协议，在通信的过程中不再需要协议转换，可实现ONU对用户数据的透明传输。从OLT到ONU之间可以实现高速的数据转发。ONU也支持其他传统的TDM协议，而且不会增加设计和操作的复杂性。在更高带宽的ONU中，将提供大量的以太接口和多个T1/E1接口。当然，对于光纤到家（FTTH）的接入方式，ONU和NIU可以被集成在一个简单的设备中，不需要交换功能，从而可以在极低的成本下给终端用户分配所需的带宽。

在EPON系统中，从OLT经过1：N光无源分路器到ONU的为下行信号，从ONU到OLT的为上行信号。EPON系统的数据通过不定长的数据包传输，数据包长度依照IEEE802.3以太网协议，最长为1518字节。下行信息采用广播方式从OLT发给多个ONU。每个包携带信头唯一标识数据到达所要到达的特定ONU，有一些包发给所有的ONU，称为广播包，还有一些包是发给一组ONU的，称为多播包。数据流通过光分路器后分为N路独立的信号，当ONU接收到数据流时，只提取发给自己的数据包，将发给其他ONU的数据包丢弃。从各个ONU到OLT的上行数据通过时分多址（TDMA）方式共享信道进行传输，OLT为每个ONU都分配一个传输时隙。这些时隙是同步的，因此当数据包耦合到一根光纤中时，不同ONU的数据包之间不会产生碰撞。上行技术是EPON的核心技术，对于采用TDMA上行技术方案的EPON系统的主要技术包括：定时与往返延时补偿技术、TDMA复用技术、带宽动态分配技术、初始测距和即插即用技术。

EOC（以太数据通过同轴电缆传输）技术是将以太网数据信号IP DATA和有线电视信号TV RF采用频分复用技术在同一根同轴电缆里共缆传输的技术。EOC技术方案有低频方案和高频方案两种。低频方案所用频段为5～65MHz，低频技术主要有HomePNA、HomePlug BPL和HomePlug AV，后两种也被称为PLC技术。高频方案所用频段在900MHz以上，高频技术方案主要有WiFi（降频）和MOCA。

HomePNA是Home Phoneline Networking Alliance（家庭电话线网络联盟）的简称，Home PNA技术可以利用家庭已有的电话线路，快速、方便、低成本地组建家庭内部局域网，利用家庭内部已经布设好的电话线和插座，不需要重新布设5类线，增加数据终端如同增加话机一样方便。HomePNA 3.0提供了对视频业务的支持，除了可以使用电话线为传输媒体外，也可使用同轴电缆，HomePNA over Coax为广电行业应用HomePNA技术奠定了基础。它可与大部分家庭网络设备，如Ethernet、802.11及IEEE1394等设备联接使用。HomePNA的调制方式为FDQAM，有8个子载波，MAC层工作模式为CSMA/CA。

HomePlug（HomePlug Powerline Alliance）主要有HomePlug BPL和HomePlug AV两种，HomePlug技术能实现在电力线、电话线以及同轴电缆上数据传输。目前广电行业已将该类技术广泛应用到同轴电缆，采用OFDM正交频分多路复用技术，工作频率为2-28MHz，PHY速率可达72Mbps。HomePlug采用的基本技术特征是：其物理层采用的是具有高级前向纠错、通道预估和自适应能力的OFDM调制方式，而在MAC层则综合使用具有QoS保证的TDMA时分多址有序接入和CSMA竞争接入两种方式，并通过快速自动重发请求（ARQ）可靠传送。HomePlug BPL和HomePlug AV的调制方式均为OFDM，HomePlug BPL子载波数量为1024或896个，HomePlug AV子载波数量为1155个，可用917个。HomePlug BPL的MAC层工作模式为TDMA，HomePlug AV的MAC层工作模式为CSMA/CA。MAC层都采用Master-Slave结构，TDMA确保高性能和QoS，CSMA确保即插即用。由于HomePlug技术是基于电力线传输基础上发展的，考虑到电力线应用的恶劣环境，其协议中关于纠错方面考虑较多，在一定程度影响了其传输时有效数据载荷的效率，但同时也增强了该方案的抗干扰性能。

Wi-Fi降频技术方案也称WLAN，采用802.11b标准，通常应用是采用高频段2.5GHz，在Cable上承载时，可移频至950M，占用40M频宽，可为用户提供108MHz的物理层速率；WLAN自身是一种经广泛验证和规模使用的无线技术，目前越来越多的终端内置了WLAN模块，但在广电特殊的应用环境下不可能照搬WLAN技术，必须降频使用，因此应用上又有新的特点。其调制方式为OFDM，子载波数量为64或52个，MAC层工作模式為CSMA/CA。

MoCA是同轴电缆多媒体联盟，MoCA以同轴电缆（Coax）来提供多媒体视频信息传递的途径，它们利用Entropic的技术（c-link）作为MoCA1.0规范的依据，为多媒体业务提供更好的QoS。MoCA的频率与原广电的频率不同，从800MHz到1500MHz，每一个频段50MHz，MOCA技术的调制速率最高，达270Mbps。MoCA是专门为适应Cable网络开发的一种用于家庭联网的技术，和WLAN相比，带宽更宽，抗干扰能力也更好。其调制方式为OFDM，子载波数量为256个，MAC层工作模式为CSMA/CA。

各方案在物理层性能、数据处理能力、组网能力、业务和设备管理能力以及设备稳定性等方面均各有特点与优势。各种技术方案实现的EOC系统有较大差异，目前不能实现不同技术方案设备间互连互通。EPON系统主要由OLT和ONU以及分离器（Splitter）构成，OLT提供到IP城域网，IPTV承载网，NGN软交换网上行接口。针对最终用户不同的业务需求，运营商可灵活选择终端ONU设备，满足FTTH/FTTB/FTTC/FTTC+EOC等多种应用场景。典型的组网方案如图1所示。

针对广电运营商的EPON+EOC技术。OLT放置在网络系统的前端，ONU放置于楼层，连接EOC局端设备，通过HFC入户。用户通过有线电视同轴电缆线传输和接收数据信号，同时不影响有线电视信号的传输和接收。EOC主机最大带宽达到80M以上，最多可带64个从机，多个从机共享主机带宽。主机在连接一定数目从机的情况下，从机的带宽可自动调节，用QoS可设置从机的带宽，主机可进行SNMP网络管理。桥接器可以延伸有线电视信号的传输距离，跨接各种有线电视信号放大器，实现数据双向传输，真正实现数据信号和电视信号一线传输。

目前EOC主流产品采用Homeplug AV/BPL技术，EOC头端设备为缆桥交换机，采用模块化设计，主要模块有CATV模块、ONU模块、EOC头端模块和主控交换模块。这些模块都作为可选模块配置在相应的机盒里。其中主控交换模块只有在多端口缆桥交换机中才有运用。模块化设计的好处在于，可以更加灵活地满足广电运营商不同时期的需求和将来的灵活扩展，极大限度地降低投资成本，获得高回报。

不同地区的运营商可根据经济发展情况、用户密度、覆盖率、开通率和用户的带宽需求情况，选购不同接口数量的缆桥交换机，安装场合可以选择室内或室外。用户终端设备按网络接口的数量主要分单接口、双接口和四网络接口。EOC头端模块数量可以根据需要进行配置，每个模块提供一路电视信号输入和一路Cable混频口，可同时传输和接收数据信号和有线电视信号的混合信号。CATV接入模块支持单CATV接入口，提供一路有线电视接口，可传输有线电视信号。

主端通过耦合器可以支持多路下连同轴通道。采用高性能的光器件，分光比为1：32时覆盖距离达到20km，分光比为1：64时覆盖距离达到10km；1：64时平均带宽可以达到15Mbit/s，满足用户的带宽需求。典型应用如图2所示，现网已铺设光节点，缆桥交换机不用配置CATV模块，通过射频电缆接入到缆桥交换机，ONU模块配置在缆桥交换机，实现数据或互动电视信号的回传。

如果现网由于光接机下移，缆桥交换机需要集成光接收功能。这时缆桥交换机需要配置CATV模块，通过光纤将电视信号接入到缆桥交换机。ONU模块配置在缆桥交换机，实现数据或互动电视信号的回传。另外一种情况，如果现网已铺设光节点，ONU放置在外，接入几个单端口的缆桥交换机，数据信号通过线缆接入到缆桥交换机，实现数据或互动电视信号的回传，电视信号通过射频电缆接入到缆桥交换机。

广电运营商采用EPON+EOC技术有助于综合利用网络资源，快速完成NGB接入层的建设，实现“数字化”“双向化”改造，减少大量的重复建设，节约建设和运维成本。采用EPON+EOC方案，用户无需对室内布线做任何更改，只需增加CNU终端设备就可以实现双向、交互、多功能、多业务，享受三网融合带来的丰富内容。

（作者单位：江西省广播电视网络传输有限公司）