廣電接入網(wǎng)中雙向HFC和以太網(wǎng)比較(上)

 如何建立一個(gè)高性能價(jià)格比的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，在骨干層上業(yè)界的意見(jiàn)趨向一致，但是在接入網(wǎng)上爭(zhēng)論很多�，F(xiàn)有的廣電網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接入網(wǎng)基本有兩種形式，一種是雙向HFC方式，另外一種是以太網(wǎng)方式。貝爾實(shí)驗(yàn)室最先提出了HFC（光纖同軸混合系統(tǒng)）的概念。

以太網(wǎng)作為一種局域網(wǎng)技術(shù)存在和發(fā)展已有20多年了，技術(shù)非常成熟，原來(lái)基本上用于樓宇內(nèi)部的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，直到最近才將其應(yīng)用于接入網(wǎng)。原因有以下幾個(gè)：一是最近幾年來(lái)，以太網(wǎng)技術(shù)本身有了長(zhǎng)足的發(fā)展，端口速度不斷提升，功能也不斷加強(qiáng)；二是近年來(lái)光節(jié)點(diǎn)到用戶的距離比以往縮短了很多，在一定程度上彌補(bǔ)了以太網(wǎng)覆蓋范圍較小的問(wèn)題；三是近幾年新建樓字大量采用了綜合布線系統(tǒng)，為采用以太網(wǎng)技術(shù)的接入提供了部分媒質(zhì)條件；四是以往的以太網(wǎng)作為一種局域網(wǎng)技術(shù)，各用戶之間的信息是以共享為目的，因此用戶之間是沒(méi)有信息隔離的，這對(duì)于提供公眾電信服務(wù)的接入網(wǎng)來(lái)說(shuō)，是致命的危害。最近出現(xiàn)的基于以太網(wǎng)的接入技術(shù)是通過(guò)改進(jìn)克服了以太網(wǎng)用于接入的不利因素而發(fā)展起來(lái)的。它可以基本上解決接入信息安全、流量控制、網(wǎng)絡(luò)管理和計(jì)費(fèi)等困擾運(yùn)營(yíng)的問(wèn)題。

下面從網(wǎng)絡(luò)安全性、數(shù)據(jù)速率、投資成本、承載業(yè)務(wù)和運(yùn)行維護(hù)這4個(gè)方面對(duì)雙向HFC網(wǎng)和以太網(wǎng)接入方式進(jìn)行比較。

1．網(wǎng)絡(luò)安全性

⑴．?dāng)?shù)據(jù)安全性

有一種模糊的認(rèn)識(shí)認(rèn)為雙向HFC是共享型的網(wǎng)絡(luò)，安全性差。實(shí)際情況并非如此,1999年發(fā)布的DOCSIS1.1標(biāo)準(zhǔn)大大增強(qiáng)了雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的QoS，使CATV網(wǎng)絡(luò)能夠提供較高質(zhì)量的服務(wù)。在DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)中，CM用戶想要上網(wǎng)需要和CMTS有一個(gè)握手的過(guò)程，具體過(guò)程如下。

第一步，CM搜索下行頻道，獲取上行通道的參數(shù)，檢測(cè)SYNC信息，初始測(cè)距。

第二步，CMTS對(duì)CM發(fā)來(lái)的信息進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，分配一個(gè)SID（ServiceID）并為之分配相應(yīng)的帶寬。然后開(kāi)始Adminssion控制。CMTS為CM分配一個(gè)臨時(shí)的SID，并將CM放到ForwardingTables中，CMTS發(fā)出MAP信息（MAP是由CMTS在下行傳輸通道中發(fā)出的短MAC信息，這個(gè)信息對(duì)每個(gè)CM在傳輸資料時(shí)采用什么頻點(diǎn)，何時(shí)可以傳輸資料進(jìn)行了規(guī)定），CM根據(jù)新的設(shè)置與CMfls進(jìn)行新的測(cè)距，CM根據(jù)這次測(cè)距的結(jié)果通知CMAdmission是否成功。

第三步，開(kāi)始IP連接過(guò)程，CM向DHCP（動(dòng)態(tài)地址分配服務(wù)器）服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，DHCP服務(wù)器返回IP地址和子網(wǎng)掩碼，CM配置文件的名稱(chēng)和TFTP（文件傳輸服務(wù)器）服務(wù)器的地址，TOD（時(shí)間服務(wù)器）服務(wù)器的地址。CM再分別向TOD和TFTP服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，時(shí)鐘同步完成和拿到TFTP，給的配置文件后開(kāi)始注冊(cè)。CM向CMTS發(fā)出注冊(cè)請(qǐng)求，CMTS認(rèn)證后就可以通信了。

雙向HFC實(shí)際上是一個(gè)物理層的結(jié)構(gòu)，同一個(gè)CMTS卡的用戶共享一條總線，是在HFC這個(gè)物理層上承載IP數(shù)據(jù)流，在RF-MAC層上，CM和CMTS之間的通信要通過(guò)以上3個(gè)步驟的握手過(guò)程，因此雙向HFC的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全性能夠滿足家庭用戶要求，對(duì)少數(shù)安全性要求高的用戶可以采用加密方式。

以太網(wǎng)接入方式也是共享總線型的結(jié)構(gòu)，存在同樣的安全性問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)在實(shí)際使用的以太網(wǎng)交換機(jī)基本上都支持IEEE802.1Q協(xié)議，將每256位或者128位甚至64位用戶劃為一個(gè)VLAN（虛擬子網(wǎng)）,不同子網(wǎng)間的用戶需要經(jīng)過(guò)上一層路由器才能相互訪問(wèn)，同時(shí)交換機(jī)的端口都是相互隔離的。在這種情況下,以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全性和滿足DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)的雙向HFC基本相同。⑵．物理網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定性

雙向HFC網(wǎng)絡(luò)是星樹(shù)形／總線型結(jié)構(gòu)，目前一個(gè)光節(jié)點(diǎn)下面帶500～2000個(gè)用戶，上行信道是500～2000個(gè)用戶共享,存在匯聚噪聲的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，在國(guó)際和國(guó)內(nèi)的實(shí)踐中已經(jīng)證明了只要合乎設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)施工工藝，匯聚噪聲是完全可以克服的。

在北美和國(guó)內(nèi)上海，青島，深圳等地都可以看見(jiàn)HFC的成功范例。在經(jīng)調(diào)查已經(jīng)成功進(jìn)行雙向HFC網(wǎng)絡(luò)改造的地區(qū)，網(wǎng)絡(luò)的安全性，穩(wěn)定性都很好，極少出現(xiàn)用戶投訴。雙向HFC的缺點(diǎn)是星樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),有一點(diǎn)出現(xiàn)高電平上行噪聲可能會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他用戶。

以太網(wǎng)接入方式在網(wǎng)絡(luò)中傳送的是數(shù)字基帶信號(hào)，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，不存在匯聚噪聲問(wèn)題，也不會(huì)因?yàn)橐稽c(diǎn)故障影響網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他用戶。但是以太網(wǎng)中有源器件過(guò)多，每一個(gè)交換機(jī)、光纖收發(fā)器都要單獨(dú)供電、散熱、防塵，這些有源部件對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響比較大。筆者在實(shí)際工作中碰到過(guò)好幾次由于上一級(jí)交換機(jī)供電地點(diǎn)停電斷電而導(dǎo)致下一級(jí)交換機(jī)的用戶上不了網(wǎng)。如果交換機(jī)和光纖收發(fā)器質(zhì)量不太穩(wěn)定，在熱天散熱不好，可能會(huì)死機(jī)。五類(lèi)電纜的另外一個(gè)缺點(diǎn)是，由于五類(lèi)線纜比較柔軟，施工時(shí)很容易被拉伸扭曲，破壞五類(lèi)電纜的扭絞密度，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)傳不了l00m或者大大降低傳輸速率。整體比較而言，只要實(shí)施了整體的雙向HFC改造，雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的物理層安全穩(wěn)定性和以太網(wǎng)比較接近。

2．?dāng)?shù)據(jù)速率

我國(guó)在雙向HFC最有可能采用的是EuroDocsis標(biāo)準(zhǔn)，下行通道帶寬為8MHz，頻率范圍是108到862MHz,調(diào)制方式為64QAM或256QAM，最大數(shù)據(jù)速率為41.71或者55.61Mbps。上行通道帶寬為0.2、0.4、0.8、1.6、3.2MHz，頻率范圍5～65MHz，調(diào)制方式為QPSK或者16QAM，數(shù)據(jù)速率為320Kbps～10Mbps。假設(shè)一個(gè)CMTS上插4塊CMTS卡(一個(gè)CMTS能夠插多少CMTS卡要具體看是哪個(gè)廠家、哪種型號(hào)，GI的BSR64000配齊是13塊CMTS卡),如果采用256QAM調(diào)制方式,這個(gè)CMTS能夠支持的最大下行數(shù)據(jù)速率為55.6×4＝222.4Mbps，假使一個(gè)分前端總共帶了15000個(gè)用戶，其中申請(qǐng)了雙向業(yè)務(wù)的為10％（以中國(guó)的現(xiàn)有情況，城市個(gè)人用戶申請(qǐng)雙向業(yè)務(wù)的一般不會(huì)超過(guò)總用戶數(shù)量的30％，在眾多的ISP競(jìng)爭(zhēng)中，廣電最理想也難以超過(guò)50％的市場(chǎng)份額），這樣雙向業(yè)務(wù)用戶數(shù)量為1500戶,我們?cè)偌僭O(shè)同時(shí)在線的雙向用戶比例為30％，則每個(gè)用戶分配到的下行速率為222.4M÷（15O00×l0％×30％）＝494kbps這個(gè)速率表面上看起來(lái)和現(xiàn)在電信推廣的ADSL的速率一樣，但因?yàn)椴⒉皇敲總�(gè)在線的用戶都在以最大的速率傳輸數(shù)據(jù)，絕大部分的用戶大部分在網(wǎng)上時(shí)間是瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收發(fā)郵件、網(wǎng)上聊天。以上的這些業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的需求非常少，因此，實(shí)際上每一個(gè)用戶能夠分配到的突發(fā)帶寬在正常情況下能夠達(dá)到2M～10M�，F(xiàn)在以RM格式壓縮的視音頻碼流的速率達(dá)到500kbps的時(shí)候，清晰度已經(jīng)超過(guò)了普通電視信號(hào)，以MPEG-4格式壓縮的視頻信號(hào)碼率達(dá)到700kbps時(shí)的清晰度已經(jīng)達(dá)到了普通DVD盤(pán)片的清晰度。

因此，雙向HFC的數(shù)據(jù)速率應(yīng)該是能夠滿足寬帶網(wǎng)絡(luò)的要求的。太網(wǎng)接入基本上是匯聚層千兆帶寬共享,每個(gè)樓棟100M帶寬共享,用戶端接入帶寬10M。傳統(tǒng)以太網(wǎng)由于采用的是CSMA/CD機(jī)制，在用戶量比較多的情況下會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，利用效率降低，據(jù)有關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，以太網(wǎng)的利用效率一般是40％�，F(xiàn)在由于交換機(jī)在樓棟的使用，在全雙工狀態(tài)下不會(huì)產(chǎn)生沖突碰撞，同時(shí)VLAN的劃分減小了廣播域，因此現(xiàn)在千兆以太網(wǎng)的實(shí)際帶寬大概在400M～900M之間，同等條件下比配4塊CMTS卡的雙向HFC系統(tǒng)速率要高。在這里要強(qiáng)調(diào)一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，即全國(guó)廣電網(wǎng)絡(luò)目前沒(méi)有一家建設(shè)了非常完整的本地信息平臺(tái)，用戶80％的

訪問(wèn)量都是去公網(wǎng)的。目前全國(guó)絕大部分的有線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的出口帶寬只有10～100M。因此，真正網(wǎng)絡(luò)帶寬的瓶頸并不是在人們激烈爭(zhēng)論的接入網(wǎng)部分，而是在骨干網(wǎng)部分。即使給用戶100M的帶寬，用戶也僅僅是在爭(zhēng)奪這些有限的出口資源。在筆者實(shí)際工作中試過(guò)10M和100M的線路同時(shí)訪問(wèn)某些國(guó)內(nèi)著名網(wǎng)站,但由于公網(wǎng)出口限制，兩者速度基本上沒(méi)有多大差別，因此現(xiàn)階段過(guò)分追求高接入帶寬值得商榷。