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Cable Modem技术综述

2/14/2005来源:视频通信人气:9066

Cable Modem技术综述 摘要:用户接入网有许多种,其中光纤同轴混合网技术受到青睐,因此各大公司纷 纷推出各自的CableMedem产品。北电网络的Cabe Medem产品系列包括Cable Modem CM100、 线缆头端控制器 CMIS1000和网络配置及控制软件。其系统解决方案具有可在有线电视网 上实现数据网互联、支持多项网络业务、安全保密、可灵活扩展等特性。 关键词:电缆调制解调器 光纤同轴混合网 接入网 北电网络 用户接入网有许多种,如高比特率数字用户线、不对称数字用户线、光纤到路边和 光纤同轴混合网(HFC)等。建设全光纤用户接入网不仅需要投入大量的资金,而且完全 建成尚须较长的时间,而数字用户线技术又不能适应未来的发展,因而HFC技术受到青睐。 HFC网靠用户的最末端是同轴网,这种网本身就是一个高品质的宽带网。话音、高速数据 可以通过频分复用方式调制到不同的频段上传送至用户,HFC网正以其较低的价格和与普 通CATV兼容的特性逐渐成为最佳的接人网方式之一。 一、HFC网与Cable Modem HFC由光纤干线和同轴电缆分配网结合而成,结合点是光节点站。一般光纤干线采用 星形拓扑,同轴电缆分配网则具有树形结构,这种结构已广泛用于广播电视信号的分配, 称为光纤到馈点(FTF)模型。光节点以下同轴电缆网覆盖范围的典型值为2000户。 HFC网络是宽带传输网络,一般采用上、下行不对称的频率分割。在前端,各种业务 信号如模拟电视信号、数字视频信号、计算机数据信号、电话信号和各种控制信号等通 过副载波复用(SCM)方式调制到下行频段的不同频道,经过电光转换用光纤传送到光节 点,在光节点进行光电转换之后由同轴电缆广播式地传送至用户。用户的上行信号采用多 址技术(如时分多址接入、频分多址接入、码分多址接入或者它们的组合)复用到上行信 道,由同轴电缆传送到光节点,在光节点进行电光转换,然后用光纤传至前端。为了快速 推广和节约初期投资,有的厂家生产了单向的Cable Modem,上行的数据通过电话线或无 线通信方式回送到前端。 在 HFC网络的前端有 CableModem前端控制器和管理工作站,前端控制器通过10,100 BaseT或ATM和OC等接口与前端交换网络相连,作为CableModem系统与外界网络(Internet /Intranet)连接的桥梁。前端控制器要对各个用户端的CableModem分配带宽,解决信道 争用问题。管理工作站完成对Cable Modem系统的管理、计费、监测和错误诊断,它可以 管理几十个前端控制器,通过局域网与前端控制器相连,也可以通过广域网进行远程控制。 用户端Cable Modem的基本功能就是将上行数字信号调制成射频信号,将下行的射频信号 解调为数字信号。虽然从整个网络来看,HFC网是频分复用的,但是某一频率上的信道则 是被数以百计的用户所共享,因此向同轴电缆网上的用户分配带宽和对信道争用进行仲裁 就成为Cabe Modem系统的关键技术之一。 Cabe Modem是一种计算机网络设备,物理层和 数据链路层的媒质访问控制子层(MAC)协议是其关键部分。 二、多媒体电缆网络系统标准 1994年11月,IEEE计算机协会LAN/MAN标准委员会宣布成立802.14 Cable-V协议工作 组,目的是制定适于在CATV系统上传送双向综合业务的标准,包括传送数据、语音和视频 业务的标准,特别是要制定 Cabe Modem的访问控制子层和物理层标准。到1997年8月,完 整的协议草案已经完成,正由各成员审议。 1995年11月,美国的一些有线电视经营商和研究机构CableLabs发起组织了多媒体电缆 网络系统(MCNS)合作组织,目的是建立一整套协议以在HFC网络上进行高速双向数据传 输,给用户提供Internet等服务,同时使各个厂家的 Cable Modem产品具有充分的巨操作 性。该组织于1997年3月颁布了HFC网多媒体电缆网络中电缆数据业务接口标准(DOCSIS)。 MCNSDOCSIS于1998年3月初被ITU通过,成为国际标准ITU-TJ.112B。 在实际应用中,虽然802.14是由IEEE制定的国际标准,但是由于它迟迟没有定稿使人 们对它的兴趣日益减少,最初约有150个成员参加802.14工作组,到1998年只剩下30多个, 而且还没有一个厂商宣布开发802.14的访问控制子层芯片(有厂商宣布开发802.14和MCNS 物理层芯片,因为两者的物理层很相似)。与此相反的是越来越多的厂商支持MCNS。1998 年后,各大公司纷纷推出各自的Cable Modem产品,这时 CabeLabs开始进行兼容性测试, 1999年开始有厂商通过CableLabs认证。北电网络有限公司的用户端 Cable Modem产品和 头端系统分别在1999年5月和7月通过了CableLabs的认证。 三、北电网络的Cable Modem产品 1.Cable Modem CM100 CM100主要针对普通注册用户市场。这一类用户希望得到更快、更稳定的Internet连 接服务,对价格相当敏感,但不需要有很高的数据安全保证。 CM100支持1-16个用户,从而可进一步降低单一用户的投资费用。CM100即插即用,采 用基于OSI模型中第二数据包转发,同时支持OSI模型中第二层和第三层的数据过滤,支持 北电网络的ip语音电话插糟,数据包转发率大于5000包/s。 CM100的上行调制方式为QPSK或QAM16;带宽介于200kHz-3.2MHz,可以通过设定调整; 上行的传输速率在320kbit/s一10Mbit/s内可调;采用ReadSolomon式数据转发纠错和40位 (56位)DES数据加密;上行的工作频谱范围在5一65MHz之间。 用户端CM100下行调制方式是QAM64或QAM256,传输速率可以达到27一36Mbit/S;通道 带宽是6MHz,采用DAVICAN-NEXA作数据转发纠错;下行数据格式采用MPEG2格式;采用DES 数据加密;下行通道的频谱范围是88-860MHz。 2.CMTS 电缆头端控制器CMIS1000是可单独安装的设备,标准宽度,模块化设计,最大可以在 同一通道内支持1路下行并扩展至8路上行。CMIS1000同时支持8路上行时,当某个上行信 道有强烈信号干扰,通道内用户会避开此通道而转到其它通道,大大提高了网络的稳定性。 CWh1000拥有先进的上行噪声管理体系,8个射频上行接口中,第l-7个接口可以作为 正常调制解调接口,而第8个端口既可作为普通调制解调端口,又可作为频谱分析端口, 用于监测其它端口的频谱特性和信道质量采样。另外,自动补偿增益算法会自动保持工作 频率的稳定及减少出错率等,而新的MAC Schedular功能将会确保Cable Modem支持服务质 量。 3.网络配置及控制软件 北电网络针对不同的网络规模及需求,推出三款符合MCNS和SNMP的网络管理软件。 (1)小型网络管理软件 此类网络软件适用于100个CM100的有线网络规模,采用Wndows 95或NT的操作平台、普 通LCN型图形界面管理、MSaccess数据库管理,操作简单,投资较少,适合小规模的电缆经 营者使用。 (2)中型网络管理软件 适合于1000个CM的有线网络规模,采用NT或Unix操作平台(SrnSolaris/HPUX),java 语音编制图形界面管理,数据库采用Sybase和Oracle类大型数据库;NetID的地址管理服务 器系列,投资额相对较高。 (3)大型网络管理软件 此款网络管理软件同中型网络管理软件大致相同,唯一差 别是支持无限制的CM100数量。 北电网络新的网络管理软件将会增强对IP地址的管理功能,如动态或手工的IP地址分 配、动态DNS更新等;支持Unix和NT的平台,使网络管理更安全、更稳定;测览器方式的接 口使管理更直观。具体功能描述如下:实现CableModem的配置功能,设置网络名称、网络 所用的频率;设置CableModem的MAC地址、IP地址、系列号和服务级别等参数;记录注册用 户的资料;网管用户的使用级别等;对电缆网络上Modem的动态监控,对Cable Modem进行 升级,观察电平参数、数据端口出错率等,另外可生成历史数据报表等。 四、系统解决方案 1.系统总体设计 许多 Cable Modem提供商在HFC网络上有多年的实践经验,在国内也拥有大量的客户, 以下为典型的网络建设方案。 建设几个多媒体网络系统样板小区,有1000户人家;每个光节点覆盖用户为50-100户。 将 Cable Modem的电缆头端控制器置于网络中心,将光纤延伸到楼,在光节点以下使用同 轴电缆,用户通过同轴电缆连接 Cabe Modem。 该系统除了传送正常的模拟视频信号外,还要提供现频会议、高速上网和企业间互连 的业务。 符合MCNS标准的电缆头端控制器的下行带宽为38 Mbit/s。视频会议所需要的带宽为 384 kbit/s,考虑到整个用户中有1/4的用户有可能并发使用,则每台CMIS支持400个 Ca ble Modem用户。因此,对于1000个用户需要使用2、3个电缆头端控制器,每个用户至少得 到将近400 kbit/s的带宽。 2.系统解决方累 (1)在有线电视网上实现数据网互联 充分利用现有的HFC有线电视网结构,用户通过互联网实现有线数据网络的互联。 (2)支持多项网络业务 CableModem可以在不改变HFC网络结构的情况下,利用HFC网络传输数据。而且其传输 速度比传统的广域网互联手段要快得多,因此,Cabe Modem可以支持更多的网络应用。 ①企业网络互联 构筑企业网络互联时,需要考虑每个子网之间都有数据流传出或接收。对每个子网而 言,无论是上行数据还是下行数据传输速率都是对等的,必须是越快越好。 新—代 Cable Modem产品上下行速率分男挞到10.38Mbit/s,特别是上行速率达到10M bit/s可以更好地支持对称型的企业网络互联的应用。 ②视频会议 在每个子网端配置Intel或PictureTel的基于384K传输质量的视频会议设备,通过 Cable Modem互联,能够达到30帧/s的全屏显示,包括语音的传递。 ③个人主页服务 传统Internet用户通过拨号访问Internet,无法实现24h在线,即使制作了个人Web主 页,仍然无法让其它用户随时访问其信息。采用 Cable Modem后,用户24 h连接在Internet 上,使普通用户或小型企业制造低成本个人网页成为可能。 (3)系统保密性 北电网络公司的Cable Modem具有第二层网桥功能,可以实现IPX,NetBEUI等协议过滤, IP地址、MAC地址锁定等功能。 (4)系统安全性 从主干网络设备的交换机到Cabl Modem设备全部支持Spanning Tree算法,因此,每个 网络都可以通过多个链路构成冗余连接,确保网络系统安全。 (5)网络管理功能 网络管理软件既可以让管理人员足不出户完成整个网络的配置,又可以通过网络监控 等功能完成对用户使用权限的设置。通过开放的Access数据库,开发三方增值软件。 (6)灵活的扩展性 当用户或子网的数量增加,只需增加Cable Modem的头端设备和用户端设备即可;如果 网络中心交换设备端口不够,那么只需叠加网络交换设备。 (7)保护投资 北电网络公司的 Cable Modem加网络设备整体解决方案的体系结构灵活,接入有线电 视网后,完全不破坏原有电视网络的结构。随着设备的升级,网络的性能会得到提高,而 原有设备则可以继续保留使用。 Cable Modem已经在中国应用,相信在2000年Cable Modem一定能够给更多的用户带来 宽带的接入网解决方案。