廣電 CMTS 系統 技術方案 漢柏科技有限公司 2010 年 8 月 30 日 目 錄 1 目前廣電系統現狀描述 . 3 2 基于 CM 的雙向改造技術 . 3 3 解決方案原則 . 4 3.1 保護投資原則 . 4 3.2 全面覆蓋原則 . 5 3.3 滿足需求原則 . 5 3.4 漸進發展原則 . 5 3.5 符合趨勢原則 . 5 4 Cisco ubr 系列產品介紹 . 6 4.1 UBR 系列產品線 . 6 4.2 UBR 10012 系列 . 7 4.3 UBR7200 系列 . 8 4.3.1 uBR7225VXR 系列 . 8 4.3.2 uBR7225VXR 系列 . 8 5 CMTS 部署方式 . 9 5.1 CMTS+CM 改造方案 . 9 5.1.1 CMTS+CM 的特點 . 10 5.2 CMTS 與 CM 鏈接過程 . 10 5.2.1 CMTS 網絡 設計 . 10 5.2.2 Cable Modem 注冊過程 . 10 5.3 DOCSIS 綜述 . 12 5.3.1 DOCSIS 的發展 . 12 5.3.2 DOCSIS 的過去、現在 -特征 . 13 5.4 DOCSIS 3.0 . 13 5.4.1 DOCSIS 3.0 特點 . 13 5.4.2 DOCSIS 1.0/2.0 向 DOCSIS 3.0 過度 . 14 5.4.3 滿足 DOCSIS 3.0 的條件 . 16 1 目前廣電系統現狀描述 中國的有線電視經過二十多年的發展，現在已經形成了巨大的規模，全國有線模擬電視用戶達到 1.3 億戶堪稱世界第一。隨著數字電視發展時代的到來，歐美日韓等發達國家和地區已經啟動了數字電視的實施計劃，在 2002 年我國也啟動了數字電視發展戰略，國家廣電總局已制定了我國數字電視的實施計劃和試點城市，有線數字電視整體轉換成為電視數字化的首要任務和目標，數字化和信息化技術引發了電視傳輸技術和方式的革命，有線電視數字化使廣播電視向雙向交互電視的演進成為可能，有線電視網絡的雙向化更是提供了全面提供電視、數據和語音等綜合業務發展的新機會，實現有線電視網絡的價值充分提升。在我國有線電視數字化進程中， 2004 年 10 月杭州數字電視首創以雙向網絡為基礎的廣播交互電視業務的成功運營，引領了數字電視走入交互電視的新階段。 發展交互電視 的基礎是有線電視網絡具有雙向數據傳輸能力，但是我國大部分城市的有線電視網絡是單向廣播網，上海、深圳等經濟發達城市的部分網絡采用 CMTS構建了雙向 HFC 網，杭州等城市采用 LAN 接入方式構建了市區的雙向寬帶數據網，總體上看有線電視網絡完成雙向化改造的規模非常小，面對有線電視數字化和雙向化的發展趨勢，亟待解決的問題是全網覆蓋的有線電視雙向化改造解決方案。 有線電視雙向改造傳統的方式是采用 DOCSIS技術的 CMTS系統的雙向 HFC 網絡，以美國有線電視運營商在全美成功應用 。 綜上所述，有線電視雙向化技術起始于 DOCSIS 提出的雙向 HFC 來計算已經發展了十年之久，有線電視雙向全網覆蓋的設計需要根據投資、性能、業務、工程、維護等若干方面去考慮進行比較 。 2 基于 CM 的 雙向改造技術 Cable Modem 接入網方案是基于雙向 HFC 網的數據傳輸系統，系統包括前端設備CMTS 和終端設備 Cable Modem（ CM），采用 DOCSIS1.0/2.0/3.0 技術標準，利用有線電視網下行頻段和上行頻段分別提供數據回傳和下載通道，下行通道的頻率范圍為 88860MHz，每個通道按頻道帶寬 8MHz 設定，采用 64QAM或 256QAM 調制方式，下行數據傳輸速率最大為 40Mbps。上行通道的頻率范圍為 5 65MHz，每個通道的帶寬可為 200、 400、 800、 1600、 3200kHz，采用 QPSK 或 16QAM 調制方式，對應的數據傳輸速率為 5Mbps 或 10Mbps。 Cable Modem 在組網方式上，很適合于原先的有線電視網絡，光節點以下采用樹型總線結構。 CMTS 輸出端的 CABLE 電纜通過分配器和分支器輸入到用戶家庭的 Cable Modem 的 RF 輸入端，完成視頻與數據的接入。 CABLE MODEM 在實際應用中的組網架構如下圖： 圖 2-1 CABLE MODEM 組網架構示意圖 基于 Cable Modem 的雙向有線電視網絡具有的優勢是充分利用了 HFC 網絡已有的接入網資源，對入戶線路沒有安裝工程 。 3 解決方案原則 3.1 保護投資原則 有線電視新的業務需要，如交互電視、信息服務等要求網絡提供雙向交互承載能力的支持，網絡的升級改造必須要充分考慮原有可用網絡資產，網絡的升級改造是完整的、漸進的投資，而不是局部的、不兼容的替代。畢竟經過十幾年的發展有線電視網已經逐步發展完善為 HFC 網架構、光節點覆蓋 500 戶、頻道達到 750（ 862） MHz， 對于單向廣播電視而言可以滿足開展數字電視業務的要求，因此雙向化改造要遵循保護已有投資的原則。 3.2 全面覆蓋原則 有線電視廣播業務已經進入千家萬戶是一個大眾業務，作為交互電視和信息服務的增值業務是一種分眾業務，需要進行市場化培育的過程。對于運營商而言通過提供增值業務提高 ARPU 值來獲得新的收入增長點，從客戶方面講是為新增業務支付額外費用滿足個性化需求，業務的目標客戶基礎是所有大眾業務用戶，因此增值業務所需要的網絡基礎應該覆蓋全部用戶才有利于新業務的迅速開展，這就要求雙向化改造要遵循短時間全面覆蓋的原則。 3.3 滿足需求原則 有線電視廣播業務轉型到廣播與交互綜合業務的網絡承載需求已經發生變化，傳統廣播電視是單向下行的廣播網，而交互電視和綜合業務網需要雙向的交互網絡。交互電視和綜合業務的承載網也是根據具體業務、用戶數、并發數等要求有不同的差異，交互電視要求提供較小數據回傳通道、而信息化服務需要寬帶數據通信，用戶數較少時帶寬較小也能保證服務質量、而用戶數或并發數增加都會對網絡帶寬提出更高需求，所以不同階段需求是有差異的，不要期望完全的一步到位的思路，遵循滿足需求的原則是十分務實的做法。 3.4 漸進發展原則 漸進發展的原則是 投資效益的原則，避免周期長、投入大、產出低的情況發生，運營商開展新業務要在短期內以盡可能小的投入獲得業務快速的推廣，新業務具有品種多樣、個性化和高附加值的特點，會有一定的市場風險，因此投資一定要采取控制初期投資、滾動發展的策略，規避風險便于快速調整業務。 3.5 符合趨勢原則 網絡投資建設符合發展趨勢的原則是技術選型和投資的基本判斷原則，網絡建設是一項長期投資過程，選擇的技術方案一定要符合主流發展趨勢，網絡演進也可以跟隨技術的發展而平滑升級，從而最大限度保護已有投資、發揮存量資產的效益最大化。 4 CISCO UBR 系列產品介紹 4.1 UBR 系列產品線 4.2 UBR 10012 系列 基本特性 The Cisco uBR10012 features these components: A maximum of eight RF line cards A maximum of six Wideband SPAs for Wideband channel bonding A maximum of two 4-SPA interface processors (SIPs), the carrier card for the Wideband SPAs A maximum of two WAN SPAs to connect to the IP backbone and external networks A maximum of two Cisco performance routing engine (PRE) modules Two Cisco Timing, Communication, and Control cards Two AC or DC power entry modules (PEMs) 所支持的 RF line card UBR10-MC5X20H-D： uBR10K High-Performance Card, 5DS w/upx, 20US, Spec An 支持 DOCSIS1.0/2.0/3.0 4.3 UBR7200 系列 4.3.1 uBR7225VXR 系列 基本特性 Cisco uBR7225VXR Universal Broadband Router Features and Benefits Summary Provides up to 16 upstreams and 4 downstreams in a 2-RU form factor. 所支持的 RF line card UBR-E-28U： UBR7225 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU UBR-MC28U： uBR7200 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU UBR-MC88V： uBR7200 DOCSIS3.0 Modem Card, 8 DS w/Upx, 8 US, SCDMA, 支持 DOCSIS1.0/2.0 4.3.2 uBR7225VXR 系列 基本特性 Cisco uBR7246VXR features: Four cable line cards to connect to the cable plant. Two port adapters (one slot for dual-width port adapter) to connect to the IP backbone and external networks； a range of network interfaces is available. Not required for chassis that contains the Cisco uBR7200 Series NPE-G2 or NPE-G1. Cisco uBR7200 Series NPE-G2 Network Processing Engine. One cable clock card to lock onto and propagate a T1 clock signal throughout the router midplane. 所支持的 RF line card UBR-MC28U： uBR7200 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU UBR-MC88V： uBR7200 DOCSIS3.0 Modem Card, 8 DS w/Upx, 8 US, SCDMA, 支持 DOCSIS1.0/2.0/3.0 5 CMTS 部署方式 5.1 CMTS+CM 改造方案 5.1.1 CMTS+CM的特點 一個頭端覆蓋范圍大，初期設備投資低 充分利用現有 充分利用現有 cable cable 資源，充分考慮廣電系統特點 技術相對成熟，在歐美大量使用 技術相對成熟，在歐美大量使用 5.2 CMTS 與 CM 鏈接過程 5.2.1 CMTS 網絡設計 根據光節點用戶的多少，可以混合 2至 4 個光接收機的回傳信號，連接到 CMTS 的一個回傳通道。譬如這個機房有 80 個光節點，需要配置 20-40 個上行通道 ，下行通道可以配置為 8 個 ， CMTS 分為 4個 MAC 區域，每一個下行端口（最大包含 2 個下行頻點）搭配 5-10 個左右上行通道為一個 MAC 域，這樣的一個 MAC 域下行速度最大可達100M，這樣整臺 CMTS 可以支持最大 400M 的下行流量。 CMTS 用戶可以是寬帶用戶，也可以是 VOD 的點播用戶，由于 VOD 點播 用戶數據流量少 ，一臺 C2200 可以帶更多的 VOD 用戶。同時通過給 modem 下發不同的配置文件，可以給不同的 MODEM 分配不同的帶寬，例如可以分為： 1M， 2M， 4M，從而實現用戶的區分服務。同時我們可以開展其它雙向增值業務。如視頻點播（ VOD）， IP電話，電視游戲等等。 5.2.2 Cable Modem注冊過程 CMTS 和 Cable Modem 通過 DOCSIS 協議進行通訊，以下為 DOCSIS 網絡結 構： DOCSIS 網絡系統的主要組件： Provisioning Systems DHCP Server: 在 CM 初始化過程中給 CM 提供 ip 地址 TFTP Server: 提供 CM 配置文件 Time Server: 給 CM 提供時間 (可選 ) 軟件升級服務器 : 提供 CMTS/CM 軟件版本升級 Network Management System (NMS) SNMP Manager Syslog server IPDR server 其他 (提供安全訪問控制的 RADIUS/TACACS Server) CM 上線流程 ： 1. Tuning： 鎖定下行頻點 ,獲取上行數據 2. Ranging:： 測距 3. DHCP： 獲取 IP 地址 4. TFTP： 獲取配置文件 5. Registration： 注冊 5.3 DOCSIS 綜述 DOCSIS:有線數據業務 DOCSIS = Data-Over-Cable Service Interface Specifications DOCSIS Cable Modem 系統的主要作用是在前端和用戶端之間透明地傳輸 IP 包 DOCSIS 系統包括 : CMTS電纜調制解調器終端系統，位于前端 電纜網絡 CM-電纜調制解調器，位于用戶端 5.3.1 DOCSIS 的發展 DOCSIS 1.0/1.1: 為了有線運營商提供寬帶服務而提出 DOCSIS 2.0: 上行帶寬優化 : ATDMA, SCDMA, 邏輯信道 Logical Channels 侵入噪聲消除 : 增加上行帶寬 DOCSIS 3.0: 上下行多個信道進行捆綁創造更高帶寬 IPv6 5.3.2 DOCSIS 的過去、現在 -特征 DOCSIS 1.0 提供基本的寬帶互聯網連接，并提供了用戶數據速率控制基本方法 DOCSIS 1.1 提供了改善業務的靈活性，安全性和服務質量（ QoS ） DOCSIS 2.0 增加了應對對稱服務需要的上行可靠性和數據吞吐量 DOCSIS 3.0 提供了數據傳輸的增強功能。 其中最值得注意的是，通道綁定，對 IPv6 的支持，和對 IPTV 的支持 。通道綁定為有線電視運營商提供了一個靈活的方式，可為用戶提供超過 160 Mbps的下行速度，和超過 120 Mbps 的上行速度 5.4 DOCSIS 3.0 5.4.1 DOCSIS 3.0 特點 信道捆綁（ Channel Bonding） -下行速率可以達到 200Mbps 以上， -上行速率可以達到 120Mbps 以上。 上下行頻率物理范圍有所擴展 -下行頻率從 750M 可擴展到 1GHz -上行頻率范圍從 5-65 MHz 可擴展為 5-85 MHz. 兼容性 -3.0 網絡同樣可以向下兼容使用 2.0,1.1,1.0 的 Cable Modem ， -3.0 的 Cable Modem 也可以在非 3.0 的網絡環境中使用。 安全性 - 增加 Eae 提前加密技術 ,使注冊過程更有安全保障 支持 IPv6 -CM 可選擇的支持模式和雙棧管理模式 增強的 IP組播 -所有綁定通道都可以傳輸組播信息（源域間組播、組播的 QoS 和授權） 管理擴展 - IPDR （ Internet Protocol Detail Record），可按業務使用對用戶做到精細計費。 - 擴展的 MIB 庫（較前一版標準擴充了超過 50%的 MIB），更利于用戶對設備的管理和控制 -更完備的信號質量的監測和遠程診斷。可促進客戶服務和維修 5.4.2 DOCSIS 1.0/2.0 向 DOCSIS 3.0 過度 目前的 CMTS 系統： 改造后的 CMTS系統： 5.4.3 滿足 DOCSIS 3.0 的條件 CMTS can be submitted for Bronze, Silver, or Full Cablelabs