浅谈广电网络EOC与C-DOCSIS双向网改技术方案

张 宇

内蒙古广播电视网络集团有限公司 内蒙古 呼和浩特市 010050

浅谈广电网络EOC与C-DOCSIS双向网改技术方案

张 宇

内蒙古广播电视网络集团有限公司 内蒙古 呼和浩特市 010050

随着NGB建设进程的加速，各地广电运营商HFC双向网改造的加快。本文从笔者实际工作出发，以广电网络发展为出发点，结合当前实际，提出EOC与C-DOCSIS双向网改的技术方案。

广电网络 改造 技术方案

1 广电网络发展

随着NGB建设进程的加速，各地广电运营商HFC双向网改造的加快。支持融合电视、互联网和语音等全业务传送的通信网络正在逐步成熟。在国家三网融合政策的强力推动下，广电行业面临历史性的发展机遇。多业务综合承载对接入网提出了很高的要求，所以广电当前面临着最重要的任务之一是加快有线电视网络双向化改造，建设下一代广播电视网，提升广电网络整体水平，从而确保广电在三网融合的竞争中取得优势。

在对广电网络的改造技术之前，必须清楚的认识目前HFC网络的现状和优缺点，另外广电网络现在也越来越深切的体会的到来自电信运营商视频业务所带来的压力，因此如何充分利用现有网络成为了当前广电系统关注的重点。

1.1 最为广泛的纤缆资源

广播电视行业一致承担着党和国家舆论宣传的政治任务，为此其拥有遍布城乡的光纤，同轴电缆和微波资源。在城市中，绝大多数地方已经实现了光纤到小区、同轴电缆入户。总体来看其纤缆的网络优势可以总结为以下几点：拥有分布面最广的光纤传输网；丰富的传输资源和运行维护经验；清晰的城域网结构，可快速分批建设接入网络平台；城市同轴电缆入户率超过99%，便于拓展最终用户。

1.2 庞大的用户群

“可以不打电话，但不能不看电视”，这是多数群众的一致反馈。多年的广播电视业务的发展，使得广电在全国各地自然拥有数量最多的最终用户。

在连接这些用户的既有网络上实施双向改造，便成为各地广电平滑推进广电网络向综合信息网络转变、拓展“三网融合”业务的必有之路。

但比照其他运营商而言，广电网络也存在以下比较劣势：宽带运营经验缺乏；

宽带增值业务研究和开展时间短；既有网络仅支持单向广播等。

1.3 广电网络发展的方向

HFC双向改造是目前充分利用和整合广电系统资源的推动力。

在当前对于广电网络双向改造的技术种类很多，主要分为两大类：一类是所谓广电A/B网概念，即传统模拟电视业务仍然在同轴线路上传送，对于数据业务回传通道等业务实现采用重新铺设网络的方式实现，在这一类改造方案中最为成熟和常见的是FTTB＋LAN方式；另一大类是利用现有同轴资源，通过不同频段划分方式，实现模拟电视业务同数据业务共同传送，技术中最具有代表性的技术包括C-DOCSIS以及EOC技术。

广电系统的同轴电缆网是目前所看到最为理想的数据传输媒介之一，尤其在最后一百米的带宽支持能力远远高于电信运营商通常所采用的五类线或电话线资源。另外，考虑到网络改造所花费的成本、工期等因素需要耗费大量资源，现今越来越多的广电网络公司更加看好利用现有同轴电缆来实现双向网络改造的方式。

1.4 EOC技术特点

EOC源于欧洲，原文是“Ethernet over Coax”，也就是以太网信号在同轴电缆上的一种传输技术，原有以太网络信号的帧格式没有改变。我们称之“无源EoC”。现在涌现出很多的技术和解决方案，将以太网络信号经过调制解调等复杂处理后通过同轴电缆传输。现在也被称之为“Ethernet over Coax”，但是与原始所述的有非常大的差别。同轴电缆上传输的信号不再保持以太网络信号的帧格式，严格地从技术的角度讲是不可称之为“EoC”的。这类技术主要有以下四种：HomePNA、HomePlug、WiFi、MoCA。我们总称之“有源EoC”或“调制型EoC”。

HomePlug AV是由电力线通信技术领域的权威国际机构——家庭插电联盟（HomePlug）制定 PLC技术规范，包括HomePlug 1.0、Home-Plug 1.0-Turbo、HomePlug AV、HomePlug BPL、HomePlug Command&Control以及最新HomePlug AV+IEEE 1901。

HomePlug采用的基本技术特征是：Home-Plug AV在物理层采用具有高级前向纠错、通道预估和自适应能力的OFDM。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 AV支持TDMA和FDMA，即兼容时分多址和频分多址，以便兼容BPL宽带接入。HomePlug AV前向兼容HomePlug 1.0。HomePlug AV协议栈支持多种上层协议，如802.3、IP和UPNP得以全向兼容以太网业务。

HomePlugAV over Coax同样是完整地借用HomePlug协议，只是修改前端耦合等电路设计来实现。HomePlugAV over Coax使得原来HomePlug比较难以处理的问题得到很好的解决，如：

（1）数据流量性能大大优于HomePlug在电力线上传输的性能，MAC层吞吐量可达350M。如图1所示。

（2）抗噪声能力也有进一步提升（特别是低频），同轴线比电力线有更好的信号屏蔽能力，和更小的功率衰减。

图1 HomePlug技术发展演进图

业界中应用最为广泛的HomePlug AV技术的芯片方案为高通AR74XX系列芯片，其EOC频谱范围为：7.5～65MHz，频段内2452个可用载波，载波间隔24.4k，采用OFDM物理介质调制技术，包括许多均匀分布的载波，每个载波采用正交调制，数据链路层传输速率实际最大值可以达到350Mbps，如图2所示。

图2 HomePlug AV技术频率范围及子载波

OFDM的基本思想就是将高速的数据流分配到多个相互正交的子载波上同时传输，其技术优点，如图3所示。

图3OFDM调制技术特点

（1）抗频率选择性衰落和窄带干扰能力强。

（2）增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力。

（3）抗多径效应能力强。

（4）FEC纠错，适应更差更严格环境。

同时，HomePlug AV技术采用频域适配技术，来保证在噪声干扰处理上的最大物理带宽的使用，如图4所示。

图4 HomePlug AV技术频域适配技术

（1）受干扰的载波可以动态调制来取得最大性能。

（2）在低误码率的情况下维持高的吞吐量。

（3）适配长距线路和分配器所造成的各种信道变换特性。

（4）每载波的调制位数由信道评估过程动态调整。

（5）位负载调制：BPSK到1024QAM

（6）调制位数在在2到10之间可变。

HomePlug AV技术EOC方案技术特点总结：

（7）EOC频谱范围为：7.5～65MHz；

（8）信道频宽：57MHz；

（9）物理层带宽：700Mbps；

（10）MAC层带宽：350Mbps千兆网口上联；

（11）网络标准：Homeplug AV IEEE1901；

（12）最大并发用户数：128最大；

（13）采用Turbo Code前向纠错编码和AES 128；

（14）输出电平：110-120dbuV；

（15）抗噪声能力强：无需大规模改造网络；

（16）传输距离远：可达700M以上，能跨接多级放大器；

（17）射频性能优：输出电平110-120dbuV可选，反射损耗大，插入损耗小；

（18）可以灵活选择工作频率，可现网兼容CMTS同时应用。

1.5 EPON&EOC技术方案组网

采用EPON&EOC技术方案的双向网络改造设计中，可以将网络分割光纤网络部分和同轴网络部分的三级网络拓扑图，在中间有源（光纤到同轴的转换）节点，一般采用多合一的设备，集成ONU、EOC局端和CATV光接收机的综合性产品，下行为用户提供1-4路RF通道，每路最多可下挂128个EOC终端，上行提供PON光纤接口和CATV光纤接口。

EOC终端部署在用户家里，提供一个RF接头和4个RJ45接口，同时可提供WIFI信号，在用户端将EOC数据和CATV信号分离。当在EOC局端和终端之间有放大器时，需要使用桥接器，保证数据信号顺利通过。如图5所示。

图5 采用EPON&EOC技术双向网改网络拓扑图

2 EPON&C-DOCSIS技术方案

2.1 C-DOCSIS技术特点

C-DOCSIS是China DOCSIS的简称，是具有中国广电特色的DOCSIS规范，业内也称之为CCMTS、CMC、C-DOCSIS、DoCSIS MDU 或 mini CMTS等，C-DOCSIS头端为叫CMC，它提供了包括网络管理、QoS在内的PHY层转换和MAC层桥接，集成了ONU和EOC局端以及他们之间的转换，能够提供16个QAM256信道共总800Mbps的下行速率，4个SCDMA信道总共160Mbps的上行速率。

C-DOCSIS的推出将有效的延续了很多地方CMTS管理体系技术体系的用户的发展，远端采用了ONU+DOCSIS头端设备，使得原先的CMTS设备下移，降低了CMTS部署的成本。如图6所示。

图6C-DOCSIS系统架构图

C-DOCSIS系统架构说明如下：

（1）系统终端设备CM连接运营商的同轴分配网络和家庭网络，负责它们之间的数据转发。用户设备可以嵌入终端设备之中，也可以作为独立的设备存在。典型的用户设备包括个人电脑、eMTA、家庭路由器和机顶盒设备等。

（2）系统头端设备CMC连接同轴分配网络和汇聚网络，负责它们之间的数据转发，通过汇聚网络接入运营商的配置系统及网络管理系统。

（3）C-DOCSIS配置系统提供C-DOCSIS系统的业务和设备配置服务，实现配置文件的生成、下发、终端设备的软件升级等功能，包括DHCP服务器、配置文件服务器、软件下载服务器、时钟协议服务器、策略服务器等。

（4）C-DOCSIS网络管理系统包括SNMP管理系统和Syslog服务器。

C-DOCSIS基于中国同轴网络现状，对于应用中的从协议，到网络管理层面，都提出的详细的要求，这些要求覆盖到三层协议和网络管理系统的分层分级，这样有利于在多方案、多厂家环境下，C-DOCSIS技术在中国能进入实际的运营。

C-DOCSIS总体要求：

（1）系统头端应支持NSI接口和RFI接口间的桥接转发，可选支持路由转发；

（2）系统头端应支持单播报文，广播报文和组播报文三种类型报文的转发；

（3）系统头端应支持CM以及CPE协议报文的转发，支持DHCP中继功能；

（4）系统头端在NSI接口和RFI接口间转发报文时应支持差异化的QoS处理；

（5）系统头端将报文从RFI接口向NSI接口转发时，应支持C-DOCSIS业务流到VLAN的映射，从NSI接口向RFI接口转发时，应支持剥离数据报文的VLAN；

（6）系统头端应支持64字节至1522字节长度报文的转发。

C-DOCSIS组播要求：

（1）组播协议要求

①CMC组播应符合ITU-TJ.222的要求，组播转发控制由CMC集中实现。

②CMC应支持IGMP Snooping功能，可选支持IGMP PROXY功能。

③CMC应支持 IGMP V2（RFC 2236） 和MLD V1（RFC 2710）组播协议,可选支持IGMP V3（RFC 3376）和MLD V2（RFC 3810）组播协议。

④CMC可选支持ITU-T J.222.2中的组播控制要求。

（2）组播性能要求

①CMC支持的最大组播组数应不小于1024个，支持的并发组播组数不小于128个。

②CMC处理IGMP协议报文的能力应不小于32个/秒。

③在组播节目已转发到CMC的情况下，CM的用户终端从发送加入该组播节目的IGMP请求报文到该用户终端接收到组播节目数据报文的时间应不超过100ms。

C-DOCSIS DHCP中继要求：

（1）DHCP中继代理支持的终端类型包括CM、STB、eMTA和计算机终端设备；

（2）在系统头端可配置多个DHCP服务器；

（3）系统头端可识别DHCP Option 60和Option 43,并能根据其值选择DHCP服务器和对应的中继代理IP地址；

（4）系统头端应支持插入DHCP中继代理信息Option82。

C-DOCSIS QOS要求：

（1）业务流分类

①上行业务流分类和下行业务流分类应支持如下参数：IP层流分类参数：源IP地址/掩码，目的IP地址/掩码，IP协议类型，IP优先级，TCP/UDP端口号；

②链路层流分类参数：目的MAC地址，源MAC地址，以太协议类型，802.1p优先级，VLAN ID；

③CM端口：CMIM；

④业务流分类参数应符合ITU-TJ.222.2中C.2.1节中TLV22/23的要求。

（2）业务流QoS

C-DOCSIS系统应支持业务流如下QoS参数：

①优先级/最大保持速率/最大峰值速率/最大突发度/最小保留速率；

②CMC应支持对上行业务流和下行业务流作流量限制和整形。

对于上行业务流，CMC还应支持五种业务调度类型：尽力而为业务/非实时轮询业务/实时轮询业务/主动授权业务/带活动检测的主动授权业务

对于下行业务流，CMC还应支持如下QoS参数：

③业务流QoS参数应符合ITU-T J.222.2中C.2.2节中TLV 24/25的要求。

C-DOCSIS优先级标记要求：

（1）CMC向上转发时，应支持DOCSIS业务优先级到802.1p优先级的映射，NSI接口业务流映射见附录B。

（2）CMC向下转发时，应支持通过包分类进行下行业务流的优先级设置。

（3）CMC应支持上下行数据报文IP优先级（TOS/DSCP）的修改，支持重新设置从RFI接口和NSI接口接收到的数据报文的IP优先级。

C-DOCSIS队列调度要求：

（1）CM和CMC支持队列的优先级调度。

（2）CMC支持802.1p优先级到队列的映射。

C-DOCSIS动态QOS要求：

（1）CMC可选支持动态QoS机制，即动态地创建、修改和删除C-DOCSIS业务流，保证语音等多媒体会话的服务质量，在会话过程中系统提供有保障的带宽资源，会话结束后系统释放所占用的带宽资源。

（2）CMC可选支持两种动态业务流操作，由CMC发起的动态业务流和由CM发起的动态业务流。

C-DOCSIS系统安全性要求：

（1）C-DOCSIS系统可选支持增强型基线加密接口协议（BPI+），在支持BPI+时，应支持数据加密标准（DES）加密功能，可选支持高级加密标准（AES）。

（2）C-DOCSIS系统应支持基于MAC地址的CM认证，可选支持ITU-T J.222.3中基于X.509证书认证。

（3）CM应支持限制接入CPE的数量，具体要求应符合ITU-T J.222.2中C.1.1.7的要求。

（4）C-DOCSIS头端设备应支持源IP地址验证功能，检查用户的源IP地址是否合法，阻止用户伪造IP地址接入网络， IP源地址检查功能应符合ITU-T J.222.3中9.6的要求。

（4）头端头端设备应支持检测CM用户发送ARP/DHCP/IGMP/ICMP等协议报文的数量超过一定门限时，认为该用户存在DOS攻击行为，头端设备应发送CM用户DOS攻击告警，并丢弃该用户超过门限的协议报文。

（5）C-DOCSIS系统应保证用户之间二层隔离。连接到同一个头端设备下的不同CM用户间二层隔离，禁止通过头端设备互通。

C-DOCSIS系统网络管理要求：

（1）C-DOCSIS系统操作维护管理应支持对系统本身的配置、故障、性能和安全管理。应支持SNMPv1、v2c，可选支持v3协议，实现设备管理、业务管理、维护管理功能。

（2）C-DOCSIS控制模块实现SNMP Agent功能，支持C-DOCSIS上下行信道管理、负载均衡、业务流Qos配置、分类标记、业务调度、动态业务流创建修改删除、上下行信道状态获取、CM状态获取、信道信号质量监测、业务流统计，内存及CPU占用率等性能检测等。如图6所示。

图7 C-DOCSIS网管管理系统架构

2.2 EPON&C-DOCSIS技术方案组网

采用EPON&C-DOCSIS技术方案的双向网络改造设计中，可以将网络分割光纤网络部分和同轴网络部分的三级网络拓扑图，在中间有源（光纤到同轴的转换）节点，类似EOC的改造技术，也是采用多合一的设备，集成ONU、CMC和CATV光接收机的综合性产品，下行为用户提供1-4路RF通道，每路最多可下挂200个CM终端，上行提供PON光纤接口和CATV光纤接口。

CM终端部署在用户家里，提供一个RF接头和4个RJ45接口，同时可提供WIFI信号，在用户端将EOC数据和CATV信号分离。如图8所示。

图8 采用EPON&C-DOCSIS技术双向网改网络拓扑图

3 方案分析及总结

3.1 技术对比

针对EPON&EOC双向网改的技术方案，总结其优点如下：

（1）双向对称性网络，能满足较长时间内双向用户的带宽需求；

（2）迎合HFC网络的拓扑结构，无需对网络拓扑进行改造，节省干线光纤资源，充分利用HFC网络的光纤和同轴线缆资源；

（3）维护简单，可靠性高；

（4）成本低，安装方便，不需要调试，用户可以自行安装。

（5）用户不再需要通过低频段反向通路接入核心网络，减少了侵入噪声带来故障等一系列相关问题；

针对EPON&EOC双向网改的技术方案，其存在的问题总结如下：

（1）国家还没有推出统一的标准，但目前国家广电总局推荐使用HomePlug AV技术；

（2）产品是作为新兴产品，需要一个发展的过程；

（3）产品的发展受芯片厂家制约现象严重，且在HomePlug AV芯片方案领域，能竞争的厂家较少，容易形成垄断局面。

针对EPON&C-DOCSIS双向网改的技术方案，其优点如下：

（1）C-DOCSIS基于同轴电缆入户，兼容已有DOCSIS的标准终端；

（2）大带宽接入，接入宽带不低于光纤到户方案，实现接入带宽的平滑升级；

（3）结合无源光网络的技术优势，实现信号的光进铜退，优化了网络架构，大大减轻了有线电视分机房的空间及供电压力；

（4）网络适应性良好；

（5）具备完善的端到端多业务QoS保障；

（6）具备完善的业务、设备、运行运营体系。

针对EPON&C-DOCSIS双向网改的技术方案，其存在问题如下：

（1）C-DOCSIS省略CMTS重要的、核心的路由汇聚功能，而改由在OLT侧由系统实现；

（2）在目前的频谱下，C-DOCSIS依然没有解决上行带宽的问题。

比较项目HomePlug C-DOCSIS通信方式半双工标准化HomePlugAV /1901调制方式OFDM/子载波QAM自适应占用频段信道带宽可用信道7.5-65MHz 52MHz 1全双工基于ITU-T J.222中国标准上行：QPSK、16、32、64、128、256QAM下行：64、128、256、512、1024QAM下行87-1000MHz 上行：5-65MHz 8MHz（AnnexA），6MHz（AnnexB）下行16 上行4物理层速率（Mbps）MAC层协议客户端数量TDMA/ATDMA，S-CDMA 100或200 QoS IEEE802.1p、动态Qos时延CSMA/CA，TDMA 32 或64 QoS mapped to 802.1d Annex H.2＜30ms ＜30ms 700 共享下行：800共享（50Mbps@256QAM AnnexB*16）上行：160共享（40Mbps@256QAM*4）

3.2 成本对比

针对300户的用户改造作为案例，进行EPON&EOC与EPON&C-DOCSIS在接入设备部分投入的情况对比，设备清单和价格如下：

3.3 总结

综上所述，EPON&EOC的改造方案，在投入成本方面，较EPON&C-DOCSIS具备一定的优势，能够在较低投入情况下，较快的实现双向网改，且对于每个光节点的投入，都较小，对于开通率较低的状况下，能较好的节省光节点的投入。

采用EPON&C-DOCSIS方案，对于原有已经使用CMTS方案进行改造的用户来说，具备非常大的优势，在终端投入方案是不需要进行更换的，能兼容DOCSIS2.0的CM，同时其网络结构，也不需要做较大的改造。

采用EPON&C-DOCSIS方案改造时，能提供的下行带宽是优于EPON&EOC方案的，其上行的带宽是弱于EPON&EOC方案的，这种不对称的方式，也能适应实际的带宽需求情况。

从目前国内各地区的应用情况来看，采用EPON&EOC方案进行改造的用户数比采用EPON&C-DOCSIS方案的用户数具备一定的优势，且得到较为多的省网级客户的支持，且能提供EPON&C-EOC方案进行改造的供应商数量也较多，同时对于EPON&C-DOCSIS的方案，各地区省网也在进行相应的试点工作，采用EPON&C-DOCSIS方案在未来是具备较大的发展潜力的。

审稿人：周速飞 内蒙古广播电视网络集团有限公司正高级工程师

责任编辑：王学敏

设备清单EPON&EOC方案价格预算EPON&C-DOCSIS方案价格预算EPON OLT 1¥2，000.00¥2，000.00三合一局端10¥20，000.00 1 3¥30，000.00终端300¥51，000.00 300¥69，000.00合计310¥73，000.00 304¥101，000.00平均每户¥243.33¥336.67可提供带宽10M双向30M下行、0.5M上行

TN943.6

B

2096-0751（2017）06-0017-08

张 宇 内蒙古广播电视网络集团有限公司 工程师