廣電CMTS系統(tǒng)技術(shù)方案

廣電 CMTS 系統(tǒng) 技術(shù)方案 漢柏科技有限公司 2010 年 8 月 30 日 目 錄 1 目前廣電系統(tǒng)現(xiàn)狀描述 . 3 2 基于 CM 的雙向改造技術(shù) . 3 3 解決方案原則 . 4 3.1 保護(hù)投資原則 . 4 3.2 全面覆蓋原則 . 5 3.3 滿足需求原則 . 5 3.4 漸進(jìn)發(fā)展原則 . 5 3.5 符合趨勢(shì)原則 . 5 4 Cisco ubr 系列產(chǎn)品介紹 . 6 4.1 UBR 系列產(chǎn)品線 . 6 4.2 UBR 10012 系列 . 7 4.3 UBR7200 系列 . 8 4.3.1 uBR7225VXR 系列 . 8 4.3.2 uBR7225VXR 系列 . 8 5 CMTS 部署方式 . 9 5.1 CMTS+CM 改造方案 . 9 5.1.1 CMTS+CM 的特點(diǎn) . 10 5.2 CMTS 與 CM 鏈接過程 . 10 5.2.1 CMTS 網(wǎng)絡(luò) 設(shè)計(jì) . 10 5.2.2 Cable Modem 注冊(cè)過程 . 10 5.3 DOCSIS 綜述 . 12 5.3.1 DOCSIS 的發(fā)展 . 12 5.3.2 DOCSIS 的過去、現(xiàn)在 -特征 . 13 5.4 DOCSIS 3.0 . 13 5.4.1 DOCSIS 3.0 特點(diǎn) . 13 5.4.2 DOCSIS 1.0/2.0 向 DOCSIS 3.0 過度 . 14 5.4.3 滿足 DOCSIS 3.0 的條件 . 16 1 目前廣電系統(tǒng)現(xiàn)狀描述 中國(guó)的有線電視經(jīng)過二十多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)形成了巨大的規(guī)模，全國(guó)有線模擬電視用戶達(dá)到 1.3 億戶堪稱世界第一。隨著數(shù)字電視發(fā)展時(shí)代的到來，歐美日韓等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)啟動(dòng)了數(shù)字電視的實(shí)施計(jì)劃，在 2002 年我國(guó)也啟動(dòng)了數(shù)字電視發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)家廣電總局已制定了我國(guó)數(shù)字電視的實(shí)施計(jì)劃和試點(diǎn)城市，有線數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換成為電視數(shù)字化的首要任務(wù)和目標(biāo)，數(shù)字化和信息化技術(shù)引發(fā)了電視傳輸技術(shù)和方式的革命，有線電視數(shù)字化使廣播電視向雙向交互電視的演進(jìn)成為可能，有線電視網(wǎng)絡(luò)的雙向化更是提供了全面提供電視、數(shù)據(jù)和語音等綜合業(yè)務(wù)發(fā)展的新機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)有線電視網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值充分提升。在我國(guó)有線電視數(shù)字化進(jìn)程中， 2004 年 10 月杭州數(shù)字電視首創(chuàng)以雙向網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的廣播交互電視業(yè)務(wù)的成功運(yùn)營(yíng)，引領(lǐng)了數(shù)字電視走入交互電視的新階段。 發(fā)展交互電視 的基礎(chǔ)是有線電視網(wǎng)絡(luò)具有雙向數(shù)據(jù)傳輸能力，但是我國(guó)大部分城市的有線電視網(wǎng)絡(luò)是單向廣播網(wǎng)，上海、深圳等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市的部分網(wǎng)絡(luò)采用 CMTS構(gòu)建了雙向 HFC 網(wǎng)，杭州等城市采用 LAN 接入方式構(gòu)建了市區(qū)的雙向?qū)拵?shù)據(jù)網(wǎng)，總體上看有線電視網(wǎng)絡(luò)完成雙向化改造的規(guī)模非常小，面對(duì)有線電視數(shù)字化和雙向化的發(fā)展趨勢(shì)，亟待解決的問題是全網(wǎng)覆蓋的有線電視雙向化改造解決方案。 有線電視雙向改造傳統(tǒng)的方式是采用 DOCSIS技術(shù)的 CMTS系統(tǒng)的雙向 HFC 網(wǎng)絡(luò)，以美國(guó)有線電視運(yùn)營(yíng)商在全美成功應(yīng)用 。 綜上所述，有線電視雙向化技術(shù)起始于 DOCSIS 提出的雙向 HFC 來計(jì)算已經(jīng)發(fā)展了十年之久，有線電視雙向全網(wǎng)覆蓋的設(shè)計(jì)需要根據(jù)投資、性能、業(yè)務(wù)、工程、維護(hù)等若干方面去考慮進(jìn)行比較 。 2 基于 CM 的 雙向改造技術(shù) Cable Modem 接入網(wǎng)方案是基于雙向 HFC 網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)包括前端設(shè)備CMTS 和終端設(shè)備 Cable Modem（ CM），采用 DOCSIS1.0/2.0/3.0 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，利用有線電視網(wǎng)下行頻段和上行頻段分別提供數(shù)據(jù)回傳和下載通道，下行通道的頻率范圍為 88860MHz，每個(gè)通道按頻道帶寬 8MHz 設(shè)定，采用 64QAM或 256QAM 調(diào)制方式，下行數(shù)據(jù)傳輸速率最大為 40Mbps。上行通道的頻率范圍為 5 65MHz，每個(gè)通道的帶寬可為 200、 400、 800、 1600、 3200kHz，采用 QPSK 或 16QAM 調(diào)制方式，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為 5Mbps 或 10Mbps。 Cable Modem 在組網(wǎng)方式上，很適合于原先的有線電視網(wǎng)絡(luò)，光節(jié)點(diǎn)以下采用樹型總線結(jié)構(gòu)。 CMTS 輸出端的 CABLE 電纜通過分配器和分支器輸入到用戶家庭的 Cable Modem 的 RF 輸入端，完成視頻與數(shù)據(jù)的接入。 CABLE MODEM 在實(shí)際應(yīng)用中的組網(wǎng)架構(gòu)如下圖： 圖 2-1 CABLE MODEM 組網(wǎng)架構(gòu)示意圖 基于 Cable Modem 的雙向有線電視網(wǎng)絡(luò)具有的優(yōu)勢(shì)是充分利用了 HFC 網(wǎng)絡(luò)已有的接入網(wǎng)資源，對(duì)入戶線路沒有安裝工程 。 3 解決方案原則 3.1 保護(hù)投資原則 有線電視新的業(yè)務(wù)需要，如交互電視、信息服務(wù)等要求網(wǎng)絡(luò)提供雙向交互承載能力的支持，網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造必須要充分考慮原有可用網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)，網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造是完整的、漸進(jìn)的投資，而不是局部的、不兼容的替代。畢竟經(jīng)過十幾年的發(fā)展有線電視網(wǎng)已經(jīng)逐步發(fā)展完善為 HFC 網(wǎng)架構(gòu)、光節(jié)點(diǎn)覆蓋 500 戶、頻道達(dá)到 750（ 862） MHz， 對(duì)于單向廣播電視而言可以滿足開展數(shù)字電視業(yè)務(wù)的要求，因此雙向化改造要遵循保護(hù)已有投資的原則。 3.2 全面覆蓋原則 有線電視廣播業(yè)務(wù)已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶是一個(gè)大眾業(yè)務(wù)，作為交互電視和信息服務(wù)的增值業(yè)務(wù)是一種分眾業(yè)務(wù)，需要進(jìn)行市場(chǎng)化培育的過程。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言通過提供增值業(yè)務(wù)提高 ARPU 值來獲得新的收入增長(zhǎng)點(diǎn)，從客戶方面講是為新增業(yè)務(wù)支付額外費(fèi)用滿足個(gè)性化需求，業(yè)務(wù)的目標(biāo)客戶基礎(chǔ)是所有大眾業(yè)務(wù)用戶，因此增值業(yè)務(wù)所需要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)應(yīng)該覆蓋全部用戶才有利于新業(yè)務(wù)的迅速開展，這就要求雙向化改造要遵循短時(shí)間全面覆蓋的原則。 3.3 滿足需求原則 有線電視廣播業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型到廣播與交互綜合業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)承載需求已經(jīng)發(fā)生變化，傳統(tǒng)廣播電視是單向下行的廣播網(wǎng)，而交互電視和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)需要雙向的交互網(wǎng)絡(luò)。交互電視和綜合業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)也是根據(jù)具體業(yè)務(wù)、用戶數(shù)、并發(fā)數(shù)等要求有不同的差異，交互電視要求提供較小數(shù)據(jù)回傳通道、而信息化服務(wù)需要寬帶數(shù)據(jù)通信，用戶數(shù)較少時(shí)帶寬較小也能保證服務(wù)質(zhì)量、而用戶數(shù)或并發(fā)數(shù)增加都會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬提出更高需求，所以不同階段需求是有差異的，不要期望完全的一步到位的思路，遵循滿足需求的原則是十分務(wù)實(shí)的做法。 3.4 漸進(jìn)發(fā)展原則 漸進(jìn)發(fā)展的原則是 投資效益的原則，避免周期長(zhǎng)、投入大、產(chǎn)出低的情況發(fā)生，運(yùn)營(yíng)商開展新業(yè)務(wù)要在短期內(nèi)以盡可能小的投入獲得業(yè)務(wù)快速的推廣，新業(yè)務(wù)具有品種多樣、個(gè)性化和高附加值的特點(diǎn)，會(huì)有一定的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，因此投資一定要采取控制初期投資、滾動(dòng)發(fā)展的策略，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)便于快速調(diào)整業(yè)務(wù)。 3.5 符合趨勢(shì)原則 網(wǎng)絡(luò)投資建設(shè)符合發(fā)展趨勢(shì)的原則是技術(shù)選型和投資的基本判斷原則，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期投資過程，選擇的技術(shù)方案一定要符合主流發(fā)展趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)也可以跟隨技術(shù)的發(fā)展而平滑升級(jí)，從而最大限度保護(hù)已有投資、發(fā)揮存量資產(chǎn)的效益最大化。 4 CISCO UBR 系列產(chǎn)品介紹 4.1 UBR 系列產(chǎn)品線 4.2 UBR 10012 系列 基本特性 The Cisco uBR10012 features these components: A maximum of eight RF line cards A maximum of six Wideband SPAs for Wideband channel bonding A maximum of two 4-SPA interface processors (SIPs), the carrier card for the Wideband SPAs A maximum of two WAN SPAs to connect to the IP backbone and external networks A maximum of two Cisco performance routing engine (PRE) modules Two Cisco Timing, Communication, and Control cards Two AC or DC power entry modules (PEMs) 所支持的 RF line card UBR10-MC5X20H-D： uBR10K High-Performance Card, 5DS w/upx, 20US, Spec An 支持 DOCSIS1.0/2.0/3.0 4.3 UBR7200 系列 4.3.1 uBR7225VXR 系列 基本特性 Cisco uBR7225VXR Universal Broadband Router Features and Benefits Summary Provides up to 16 upstreams and 4 downstreams in a 2-RU form factor. 所支持的 RF line card UBR-E-28U： UBR7225 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU UBR-MC28U： uBR7200 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU UBR-MC88V： uBR7200 DOCSIS3.0 Modem Card, 8 DS w/Upx, 8 US, SCDMA, 支持 DOCSIS1.0/2.0 4.3.2 uBR7225VXR 系列 基本特性 Cisco uBR7246VXR features: Four cable line cards to connect to the cable plant. Two port adapters (one slot for dual-width port adapter) to connect to the IP backbone and external networks； a range of network interfaces is available. Not required for chassis that contains the Cisco uBR7200 Series NPE-G2 or NPE-G1. Cisco uBR7200 Series NPE-G2 Network Processing Engine. One cable clock card to lock onto and propagate a T1 clock signal throughout the router midplane. 所支持的 RF line card UBR-MC28U： uBR7200 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU UBR-MC88V： uBR7200 DOCSIS3.0 Modem Card, 8 DS w/Upx, 8 US, SCDMA, 支持 DOCSIS1.0/2.0/3.0 5 CMTS 部署方式 5.1 CMTS+CM 改造方案 5.1.1 CMTS+CM的特點(diǎn) 一個(gè)頭端覆蓋范圍大，初期設(shè)備投資低 充分利用現(xiàn)有 充分利用現(xiàn)有 cable cable 資源，充分考慮廣電系統(tǒng)特點(diǎn) 技術(shù)相對(duì)成熟，在歐美大量使用 技術(shù)相對(duì)成熟，在歐美大量使用 5.2 CMTS 與 CM 鏈接過程 5.2.1 CMTS 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 根據(jù)光節(jié)點(diǎn)用戶的多少，可以混合 2至 4 個(gè)光接收機(jī)的回傳信號(hào)，連接到 CMTS 的一個(gè)回傳通道。譬如這個(gè)機(jī)房有 80 個(gè)光節(jié)點(diǎn)，需要配置 20-40 個(gè)上行通道 ，下行通道可以配置為 8 個(gè) ， CMTS 分為 4個(gè) MAC 區(qū)域，每一個(gè)下行端口（最大包含 2 個(gè)下行頻點(diǎn)）搭配 5-10 個(gè)左右上行通道為一個(gè) MAC 域，這樣的一個(gè) MAC 域下行速度最大可達(dá)100M，這樣整臺(tái) CMTS 可以支持最大 400M 的下行流量。 CMTS 用戶可以是寬帶用戶，也可以是 VOD 的點(diǎn)播用戶，由于 VOD 點(diǎn)播 用戶數(shù)據(jù)流量少 ，一臺(tái) C2200 可以帶更多的 VOD 用戶。同時(shí)通過給 modem 下發(fā)不同的配置文件，可以給不同的 MODEM 分配不同的帶寬，例如可以分為： 1M， 2M， 4M，從而實(shí)現(xiàn)用戶的區(qū)分服務(wù)。同時(shí)我們可以開展其它雙向增值業(yè)務(wù)。如視頻點(diǎn)播（ VOD）， IP電話，電視游戲等等。 5.2.2 Cable Modem注冊(cè)過程 CMTS 和 Cable Modem 通過 DOCSIS 協(xié)議進(jìn)行通訊，以下為 DOCSIS 網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)： DOCSIS 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要組件： Provisioning Systems DHCP Server: 在 CM 初始化過程中給 CM 提供 ip 地址 TFTP Server: 提供 CM 配置文件 Time Server: 給 CM 提供時(shí)間 (可選 ) 軟件升級(jí)服務(wù)器 : 提供 CMTS/CM 軟件版本升級(jí) Network Management System (NMS) SNMP Manager Syslog server IPDR server 其他 (提供安全訪問控制的 RADIUS/TACACS Server) CM 上線流程 ： 1. Tuning： 鎖定下行頻點(diǎn) ,獲取上行數(shù)據(jù) 2. Ranging:： 測(cè)距 3. DHCP： 獲取 IP 地址 4. TFTP： 獲取配置文件 5. Registration： 注冊(cè) 5.3 DOCSIS 綜述 DOCSIS:有線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) DOCSIS = Data-Over-Cable Service Interface Specifications DOCSIS Cable Modem 系統(tǒng)的主要作用是在前端和用戶端之間透明地傳輸 IP 包 DOCSIS 系統(tǒng)包括 : CMTS電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，位于前端 電纜網(wǎng)絡(luò) CM-電纜調(diào)制解調(diào)器，位于用戶端 5.3.1 DOCSIS 的發(fā)展 DOCSIS 1.0/1.1: 為了有線運(yùn)營(yíng)商提供寬帶服務(wù)而提出 DOCSIS 2.0: 上行帶寬優(yōu)化 : ATDMA, SCDMA, 邏輯信道 Logical Channels 侵入噪聲消除 : 增加上行帶寬 DOCSIS 3.0: 上下行多個(gè)信道進(jìn)行捆綁創(chuàng)造更高帶寬 IPv6 5.3.2 DOCSIS 的過去、現(xiàn)在 -特征 DOCSIS 1.0 提供基本的寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接，并提供了用戶數(shù)據(jù)速率控制基本方法 DOCSIS 1.1 提供了改善業(yè)務(wù)的靈活性，安全性和服務(wù)質(zhì)量（ QoS ） DOCSIS 2.0 增加了應(yīng)對(duì)對(duì)稱服務(wù)需要的上行可靠性和數(shù)據(jù)吞吐量 DOCSIS 3.0 提供了數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑鰪?qiáng)功能。 其中最值得注意的是，通道綁定，對(duì) IPv6 的支持，和對(duì) IPTV 的支持 。通道綁定為有線電視運(yùn)營(yíng)商提供了一個(gè)靈活的方式，可為用戶提供超過 160 Mbps的下行速度，和超過 120 Mbps 的上行速度 5.4 DOCSIS 3.0 5.4.1 DOCSIS 3.0 特點(diǎn) 信道捆綁（ Channel Bonding） -下行速率可以達(dá)到 200Mbps 以上， -上行速率可以達(dá)到 120Mbps 以上。 上下行頻率物理范圍有所擴(kuò)展 -下行頻率從 750M 可擴(kuò)展到 1GHz -上行頻率范圍從 5-65 MHz 可擴(kuò)展為 5-85 MHz. 兼容性 -3.0 網(wǎng)絡(luò)同樣可以向下兼容使用 2.0,1.1,1.0 的 Cable Modem ， -3.0 的 Cable Modem 也可以在非 3.0 的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用。 安全性 - 增加 Eae 提前加密技術(shù) ,使注冊(cè)過程更有安全保障 支持 IPv6 -CM 可選擇的支持模式和雙棧管理模式 增強(qiáng)的 IP組播 -所有綁定通道都可以傳輸組播信息（源域間組播、組播的 QoS 和授權(quán)） 管理擴(kuò)展 - IPDR （ Internet Protocol Detail Record），可按業(yè)務(wù)使用對(duì)用戶做到精細(xì)計(jì)費(fèi)。 - 擴(kuò)展的 MIB 庫(kù)（較前一版標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充了超過 50%的 MIB），更利于用戶對(duì)設(shè)備的管理和控制 -更完備的信號(hào)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程診斷?？纱龠M(jìn)客戶服務(wù)和維修 5.4.2 DOCSIS 1.0/2.0 向 DOCSIS 3.0 過度 目前的 CMTS 系統(tǒng)： 改造后的 CMTS系統(tǒng)： 5.4.3 滿足 DOCSIS 3.0 的條件 CMTS can be submitted for Bronze, Silver, or Full Cablelabs