下一代有线电视广播网EPON EoC的解决方案

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        传统的有线网络仅支持单向下行广播服务,为了提升用户的ARPU值,运营商亟待改造混合光纤同轴网络(HFC),以提供双向、互动服务。在下一代广播网络(NGB)中,基于EPON + EoC的下一代广播网络架构提供了简单的端对端且基于以太网的分组网络,可与现有的有线电视网络共同运行,如图1所示。

        在图1中,EoC的局端设备包括同轴电缆宽带接入终端(CBAT)及有线电视信号混合器,可为EoC网络提供桥接及管理功能,以实现广播电视的双向服务,如:IPTV、VOD、HSD、VoIP及P2P游戏等。本文介绍了EPON及EoC技术的整体背景,并深入讨论了可用于有线电视网络双向改造的EPON EoC解决方案。

 

图1:下一代广播网络架构


EPON、EoC技术特色

        EPON:EPON技术可提供双向1Gbs链路连接,下行波长为1490nm,上行波长为1310nm。下行数据流被传送至所有ONU(光网络单元),在前导码(逻辑链路ID)中加入LLID域来区别具体帧在PON网络中的目的地;上行数据中,DBA负责为已注册的ONU动态分配带宽。EPON系统优势如下:

◎ 便于集成及简单实用——EPON是基于以太网技术,可在同一架构上混合传播VoIP、IPTV、数据及各种射频数据流,同时可提供QoS机制以保证不同数据流的传输质量。

◎ 长距离——当EPON网络采用前向纠错(FEC)时,可延伸至20公里甚至30公里。光纤架构所产生的损失仅为每2000英尺1dB.

◎ 低成本——由于采用了无源分光器,因此从长远来看,运维成本将低于同轴电缆。

◎ 高可靠性——作为无源且不包括任何耗电的电子元件的网络,具备更高的可靠性。

        EoC:以太网同轴网络(EoC)是指在两点或多点间采用同轴有线电缆传输以太网信号。主要包括:基带(无源系统)或射频调制(有源系统)两种传输方式。基带系统便于建立及使用,缺点是需要点对点连接以获得适于IP网络当前应用需求的数据率(>10Mbps);有源系统可支持多个客户端器件连接至同一同轴电缆,且所有客户端均可由一个设在节点的局端主件控制。目前有源系统可分为两种:基于同轴电缆多媒体联盟 (MoCA)行业标准的系统及基于家庭电话线网络联盟 (HPNA)标准的系统。MoCA与HPNA之间主要的区别是其使用的频率范围不同:MoCA采用于高于862MHz的频率范围,用于本地楼内分配,而在最新的3.1版本中,HPNA则采用4~52MHz频率范围。

EPON + EoC解决方案

        在国内有线电视下一代广播网络中,EoC局端主器件扮演了一个关键性角色——桥接光纤及2同轴电缆,并在EoC网络中管理客户端设备的授权及传输。EoC主器件设备根据是否集成ONU可分为两种。如图2所示:

图2: EoC局端主件设备类型

        在类型A中,与电信公司目前部署的ONU类似,其ONU独立于EoC的局端主器件。EoC主器件由控制CPU、EoC局端技术相应的硅晶芯片(HPNA Master,MoCA网络控制器设备或HomePlug)及一个可在输出同轴电缆上叠加有线电视信号的混合器组成。采用这种模式时,PMC公司的MSP7150是一个理想的解决方案,可用来作为控制CPU及PCI总线的主控件。此外,在特定地区,EoC主器件设备需要提供第三层网关的一些功能,如路由、NAT及防火墙等,而MSP7150的硬件和软件平台完全可以支持这些功能。

        在类型B中,ONU被集成进EoC主器件中。该解决方案极大地降低了有线电视运营商的设备及维护成本投入。采用该技术时,如无需网关功能,PMC PAS6301内嵌的CPU可用于EoC网络的控制CPU;否则系统就需要增加MSP7150作为控制CPU及提供相应的网关功能。

        凭借成熟的EPON技术、高吞吐量及灵活的软件架构,PMC的EPON EoC解决方案可加速有线电视网络的过渡发展。图3为一个典型B类型器件,其采用了PMC的ONU、CPU解决方案及第三方合作伙伴的EoC局端主器件产品。

图3:EPON EoC参考设计

        图3的设计设计方案可支持超过400Mbps的吞吐量,多个EoC主件节点及所需要的网络数据处理功能,包括VLAN、QinQ、PPPoE、DHCP、QoS、WebGUI及SNMP,另外,其还可支持包括路由、防火墙、NAT、Wi-Fi和VoIP在内的增强服务功能,并具有丰富的扩展空间可容纳未来的应用。

EoC技术详解

        下面简要介绍基于PMC方案的HPNA及 MoCA两种EoC技术,目前皆已应用于系统中。其他EoC的解决方案,如HomePlug也较为普遍。

        HPNA: HomePNA技术可提供具有QoS带宽保证、远程管理及诊断能力,且高达320Mbps的物理数据传输速率,其系统局端主件不仅作为同轴电缆网络及基于IP和以太网PON网络的连接网关,且可管理所有客户端设备。在基于HPNA3.1版本的系统中, 主件可支持并控制多达32个客户端设备通过任意树型或星型架构连接至一个同轴电缆。典型的HPNA架构见图4。

图4:典型的HPNA架构

         HPNA3.1版本中定义了4种运行模式,这4种模式占用不同的频谱,不同的网络可选择使用对其最优的运行模式。

表 1:HPNA3.1 版本运行模式

        根据不同的频率分配,物理数据速率最高可达到320Mbps, 其可在半双工方式下可实现最多32个客户端设备间的动态分配。(如在半双工方式下,HPNA系统采用同一频谱范围向客户端设备传送和接收)。

        HPNA MAC层协议负责管理客户端设备且同时确保每个客户端设备的最大带宽。除管理客户端设备管理外,HPNA MAC层还支持管理QoS带宽保证及优化所需的全部功能,以使HPNA能够应用于需要保证传输带宽的VoIP或类似的多媒体应用中。

        MoCA: MoCA 1.1版本可使MoCA以270Mbps的物理数据速率实现175Mbps的MAC层数据吞吐,其性能提升主要是通过集成多个以太网数据包至单个MoCA帧来实现,最新的MoCA2.0将通过利用高于有线电视服务的闲置频段进一步提升数据传输速率,以使其重新成为数据传输速率最高的EoC技术。MoCA网络架构见图5。

图5:MoCA网络架构


        在MoCA网络中,局端网络控制器节点负责MoCA客户端设备的认证,通过MAP信息控制数据在终端中的传输及管理密钥。MoCA1.1版本则引入了参数化QoS,以支持带宽预留及设备接入控制。

        针对国内有线网络区域分割的的现状,笔者认为,未来在网络接入技术的较量中,两种EoC技术不会有最终的胜利者。不但如此,其他各种能够实现以太网帧在家庭网络中传输的技术也会被采用,如HomePlug AV及基于同轴电缆的WiFi。

        对于有线运营商来说,未来无论选择哪种接入技术,基于PMC公司PON芯片及CPU的EPON EoC方案均可很好地满足他们的需求。

        目前,国内中国有线电视网络正从传统的HFC广播网络向双向、互动、高速,基于全IP的下一代广播网络全面升级。EPON作为一种成熟的技术,非常适合替代HFC网络中的光纤部分,而EoC技术经过多年的发展,已完全可以作为最后1公里网络连接的解决方案来部署。 PMC公司的参考设计则可助力潜在的系统提供商及时开发EPON EoC解决方案。

* PMC-Sierra 是业界领先的网络架构半导体解决方案提供商,可同时支持EPON (IEEE 802.3ah)以及GPON(ITU-T G.984)两种标准,并率先推出业界首款对称及非对称10G EPON参考设计平台。PMC-Sierra 系统级芯片方案目前已运行于全球超过800万台PON ONU设备中。


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