1 引言

數(shù)字電視(DTV)的發(fā)展，對廣電系統(tǒng)來講是一個前所未有的發(fā)展機遇。大家都意識到，只有開展新業(yè)務、提供新服務，才能使整體轉(zhuǎn)換取得真正成功。新業(yè)務和新運營模式對網(wǎng)絡提出了新的要求，最集中的體現(xiàn)就是要求網(wǎng)絡實現(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，多數(shù)網(wǎng)絡都沒有完成雙向改造，這樣的網(wǎng)絡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，也不能有效實現(xiàn)網(wǎng)絡、業(yè)務和用戶管理。所以，廣電數(shù)字電視建設必須首先解決的是把HFC網(wǎng)絡從單向網(wǎng)絡改為雙向網(wǎng)絡，經(jīng)過多年的試驗和嘗試，結(jié)合當前PON(無源光網(wǎng)絡)和以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，EPON+LAN或EPON+EOC(Ethernet over COax)方式是最適合當前廣電HFC雙向改造的方案。

2 廣電數(shù)字雙向網(wǎng)絡改造方案

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

接入網(wǎng)雙向改造EPON方案由分前端OLT設備、分光器，放置于樓道的ONU設備組成。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、視頻點播、VolP等多種業(yè)務。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前廣電對接入網(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),建設采用交換城域網(wǎng)的模型,采用萬兆核心路由交換機構(gòu)建雙歸屬的核心層、二層網(wǎng)絡和三層網(wǎng)絡核心重疊,同時進行二層交換轉(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組網(wǎng),作為網(wǎng)關路由器直接接人LAN專線用戶。同時作為二層交換機,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,分片終結(jié)整個城域網(wǎng)的PPPoE用戶。萬兆核心路由交換機具有帶寬控制的功能，并且這種帶寬控制所達到的精細度非常高，也就是分給每臺計算機的帶寬能夠非常小，能夠滿足各種層次不同的用戶需要。同時，萬兆核心路由交換機都提供了擴展插槽，能夠通過自己公司的擴展模塊達到多業(yè)務的實現(xiàn)。

2.2接入網(wǎng)方案

2.2.1 EPON+LAN改造方案

在這個方案中EPON-OLT利用分前端光纖到園區(qū)機房分光器,分光器分光接入各個樓宇/道ONU,ONU采用LAN入戶,承載數(shù)字電視點播信令同傳和寬帶上網(wǎng)等多業(yè)務,并根據(jù)多業(yè)務開展的需要，在用戶側(cè)增加家庭網(wǎng)管設備,完成對多業(yè)務終端的接入。下行的模擬和數(shù)字TV信號通過原有的光纖和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)絡雙向問題。另外如果CATV信號波長為1550nm,可將分前端光纖與E PON-OLT進行合波,通過一根光纖進行傳輸,在園區(qū)機房進行分波，分別分出CATV信號和EPON光信號，由此可有效節(jié)省線路光纖資源。改造完成后，單位用戶獨占線路資源，不存在相互干擾的問題，開展點播業(yè)務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多業(yè)務接人的需要。

2.2.2 EPON+EoC改造方案

在這個方案中EPON-OLT利用分前端光纖到園區(qū)機房分光器,分光器分光接人各個ONU,然后以EoC方式下行。EoC合成器部署在小區(qū)樓道，將CATV信號和數(shù)據(jù)信號進行合成.通過原有HFC線纜傳送到用戶側(cè),最終通過用戶側(cè)的EoC終端分離出CATV信號和數(shù)據(jù)信號,用戶數(shù)字電視點播信號通過EoC方式上行。EoC充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡的同軸電纜、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)絡上的噪聲對系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的影響，降低了施工難度。終端設備成本較低，降低用戶投資。


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

2.3 家庭側(cè)一家庭網(wǎng)關

隨著數(shù)字電視雙向改造，承載網(wǎng)絡由原單一業(yè)務承載轉(zhuǎn)向了多業(yè)務承載。除了開通數(shù)字數(shù)字電視外，還會利用已有的以太網(wǎng)資源進行寬帶用戶的發(fā)展，將來還可能會增加IP電話等其他業(yè)務終端。多業(yè)務終端的使用直接推動了家庭網(wǎng)關在家庭中的應用。家庭網(wǎng)關就是連接廣電網(wǎng)絡和用戶家庭網(wǎng)絡的樞紐。從物理形態(tài)來將，家庭網(wǎng)關下行必須提供多接口，連接不同的業(yè)務終端。另外，家庭網(wǎng)關需要能支持多業(yè)務，以及業(yè)務的并發(fā)。作為業(yè)務轉(zhuǎn)發(fā)的核心，必須保證同一時刻、同一網(wǎng)絡內(nèi)，不同類型業(yè)務的流暢運轉(zhuǎn)。不能因為使用VoD業(yè)務，上網(wǎng)業(yè)務就受到影響。也就是對業(yè)務要有QoS保證。從廣電角度看，家庭網(wǎng)關是接入網(wǎng)絡的向下延申，利用家庭網(wǎng)關可以加強運營商對用戶業(yè)務的精細化管理，使得運營商能夠?qū)�網(wǎng)絡資源精耕細作，加強對網(wǎng)絡的監(jiān)控和管理能力。

廣電雙向網(wǎng)改造方案，無論是LAN或者EOC入戶，如果用戶開展多業(yè)務，考慮到業(yè)務的認證計費網(wǎng)管以及OoS等要求，達到可運營的目的，在方案中我們采用系列家庭網(wǎng)關利用PUPSPV或者PUPV等技術(shù)，將VLAN與業(yè)務進行綁定，將業(yè)務進行標識，保證QoS。

3 VLAN規(guī)劃

家庭網(wǎng)關需要支持VLAN劃分，每個家庭網(wǎng)關劃兩個VLAN，一個用來支持高速上網(wǎng)、一個用來實現(xiàn)點播回傳。所有的家庭網(wǎng)關和ONU交換機都采用相同的配置，這樣可以方便部署。每個EPON接口接入整個小區(qū)的用戶,在OLT交換機的FPON端口上通過VLAN Mapping標識出業(yè)務和小區(qū)的位置信息，用VLAN數(shù)字的范圍區(qū)分業(yè)務類型，VLAN1000～1999表示點播同傳業(yè)務(STB)，2000～2999表示高速上網(wǎng)業(yè)務(HIS)：用具體的VLAN數(shù)字區(qū)分不同的接人小區(qū).如1001、2001表示一個小區(qū)的兩種業(yè)務的VLAN,1002、2002則表示另外一個小區(qū)的兩個業(yè)務VLAN。

這種VLAN設計的問題是一個小區(qū)內(nèi)所有用戶的相同業(yè)務都在一個VLAN內(nèi),為避免用戶間的互相影響，ONU交換機需要啟動端口隔離功能，一個EPON口下的ONU交換機之間也需要啟動隔離功能(EPON支持ONU之間的隔離)，OLT交換機以上可通過VLAN自然隔離。

4 用戶容量計算及網(wǎng)絡平滑升級策略

4.1 組網(wǎng)模式用戶容量計算

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

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

◆覆蓋用戶總數(shù)約為1500：

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

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

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

典型的分前端需要覆蓋約兩萬有線電視用戶,按照上文的計算方式,每個分前端的OLT匯聚設備需要提供約2.5Gb/s的上行帶寬。

4.2 網(wǎng)絡平滑升級策略

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廣電數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的運營初期是以建立雙向網(wǎng)絡為重點,主要是提供點播業(yè)務的回傳通道,這一業(yè)務對帶寬的要求很低，可以高密度的接人。雙向網(wǎng)絡建設完成后,廣電自然會考慮為用戶提供寬帶上網(wǎng)業(yè)務(HIS)作為增值服務項目，寬帶上網(wǎng)與點播回傳不同，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),而且當寬帶上網(wǎng)業(yè)務HSI的用戶多了以后,在網(wǎng)絡匯聚點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)適應業(yè)務發(fā)展形勢的需要以及用戶規(guī)模不斷增長的需要,實現(xiàn)網(wǎng)絡的平滑升級,從而充分保護已有投資,建議采取如下的策略：

以分前端為單位進行網(wǎng)絡的規(guī)劃,初期可以配置多槽位機框,配置少量OLT端口,隨著后期用戶的增加.可以通過增加OLT端口數(shù)量來進行平滑擴容：

按照前面網(wǎng)絡容量計算的結(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)的增多逐步擴充GE口,但是擴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,而且價格也比較合理.因此采用10G的接口從長遠來看更加劃算。

4.3 安全性

為了保證業(yè)務開展的安全性,接入網(wǎng)絡需要考慮安全措施,防止網(wǎng)絡被攻擊導致業(yè)務中斷,針對一些常見的攻擊手段,接入網(wǎng)設備需要支持以下功能：

(1)MAC地址泛濫攻擊 黑客發(fā)送大量帶有隨機源MAC地址的數(shù)據(jù)包，這些新MAC地址被交換機CAM學習，很快塞滿MAC地址表，這時新目的MAC地址的數(shù)據(jù)包就會廣播到交換機所有端口，交換機就像共享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地址學習數(shù)量。

(2)DHCP服務器DoS攻擊黑客使用不同的MAC地址不斷發(fā)出DHCP請求，租用所有可用IP，導致正常DHCP無法進行，限制DHCP服務器DoS攻擊可采用在接入交換機上限制端口MAC地址學習數(shù)量的方式，可以有效防止DHCP服務器DoS攻擊。

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

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

5結(jié)論

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

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

(2)基于標準全開放的IP協(xié)議基礎，符合廣電網(wǎng)絡發(fā)展趨勢。

(3)保護現(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。

(4)符合未來"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與EPON的以太網(wǎng)信號可以通過一個光纖共纖傳輸，到小區(qū)再分節(jié)目與ONU。