廣電EPON+HiNOC模式

1概述

下一代廣播電視網的目標是以自主知識產權的關鍵技術與標準為核心，構建覆蓋全國家庭的、平均接入速率100Mbit/s的、可擴展的、全程全網的、寬帶交互式的、具有業務質量保證的、國際先進水平的網絡平臺。下一代廣播電視網的建設對于推動國家信息化發展，滿足人民日益增長的精神文化需求，維護我國信息和文化安全，促進戰略性新興產業的發展，加快推進三網融合具有十分重要的意義。在NGB的規劃中，網絡建設是重點，需要建設可以支持包括語音、視頻和互聯網等各類數字業務的強大融合性支撐網絡，同時，未來業務的發展將以視頻為主，對網絡帶寬的需求將日益增強。

當前我國分布和使用最廣泛的有線電視網絡具有得天獨厚的頻帶寬、容量大、抗干擾能力強等優點，而且骨干網帶寬基本可以滿足網絡融合的需要，只有接入網速率的限制成為影響業務融合發展的瓶頸。隨著寬帶業務的發展，現有的接入網技術由于帶寬、建設成本、重新布線、保護已有投資以及用戶接收程度等原因都難以提供有效可行的解決方案。

現階段伴隨著有線電視數字化和網絡化的推進，有線電視系統從技術體系、組網方式和運營管理等各個方面都發生了深刻變化。隨著“光進銅退”進程的發展和FTTB的迅速興起，特別是HiNOC技術的研發與發展，利用樓內和戶內有線電視分配網絡解決最后100米范圍的寬帶接入網瓶頸成為可能，而且無需重新布線或改造便可提供多業務寬帶接入服務。2007年7月，由國家廣電總局科技司頒發的《有線電視網雙向化改造指導意見》，為廣電接入網的發展指明了方向，而EPON+HiNOC模式終將成為廣電未來接入網發展的優選方案。

2EPON技術及其特點

EPON是一種新型的基于吉比特以太網的無源光網絡接入技術，它采用點到多點的用戶網絡拓撲結構，在物理層采用了PON技術，在鏈路層使用以太網協議，利用PON的拓撲結構實現了以太網的接入，因此，它綜合了PON技術和以太網技術的優點：低成本、高帶寬、擴展性強、靈活快速的服務重組、與現有以太網的兼容性、方便的管理等等。EPON協議基于以太網基本MAC協議擴展，容易與其他以太網接口或設備進行集成或互連，有利于降低接入系統和網絡的成本。

2.1EPON系統的構成

一個典型的EPON系統由OLT、ONU、ODN組成，系統結構如圖1所示。OLT（Optical Line Terminal光線路終端）在廣電組網系統中一般放置于前端；ONU（Optical Network Unit光網絡單元）在光纖鋪設到樓的情況下，放置于樓道；ODN（Optical Distribution Network光分配網絡）可多級連接，靈活組網。EPON系統使用單模光纖，在一芯光纖上利用上下行兩個波長（上行波長1310 nm，下行波長1490nm）傳輸雙向數據。

圖1系統結構圖

2.2EPON的傳輸原理

EPON從OLT到多個ONU下行傳輸數據和從多個ONU到OLT上行傳輸數據是不同的，所采取的上行/下行技術分別如圖2所示。下行方向：數據從OLT到多個ONU以廣播方式傳輸下行數據信號，采用時分復用技術（TDM），根據IEEE802.3ah協議，每一個數據幀的幀頭包含注冊時分配的、特定ONU的邏輯鏈路標識（LLID），該標識表明本數據幀是給ONU（ONU1、ONU2、ONU3，……，ONUn）中的惟一一個。另外，部分數據幀可以是給所有的ONU（廣播式）或者特殊的一組ONU（組播）。在圖2的組網結構下，在分光器處，流量分成獨立的三組信號，每一組載有到所有ONU的信號。當數據信號到達ONU時，ONU根據LLID，在物理層上做判斷，接收給它自己的數據幀，摒棄那些給其它ONU的數據幀。如圖2中，ONU1收到包1、2、3，但是它僅僅發送包1給終端用戶1，摒棄包2和包3。

對于上行，采用時分多址接入技術（TDMA），分時隙給ONU傳輸上行流量。當ONU注冊成功后，OLT會根據系統的配置，給ONU分配特定的帶寬（在采用動態帶寬調整時，OLT會根據指定的帶寬分配策略和各個ONU的狀態報告，動態地給每一個ONU分配帶寬）。帶寬對于PON層面來說，就是可以傳輸數據的基本時隙，每一個基本時隙單位時間長度為16ns。在一個OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU與OLT端口之間的時鐘是嚴格同步的，每一個ONU只能夠在OLT給它分配的時刻開始，用分配給它的時隙長度傳輸數據。通過時隙分配和時延補償，確保多個ONU的數據信號耦合到一根光纖時，各個ONU的上行包不會互相干擾。同時，在PON的傳輸機制上，通過新增加的MAC控制命令來控制和優化各光網絡單元（ONU）與光線路終端（OLT）之間突發性數據通信和實時的TDM通信。由于ONU在自己的時隙內發送數據報，因此沒有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，EPON通過在MAC層中實現802.1p來提供與APON/GPON類似的QoS。

2.3EPON技術特點

EPON技術是由IEEE802.3 EFM工作組進行標準化的。在該標準中，將以太網和PON技術相結合，在無源光網絡體系架構的基礎上，定義了一種新的、應用于EPON系統的物理層（主要是光接口）規范和擴展的以太網數據鏈路層協議，以實現在點到多點的PON中以太網幀的TDM接入。此外，EPON還定義了一種運行、維護和管理（OAM）機制，以實現必要的運行管理和維護功能。

在物理層，IEEE 802.3-2005規定采用單纖波分復用技術（下行1490 nm，上行1310 nm）實現單纖雙向傳輸，同時定義了1000 BASE-PX-10 U/D和1000 BASE-PX-20 U/D兩種PON光接口，分別支持10 km和20 km的最大距離傳輸。在物理編碼子層，EPON系統繼承了吉比特以太網的原有標準，采用8B/10B編碼方式和標準的上下行對稱的1 Gbit/s數據速率（線路碼速率為1.25 Gbit/s）。

在數據鏈路層，多點MAC控制協議（MPCP）的功能是在一個點到多點的EPON系統中實現點到點的仿真，支持點到多點網絡中多個MAC客戶層實體，并支持對額外MAC的控制功能。MPCP主要處理ONU的發現和注冊，多個ONU之間上行傳輸資源的分配，動態帶寬分配，統計復用的ONU本地擁塞狀態的匯報等。

利用其下行廣播的傳輸方式，EPON定義了廣播LLID（LLID=0xFF）作為單拷貝廣播（SCB）信道，用于高效傳輸下行視頻廣播/組播業務。EPON還提供了一種可選的OAM功能，提供一種諸如遠端故障指示和遠端環回控制等管理鏈路的運行機制，用于管理、測試和診斷已激活OAM功能的鏈路。此外，IEEE 802.3-2005還定義了特定的機構擴展機制，以實現對OAM功能的擴展，并用于其他鏈路層或高層應用的遠程管理和控制。

相對于BPON和GPON，EPON協議簡單，對光收發模塊技術指標要求低，因此系統成本較低。另外，它繼承了以太網的可擴展性強、對IP數據業務適配效率高等優點，同時支持高速Internet接入、語音、IPTV、TDM專線甚至CATV等多種業務綜合接入，并具有很好的QoS保證和組播業務支持能力，是目前建設高質量接入網的重要備選技術之一。

圖2EPON上/下行數據流原理圖

3HiNOC技術及其特點

HINOC（High performance Network Over Coax）技術是我國自主研發的、具有自主知識產權的、面向NGB需求的一種基于高性能同軸電纜射頻調制接入技術。HINOC系統以其低成本、高性能的特點為高速和高質量多業務的接入提供高速通道。HINOC技術的發展與應用，將對我國新一代信息基礎設施、形成新的網絡體系結構、新的運營模式發揮重要作用。

HINOC技術利用現有有線電視網絡的同軸電纜，通過增加HINOC橋（HINOC Bridge，HB）和HINOC調解器（HINOC Modem，HM）等相關設備，可實現承載包括IPTV、HDTV、SDTV、VOD、VOIP以及高速上網等高速和高質量多業務接入寬帶服務。

3.1HiNOC技術原理

HiNOC技術使用860MHz以上的空余頻段進行以IP為主的數據信號傳輸。HiNOC技術采用16MHz頻帶作為一個數據傳輸信道，在16MHz信道帶寬上實現物理層112Mbps的傳輸數據率，在有效頻帶上達到7比特/s/Hz。工作頻帶滿足現有有線電視網絡頻率規劃要求，可支持從QPSK到1024QAM的自適應調制。采用TDD雙工模式和TDMA多址方式，支持基于優先級的QoS保證機制。單信道最大支持接入終端數為32個，支持IPV4/V6、可控組播、廣播式傳輸和點到點傳輸。同時，為避免多徑引發碼間干擾、提高信道利用率，HiNOC技術選擇多載波OFDM體制傳輸數據。

HiNOC頭端設備和處于同一信道的HiNOC Modem（HM）構成一個邏輯獨立的樓內分配網絡，HiNOC技術支持在多個信道同時構建多個相互獨立的分配網絡。HiNOC的頭端設備可以是只支持一個信道的HiNOC Bridge（HB），也可以是支持多個信道集成的HiNOC Switch（HS）。HiNOC技術典型組成原理圖如圖3。

圖3HiNOC典型組成原理圖

圖中圈內代表一個獨立的有線電視樓內分配網絡，由HiNOC頭端HB和若干HM設備組成。數據信號到達HB結點后，被調制到同軸電纜的一個HINOC信道上，然后進入樓內分配網絡，經樓內分配網絡到達位于同一信道的各HM結點，并經HM解調后傳送到用戶數字終端設備。另外，在一個樓內分配網絡也可以劃出多個HINOC信道，在每個信道都可以單獨構建一個HINOC網絡，各信道之間按照FDM方式分隔。

3.2HINOC的技術特點

（1）可同時支持低、高頻段：目前，HINOC的工作頻段可同時兼顧到低頻段與高頻段，單信道帶寬為16MHz；低頻段為0～32MHz，高頻段為860～1006MHz，中心頻點連續可調。

（2）頻譜利用率較高：HINOC物理層傳輸效率的理論值大于7b/s/Hz。由于采用了OFDM調制技術（從QPSK到1024QAM調制，且誤碼率低于1×10-9，從而可實時支持視頻傳輸。在1個信道中可實現最高112Mbps的物理層速率）以及自主創新、基于同軸網絡時不變信道特征的分布式信道均衡技術，MAC層頻譜利用率的理論值大于4b/s/Hz（實際測試值為3.85b/s/Hz）。

（3）支持DBA（動態帶寬分配）功能：MAC層采用TDD/基于預約/許可的TDMA工作模式，實現無沖突的信道接入與靈活的帶寬分配。通過DBA，設置接入用戶的保證帶寬與分配帶寬，實現對用戶接入帶寬的控制，可滿足有線運營商的帶寬分配管理需求。

（4）支持流分類功能：HINOC內置了流分類模塊（用于處理流分類、流過濾、流標記、QoS等），可確保業務優先級。HINOC的協處理器可根據報文頭部的控制信息進行流分類，可完成從第二層到第四層關鍵元素的過濾，可實現訪問控制、報文捕獲、QoS處理、IGMP組播、黑/白名單等功能。

（5）基于CPU+協處理器實現MAC功能：HINOC采用了基于CPU+硬件協處理器來實現MAC的方案，由于其將原有MAC部分可以固化的功能硬件化，從而大大降低了對于CPU的要求，可以低成本的實現原有MAC功能。MAC層的設計能夠到達媒質接入控制和業務適配技術方案及對物理層的規劃控制的要求。另外，物理層硬件結構設計也能夠很好的達到HINOC物理層傳輸模式技術方案以及與MAC層交互的要求。

4EPON+HiNOC組網技術及其應用

結合有線電視網絡雙向化改造，EPON系統可以安排部署在分前端與光節點之間，并延伸至樓道，提供FTTB方式的寬帶接入；HiNOC設備部署在ONU出口和用戶終端之間，解決用戶分配問題。采用EPON+HiNOC技術進行雙向化改造的典型組網方式結構如圖4所示。這種基于光纖到樓（FTTB）的組網方式是目前最為可行的接入方式。

圖中左圈為一典型的EPON系統，右圈為一典型的HiNOC系統。

工作原理：首先看下行鏈路：來自骨干網絡側的以太網數據信號，經由OLT、ODN、ONU組成的EPON系統，以FTTB方式到達小區樓宇門口；然后經HiNOC系統設備HB調制到同軸電纜的一個HINOC信道內，并通過樓內分配網絡和電纜終端盒傳送到位于住戶家內的HM，經HM解調后（通過HM的以太網接口）傳送給個人電腦（PC）、高清電視接收機（通過IP機頂盒）等終端設備。在上行鏈路上：從各終端設備上行的數據信號經對應的HM調制后進入同軸電纜分配網絡到達HB，由HB解調轉換后經EPON系統送回到骨干網絡。

CATV節目信號在HB處與以太網信號一起混合進入電纜分配網絡，被戶內的電視機接收，因此不影響原有電視節目的收看。

5結束語

EPON技術利用PON的拓撲結構實現以太網的接入，具有高帶寬、易維護、低成本等優點，可以通過單一平臺綜合接入語音、數據、視頻等多種業務。HiNOC技術遵循以太網協議，技術標準高，并且客戶端為有源終端，提高了系統的穩定性；同時，工程安裝不需重新敷設五類線，有效的解決了樓內重新敷設線纜施工困難問題，建設成本較低。采用EPON + HiNOC技術可同時支持數字電視、互動電視、數據業務和傳統TDM業務，滿足全業務運營接入網的目標要求。在組網方式上，可通過同一個平臺上提供電視、數據、語音和視頻應用，也可以采用A、B兩個平臺，分別傳輸電視和數據信號。因此，EPON+HiNOC的應用將為廣電在新形勢下建設NGB，開辟一條全新的發展道路。