基于EPON 双向有线电视网络设计.docx
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基于EPON双向有线电视网络设计
基于EPON双向有线电视网络设计
目录
一、前言2
二、EPON的原理4
（一）EPON的网络结构4
（二）EPON的技术特点4
1.EPON关键技术4
2.EPON技术优点5
（三）EPON的业务汇聚5
1.资料业务5
2.传统电话业务5
3.电视业务6
4.增值业务6
三、EPON的两种典型方案6
（一）EPON+LAN设计方案6
（二）EPON+EOC设计方案7
1．无源EOC7
2．低频有源EOC7
3.高频有源EOC8
四、双向有线电视网络的方案设计8
（一）用户宽带分析8
1．用户MAC资源分析和用户VLAN资源分析9
2．用户IP资源分析和用户认证方式分析10
3．用户ARP资源分析11
（二）项目目标11
（三）双向有线电视网络的设计13
1．技术原理13
2.网络模型13
3.适用环境和特点14
五、总结：
14
一、前言
目前，广电网络面临数字电视变革，HFC双向网络设计和一系列技术和需求变化带来的冲击，新业务的出现和技术的发展促进了业务模式的变化和网络技术的发展，也带来了新的市场的机会和发展可能，使广电网络的运营面临着新的机遇和挑战，用EPON技术构建双向网络，可实现光纤到户，大大加快了全民的信息化进程。
广电现有网络在视频业务、网络资源和用户资源方面拥有突出的优势，如何利用自身优势，把握市场发展并抢得用户需求的先机是广电赢取市场的关键。
广电在光纤网络资源和入户线路资源方面占有很大优势，但单向网络无法满足新业务的需求，技术的成熟为网络的双向化设计带来了新的契机，目前广电也越来越认识到技术在网络设计的价值，很多地方的光电网络已经部署了网络。
网络结构和光传输网络结构类似，部署起来比较方便，用技术实现双向网络比传统的设计方式更具成本和业务能力的优势。
网络可以独立组网完成双向网络，实现互动电视业务的回传，还可以实现多种，话音和视频业务。
另外也可以通过技术和现有的波长使有线传输网络结合，节省光纤网络资源，大大节约了双向网络设计的投资成本，用技术构建双向网络，可实现光纤到大楼、光纤到办公室。
最终实现光纤到家的愿望。
有线电视网将逐步实现光纤到户，在双向网络设计中，要充分考虑到这个因素，采用总体设计分部实施的方法。
针对目前广电网络和所经营业务的特点，光纤到楼解决方案比较符合目前双向网络设计的实际。
网络的下行结构与无源光网络一样采用星型结构。
在目前网络设计中，可以采用的方案。
根据网络的总体要求，在前端机房或主要的分前端机房部署设备，通过促波分复用的方式将模拟波长的电视信号和波长资料信号合成于一根光纤，经过光分路，将信号传送到接口，此种设备具有输出电视信号，提供视频服务，信号完成宽带资料业务的传输。
所需口和数量根据网络的实际需求的情况进行部署，方式可以将放在某栋楼或某个单元，然后使用五类线直接入户或再通过交换机再分配入户，对那些无法部署五类线的楼，可以通过使用同轴电缆等技术。
随着网络的不断发展，业务的不断增长，上述方式适合将来网络的部署，是实现三网融合的理想模式。
通过网络的部署完成双向设计，可以同时实现电视业务（模拟和数字电视广播业务）；资料业务（交互电视的资料回传，基于的各种宽带业务）和电话业务（传统的模拟电话）
目前传输数字电视信号到百姓家主要有两种方式，一是正在使用的HFC方式，另一种是正在兴起的IPTV方式。
HFC系统传送及存储的内容是MPEG-2TS流，采用QAM调制与解调及光发射与接收技术，基于HFC网络传输。
IPTV系统存储及传送的内容是MPEG-4、H。
264或AVS为编码核心的流媒体文件，基于IP网络传输，HFC网目前多采用环-树-星型拓扑结构，光纤干线以前端点为起点，呈环状到光节点，再以光节点为起点，经呈辐射状或数枝状结构的同轴电缆网传到用户家中，可以看出，从光节点到用户是一个点到多点的结构。
而以太PON也是点到多点的结构，完全可用EPON网络代替HFC中的配线网，将光纤延伸到楼道或用户家里，实现在接入网侧的多业务融合，为电视的传输提供新的途径。
EPON是解决FTTH的首选平台。
EPON所遵循的IEE802.3AH协议已于2004年6月正式颁布。
EPON的组成部分包括OLT、ODN、ONU、ONT、OLT一般位于小区中心机房或HFC网络的分前端，ODN位于室外，ONU位于用户家或楼道内
国家广播电视总局在近日召开的CCBN2007主题报告会上表示，在推进有线电视数字化的同时，有线电视网络的基础设施要进行双向化设计。
据透露，广电部门很快就要发布《有线电视网双向化设计指导意见》。
这有两部分内容，一个是基础传输网络设计，其中有基本实现光纤到楼，逐步实现光纤到户；再就是用户接入设计，要充分利用现有的有线电视同轴电缆，采用多种双向接入技术。
这样整个网络就实现了双向、交互、多功能、真正实现三网融合。
二、EPON的原理
（一）EPON的网络结构
一点到多点的无源光网络是优选的光接入网物理拓扑，该网络由置于局端的光线路终端（OLT）、置于客户端的光网络单元（ONU）及两者之间的1：
N光纤分配网（ODN）组成，N（N=16-32）个ONU共享1个OLT和长达10-20KM光纤干线，并利用波分复用器（WDM）工作于单纤双向传输方式
（二）EPON的技术特点
1.EPON关键技术
资料下行以变长以太包的形式从OLT下行广播到多个ONU，每个以太包带有逻辑链路标识符（LLID），以确定该以太包是发给ONU1、ONU2还是ONU3，某些以太包还可能是发给所有ONU的（广播包），或发给特定的ONU组的（多组包），当资料到达ONU时，ONU接收专门发给它的以太包而丢弃发给其它ONU的以太包，例如，ONU1接收以太包，但只将以太包传输给最终用户。
资料上行利用时分多址（TDMA）技术管理上行传输，其中1个传输时隙是专门用于某个ONU的，各个时隙都保持同步，彼此间留有间隙，使各个ONU的资料汇合到公共光纤的时候不会发生碰撞。
在注册以后，每个ONU在OLT预先安排的时隙报告自己的用户资料队列情况，（服务等级、队列长度等）OLT根据各个ONU的报告及既定策略给每一个ONU安排发送时隙的起点和长度，实现动态带宽分配
它的关键技术主要有以下几点
（1）ONU光发送机的突发发送技术（激光器突发驱动、突发自动功率控制）和OLT光接收机的突发接收技术（突发自动判决门限设置和突发时钟资料恢复）
（2）多点控制（MPCP）软件的设计与实现，包括注册、测距和动态带宽分配及OAM软件的编制；
（3）MAC控制器电路的设计与实现，包括FPGA电路和专用集成电路（ASIC）的设计与实现，这是EPON的核心技术。
（4）电视网络具有相同的拓扑结构，是点到多点的广播网络，
（5）实现光路无源化，具有更高的稳定性、安全性，大大降低了维护成本；
（6）抗干扰能力强，带宽资源丰富，下行带宽可达1.2-2.5GPbs;
（7）可持续升级，保护网络投资，是双向网设计的发展方向。
2.EPON技术优点
1、成本低，维护简单，容易扩展，易于升级；EPON系统在传输过程中不需要电源，节省电力，容易铺设，不占用小区机房，OLT和ONU之间无需任何有源设备，运行维护成本显著降低；同时由于网络组件数量少，因此故障也少，长期运营和管理成本的节省很大。
2、EPON系统这种无源点对多点的光网络和原有广电HFC网络中的光网络完全类似，在光纤到楼道的布局方式中可以多个楼道共享单芯主干光纤，并且可以根据用户的实际地理分布情况和用户数灵活分配部署光纤，就近接入用户，大量节省主干光纤。
3、上下行对称带宽；EPON目前可以提供上下行对称的1G的带宽。
4、带宽分配灵活，服务有保证；对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。
接入带宽从1Mbps-1Gbps可以随时调整，支持动态带宽分配（DBA）、DiffServ、PQ/WFQ和WRED等来实现对每个用户进行带宽分配，并保证每个用户的QoS。
5、超长距离传输；EPON可以在高带宽的情况下保证10-20KM的传输距离，使接入方案的部署更为灵活。
（三）EPON的业务汇聚
1.资料业务
EPON是传输以太帧的数据网，以太帧包含着IP帧，任何打包于IP帧中的资料都能顺利地通过EPON，这就为各种基于IP的业务例如INTERNET浏览、E-MAIL、网络游戏、VOIP、IPTV提供了自然的平台，并且通过IP层的业务类型（TOS）和VLAN标识、数据链路层的优先级及MAC控制子层的动态带宽分配算法，各种IP业务的QOS都能够得到保证。
2.传统电话业务
发送端把来自公众电话网的TDM数字流（E1或DS3）分段写进以太帧，经过EPON传输，在接收端把携带TDM数字的以太帧送入TDM/PACKET处理单元，将以太帧重组为原来的TDM数字流，经E1接口单元输出。
TDM/PACKET处理单元需要对重组的资料进行复杂的定时处理和资料缓存，以便使恢复出的E1码流的速率、抖动和漂移指针符合ITU-T对TDM信号的要求
3.电视业务
HFC和EPON具有相同的网络拓扑结构，便于将RF通过粗间隔波分复用器（CWDM）叠加到EPON之上，三波复用（1550nm-CATV、1490/1310nm-EPON）。
4.增值业务
通过EPON网络，可以针对企业客户开展资料VPN业务，另外也可以针对企业客户和其它有特殊需求的可户开展视频增植业务，比如网上远程教学，视频会议等等，视频业务和视频内容是广电的优势，通过EPON网络的带宽和服务能力，可以充分发挥这种资源优势。
EPON因其在设备投资成本以及操作和维护等方面的优势，成为运营商解决“最后一公里”的一种非常经济的宽带接入技术的发展方向。
采用技术构建广电HFC双向宽带网是一种较理想的方案。
三、EPON的两种典型方案
（一）EPON+LAN设计方案
在这个方案中EPON-OLT利用分前端光纤到园区机房分光器,分光器分光接入各个楼宇/道ONU,ONU采用LAN入户,承载数字电视点播信令同传和宽带上网等多业务,并根据多业务开展的需要，在用户侧增加家庭网管设备,完成对多业务终端的接入。
下行的模拟和数字TV信号通过原有的光纤和HFC线路下行，HFC入户。
最终双线入户，一劳永逸地解决广电数字网络双向问题。
另外如果CATV信号波长为1550nm,可将分前端光纤与EPON-OLT进行合波,通过一根光纤进行传输,在园区机房进行分波，分别分出CATV信号和EPON光信号，由此可有效节省线路光纤资源。
设计完成后，单位用户独占线路资源，不存在相互干扰的问题，开展点播业务不需要新增用户的终端投入，有效节省开通成本。
存带宽规划上，建议1000M到小区，100M到楼道，10M到户，满足用户高带宽的需求和未来多业务接人的需要。
LAN由个人计算机（PC），同轴电缆、双绞线、光缆等传输媒体，网络适配器组成。
LAN的结构主要有三种类型：
以太网（Ethernet）、令牌环（TokenRing）、令牌总线（TokenBus）以及作为这三种网的骨干网光纤分布资料接口（FDDI）。
我们这里主要研究的是以太网
（二）EPON+EOC设计方案
在这个方案中EPON-OLT利用分前端光纤到园区机房分光器,分光器分光接人各个ONU,然后以EoC方式下行。
EoC合成器部署在小区楼道，将CATV信号和资料信号进行合成.通过原有HFC线缆传送到用户侧,最终通过用户侧的EoC终端分离出CATV信号和资料信号,用户数字电视点播信号通过EoC方式上行。
EoC充分利用现有网络的同轴电缆、分支分配器资源,能够有效节省建网成本。
该方案施工难度小，工作量少,设计速度快,不受同轴网络上的噪声对系统传输质量的影响，降低了施工难度。
终端设备成本较低，降低用户投资。
EPON+EOC中的EOC技术主要包括3种：
无源EOC、低频有源EOC、高频有源EOC。
1．无源EOC
无源EOC技术将以太资料信号IPDATA和有线电视信号TVRF采用频分复用技术，使这两个信号在同一根同轴电缆里共缆传输，在楼宇内利用HFC网络入户的同轴电缆将IPDATA和TVRF混合信号直接传送至客户端，再在客户端分离出TVRF射频信号连接至电视机或DVB机顶盒;分离出IPDATA资料信号连接至计算机。
也可以直接将IPDATA和TVRF混合信号直接连接至双模机顶盒，用户可以通过双模机顶盒实现IPTV、VOD等交互电视业务，同时在机顶盒上另外提供一个以太网RJ45接口外接计算机提供宽带上网业务。
无源EOC系统技术特点：
系统支持每个客户独享10Mbit/s的速率;遵循以太网协议，标准化程度高;客户端为无源终端，提高了系统的稳定性，减小了运营维护成本;工程安装不需重新敷设5类线，有效的解决了楼内重新敷设线缆施工困难问题，建设成本较低。
2．低频有源EOC
使用频段为5~30MHz，传输速率为85Mbit/s，传输距离可达500m。
具体组网方案如图4所示有源低频EOC组网方案。
有源低频EOC技术特点：
能够通过分支分配器，工作频率在低频段，网络适应能力较好不需要更换优质的分支分配器和电缆;家庭中至少需要一个有源设备，成本较高。
3.高频有源EOC
高频有源EOC使用频段为800~1500MHz，每个频道带宽为50MHz，共有29个频道;每个频道最大135Mbit/s的资料速率;每个频道支持一个NC（局端）设备，每NC支持31个CPE（终端）设备;传输距离300~600m。
特点：
（1）可以充分利用现有的同轴电缆资源，无需对入户电缆重新改造。
（2）一根同轴电缆把资料和有线电视信号接入室内。
即插即用，无需在客户端进行复杂的调试。
（3）客户端无需有源设备，网络运行稳定，安全。
（4）无需考虑回路中的侵入噪声。
（5）每户可单独提供10Mbps上下行对称带宽，确保用户业务传送。
四、双向有线电视网络的方案设计
（一）用户宽带分析
根据业务开展的不同，考虑两种用户宽带模型。
第一种用户带宽模型
业务类型
带宽需求
优先级
IPTV上行信号传输
20K
Q。
S1
NGN
100K
Q。
S2
宽带上网
512K
Q。
S3
合计
632K
预计提供
1M
表1
每个用户的带宽要求为632K左右，并且考虑到现实中用户不会都同时在线，所以为每个用户提供1M的带宽可以满足所定业务接入的需要。
第二种用户带宽模型如表2所示。
业务类型
带宽需求
优先级
IPTV上行信号传输
20K
Q。
S1
VOD视频点播
768K
Q。
S2
NGN
100K
Q。
S3
宽带上网
512K
Q。
S4
合计
1400K
预计提供
2M
表2
每个用户的带宽需求为1400K左右，并且考虑到现实中用户不会都同时在线，所以为每个用户提供2M的带宽可以满足所定业务接入的需要。
现阶段采取第一种用户模型。
1．用户MAC资源分析和用户VLAN资源分析
分析客户端对MAC地址的需求，主要集中在数字机顶盒、NGN设备和家庭PC设备，需要3个，为了提供足够的应用扩展性和灵活性，在扩容的网络方案中为每个用户提供4个MAC地址的分配器，如表3所示。
业务类型
MAC地址分配量
IPTV
1
NGN
1
宽带上网
1
合计
3
预计提供
4
表3
为了实现用户绑定，对所承载的业务进行更好的隔离，根据用户类型、业务类型和优先级对各业务数据流进行分流和QOS保障，扩容后的网络采用PUPSPV的VLAN资源划分方式。
针对每个用户的各种接入业务，分配不同的VLANID，这样就需要3个VLANID，考虑到网络的可扩展性，扩容后的网络为每个用户提供了4个可用的VLANID，如表4所示。
业务类型
VLANID分配量
IPTV
1
NGN
1
宽带上网
1
合计
3
预计提供
4
表4
2．用户IP资源分析和用户认证方式分析
分析客户端对MAC地址的需求，主要集中在数字机顶盒、NGN设备和家庭PC设备，需要3个，为了提供足够的应用扩展性和灵活性，在扩容的网络方案中为每个用户提供4个IP地址的分配量，如表5所示。
业务类型
IP地址分配量
IPTV
1
NGN
1
宽带上网
1
合计
3
预计提供
4
表5
为了提供多业务接入的需要和相应业务的用户管理能力，扩容后的网络为每个用户的接入业务提供两种业务认证方式，即DHCP和PPPOE。
其中IPTV业务采用DHCP认证方式，宽带上网业务采用PPPOE认证方式。
BAS设备需要提供的DHCP和PPPOE认证管理数量相同。
业务类型
PPPOE认证方式
DHCP认证方式
IPTV
X
1
NGN
X
X
宽带上网
1
X
合计
1
1
预计提供
1
1
表6
3．用户ARP资源分析
分析客户端对ARP资源的需求。
主要集中在数字机顶盒、NGN设备和家庭PC设备，需要3个，为了提供足够的应用扩展性和灵活性，在扩容的网络方案中为每个用户提供4个分配量，如表7所示。
业务类型
ARP资源分配量
IPTV
1
NGN
1
宽带上网
1
合计
3
预计提供
4
表7
在住宅小区接入层面，采用光纤到楼道。
由汇聚的S6506R设备提供EPON的接口，中间采用1：
32分光器，在小区提供ONU设备，再通过五类线提供FE接口给用户。
S2000EI/C作为楼道交换机可进行端口VLAN隔离，使得用户不能互访，确保用户上网信息安全。
这种组网方式，还可以配合家庭网关的使用，业务承载能力完全可以满足需求，且组网成本可以大幅下降。
在企业专线接入层面，企业用户可以根据需要和专线类型选择直接接入到S3500、S6506R汇聚交换机或NE40上。
（二）项目目标
该项目的目标，是建设一个EPON双向网络，能为近千户用户提供当前宽带上网、VOD视频点播和NGN应用，且完全承载未来多种新型增值业务的可赢利的IP城域网络，如IPTV、3G等。
网络最终将分成三个层面：
核心层，汇聚层、接入层。
具体表现为以下的技术指针：
1.核心层
（1）高性能、有效的资料转发；
（2）能够承载普通上网业务、广电内部DCN业务以及未来3G、NCG等业务；
（3）需要提供不同业务所需的QOS保证，以保证IPTV、IPTV、NGN等应用对QOS的严格要求；
（4）电信级的稳定可靠性、具备自愈能力和快速的路由收敛；
（5）支持OSPF、ISIS、BGP，具备良好的路由转发处理能力，支持MPISVPN、组播等协议；
（6）提供两个网络出口连接到两个ISP，实现城域网出口的备份；
（7）为各种增值业务和VPN提供单独的城域网出口。
2.汇聚层
支持千兆上行，每个县/区双归属到核心层，保障业务的不间断；
为每个区/县提供两个连接到骨干网的出口，为普通业务和专线业务提供各自的出口，同时两个出口互相备份；
在每个区/县的网络出口，部署QOS，通过业务感知、业务标识，实现不同用户或不同业务，分流到不同的业务平面，提供不同的服务质量保证；
能够支持接入层用户灵活的接入方式，除了支持传统的以太网接入外，还支持EPON、WLAN等方式的接入。
3.接入层
为每个最终用户提供有足够的宽带，满足宽带上网和NGN等应用；
具有IP、VLAN、MAC、PORT绑定；
双向有线电视网络设计的五个克服困难
（1）对多种业务的承载，除了要承载传统宽带上网，VOD视频点播、NGN业务和IPTV上行信号传输，还要实现广电内部DCN业务和大客户VPN等业务的综合承载。
（2） 整个系统采用开放式、标准化的结构，以利于功能扩充，可以平滑过渡到IPV6。
（3） 具备高QOS保障的网络，可以对承载的数字电视、电话会议等业务提供可靠的QOS保证。
（4） 安全、可靠的网络，具备抗病毒和黑客袭击能力；网络具备提供业务安全能力，实现不同的业务安全隔离，确保电信级业务和INTERNET业务的隔离，保障电信级业务的安全；确保用户的安全，防范非法入侵，实现病毒的隔离，完善的用户认证控制机制实现细粒度管理。
（5）对IPTV业务的承载。
发展IPTV业务正是我们广电的优势，所以要求新网络对该业务提供良好的承载。
（三）双向有线电视网络的设计
本文设计的是基于EPON+LAN的方案，OLT上联接入资料网，ONU直接接入或者通过下联的交换机接入STB（机顶盒），提供IPTV/HDTV视频业务。
1．技术原理
EPON支持树型、星型、总线型组网方式，支持点对点、点对多点组网。
支持ONU间点对点互通、ONU间二层、三层互通或隔离。
LAN由个人计算机（PC），同轴电缆、双绞线、光缆等传输媒体，网络适配器组成。
LAN的结构主要有三种类型：
以太网（Ethernet）、令牌环（TokenRing）、令牌总线（TokenBus）以及作为这三种网的骨干网光纤分布资料接口（FDDI）。
特点
（1）运营商不承担用户终端的投入，网络升级改造方便;
（2）网络接入带宽：
1000M到小区，1000M/100M到楼道，100M到户，接入带宽高;
（3）可扩充性好，可以承载全业务运营;
（4）不占用同轴电缆的频率资源，光传输采用EPON技术，传输链路中实现没有有源设备;
（5）两张网同时运营，维护方便，单网故障相互不影响;
（6）目前的LAN产品异常丰富，价格也非常低;EPON产品支持厂家众多，相关产品兼容性好，价格也在大幅降低。
2.网络模型
模型一：
电视信号从CATV中心经光发射机进入主干光缆，然后经过原有的单独的光纤网络送到小区的光接收机，通过同轴电缆分配网传送给各个拥护，同轴电缆入户。
数据信号经过EPON构建的光纤网传输到相应的ONU，经过双绞线传给拥护，双绞线入户。
模型二：
电视信号从CATV中心经光发射机与资料信号汇合，通过合波器和分波器在主干经过一芯光纤传送，到用户小区后进行分离。
CATV信号送到小区的光接收机，通过同轴电缆分配网传送给各个拥护，同轴电缆入户。
资料信号传输到相应的ONU，经过双绞线传给用户，双绞线入户。
3.适用环境和特点
EPON+LAN的组网方式是不改动原有的单向有线电视网，在当前光纤铺设到楼道的趋势下，通过EPON技术单芯组网，ONU交换机部署在楼道，通过双绞线入户。
适用于新建小区和现有小区方便入户网改的情况。
特点：
（1）为家庭用户和网吧、企业、政府等行业用户提供综合接入。
（2）工程部署不影响有线电视的正常业务运营。
（3）可向用户提供64Kbps-1Gbps范围内的带宽，满足用户的多样化的接入需求。
五、总结：
基于EPON的广电数字双向网络设计解决方案EPON+LAN/EOC除具备传统EPON的"大容量、高带宽、长距离、易维护"等特性外，EPON+LAN/EoC对广电的特殊意义在于：
（1）先进的1P驻地网公用平台,可支持高性能网管、组播、IP语音、VPN等各种高附加值业务。
可建设一套高质量驻地网。
（2）基于标准全开放的IP协议基础，符合广电网络发展趋势。
（3）保护现有投资，可与广电现网更好的融合EPON的设计是与广电现有城网的光纤、Cable相匹配的，基本上不需要改动。
（4）符合未来"三网合一"发展方向支持合光模式，可以将广电的电视信号与EPON的以太网信号可以通过一个光纤共纤传输，到小区再分节目与ONU。
EPON作为一种无源光网络技术，具有比
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