概述

自從EOC技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，作為一種用于廣電網(wǎng)絡(luò)雙向化改造的技術(shù)，已經(jīng)逐步替代傳統(tǒng)的CMTS技術(shù)。各地也有許多的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，從而積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。

EOC技術(shù)的認(rèn)識(shí)和發(fā)展也是一個(gè)過(guò)程。對(duì)EOC技術(shù)的認(rèn)識(shí)也是逐步深入和透切。人們從最初的只關(guān)注EOC技術(shù)的傳輸速率、傳輸距離、對(duì)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性等，逐步過(guò)渡到EOC產(chǎn)品對(duì)一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)功能的支持、對(duì)網(wǎng)管的支持。最后，由于NGB是一個(gè)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻同時(shí)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，認(rèn)識(shí)到QoS才是關(guān)鍵。

這個(gè)認(rèn)識(shí)過(guò)程大約可以分解為三個(gè)階段：
宣傳階段：--2008年之前，只是關(guān)注EOC的性能方面，比如傳輸距離、傳輸速率、抗干擾能力等。所以，有許多的爭(zhēng)論。不同的技術(shù)提供商，從自己的看到的部分來(lái)想象EOC這個(gè)大象。這個(gè)階段只是一個(gè)初級(jí)階段，也是宣傳的階段。
試用階段：2008年—2009年，開(kāi)始關(guān)注EOC對(duì)以太網(wǎng)絡(luò)的支持功能，比如MAC地址學(xué)習(xí)能力、風(fēng)暴抑制能力、網(wǎng)管功能等。這是一個(gè)開(kāi)始試用和使用的階段，因此，如何支持以太網(wǎng)就是一個(gè)問(wèn)題了，就提出了相應(yīng)的需求。
運(yùn)營(yíng)階段：2010年--，開(kāi)始認(rèn)識(shí)到QoS對(duì)NGB來(lái)說(shuō)是那么的重要，開(kāi)始研究NGB網(wǎng)絡(luò)對(duì)EOC的QOS有什么要求。這個(gè)階段是一個(gè)開(kāi)始運(yùn)營(yíng)的階段，這個(gè)運(yùn)營(yíng)已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的提供寬帶了，而是要考慮同時(shí)傳輸語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)，如是QoS提上了議事日程�？偩忠�(guī)劃院已經(jīng)在研究對(duì)EOC的QoS需求。

EOC的QoS指標(biāo)

EOC的QoS指標(biāo)包含有：
1、傳輸帶寬。主要是在壓力測(cè)試下的傳輸帶寬。1:1的測(cè)試是不能反映實(shí)際情況的。影響這個(gè)傳輸帶寬的主要因素就是MAC層協(xié)議。你是采用TDMA還是CSMA。這就是為什么白皮書(shū)選擇TDMA的原因。對(duì)傳輸帶寬的指標(biāo)應(yīng)該是，在90%以上的負(fù)載下，你的傳輸帶寬是多少。這個(gè)指標(biāo)影響到以后的業(yè)務(wù)發(fā)展過(guò)程中的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，否則，以后為了擴(kuò)容，是會(huì)付出非常大的代價(jià)的。
2、延遲時(shí)間。延遲時(shí)間對(duì)語(yǔ)音的影響是最大的。對(duì)于游戲這種業(yè)務(wù)的影響也是非常大的。
3、抖動(dòng)時(shí)間。抖動(dòng)對(duì)視頻的影響是非常大的。嚴(yán)重影響到用戶的視頻體驗(yàn)。



那么，在NGB環(huán)境下，對(duì)EOC的QoS要求的指標(biāo)是多少呢？現(xiàn)在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有正式的數(shù)據(jù)，要求比較模糊。


下圖是一個(gè)比較權(quán)威的指標(biāo)體系，或者說(shuō)是典型的EOC的QOS指標(biāo)：



這個(gè)EOC的QOS指標(biāo)與日本要求的指標(biāo)是一致的：





HomePNA介紹
HomePNA概述

PNA是Home Phoneline Networking Alliance(家庭電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟)的簡(jiǎn)稱，該組織于1998年成立，致力于開(kāi)發(fā)利用電話線架設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，其創(chuàng)始會(huì)員包括Intel 、IBM 、HP、AMD、Lucent、Broadcom及3Com等知名公司。

　　 Home PNA技術(shù)可以利用家庭已有的電話線路，快速、方便、低成本地組建家庭內(nèi)部局域網(wǎng)，利用家庭內(nèi)部已經(jīng)布設(shè)好的電話線和插座，不需要重新布設(shè)5類線，增加數(shù)據(jù)終端如同增加話機(jī)一樣方便。目前，該組織共發(fā)布了三個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，1998年秋天發(fā)布HomePNA V1.0版本，傳輸速度為1.0Mbit/s，傳輸距離為150米；1999年9月發(fā)布V2.0版本，并可兼容V1.0版本，Home PNA2.0傳輸速度為10Mbit/s，傳輸距離為300米。

　　 2003年所推出的3.0版規(guī)格(2005年成為世界標(biāo)準(zhǔn)—ITU G.9954)，將傳輸速率大幅提升到128Mbps，且還可擴(kuò)充到240Mbps。HomePNA 3.0提供了對(duì)視頻業(yè)務(wù)的支持，除了可以使用電話線為傳輸媒體外，也可使用同軸電纜，為HomePNA over Coax奠定了基礎(chǔ)。它可與大部份的家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如Ethernet 、802.11 及IEEE1394等設(shè)備聯(lián)接使用。支持Synchronous 與Asynchronous 兩種媒體存取協(xié)議， 即SMAC 與AMAC。

　　 采用SMAC工作模式具備包聚合(packet aggregation)功能，以提升數(shù)據(jù)傳輸效率，最高速率可達(dá)240 Mbps。AMAC工作模式無(wú)包聚合功能，最高速率可達(dá)128 Mbps，至多可連結(jié)27部節(jié)點(diǎn)。目前市場(chǎng)上銷售的HomePNA 3.0產(chǎn)品差不多都是工作在AMAC模式。

HomePNA使用的頻譜


ITU G.9954（HomePNA 3.0）標(biāo)準(zhǔn)支持三種帶寬和7種波特率（bauds）,總共允許10頻譜和波特率組合：
①、頻譜結(jié)構(gòu)#1: 4-10 MHz; 2, 4 MBaud (與G.989.1/2相同)
②、頻譜結(jié)構(gòu)#2: 4-21 MHz; 2, 4, 8, 16 MBaud
③、頻譜結(jié)構(gòu)#3: 4-28 MHz; 2, 6, 12, 24 Mbaud


HomePNA協(xié)議

PHY層協(xié)定
　　 HomePNA 1.0 物理層使用PPM (脈沖位置調(diào)制--Pulse Position Modulation)調(diào)制技術(shù)， 而HomePNA 2.0 使用QAM(正交幅度調(diào)制--Quadrature Amplitude Modulation) 調(diào)制技術(shù)。在實(shí)際的應(yīng)用上，HomePNA 2.0 采用FDQAM (變頻QAM--Frequency Diverse QAM) 調(diào)制技術(shù)，以保障較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳送速率。一般而言，在較低的SNR傳輸環(huán)境下，F(xiàn)DQAM的效率優(yōu)于QAM，但是其抗干擾能力上不如OFDM。

　　 HomePNA 2.0采用的載波頻率是7 MHz，提供2 Mbaud與4Mbaud兩種波特率。由于每個(gè)baud可承載2~8位，因此， 其數(shù)據(jù)傳送速率介于4Mbps ~ 32 Mbps 。

　　 HomePNA 3.0采用的中心頻率有：7 MHz、12 MHz、18MHz三種；分別對(duì)應(yīng)三種頻譜結(jié)構(gòu)。提供2、4、8、16 和24 Mbaud符號(hào)率；由于每個(gè)baud可承載2~10位，因此， 其數(shù)據(jù)傳送速率介于4Mbps ~ 240Mbps（4-28MHz頻譜結(jié)構(gòu)，占24MHz帶寬）。

MAC層協(xié)定
　　 HomePNA 2.0的MAC層協(xié)議為CSMA/CD，為提供QoS服務(wù)，它采取八種不同優(yōu)先等級(jí)(0 ~ 7，7代表最高優(yōu)先等級(jí))的幀傳送方式，由測(cè)量幀確認(rèn)否有碰撞發(fā)生。

　　 一個(gè)正常幀傳送時(shí)間須介于92.5 us ~ 3,122 us之間，因此，當(dāng)傳送數(shù)據(jù)的工作站偵測(cè)到網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生碰撞時(shí)，必須在70 us內(nèi)停止傳送數(shù)據(jù)。換言之，當(dāng)幀傳送時(shí)間小于92.5 us或大于3122 us，就表示網(wǎng)絡(luò)上有碰撞發(fā)生。若網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生碰撞，則每部工作站(含先前未傳送數(shù)據(jù)的工作站) 必須執(zhí)行分布公平優(yōu)先級(jí)排隊(duì)DFPQ(Distributed Fair Priority Queuing)算法，以便決定由那一部工作站取得傳輸媒體的使用權(quán)。

　　 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中HomePNA設(shè)備節(jié)點(diǎn)增加時(shí)，碰撞的幾率大大增加，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室泊蟠蠼档�。在試�?yàn)中發(fā)現(xiàn)，以一條電話線或同軸線上連接6臺(tái)以上的電腦時(shí)，電腦之間復(fù)制文件的速度會(huì)變得很慢了。因此HomePNA比較適合節(jié)點(diǎn)數(shù)較少的家庭聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)合，如果用于點(diǎn)到多點(diǎn)的、數(shù)據(jù)流量要求較高的接入時(shí)，難免有點(diǎn)力不從心。

HomePNA連通性分析

EOC的連通性主要展現(xiàn)在其物理層上。HomePNA的物理層采用QAM調(diào)制方式，那么與采用OFDM調(diào)制模式的MoCA技術(shù)比較，那個(gè)的抗干擾能力更強(qiáng)呢？

比較多載波正交頻分復(fù)用(OFDM)與傳統(tǒng)單載波正交幅度調(diào)制(QAM)系統(tǒng)傳輸性能，這里分別在高斯白噪聲(AWGN)信道和存在碼間干擾兩種情況下，比較多載波OFDM和單載波QAM系統(tǒng)的可靠性。得到下面的結(jié)果。結(jié)果表明,在兩種信道環(huán)境下，多載波OFDM系統(tǒng)的傳輸可靠性能均優(yōu)于單載波QAM.。因此，在連通性能上面，HomePNA技術(shù)不如采用OFDM的MoCA技術(shù)。



高斯白噪聲(AWGN)信道的比較結(jié)果



碼間干擾下的比較結(jié)果

HomePNA的吞吐率分析

吞吐率是保證QoS的一個(gè)重要的方面，也別是在一個(gè)局端帶多個(gè)終端的情況下的吞吐率更能說(shuō)明問(wèn)題。下圖是在不同終端個(gè)數(shù)的情況下的吞吐率。



在上面的圖中，紅色線是HomePNA2.0標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果，黑色線是HomePNA3.0的分析結(jié)果。從圖中可以看出，在終端個(gè)數(shù)增加的時(shí)候，系統(tǒng)的吞吐率急劇下降。而對(duì)于MoCA來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的吞吐率幾乎與終端的個(gè)數(shù)沒(méi)有關(guān)系。

造成這種問(wèn)題的主要原因是HomePNA采用CSMA/CD的MAC層協(xié)議，而MoCA是采用TDD/TDMA的MAC層協(xié)議。下面我們分析這兩種協(xié)議：

?時(shí)分多址（TDMA）將時(shí)間軸劃分為若干個(gè)時(shí)隙，每一個(gè)時(shí)隙傳輸一路語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信息。TDMA的主要特點(diǎn)是：①傳輸帶寬寬。②開(kāi)銷大。TDMA傳輸需要用戶同步和時(shí)域防護(hù)帶。③成本低。④接收的時(shí)隙交錯(cuò)。用戶的發(fā)射和接收的時(shí)隙可以不同，因而TDMA可以在一個(gè)單頻信道上進(jìn)行發(fā)射和接收，成為時(shí)分雙工（Time Division Duplex，TDD）。
?CSMA：它的工作原理是: 發(fā)送數(shù)據(jù)前 先監(jiān)聽(tīng)信道是否空閑 ,若空閑 則立即發(fā)送數(shù)據(jù).在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),邊發(fā)送邊繼續(xù)監(jiān)聽(tīng).若監(jiān)聽(tīng)到?jīng)_突,則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù).等待一段隨即時(shí)間,再重新嘗試 。
?原理比較簡(jiǎn)單，技術(shù)上易實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于平等地位 ，不需集中控制，不提供優(yōu)先級(jí)控制。但在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)送時(shí)間增長(zhǎng)，發(fā)送效率急劇下降。
?CSMA在用戶增加時(shí)，效率急劇下降








HomePNA的延遲分析

網(wǎng)絡(luò)的延遲是保證QoS的另外一個(gè)關(guān)鍵的因素。我們知道，對(duì)于不同的業(yè)務(wù)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的端到端的延遲的要求是不一樣的。注意，這里是端到端的延遲，這個(gè)鏈路是非常長(zhǎng)的，整個(gè)延遲鏈路包括有：

終端---EOC終端---EOC鏈路---EOC局端—ONU---光纖鏈路---OLT==核心城域網(wǎng)===OLT---光纖鏈路—ONU---EOC局端---EOC鏈路---EOC終端---終端

這個(gè)鏈路是非常長(zhǎng)的，在一些業(yè)務(wù)中，綜合語(yǔ)音和視頻，要求不高于80ms。因此，分配到EOC的延遲，要求不大于10ms。

下圖是HomePNA的延遲分析結(jié)果。



從上圖中可以看出，HomePNA的延遲是與網(wǎng)絡(luò)中終端的個(gè)數(shù)有關(guān)的，當(dāng)終端數(shù)量增加的時(shí)候，延遲是直線增加的。達(dá)到20ms左右，大于要求的10ms。與MoCA技術(shù)比較，延遲比較大。

HomePNA的抖動(dòng)分析




上圖是HomePNA的抖動(dòng)分析。HPNA3.0的抖動(dòng)是非常小的。

HomePNA與MoCA比較分析

下表是HomePNA3.0與MoCA的比較分析。

項(xiàng)目	HomePNA	MoCA
通信方式	半雙工	半雙工
標(biāo)準(zhǔn)	PNA3.0	MoCA2.0、1.0
兼容性	可以	可以
路線圖	沒(méi)有	800M
調(diào)制方式	FDQAM/QAM	OFDM/子載波QAM自適應(yīng)
占用頻段	4-28MHz	500-1500MHz
信道帶寬	24MHz	50MHz
可用信道	1	15
MAC層協(xié)議	CSMA/CA	TDD，TDMA
客戶端數(shù)量	16或32	31或63
平滑升級(jí)	需要改網(wǎng)絡(luò)	不需要改網(wǎng)絡(luò)
物理層速率(Mbps)	128,共享	270,共享
MAC層速率(Mbps)	80,共享	135,共享
時(shí)延	<20ms	<5ms
抖動(dòng)	<1.5ms	<0.5ms
高清點(diǎn)播同時(shí)可帶用戶數(shù)	9	13

從上表中可以知道：
1. 在抗干擾能力上，HomePNA明顯低于MoCA。
2. 在壓力測(cè)試上（吞吐率），HomePNA明顯低于MoCA。
3. 在延遲上，HomePNA明顯低于MoCA。
4. 在抖動(dòng)上，HomePNA與 MoCA相當(dāng)。

因此，MoCA比HomePNA更適合應(yīng)用于廣電雙向化改造。