系統(tǒng)選型測試及在XX市HFC網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用論文

1、CM系統(tǒng)選型測試及在我臺HFC網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用摘要介紹了獨(dú)創(chuàng)性的CMTS及CM產(chǎn)品實(shí)際選型測試方案及CM系統(tǒng)在我臺HFC網(wǎng)絡(luò)上的具體應(yīng)用，作為有線電視網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)商，避開了CMTS及CM產(chǎn)品測試中涉及到的復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)參數(shù)，同時又能從應(yīng)用層面準(zhǔn)確反映CM系統(tǒng)在HFC網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?，?yīng)用選型成果構(gòu)建了我臺HFC網(wǎng)絡(luò)平臺上的CM系統(tǒng)，并進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營。關(guān)鍵詞CMTS；Cable Modem；HFC接入網(wǎng)；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(jù)網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)劃和發(fā)展于2001年上半年對Cable Modem系統(tǒng)進(jìn)行了選型測試，下半年開始在我臺HFC網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展CM業(yè)務(wù)。從目前運(yùn)行的情況看，基本達(dá)到了商業(yè)運(yùn)營的要求。在實(shí)際運(yùn)行過程中，我們還結(jié)合我臺網(wǎng)絡(luò)的具體情況，合理規(guī)劃，不斷完善，

4、已初步建成可運(yùn)營、可持續(xù)發(fā)展的CM業(yè)務(wù)平臺，為今后業(yè)務(wù)進(jìn)一步發(fā)展打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。一、 CM系統(tǒng)選型測試Cable Modem通訊方式是在有線電視網(wǎng)上開展雙向交互業(yè)務(wù)的一項(xiàng)新興技術(shù)，同傳統(tǒng)業(yè)務(wù)相比國內(nèi)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(shè)備條件不具備的情況下，我們克服種種困難，從本臺實(shí)際出發(fā)，通過技術(shù)人員的共同努力，憑借以往對Cable Modem系統(tǒng)的研究經(jīng)驗(yàn)，不斷總結(jié)提高，最后順利完成選型測試工作。1、 CM系統(tǒng)原理CCM接入系統(tǒng)原理如圖一所示。OOS服務(wù)器路由器INTERNET交換機(jī)CMTS上變頻器HFCPCCM圖一 系統(tǒng)原理圖CMTS是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和HFC模擬

5、射頻網(wǎng)絡(luò)的連接設(shè)備，主要完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)議處理和調(diào)制解調(diào)等功能。其中上變頻器完成將CMTS輸出的中頻模擬信號進(jìn)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(tǒng)運(yùn)行所需要的各種服務(wù)器支持，如：動態(tài)主機(jī)配置服務(wù)器（DHCP）、簡單文件傳輸服務(wù)器（TFTP）、時間服務(wù)器（TOD）等；CM主要完成HFC網(wǎng)絡(luò)和用戶設(shè)備之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)議處理和調(diào)制解調(diào)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(diào)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(shù)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(fā)）。CM根據(jù)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(jìn)行測距，校準(zhǔn)參數(shù)。第四步，建立IP連接能力。通過DHCP協(xié)議從OSS服務(wù)器獲取CM、TFTP服務(wù)器和TOD服務(wù)器IP地址以及CM的配置文件名。第五步，根據(jù)前面獲得的TOD服務(wù)器地址，通過TOD協(xié)議從OSS服務(wù)器獲取當(dāng)前時間。第六步，根據(jù)前面獲取的TFTP服務(wù)器地址以及CM配置文件名，通過TFTP協(xié)議從OSS服務(wù)器下載CM的配置文件。第七步，CM向CM注冊。CMTS驗(yàn)證CM的合法性,為CM分配正式的SID(Service ID,用于區(qū)分CM及服務(wù)

7、等級的標(biāo)識)。第八步，CM注冊成功，可以開始正常工作。符合DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)或其它標(biāo)準(zhǔn)的CM系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)、指標(biāo)及要求，很多文獻(xiàn)上都有介紹，這里不再涉及。2、 選型測試技術(shù)考慮及具體方案方案考慮：這次CMTS和 Cable Modem都有多種型號產(chǎn)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(shù)產(chǎn)品。如何克服時間緊、儀器少并且要有效地把各個型號的產(chǎn)品性能如實(shí)反映是我們首先考慮的問題。我臺作為網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)商，不可能對產(chǎn)品的各種參數(shù)按照CM系統(tǒng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（如MNCS制定的DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)）一一加以測量和驗(yàn)證，我們便從系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，考察系統(tǒng)產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)以及它

8、們在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的性能表現(xiàn)。在制定測試技術(shù)方案之前，我們考慮測試方案應(yīng)該體現(xiàn)如下一些要求：相對客觀公平，測試環(huán)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(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，測試CM和CMTS在我臺網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)際表現(xiàn)；有較強(qiáng)的可操作性和可重復(fù)性；測試數(shù)據(jù)能夠反映設(shè)備的性能差異，為選型提供技術(shù)支持。具體方案介紹：我們在本地搭建了CM系統(tǒng)測試平臺，如圖二所示。鎖金4村HFC回傳光收自制測試環(huán)境噪聲源圖二 CM系統(tǒng)測試環(huán)境我們用QCHECK軟件對CMTS和CM之間的通訊情況進(jìn)行測試，并作為測量數(shù)據(jù)，包括通訊速率和數(shù)據(jù)丟失情況。QCHECK軟件是一款提供

9、網(wǎng)絡(luò)性能測試的共享軟件，可以從上免費(fèi)下載，該軟件提供兩臺計算機(jī)之間多種協(xié)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(jù)是，作為用戶更多關(guān)心數(shù)據(jù)的通訊，特別是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蛠G包情況，而QCHECK可以提供這些數(shù)據(jù)的測量，并且不存在讀寫硬盤的過程。我們在局域網(wǎng)環(huán)境中用兩臺高檔微機(jī)（帶百兆網(wǎng)卡）對QCHECK軟件進(jìn)行了驗(yàn)證，穩(wěn)定正常。自制的測試環(huán)境如圖三所示。圖三 本地測試線路圖我們分別對CMTS和CM進(jìn)行測試：測試TCP、UDP通訊速率及UDP的丟包率。針對每一項(xiàng)測試，又分成四種情況： 引入實(shí)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(diào)制方式（下行QAM,上行QPSK和QAM）； 在不同的網(wǎng)絡(luò)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(shí)際的光節(jié)點(diǎn)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(diào)制方式，考察通訊速率和丟包情況，下行分64QAM和256QAM，上行區(qū)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(fā)射和接收電平的動態(tài)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(diào)節(jié)噪聲強(qiáng)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(wǎng)絡(luò)通訊中可能出現(xiàn)的情況以及這些情況下CM系統(tǒng)的實(shí)際表現(xiàn)。3、 測試結(jié)論從測試中我們得到了大量數(shù)據(jù)，分為CMTS和CM兩組。通過對兩組數(shù)據(jù)的整理和分析，有效反映了參測產(chǎn)品的性能以及同類產(chǎn)品之間的性能差異，達(dá)到了選型測試方案的要求。二、 CM系統(tǒng)在我臺HFC網(wǎng)絡(luò)上的具體應(yīng)用1、 HFC網(wǎng)絡(luò)平臺及CM系統(tǒng)調(diào)試CM系統(tǒng)選型的目的是要將CMTS和CM運(yùn)用在我臺的HFC網(wǎng)絡(luò)中，為用戶提供可靠有效的商業(yè)

12、服務(wù)。圖四 我臺HFC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖根據(jù)我臺網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，整個HFC網(wǎng)絡(luò)由一級光纖環(huán)網(wǎng)和二級光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)成主要拓?fù)?，見圖四，再由二級站通過光纖到小區(qū)或大樓和光電設(shè)備相通，最終用放大器、交換機(jī)、電纜和千家萬戶連接，實(shí)現(xiàn)承載模擬電視傳輸網(wǎng)（A網(wǎng)）和寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)（B網(wǎng)）兩個業(yè)務(wù)平臺的HFC網(wǎng)絡(luò)。CM系統(tǒng)跨接A、B兩個平臺， CM用戶端的CPE和數(shù)據(jù)網(wǎng)的交換路由設(shè)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(jī)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(jīng)光發(fā)射機(jī)、光節(jié)點(diǎn)、電放大器送到用戶終端盒

13、，用戶室內(nèi)CM的上行信號同樣經(jīng)用戶終端盒、電放大器的反向通道到達(dá)光節(jié)點(diǎn)，經(jīng)光節(jié)點(diǎn)反向回傳光發(fā)將電信號轉(zhuǎn)換成光信號上傳到機(jī)房的回傳光接收機(jī)，再由回傳光接收機(jī)轉(zhuǎn)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(jù)HFC網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，首先由總前端將廣播信號通過一級環(huán)網(wǎng)傳送到各分前端（四個局間站），光電接收轉(zhuǎn)換后，分前端或二級站各自插入需要開展的業(yè)務(wù)信號，如VOD、CM信號，經(jīng)1310nm光發(fā)將光信號傳送到光節(jié)點(diǎn)，光節(jié)點(diǎn)下最多帶一級樓放，用戶數(shù)500左右?？紤]到實(shí)際情況，目前我臺光節(jié)點(diǎn)下帶了一級“模擬光機(jī)”（由樓放充當(dāng)，以后由光節(jié)點(diǎn)取代），再由“模擬光機(jī)”帶一級樓放。根據(jù)我臺網(wǎng)絡(luò)和

14、設(shè)備的使用情況，特別是雙向樓放、回傳光發(fā)、回傳光接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，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(guī)定，見圖五。圖五 CM上行通道模型及信號電平分配網(wǎng)絡(luò)中同一光站和不同光站的電平調(diào)試都要求遵循上述要求，保證網(wǎng)絡(luò)中光站覆蓋的用戶回傳損耗應(yīng)大致相等，為了保證指標(biāo)，調(diào)試應(yīng)該逐級進(jìn)行，禁止開始就頭尾聯(lián)調(diào)。根據(jù)實(shí)際統(tǒng)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(shè)計以及滿足回傳通道設(shè)備激勵電平的前提下，優(yōu)化設(shè)計上行通道并保證CM的上行發(fā)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(yīng)該對相關(guān)上下行指標(biāo)進(jìn)行測量，以保證通信質(zhì)量。2、 CMTS組網(wǎng)

15、CM寬帶接入系統(tǒng)組網(wǎng)的首要問題是確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特別是CMTS頭端系統(tǒng)的安裝位置。集中式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將CMTS集中安裝在總前端，覆蓋整個HFC網(wǎng)絡(luò)。集中式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)投資少，但用戶容量有限，適用于較小的系統(tǒng)。分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將CMTS分布安裝在分前端，甚至二級站，僅覆蓋部分HFC網(wǎng)絡(luò)。分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要較多的CMTS，投資較大，但擴(kuò)展性強(qiáng)，適用于較大的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和A、B平臺的具體情況進(jìn)行設(shè)計。目前我臺有線電視寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)（A平臺）由環(huán)星形光纜網(wǎng)、電纜接入網(wǎng)和地下管線網(wǎng)三部分構(gòu)成。城區(qū)以廣電大廈為信息中心，建設(shè)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(qū)

16、主環(huán)網(wǎng)。每個核心站下建設(shè)數(shù)個二級站，構(gòu)成二級環(huán)網(wǎng)。通過核心站和二級站覆蓋市區(qū)光節(jié)點(diǎn)。目前4個局間站和4個二級站已投入使用，全市共布設(shè)光節(jié)點(diǎn)390個，每個節(jié)點(diǎn)接入500-2000用戶，光纜網(wǎng)覆蓋市區(qū)70%以上。今年計劃再建幾百個光節(jié)點(diǎn)，達(dá)到基本覆蓋市區(qū)。我臺寬帶IP數(shù)據(jù)網(wǎng)（即B網(wǎng)）在XX廣播電視大廈為信息中心的基礎(chǔ)上，架構(gòu)包括一個主核心站點(diǎn)即XX廣播電視大廈，3個分核心站點(diǎn)（城西局間站、城北局間站和城東局間站），構(gòu)成一個骨干交換的主環(huán)網(wǎng)。在4個核心站點(diǎn)的基礎(chǔ)上，再建立7個二級邊緣站點(diǎn)和五縣四郊共9個區(qū)縣二級邊緣站點(diǎn)，各個二級邊緣站點(diǎn)作為外圍交換和用戶接入點(diǎn)，并完成與核心層設(shè)備的交換。我臺CM寬帶

17、接入系統(tǒng)采用了分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(qū)域HFC網(wǎng)絡(luò)，向上接入B平臺，并最終接入因特網(wǎng)。我臺CM寬帶接入系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖六所示。路由器CMTS因特網(wǎng)防火墻城北站三層交換機(jī)HFC網(wǎng)絡(luò)操作管理服務(wù)器HFC城東站三層交換機(jī)城西站三層交換機(jī)CMTS城南站三層交換機(jī)CMTS延齡巷三層交換機(jī)CMTSHFCCMTSHFCHFC圖六 系統(tǒng)拓?fù)鋱DCM寬帶接入系統(tǒng)是A平臺和B平臺的結(jié)合應(yīng)用，其組網(wǎng)設(shè)計也包括兩個方面：HFC側(cè)組網(wǎng)設(shè)計（即 CM寬帶接入系統(tǒng)與A平臺之間的互連組網(wǎng)）和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)組網(wǎng)設(shè)計（即CM寬帶接入系統(tǒng)與B平臺之間的互連組網(wǎng)）。前者已有論述，以

18、下討論數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計。 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)組網(wǎng)設(shè)計的任務(wù)是充分利用CMTS具有的各種功能，在完成用戶的接入的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)特定的網(wǎng)絡(luò)策略，以提高系統(tǒng)性能，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全和用戶控制。組網(wǎng)設(shè)計可以從以下幾個方面進(jìn)行考慮：1）網(wǎng)絡(luò)的邏輯實(shí)現(xiàn)；2）IP地址規(guī)劃和分配；3）網(wǎng)絡(luò)管理和用戶控制；4）網(wǎng)絡(luò)安全；5）系統(tǒng)的可擴(kuò)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(shù)據(jù)平臺，下連HFC網(wǎng)絡(luò)（下行射頻口和上行射頻口）可以配置多個IP子網(wǎng)，可以看成多個路由器端口，CMTS完成在HFC IP子網(wǎng)和上連端口之間的路由,在組網(wǎng)設(shè)計中的CMTS其它重要功能有DHCP授權(quán)、代理服務(wù)器、ARP及廣播抑制、

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