1、CM系統選型測試及在我臺HFC網絡上的應用摘要介紹了獨創性的CMTS及CM產品實際選型測試方案及CM系統在我臺HFC網絡上的具體應用，作為有線電視網絡營運商，避開了CMTS及CM產品測試中涉及到的復雜標準及技術參數，同時又能從應用層面準確反映CM系統在HFC網絡上的數據傳輸的性能，應用選型成果構建了我臺HFC網絡平臺上的CM系統，并進入商業運營。關鍵詞CMTS；Cable Modem；HFC接入網；選型測試；回傳通道AbstractThis paperintroduces the unique modal selection testing methodfor CMTS and CM prod

2、ucts as well as the application of CM system in the HFC network of our station. For a cable TV network operation company, this method avoids the complex standards and technical parameters involved in testing CMTS and CM products and at the same time, reflects from a users perspective the data transm

3、ission performance of CM system in HFC network, thus establishing the CM system in our stations HFC network.Key word CMTS；Cable Modem；HFC network；Modal selection test；return path我臺根據網絡總體規劃和發展于2001年上半年對Cable Modem系統進行了選型測試，下半年開始在我臺HFC網絡上發展CM業務。從目前運行的情況看，基本達到了商業運營的要求。在實際運行過程中，我們還結合我臺網絡的具體情況，合理規劃，不斷完善，

4、已初步建成可運營、可持續發展的CM業務平臺，為今后業務進一步發展打下了堅實的基礎。一、 CM系統選型測試Cable Modem通訊方式是在有線電視網上開展雙向交互業務的一項新興技術，同傳統業務相比國內尚無可以完整借鑒的測試方法和手段，在缺乏可借鑒的測試范例、眾多測試設備條件不具備的情況下，我們克服種種困難，從本臺實際出發，通過技術人員的共同努力，憑借以往對Cable Modem系統的研究經驗，不斷總結提高，最后順利完成選型測試工作。1、 CM系統原理CCM接入系統原理如圖一所示。OOS服務器路由器INTERNET交換機CMTS上變頻器HFCPCCM圖一 系統原理圖CMTS是數據網絡和HFC模擬

5、射頻網絡的連接設備，主要完成網絡數據的轉發、協議處理和調制解調等功能。其中上變頻器完成將CMTS輸出的中頻模擬信號進行頻率的上變換，輸出到任意有線電視下行頻道上；OOS提供接入系統運行所需要的各種服務器支持，如：動態主機配置服務器（DHCP）、簡單文件傳輸服務器（TFTP）、時間服務器（TOD）等；CM主要完成HFC網絡和用戶設備之間的數據轉發、協議處理和調制解調等功能。CM和CMTS建立通信的啟動過程分為8個步驟：第一步，搜索下行信道。CM上電后，CM不斷調整自己的下行接收頻率搜索下行信號，直到得到某個下行通道的SYNC（同步幀）。第二步，獲取上行信道參數UCD（上行通道的描述報文，由CMT

6、S針對每個上行通道周期性下發）。CM根據接收到的UCD，選擇合適的上行通道，如果沒有接收到UCD幀，則CM返回到第一步，重新搜索下行信道。第三步，CM進行測距，校準參數。第四步，建立IP連接能力。通過DHCP協議從OSS服務器獲取CM、TFTP服務器和TOD服務器IP地址以及CM的配置文件名。第五步，根據前面獲得的TOD服務器地址，通過TOD協議從OSS服務器獲取當前時間。第六步，根據前面獲取的TFTP服務器地址以及CM配置文件名，通過TFTP協議從OSS服務器下載CM的配置文件。第七步，CM向CM注冊。CMTS驗證CM的合法性,為CM分配正式的SID(Service ID,用于區分CM及服務

7、等級的標識)。第八步，CM注冊成功，可以開始正常工作。符合DOCSIS標準或其它標準的CM系統的技術參數、指標及要求，很多文獻上都有介紹，這里不再涉及。2、 選型測試技術考慮及具體方案方案考慮：這次CMTS和 Cable Modem都有多種型號產品參加我臺的選型測試，包括DOCSIS和 非DOCSIS(S-CDMA)兩種不同的技術產品。如何克服時間緊、儀器少并且要有效地把各個型號的產品性能如實反映是我們首先考慮的問題。我臺作為網絡營運商，不可能對產品的各種參數按照CM系統產品標準（如MNCS制定的DOCSIS標準）一一加以測量和驗證，我們便從系統的實際應用出發，考察系統產品的主要技術參數以及它

8、們在實際網絡環境下的性能表現。在制定測試技術方案之前，我們考慮測試方案應該體現如下一些要求：相對客觀公平，測試環境相同，并且便于測試；從傳輸層考慮性能比較，克服全面測試遇到的時間緊和儀器缺等困難；能夠和實際應用緊密結合，測試CM和CMTS在我臺網絡環境下的實際表現；有較強的可操作性和可重復性；測試數據能夠反映設備的性能差異，為選型提供技術支持。具體方案介紹：我們在本地搭建了CM系統測試平臺，如圖二所示。鎖金4村HFC回傳光收自制測試環境噪聲源圖二 CM系統測試環境我們用QCHECK軟件對CMTS和CM之間的通訊情況進行測試，并作為測量數據，包括通訊速率和數據丟失情況。QCHECK軟件是一款提供

9、網絡性能測試的共享軟件，可以從上免費下載，該軟件提供兩臺計算機之間多種協議（TCP、UDP、SPX、IPX）的通訊測量。我們使用該軟件作為測量工具主要依據是，作為用戶更多關心數據的通訊，特別是數據傳輸的速度和丟包情況，而QCHECK可以提供這些數據的測量，并且不存在讀寫硬盤的過程。我們在局域網環境中用兩臺高檔微機（帶百兆網卡）對QCHECK軟件進行了驗證，穩定正常。自制的測試環境如圖三所示。圖三 本地測試線路圖我們分別對CMTS和CM進行測試：測試TCP、UDP通訊速率及UDP的丟包率。針對每一項測試，又分成四種情況： 引入實際噪聲（鎖金四村回傳噪聲），CM和CMTS通訊在不同的上行頻率； 不

10、同的調制方式（下行QAM,上行QPSK和QAM）； 在不同的網絡電平下，主要測試下行鏈路最長（衰減大），上行鏈路短和長（衰減小和大）的情況下CM和CMTS通信的能力； 不同的噪聲條件（人為加寬帶噪聲）。第一種情況考察CM和CMTS在不同上行頻率下的通訊，我們引入了實際的光節點噪聲，和CM的上行信號通過分配器（器件編號13）倒混后送CMTS上行接收；第二種情況改變通訊的調制方式，考察通訊速率和丟包情況，下行分64QAM和256QAM，上行區別QPSK和16QAM；第三種情況改變下行衰減值和上行衰減值，考察CM及CMTS發射和接收電平的動態范圍；第四種情況是人為引入噪聲（從TEST B處），和CM

11、上行信號通過二分配器（器件編號9）混合。噪聲類型為6MHz帶寬的寬帶（相對CM上行帶寬）QAM信號，調節噪聲強度，分別低于CM上行信號30dB、20dB和10dB，測量通訊速率和丟包情況。四種測試都是考慮到網絡通訊中可能出現的情況以及這些情況下CM系統的實際表現。3、 測試結論從測試中我們得到了大量數據，分為CMTS和CM兩組。通過對兩組數據的整理和分析，有效反映了參測產品的性能以及同類產品之間的性能差異，達到了選型測試方案的要求。二、 CM系統在我臺HFC網絡上的具體應用1、 HFC網絡平臺及CM系統調試CM系統選型的目的是要將CMTS和CM運用在我臺的HFC網絡中，為用戶提供可靠有效的商業

12、服務。圖四 我臺HFC網絡拓撲結構圖根據我臺網絡規劃，整個HFC網絡由一級光纖環網和二級光纖環網構成主要拓撲，見圖四，再由二級站通過光纖到小區或大樓和光電設備相通，最終用放大器、交換機、電纜和千家萬戶連接，實現承載模擬電視傳輸網（A網）和寬帶數據網（B網）兩個業務平臺的HFC網絡。CM系統跨接A、B兩個平臺， CM用戶端的CPE和數據網的交換路由設備通過CMTS連接，其間和模擬電視信號走過一段相同的HFC物理通道。機房前端CMTS的下行QAM信號（一般在550750MHz頻率范圍，一個頻道占用6MHz或8MHz）和廣播模擬電視信號在前端或分前端混合后，經光發射機、光節點、電放大器送到用戶終端盒

13、，用戶室內CM的上行信號同樣經用戶終端盒、電放大器的反向通道到達光節點，經光節點反向回傳光發將電信號轉換成光信號上傳到機房的回傳光接收機，再由回傳光接收機轉換成電信號送CMTS的上行接收端，完成CM和CMTS之間的雙向通訊。我臺根據HFC網絡規劃，首先由總前端將廣播信號通過一級環網傳送到各分前端（四個局間站），光電接收轉換后，分前端或二級站各自插入需要開展的業務信號，如VOD、CM信號，經1310nm光發將光信號傳送到光節點，光節點下最多帶一級樓放，用戶數500左右。考慮到實際情況，目前我臺光節點下帶了一級“模擬光機”（由樓放充當，以后由光節點取代），再由“模擬光機”帶一級樓放。根據我臺網絡和

14、設備的使用情況，特別是雙向樓放、回傳光發、回傳光接收機的技術指標，我們繪出CM上行通道模型見圖五，并對各級信號電平作出了要求和規定，見圖五。圖五 CM上行通道模型及信號電平分配網絡中同一光站和不同光站的電平調試都要求遵循上述要求，保證網絡中光站覆蓋的用戶回傳損耗應大致相等，為了保證指標，調試應該逐級進行，禁止開始就頭尾聯調。根據實際統計和研究，70%以上的上行噪聲干擾是從用戶端侵入的，在保證下行傳輸設計以及滿足回傳通道設備激勵電平的前提下，優化設計上行通道并保證CM的上行發射電平對提高C/N比和抗干擾有顯著作用，在終端安裝上線后，應該對相關上下行指標進行測量，以保證通信質量。2、 CMTS組網

15、CM寬帶接入系統組網的首要問題是確定網絡拓撲結構，特別是CMTS頭端系統的安裝位置。集中式拓撲結構將CMTS集中安裝在總前端，覆蓋整個HFC網絡。集中式拓撲結構投資少，但用戶容量有限，適用于較小的系統。分布式拓撲結構將CMTS分布安裝在分前端，甚至二級站，僅覆蓋部分HFC網絡。分布式拓撲結構需要較多的CMTS，投資較大，但擴展性強，適用于較大的系統。網絡拓撲結構需要根據系統的規模和A、B平臺的具體情況進行設計。目前我臺有線電視寬帶綜合業務網（A平臺）由環星形光纜網、電纜接入網和地下管線網三部分構成。城區以廣電大廈為信息中心，建設東西南北四個核心站，通過64芯光纜連接4個局間站形成56公里的市區

16、主環網。每個核心站下建設數個二級站，構成二級環網。通過核心站和二級站覆蓋市區光節點。目前4個局間站和4個二級站已投入使用，全市共布設光節點390個，每個節點接入500-2000用戶，光纜網覆蓋市區70%以上。今年計劃再建幾百個光節點，達到基本覆蓋市區。我臺寬帶IP數據網（即B網）在XX廣播電視大廈為信息中心的基礎上，架構包括一個主核心站點即XX廣播電視大廈，3個分核心站點（城西局間站、城北局間站和城東局間站），構成一個骨干交換的主環網。在4個核心站點的基礎上，再建立7個二級邊緣站點和五縣四郊共9個區縣二級邊緣站點，各個二級邊緣站點作為外圍交換和用戶接入點，并完成與核心層設備的交換。我臺CM寬帶

17、接入系統采用了分布式拓撲結構，在東南西北4個核心站和延靈巷二級站各安裝一臺CMTS，向下覆蓋本區域HFC網絡，向上接入B平臺，并最終接入因特網。我臺CM寬帶接入系統拓撲結構如圖六所示。路由器CMTS因特網防火墻城北站三層交換機HFC網絡操作管理服務器HFC城東站三層交換機城西站三層交換機CMTS城南站三層交換機CMTS延齡巷三層交換機CMTSHFCCMTSHFCHFC圖六 系統拓撲圖CM寬帶接入系統是A平臺和B平臺的結合應用，其組網設計也包括兩個方面：HFC側組網設計（即 CM寬帶接入系統與A平臺之間的互連組網）和數據網絡側組網設計（即CM寬帶接入系統與B平臺之間的互連組網）。前者已有論述，以

18、下討論數據網組網設計。 數據網絡側組網設計的任務是充分利用CMTS具有的各種功能，在完成用戶的接入的基礎上，實現特定的網絡策略，以提高系統性能，增強網絡安全和用戶控制。組網設計可以從以下幾個方面進行考慮：1）網絡的邏輯實現；2）IP地址規劃和分配；3）網絡管理和用戶控制；4）網絡安全；5）系統的可擴充性。CMTS在邏輯上可以看成一個路由器,它通過100BaseT口上連至數據平臺，下連HFC網絡（下行射頻口和上行射頻口）可以配置多個IP子網，可以看成多個路由器端口，CMTS完成在HFC IP子網和上連端口之間的路由,在組網設計中的CMTS其它重要功能有DHCP授權、代理服務器、ARP及廣播抑制、

19、IP過濾、服務級別、頻譜管理和源IP路由選擇等。我臺CMTS組網設計邏輯圖如圖七所示（省去了IP地址）。因特網NAT路由器外網用戶DHCP/TOD/TFTP服務器CM內網用戶CMTS內網VLAN（CMTS_neiwang) tag 202外網VLAN（CMTS_waiwang) tag 201城東城北城西城南CMTSCMTSCMTSCMTSCMCMCMCM外網用戶外網用戶外網用戶外網用戶內網用戶內網用戶內網用戶內網用戶圖七 我臺CMTS組網設計邏輯圖它具有以下特點：1）根據用戶的需求不同，將用戶分為內網用戶和外網用戶，外網用戶分配公網地址，直接路由進入因特網，內網用戶分配私有地址，路由進入B平臺，并通過防火墻進行地址轉換后訪問因特網。這樣做一方面滿足了部分高級用戶需要通過公網地址直接接入因特網的特殊需求，另一方面有可以解決大量用戶訪問因特網時公網地址不足的矛盾，并通過設置防火墻保護了大量普通用戶的網絡安全。這也是服務分級的一種做法。2）實現了內網和外網的分離和隔離，提高了網絡性能，保障了網絡安全。通過在B平臺上劃分外網VLAN，并利用CMTS的