02HFC数据网络方案.docx
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02HFC数据网络方案
HFC数据网络方案
一、概述
----1、国内有线电视网络的现状和进展
----广播电视是我国最大的传播媒体，它提供从无线到有线的广播电视节目传播服务，拥有数量最多的信息受众体，是我国最大的广告、经济、市场、娱乐和文化信息的搜集、生产、传播和提供者。
目前，全国已有中央电视台和全国20多家省级电视台开通卫星数字电视频道，我国广播电视系统己开始了向数字电视的转变。
----随着我国有线电视事业的不断发展，广播电视部门也在向数字传输业渗透，利用有线电视网开展以数据业务为主的多功能应用已成为有线电视的发展方向，同时也成为城市信息化建设的重点之一。
----2、数据通讯业务带来的新机会
----当前接入Internet服务和享受网络所带来的便利已成为大众生活的一部分，远程教育、电子商务等新兴网络服务已日趋成熟，在我国已有百万多个各类网站和千万多互联网用户；许多企业通过专线接入互联网，尤其通过宽带方式接入互联网络；而在北京等地网上超市、网上电子商务给服务商带来数亿销售额；在重庆招商银行已有数十亿营业额在网上实现。
----目前为单位或居民提供宽带网络接入，让用户真正享受网上冲浪的乐趣成为各级运营服务商的迫切要求，广电部门有着无可比拟的优势，主要集中在：
----城市90%以上的线路覆盖优势，大部分居民已接入有线电视网络，已建成的光纤同轴网将大部分单位居民接入；有线电视线路的带宽优势；多网合一的集中优势；线路设备的维护优势；运营服务的广告优势；宣传管理优势等。
----有线电视宽带综合业务网提供的服务有：
电视接收--为用户提供数十套高质量电视信号的基本服务
Internet互联--为网内用户提供网上浏览、检索、发布信息业务
专线接入--为集团、单位用户提供专线接入Internet服务
中继业务--为用户提供点对点连接或其它中继业务
WEB主页--除提供WWW主页外可对用户提供主页空间
数据检索--提供社会公众信息及政府部门专用信息服务
邮件服务--提供邮件服务方便用户交往
图文电视--通过电视系统提供证券经济信息等服务
会议电视--利用网络和数字视像技术实现异地会议
IP电话--全球IP电话用户每年以极快速度增长，发展IP电话已成为一个新的业务增长机会
其它增值业务--远程教育、电子商务、电子收费、远程医疗、网络游戏等
----3、HFC网络数据通信技术
----HFC网作为传输图象信息的网络其拥有5MHz---1000MHz的频宽，通常一个电视频道使用6MHz或8MHz，例如PAL和NTSC。
数据传输也是利用一个频道的频宽作为载波承载调制的数据，故而一个传输数据信息的频道与一个传输图象节目的频道在物理上可等同看待。
信息为了更为有效地传输需要利用相应的技术进行格式转换。
下表列出了模拟和数字信息分别在模拟和数字载波上传输所需要的设备。
载波
信息
模拟
数字
模拟
传感器/放大器
编解码器（Codec）
数字
频带调制解调器（Modem）
基带调制解调器（DSU/CSU）
----就HFC网络传输数据的情况来说，是将数字信息通过调制技术转换成适合传输的模拟载波，完成该任务的设备称为线缆调制解调器（CableModem，简写为CM）。
线缆调制解调技术结合幅值和相位调制，可得到较高的数据承载密度，常见的有QAM256、QAM64、QAM16和QPSK。
----有线电视系统拥有丰富的宽频资源，其使用作了相应的规定。
就PAL制式来说，如下图所示，5MHz-65MHz为上行回传频宽，65MHz--1000MHz为下行频宽。
----当前在HFC网上传输数据的主流标准为DOCSIS，其是由业界主要厂商组成的论坛MCNS负责提出的。
遵从标准并经Cablelab认证的设备可保证互通。
不同时期构建的HFC网络的性能有所不同，早期建设的网络不具有上行回传的能力，如要实施双向传输需进行改造。
对单向和双向的线缆网络，DOCSIS均提出了完整的实现方案。
借助电话系统作为上传信道，可在单向下行的网络上提供数据服务。
----4、有线电视数据网络建设的内容及步骤
----HFC网络运营商构建数据应用系统包括如下几个部分，同传统的HFC网络服务相比，由于其服务的多样性及复杂性，使得要综合考虑的方面较多，也更为复杂。
a、广电光纤同轴混合网（HFC网）的双向改造
传统的电视节目为单向广播方式，原有的HFC网络只具有单向传输能力，数据应用的交互式特点要求网络提供双向的传输能力。
一种解决方案是利用电话线路回传信息（Telco-return），双方向的数据传输于不同的物理网络之上，上下行将具有非对称带宽，由于大多数的数据应用不要求带宽对称，特别是HFC网络服务的最大群体为居民用户，其绝大多数应用要求的下行带宽通常远大于上行带宽，因而电话回传方式是HFC网络无双向能力时的一种合适的选择，同传统的PSTN/ISDN拨号访问相比，虽然用户总的花费可能更多一点，但单位时间内得到的信息却多的多，因而总的性能价格比为高。
HFC网络双向改造是费用不菲的工程，因而利用电话回传方式可使HFC网络运营商快速的提供数据服务，然而其需要两种不同的物理网络作为传输介质，也带来一些相应的问题，其一是需要与电话公司或ISP合作，需要解决一系列的商务和工程问题，其二是由于上行拨号带宽限于33.6k，使得下行带宽亦受到影响。
其三是用户端成本的提高，用户需要配置Dial-up调制解调器，从而对大规模发展用户群带来影响。
因而建议在开发数据服务初期可采用这种方式。
双向的HFC网络为有线电视用户提供了一种完整的解决方案，通过增加光纤和铜缆的上传方向放大器，用户发送的数据可在回传的数据频道上送达头端。
由于数据调制和传输的特点与模拟信息的特点有很大的不同，其对HFC网络的传输性能的要求高于模拟信号，尤其是上行方向，因为HFC网络的树状分支结构，上行的噪声干扰将逐渐聚合，导致头端上行口处的信噪比要求难以保证。
因而在进行双向改造时应注重设备和工程质量两个方面。
性能愈好的网络，可支持数据调制密度愈高的调制算法，从而可拥有更多的带宽资源。
b、宽带主干网络（光纤环数据骨干网及头端局域网）的建设
有线电视网络是一种城市范围的网络，城域宽带主干网络建设使用的网络技术包括IPoverATM、IPoverSDH、IPoverFiber、及千兆以太网技术等。
通常是在光纤环路的节点（分前端）上配置相应功能的路由器或交换机构造A平台，用户应根据网络情况选择相应得主干技术。
c、宽带接入系统的建设（CableModem头端系统的建设）
HFC网络接入系统的重要设备为头端设备（CMTS），其与成千上万的用户设备（CM）打交道，承担着极其重要的角色;同时作为运营的服务网络，接入网的管理及运营支持系统亦是重要环节。
从网络的管理层面讲，网络应有极强的控制能力和网络安全机制；灵活的计费方式；丰富的用户管理手段；基于策略的网络管理和基于物理层、链路层和网络层的性能测量和故障监控，并提供远程配置和故障排除能力。
d、应用系统的建设（如视频点播服务、Internet接入和邮件服务、IP电话服务等等）
用户接入网络的目的是为了获得相应的服务，丰富优质的服务是吸引用户并最终获得回报的关键。
实质上，在网络建设之前就应有明确的服务选择和定位，从而制订合适的运营模式。
应用系统的建设应与网络基础设施的构建同步。
二、面向运营商网络解决方案的总体架构
----TD99Works体系结构：
面向电信的多服务网络架构
----TD99Works网络架构是一种多用途、多服务模型，它帮助服务提供商成功地演进其基础设施，并且部署增值服务。
----TD99Works多服务网络架构允许运营商客户按照一种统一网络环境部署大型网络，即它能包容多种媒体类型。
TD99Works架构的支持增强型数据系统，无线数据和宽带访问等解决方案，涵盖了运营商产品系列的所有领域。
----TD99Works结构是一种多用途、多服务的模型，它帮助服务提供商成功地演进其基础设施，并且部署增值服务。
这种开放系统结构促进了一种快速开发环境，即一种允许在最短可能的时间内将新业务推向市场的环境，并且鼓励服务提供商部署最佳构件。
此外，TD99Works架构也提供一种统一的基础框架，让已经实现的服务在所有应用和媒体类型方面都享有一种连续一致的风貌和感觉。
----TD99Works架构是实现服务提供商网络要求的基础结构。
TD99Works的三层架构将运营商产品系列的所有领域都综合在一种统一的电信级网络环境中，其中包含增强的数据系统、IP电话、无线数据和宽带访问。
----有线电视运营商网络解决方案是其TD99Works架构的一部分，它是一个针对所有类型的服务提供商设计和部署具有服务能力分组网络的综合、模块化和开放的结构定义。
TD99Works是市面上能提供特色服务和配置能力的唯一产品，它能真正扩展有线电视运营商的创收机会。
----TD99的电缆访问解决方案具有TD99Works架构的所有三层。
CMTS属于第一层：
媒体处理层，它提供运营商电缆设备和IP网络之间的分组连接能力。
该案典的CMTS解决方案是在小型市场，多住宅社区和支持数以千计用户的大型市场上部署的理想解决方案，该案典的CMTS产品可以方便、经济有效地进行升级，支持增强型功能，并且经过改造就可以实现下一代DOCSIS1.1的特性，其中包括服务质量（QoS），因特网电话和组播应用。
----基于SNMP的有线数据网络管理系统（CMS）位于TD99Works架构的第二层：
网络和服务管理层，它以管理电缆调制解调器和CMTS设备的安装、监视、升级和网络诊断等方面的图形用户接口为特色。
CMS允许有线电视运营商监视多个机箱和客户端，并且可以轻松地从远程位置进行访问。
----CMTS系列解决方案也包含可选的带宽管理器和自动配置模块，它们连接TD99Works架构的第二层和第三层。
有线电视运营商可以从第三层—TD99Works的服务创建层，为其用户提供不同档次的定价和不同级别的服务。
此外，开放的API接口反映了TD99Works架构的开放性和该案典提供全面的适应不同需要的解决方案的承诺。
三、有线电视网络数据传输产品及解决方案介绍
有线电视数据网络的结构示意图
----A、CMTS功能及配置
----如上图所示，CMTS是一19槽标准19英寸机箱，其中最左边为两个专用电源槽位，可配置冗余电源模块（PS），其余17个槽位为通用接口模块插槽，通常配置一网管模块（NMC），其通过中板总线与各个模块进行管理信息沟通，并通过以太接口与SNMP管理系统CMS通讯，执行相应的管理任务。
一个工作单元包括一块路由卡（CAR）、一块下行卡（QAM）、一或多块上行卡（UpstreamCard，图中示例为两块），同一机箱可包含多套这样的工作单元。
上下行通道所拥有的带宽资源如下表。
【返回页首】
频道频宽
调制方式
下行
上行
（单通道最大频宽）
8MHz（欧标）
6MHz（美标）
3.2MHz
3.2MHz
QAM256
52M
38M
/
/
QAM64
38M
27M
/
/
QAM16
/
/
10M
10M
QPSK
/
/
5M
5M
----那么如何确定合适的工作单元数量及每个单元内的上下行频道的比率呢？
----答案在于运营商为用户提供何种类型和何种等级的服务。
由于同一工作单元的上下行频道是共享带宽的，故而我们可粗略地计算出每个用户所平均拥有的带宽。
通常，一个工作单元的下行频道可带1500-2000个CM用户。
----B、CMTS和CM管理系统CMS
----CMTS和CM管理系统CMS界面
----基于Windows的CMS采用图形界面和SNMP网络管理协议，对cableModem和CMTS平台的安装、监测、升级和网络诊断等各方面进行管理。
----其对CMTS的主要管理功能及特点如下：
◆友好的人机操作图形界面，提供丰富的工具图标可方便操作者的使用，同时支持传统命令行方式的调用。
◆该案典CMTS可配置为电话回传方式，称为单向模式；也可配置为电缆回传方式，称为双向模式；同时CMTS也可支持两者的组合方式，称为三向模式。
CMS提供对三向、双向和单向所有CMTS工作结构的管理支持。
◆实现对CAR卡各层次的性能的统计和分析。
◆完成对所管理的CMTS系统的软件自动升级。
◆完成对所管理的CMTS系统配置的备份，以便在原卡配置丢失时迅速恢复，同时在对多个类同的CMTS配置时也可以此功能提高工作效率。
◆提供快捷配置工具，
----CMS也具有完整的CM管理能力，它可以配置和监视某些品牌电缆调制解调器。
其直观的图形界面，使操作简便易行，CMM中还包括RF性能监测功能，例如S/N趋势和均衡器状态。
--CMS图形界面
----C、运营支持系统---运行控制管理器PAM（ProvisioningAccessManager）
----按照DOCSIS标准运行的电缆数据系统的必备支持服务为DHCP服务器、TFTP服务器、TOD服务器。
该案典的PAM系统在支持标准要求的基础上进一步扩展其能力，成为功能丰富的运营支持系统，是运营商运营网络的必不可少的工具。
----DHCP服务器承担为网络内设备动态分配IP地址的任务，基于Windows2000的PAM提供了远高于NT4和Solaris的DHCP处理性能，当CMTS系统重起动或复位时，所有相关的CM将重新注册，此时处理速度和可靠性对运营网络来说均非常重要。
PAM可支持至少一百万个CM和一百万CPE（有路由能力的用户端电缆访问设备），其可借助于Windows2000平台的Clustering和负载均衡能力来提高可靠性和处理能力。
----PAM进一步扩展了DHCP相关的处理，提供了多种灵活的用户和服务管理工具。
结合开放的Windows2000平台，PAM提供开放的API接口以提供运营商进一步按自己的情况开发相应的管理功能。
----TFTP服务器为CM注册时下载配置文件提供服务，CM的软件升级工作亦由其完成，同其它厂家单线程TFTP服务相比，PAM的多线程TFTP能力克服了CM注册时的瓶颈。
----按照DOCSIS标准，CM作为TOD（TimeofDAY）客户端从TOD服务器请求相应的时间信息，PAM也完成此功能。
另外，PAM也提供了DDNS和DNSLite服务能力以及LDAPv3服务。
----PAM在Windows2000DHCP服务基础上提供了进一步功能扩展。
运行控制管理器PAM如图所示
----功能如下：
◆按MAC地址分派导引文件和IP地址，每个CM可分配不同的导引文件。
该功能为DOCSIS1.1的属性，其可实现DOCSIS第二层与IP层QoS的集成。
◆按不同设备类型（双向CM、电话回传外置CM、电话回传内置CM、PC）分配IP地址
◆对多个IP地址池实施多级CoS
◆在双处理器及足够的内存的支持下可支持每秒1600个请求
◆支持远程管理
◆支持服务级定义
◆Add/Deletegatewayaddressidentifiersfromserviceclasses
◆支持对单个MAC地址记录的查询/添加/删除/修改操作
◆支持MAC地址记录的输入输出批处理
◆支持在用CM的查询
----PAMDOCSIS注册工具支持自动WEB注册和预付费注册。
其可使运营用户管理自动化。
----宽带接入网络运营商可将自己的主要任务定位在提供用户访问网络的手段上，也即作ASP（AccessServiceProvider），而Internet接入服务由ISP（InternetServiceProvider）完成，通过服务批发可较快地发展用户，并将力量投放到自己最熟悉和拿手的业务上。
CMTS支持所有IETFPPP多访问协议（PPPoE、PPTP、L2TP），可按需要建立同ISP的安全连接，PAM的DHCP转发功能及PPP方式地址分配可实现不同ISP访问的IP地址动态分配策略。
----D、满足不同QoS需求的用户---带宽管理器BWM（BandwithManager）
----带宽管理器BWM示意图
----带宽管理器完成带宽的分配、测量、优先权设定、利用率分析等管理任务。
----其系统组成为四个部分：
◆带宽管理控制卡（该模块安装在CMTS上，其预安装了相应的BWM软件）
◆服务器软件（用户及相关参数数据库,可支持Oracle和MS-SQLSERVER）
◆客户端软件
◆带宽管理GUI软件：
风格类似于Windows9X的资源管理器。
----带宽管理器的工作方式如下：
----通过客户端软件和相应的GUI软件可对带宽管理系统进行配置，包括配置带宽管理控制卡、带宽模板和流量策略、帐户和用户组等。
----数据库软件完成对所定义信息的保存，包括客户信息、配置信息、带宽利用率信息等。
----CMTS上的控制模块通过中板总线按照客户及其配置信息实施带宽控制。
----结合前图所示，带宽管理系统采用Client-Server模式完成带宽管理任务，客户端及GUI软件是管理员与系统的人机界面，数据库软件负责所有信息的存储管理，前端控制卡完成策略的执行任务和数据采集任务。
带宽管理系统界面
----QoS能力是DOCSIS1.1支持的一个重要属性，带宽管理系统在相当的程度上实现了其功能，BWM的特点如下：
◆在上下行方向提供保证的CIR（承诺信息速率）能力
◆在上下行方向提供MBR（最大突发速率）能力，允许用户在带宽可用的情况下占用更大的带宽。
◆可按用户并基于其使用网络的情况进行统计和计费
◆可按频道实时地进行带宽利用率图形化分析，帮助运营商进行带宽使用预测
◆图形化的服务级别和策略定义
◆*简洁方便地添加新用户及对原有用户进行管理
◆*可动态地进行带宽分配、管理、优先控制，最大支持20000个基于IP地址的用户组
◆对于带宽使用得突然变化可进行提示设定，以防止滥用。
◆支持分布式控制结构，中心管理系统可同时控制多个远程CMTS控制卡。
作为Client+GUI亦可处于不同位置。
◆支持口令保护访问机制
----E、用户端产品---CM
----该案典完整的有线电视数据网络解决方案包括其丰富的用户端产品。
按照产品的市场定位，案典的多种CM隶属于两个品牌：
HomeConnect和OfficeConnect。
按其功能划分包括：
内置式和外置式；双向和单向，Ethernet和USB用户端接口。
可根据用户类型：
居民用户或办公室商务用户进行选择。
线缆调制解调器安装方便，使用简单。
高性能，可提供下行10Mbps，上行3Mbps的传输性能。
可提供USB、10M以太网或内置连接，用户可灵活选择网络连接方式。
外置式设备可通过交换机或集线器直接支持15台PC。
支持DOCSIS1.0规范，可软件升级DOCSIS1.1，并支持Euro-DOCSIS标准。
四、解决方案之优势
----A、高可靠性
----有线电视数据运营网络同电信服务网络一样，应具有相当的可靠性和可用性，该案典的CMTS产品基于其电信级运营平台TotalControl，其通过了严格的综合测试，譬如Telcordia公司针对环境、机械、安全和电磁要求的严格第三级网络设备制造标准（NEBS），该标准是以GR-1089-CORE和GR-63-CORE规范为基础的。
----TotalControl平台极具特点的多插槽中板设计及分布式处理结构使得系统具有无可比拟的特性。
----B、可用性和可维护性
----该案典CMTS系统的设计特点为分布式处理，路由处理卡、下行卡、上行卡分别为不同的模块，同其它厂家上下行通道处于同一模块且配置固定的设计相比，其具有更高的可用性和更佳的可维护性。
当一个上行模块故障时，可对其进行维护，而无需停顿整个单元，从而提高了系统的在线时间。
所有模块均支持带电热插拔。
----Cablemodem产品即插即用，安装维护简单，快捷。
----C、可扩展性及灵活性
----非对称是DOCSIS标准HFC数据网络的特点，运营商可根据用户上行带宽的需求变化增减上行卡的数量，从而调整上下行带宽的比例，如果采用上下行固定配置设计，则需更换整块模板并需中止当前服务。
另外，同一TotalControl机箱即可实现双向解决方案，也可并支持电话回传方案，及其两种方案的组合。
----同时，该案典针对企业和个人推出了OfficeConnect和HomeConnect两个系列产品，均支持用户可根据其实际情况灵活选择。
----D、高性能
----该案典的CMTS解决方案通过世界上第一个分布式处理结构领导业界潮流，提供领先的性能，消除处理瓶颈，并且能够随着用户需求的增长提供唯一经过考验的带宽扩展能力。
----该案典解决方案的优势还表现在能通过方便地改变上行频率的方式减少入网噪音对服务的干扰。
对上行信道定义了多个频率，当某频带的噪音超越门限值时，上行数据信道将跳到另一个定义的频率，而无需对Modem重新注册。
----分布处理的上下行模块和每工作单元的路由卡具有独立的CPU和内存，即使运行各种资源要求高的应用，如VPN、VoIP等也轻松自如，不会出现瓶颈效应。
----同时，CableModem产品可提供上行3Mbps，下行10Mbps的高速率，可充分满足未来用户应用的发展。
----E、可管理的和运营的系统
----TD99Works架构中第二、三层为网络管理、控制及运行支持系统平台，CMS网管软件、PAM和BWM作为线缆数据系统解决方案的一环即实现了该构架二、三层的功能，使得运营商对网络有极强的控制能力和网络安全控制机制；拥有基于策略的网络管理和基于物理层、链路层和网络层的性能测量和故障监控能力，并提供远程配置和故障排除能力。
灵活的计费方式；丰富的用户管理手段；丰富的QoS能力。
----F、遵从标准
----该案典的CMTS和CM均遵从DOCSIS1.0标准，并通过Cablelab的标准测试认证，头端系统已具备了很多DOCSIS1.1的属性，并可支持Euro-DOCSIS标准，其它厂商的CM只要符合标准均可互通。
运营商可不限于个别厂家的客户端CM，为用户提供丰富的选择。
五、结束
----该案典以数据网络经验结合对有线电视运营网络的深入了解，提供完整的真正运营级的有线电视数据网络解决方案。
世界上多个国家的运营网络采用了该案典的优秀解决方案即是明证。
该案典能够和您一起构建一个成功的宽带运营网络。
----选择TD99，把握未来！
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