1 引言

數(shù)字電視(DTV)的發(fā)展，對(duì)廣電系統(tǒng)來(lái)講是一個(gè)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。大家都意識(shí)到，只有開展新業(yè)務(wù)、提供新服務(wù)，才能使整體轉(zhuǎn)換取得真正成功。新業(yè)務(wù)和新運(yùn)營(yíng)模式對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求，最集中的體現(xiàn)就是要求網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙向。

然而，中同有線電視網(wǎng)的現(xiàn)狀是存在著大量的HFC網(wǎng)絡(luò)，多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都沒有完成雙向改造，這樣的網(wǎng)絡(luò)僅能滿足基本廣播電視節(jié)目的傳送，既不能承載多媒體交互業(yè)務(wù)，也不能有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)和用戶管理。所以，廣電數(shù)字電視建設(shè)必須首先解決的是把HFC網(wǎng)絡(luò)從單向網(wǎng)絡(luò)改為雙向網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)多年的試驗(yàn)和嘗試，結(jié)合當(dāng)前PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))和以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，EPON+LAN或EPON+EOC(Ethernet over COax)方式是最適合當(dāng)前廣電HFC雙向改造的方案。

2 廣電數(shù)字雙向網(wǎng)絡(luò)改造方案

有線電視承載網(wǎng)由數(shù)字電視平臺(tái)、總前端設(shè)備、分前端設(shè)備、光節(jié)點(diǎn)、同軸分配網(wǎng)組成，數(shù)字電視廣播CATV還是在原來(lái)承載網(wǎng)中傳播,HFC雙向網(wǎng)改造解決的是VoD點(diǎn)播、寬帶上網(wǎng)等其他新業(yè)務(wù)的需求。隨著銅纜成本的增長(zhǎng),以及光纖成本的大大降低,越來(lái)越多的小區(qū)實(shí)現(xiàn)了光纖到樓道,為了接入網(wǎng)EPON方案提供了線路基礎(chǔ)。而EPON網(wǎng)絡(luò)和HFC網(wǎng)絡(luò)具有相同的廣播下傳方式，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)樹性構(gòu)造，可以輕松地存HFC 網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)EPON組網(wǎng)。

接入網(wǎng)雙向改造EPON方案由分前端OLT設(shè)備、分光器，放置于樓道的ONU設(shè)備組成。提供數(shù)據(jù)雙向傳輸通道,解決分前端到樓道的光纖雙向傳輸問題，可承載數(shù)據(jù)傳輸、視頻點(diǎn)播、VolP等多種業(yè)務(wù)。最后100M的入戶方案包括：五類線入戶的LAN方案和利用原有同軸入戶的EoC方案。兩者可以完全滿足當(dāng)前廣電對(duì)接入網(wǎng)雙向改造的要求。

2.1 核心網(wǎng)方案

廣電HFC雙向網(wǎng)改造的核心網(wǎng),建設(shè)采用交換城域網(wǎng)的模型,采用萬(wàn)兆核心路由交換機(jī)構(gòu)建雙歸屬的核心層、二層網(wǎng)絡(luò)和三層網(wǎng)絡(luò)核心重疊,同時(shí)進(jìn)行二層交換轉(zhuǎn)發(fā)和路由轉(zhuǎn)發(fā)：城域網(wǎng)匯接層采用二三層交換機(jī)組網(wǎng),作為網(wǎng)關(guān)路由器直接接人LAN專線用戶。同時(shí)作為二層交換機(jī),匯聚片區(qū)內(nèi)PPPoE用戶到BRAS的二層流量：BRAS旁掛于核心二三層交換機(jī),分片終結(jié)整個(gè)城域網(wǎng)的PPPoE用戶。萬(wàn)兆核心路由交換機(jī)具有帶寬控制的功能，并且這種帶寬控制所達(dá)到的精細(xì)度非常高，也就是分給每臺(tái)計(jì)算機(jī)的帶寬能夠非常小，能夠滿足各種層次不同的用戶需要。同時(shí)，萬(wàn)兆核心路由交換機(jī)都提供了擴(kuò)展插槽，能夠通過(guò)自己公司的擴(kuò)展模塊達(dá)到多業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。

2.2接入網(wǎng)方案

2.2.1 EPON+LAN改造方案

在這個(gè)方案中EPON-OLT利用分前端光纖到園區(qū)機(jī)房分光器,分光器分光接入各個(gè)樓宇/道ONU,ONU采用LAN入戶,承載數(shù)字電視點(diǎn)播信令同傳和寬帶上網(wǎng)等多業(yè)務(wù),并根據(jù)多業(yè)務(wù)開展的需要，在用戶側(cè)增加家庭網(wǎng)管設(shè)備,完成對(duì)多業(yè)務(wù)終端的接入。下行的模擬和數(shù)字TV信號(hào)通過(guò)原有的光纖和HFC線路下行，HFC入戶。最終雙線入戶，一勞永逸地解決廣電數(shù)字網(wǎng)絡(luò)雙向問題。另外如果CATV信號(hào)波長(zhǎng)為1550nm,可將分前端光纖與E PON-OLT進(jìn)行合波,通過(guò)一根光纖進(jìn)行傳輸,在園區(qū)機(jī)房進(jìn)行分波，分別分出CATV信號(hào)和EPON光信號(hào)，由此可有效節(jié)省線路光纖資源。改造完成后，單位用戶獨(dú)占線路資源，不存在相互干擾的問題，開展點(diǎn)播業(yè)務(wù)不需要新增用戶的終端投入，有效節(jié)省開通成本。存帶寬規(guī)劃上，建議1000M到小區(qū)，100M到樓道，10M到戶，滿足用戶高帶寬的需求和未來(lái)多業(yè)務(wù)接人的需要。

2.2.2 EPON+EoC改造方案

在這個(gè)方案中EPON-OLT利用分前端光纖到園區(qū)機(jī)房分光器,分光器分光接人各個(gè)ONU,然后以EoC方式下行。EoC合成器部署在小區(qū)樓道，將CATV信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行合成.通過(guò)原有HFC線纜傳送到用戶側(cè),最終通過(guò)用戶側(cè)的EoC終端分離出CATV信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào),用戶數(shù)字電視點(diǎn)播信號(hào)通過(guò)EoC方式上行。EoC充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的同軸電纜、分支分配器資源,能夠有效節(jié)省建網(wǎng)成本。該方案施工難度小，工作量少,改造速度快,不受同軸網(wǎng)絡(luò)上的噪聲對(duì)系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的影響，降低了施工難度。終端設(shè)備成本較低，降低用戶投資。


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EoC(Ethernet over Coax)就是一種通過(guò)無(wú)源設(shè)備在同軸電纜中傳輸以太網(wǎng)信號(hào)的技術(shù)。EOC把有線電視信號(hào)的下行傳輸和IP數(shù)據(jù)雙向傳輸有機(jī)地結(jié)合在一起,用一根電纜送入用戶，既有大容量清晰的圖象，又有雙向獨(dú)享的寬帶數(shù)據(jù)接人，其工作原理如圖所示。對(duì)同一根同軸電纜通過(guò)頻率分割,在10～25MHz帶寬內(nèi)直接傳送10Base-T的基帶以太網(wǎng)信號(hào)，50～860MHz仍然傳送RFTV信號(hào)。

2.3 家庭側(cè)一家庭網(wǎng)關(guān)

隨著數(shù)字電視雙向改造，承載網(wǎng)絡(luò)由原單一業(yè)務(wù)承載轉(zhuǎn)向了多業(yè)務(wù)承載。除了開通數(shù)字?jǐn)?shù)字電視外，還會(huì)利用已有的以太網(wǎng)資源進(jìn)行寬帶用戶的發(fā)展，將來(lái)還可能會(huì)增加IP電話等其他業(yè)務(wù)終端。多業(yè)務(wù)終端的使用直接推動(dòng)了家庭網(wǎng)關(guān)在家庭中的應(yīng)用。家庭網(wǎng)關(guān)就是連接廣電網(wǎng)絡(luò)和用戶家庭網(wǎng)絡(luò)的樞紐。從物理形態(tài)來(lái)將，家庭網(wǎng)關(guān)下行必須提供多接口，連接不同的業(yè)務(wù)終端。另外，家庭網(wǎng)關(guān)需要能支持多業(yè)務(wù)，以及業(yè)務(wù)的并發(fā)。作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)的核心，必須保證同一時(shí)刻、同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，不同類型業(yè)務(wù)的流暢運(yùn)轉(zhuǎn)。不能因?yàn)槭褂肰oD業(yè)務(wù)，上網(wǎng)業(yè)務(wù)就受到影響。也就是對(duì)業(yè)務(wù)要有QoS保證。從廣電角度看，家庭網(wǎng)關(guān)是接入網(wǎng)絡(luò)的向下延申，利用家庭網(wǎng)關(guān)可以加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)用戶業(yè)務(wù)的精細(xì)化管理，使得運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)�網(wǎng)絡(luò)資源精耕細(xì)作，加強(qiáng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和管理能力。

廣電雙向網(wǎng)改造方案，無(wú)論是LAN或者EOC入戶，如果用戶開展多業(yè)務(wù)，考慮到業(yè)務(wù)的認(rèn)證計(jì)費(fèi)網(wǎng)管以及OoS等要求，達(dá)到可運(yùn)營(yíng)的目的，在方案中我們采用系列家庭網(wǎng)關(guān)利用PUPSPV或者PUPV等技術(shù)，將VLAN與業(yè)務(wù)進(jìn)行綁定，將業(yè)務(wù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，保證QoS。

3 VLAN規(guī)劃

家庭網(wǎng)關(guān)需要支持VLAN劃分，每個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)劃兩個(gè)VLAN，一個(gè)用來(lái)支持高速上網(wǎng)、一個(gè)用來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播回傳。所有的家庭網(wǎng)關(guān)和ONU交換機(jī)都采用相同的配置，這樣可以方便部署。每個(gè)EPON接口接入整個(gè)小區(qū)的用戶,在OLT交換機(jī)的FPON端口上通過(guò)VLAN Mapping標(biāo)識(shí)出業(yè)務(wù)和小區(qū)的位置信息，用VLAN數(shù)字的范圍區(qū)分業(yè)務(wù)類型，VLAN1000～1999表示點(diǎn)播同傳業(yè)務(wù)(STB)，2000～2999表示高速上網(wǎng)業(yè)務(wù)(HIS)：用具體的VLAN數(shù)字區(qū)分不同的接人小區(qū).如1001、2001表示一個(gè)小區(qū)的兩種業(yè)務(wù)的VLAN,1002、2002則表示另外一個(gè)小區(qū)的兩個(gè)業(yè)務(wù)VLAN。

這種VLAN設(shè)計(jì)的問題是一個(gè)小區(qū)內(nèi)所有用戶的相同業(yè)務(wù)都在一個(gè)VLAN內(nèi),為避免用戶間的互相影響，ONU交換機(jī)需要啟動(dòng)端口隔離功能，一個(gè)EPON口下的ONU交換機(jī)之間也需要啟動(dòng)隔離功能(EPON支持ONU之間的隔離)，OLT交換機(jī)以上可通過(guò)VLAN自然隔離。

4 用戶容量計(jì)算及網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)策略

4.1 組網(wǎng)模式用戶容量計(jì)算

HIS業(yè)務(wù)按照每戶1Mb/s計(jì)算帶寬，STB雙向交互式業(yè)務(wù)按照每路50kb/s計(jì)算帶寬.根據(jù)HSI業(yè)務(wù)與雙向交互式業(yè)務(wù)的特點(diǎn)以及廣電開通用戶的實(shí)際情況，HSI用戶的滲透率按照20%計(jì)算.同時(shí)在線的用戶按照50%來(lái)計(jì)算，雙向交互式業(yè)務(wù)的滲透率按照50%計(jì)算，考慮到晚間存在看電視的高峰期，雙向業(yè)務(wù)的同時(shí)在線率按照100%來(lái)計(jì)算。

在一個(gè)OLT端口帶32路ONU，每路ONU帶48個(gè)用戶的典型EPON接入網(wǎng)絡(luò)模型下：

◆覆蓋用戶總數(shù)約為1500：

◆每路OLT端口HSI業(yè)務(wù)的實(shí)際占用帶寬=1500x20%(滲透率)x50%(在線率)×1Mb/s=150Mb/s;

◆每路OLT端口雙向交互業(yè)務(wù)的實(shí)際占用帶寬=1500x50%(滲透率)×100%(在線率)x50kb/s=38Mb/s;

◆一路OLT的實(shí)際帶寬為188Mb/s：EPON端口實(shí)際有效帶寬為1Gb/s,完全滿足容量需求。

典型的分前端需要覆蓋約兩萬(wàn)有線電視用戶,按照上文的計(jì)算方式,每個(gè)分前端的OLT匯聚設(shè)備需要提供約2.5Gb/s的上行帶寬。

4.2 網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)策略

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廣電數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)初期是以建立雙向網(wǎng)絡(luò)為重點(diǎn),主要是提供點(diǎn)播業(yè)務(wù)的回傳通道,這一業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的要求很低，可以高密度的接人。雙向網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成后,廣電自然會(huì)考慮為用戶提供寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)(HIS)作為增值服務(wù)項(xiàng)目，寬帶上網(wǎng)與點(diǎn)播回傳不同，寬帶上網(wǎng)需要保證給用戶一定的帶寬(至少要保證1M左右),而且當(dāng)寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)HSI的用戶多了以后,在網(wǎng)絡(luò)匯聚點(diǎn)上需要更多的帶寬保證,為了保證廣電數(shù)據(jù)網(wǎng)承載網(wǎng)適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展形勢(shì)的需要以及用戶規(guī)模不斷增長(zhǎng)的需要,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑升級(jí),從而充分保護(hù)已有投資,建議采取如下的策略：

以分前端為單位進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃,初期可以配置多槽位機(jī)框,配置少量OLT端口,隨著后期用戶的增加.可以通過(guò)增加OLT端口數(shù)量來(lái)進(jìn)行平滑擴(kuò)容：

按照前面網(wǎng)絡(luò)容量計(jì)算的結(jié)論,OLT的上行接口建議采用10GE的以太網(wǎng)接口,也有一種辦法是初期采用GE,隨著用戶數(shù)的增多逐步擴(kuò)充GE口,但是擴(kuò)GE口意味著還要增加光模塊、光纖等資源,而目前10GE以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)非常成熟,而且價(jià)格也比較合理.因此采用10G的接口從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看更加劃算。

4.3 安全性

為了保證業(yè)務(wù)開展的安全性,接入網(wǎng)絡(luò)需要考慮安全措施,防止網(wǎng)絡(luò)被攻擊導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷,針對(duì)一些常見的攻擊手段,接入網(wǎng)設(shè)備需要支持以下功能：

(1)MAC地址泛濫攻擊 黑客發(fā)送大量帶有隨機(jī)源MAC地址的數(shù)據(jù)包，這些新MAC地址被交換機(jī)CAM學(xué)習(xí)，很快塞滿MAC地址表，這時(shí)新目的MAC地址的數(shù)據(jù)包就會(huì)廣播到交換機(jī)所有端口，交換機(jī)就像共享HUB一樣工作，防范MAC地址泛濫攻擊最有效的方法是限制端口的MAC地址學(xué)習(xí)數(shù)量。

(2)DHCP服務(wù)器DoS攻擊黑客使用不同的MAC地址不斷發(fā)出DHCP請(qǐng)求，租用所有可用IP，導(dǎo)致正常DHCP無(wú)法進(jìn)行，限制DHCP服務(wù)器DoS攻擊可采用在接入交換機(jī)上限制端口MAC地址學(xué)習(xí)數(shù)量的方式，可以有效防止DHCP服務(wù)器DoS攻擊。

(3)DHCP欺詐攻擊 可在EPON-OLT上啟動(dòng)DHCP Snooping限制在非信任端口上的DHCP報(bào)文,只有信任的端口才能傳輸DHCP Offer等報(bào)文,可有效防止DHCP欺詐攻擊，并且在ONU交換機(jī)上可啟動(dòng)端口限速功能緩解攻擊。

(4)用戶間二層隔離在接入交換機(jī)上啟動(dòng)端口隔離功能：EPON端口下各ONU之間啟動(dòng)隔離功能;在OLT交換機(jī)上通過(guò)VLAN規(guī)劃隔離不同用戶之間 的流量：網(wǎng)絡(luò)管理，SNMP V3支持，防止截獲SNMPV1的明文Commcmitv字符串后控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

5結(jié)論

基于EPON的廣電數(shù)字雙向網(wǎng)絡(luò)改造解決方案EPON+LAN/EOC除具備傳統(tǒng)EPON的"大容量、高帶寬、長(zhǎng)距離、易維護(hù)"等特性外，EPON+LAN/EoC對(duì)廣電的特殊意義在于：

(1)先進(jìn)的1P駐地網(wǎng)公用平臺(tái),可支持高性能網(wǎng)管、組播、IP語(yǔ)音、VPN等各種高附加值業(yè)務(wù)�？山ㄔO(shè)一套高質(zhì)量駐地網(wǎng)。

(2)基于標(biāo)準(zhǔn)全開放的IP協(xié)議基礎(chǔ)，符合廣電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)。

(3)保護(hù)現(xiàn)有投資，可與廣電現(xiàn)網(wǎng)更好的融合EPON的改造是與廣電現(xiàn)有城域網(wǎng)的光纖、Cable相匹配的，基本上不需要改動(dòng)。

(4)符合未來(lái)"三網(wǎng)合一"發(fā)展方向支持合光模式，可以將廣電的電視信號(hào)與EPON的以太網(wǎng)信號(hào)可以通過(guò)一個(gè)光纖共纖傳輸，到小區(qū)再分節(jié)目與ONU。