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有线电视宽带IP网络建设

2/14/2005来源:视频通信人气:9461

有线电视宽带ip网络建设 1概述 中国有线电视业自九十年代来取得了巨大的进步,已成为世界最大的有线电视国 家。随着Internet的高速发展,有线电视服务商面临最大的挑战是:Internet将他们 的客户从电视机的吸引到了计算机前;但同时,Internet也带来了巨大的机遇:有线 电视服务商可以利用其已有的广泛深入家庭的网络,为家庭和商业消费者提供数据业 务,进而提供话音业务,从而演变成真正的多服务运营商,另外由于有线电视在国际 贸易中处于特殊的受保护的地位,又使得中国有线网获得了一个腾飞的机会,中国CA TV同综合化网络建设和经营产业化已成为不可逆转之势。 从目前网络状况来看,模拟CATV网是一个典型的单工通信方式的广播网,现行的 网络仍然混合光纤同轴网络(HFC)。目前,面对CATV网的业务综合化,国内外厂家 纷纷展示自已的解决方案。有些厂家的解决方案是利用HFC做接入,来达到综合业务 的实现。但是在整体有线网的综合业务构架选择上,HFC网络又显不足。 HFC具有很好的线性宽带特征,能支持模拟和数字信息的传输,而不产生相互影 响,但在传输交互的数据业务时,用Cable Modem作为入户设备,由于上行带宽过窄, 只能够使用5MHz~42MHz。且因短波通信干扰5MHz~18MHz频段,一般只能使用18MHz ~42MHz,因此,上行带宽实际可利用的频带只有24MHz。再者,双向CATV电缆网络的 改造缺少体制标准和法律法规;双向改造后的回传通道汇聚噪声,形成漏斗效应。目 前还没有有效合理的解决手段;对有线电视服务商来说,面对新建设和改造的双向网 络缺少维护手段,造成运营成本高;各厂商的Cable modem产品的兼容性和互操作性较 差,在较大范围内对多用户提供服务受到限制,由于批量上不去,价格一直居高不下。 所以采用双向改造方式在技术和运营上的难题在未彻底解决之前,难以在大范围推广 使用。 近来,国内厂家针对国情推出了双平台综合网络方案,即HFC网和IP网络双平台, 汲取各自的优点,HFC网络用于传输广播式的模拟 CATV电视信号,而使用IP网传送综 合业务信息,以最大限度地降低投资。 2采用千兆位宽带高速IP网构架有线电视 综合网络 IP网具有技术成熟、服务可靠、设备简单、高速、廉价的优点,能够高质量、智 能化地实现多功能业务,所有的业务都使用以太网接口,通信的基础是IP包的交 换,所以它能够端到端地在网络上传输各种业务,由于宽带IP网高传输带宽、通道的 双向性,协议的统一性和流量的不对称性和对多点广播协议的支持,使它可以完成音 频信号的传送,实现网络之间的无缝连接,采用千兆IP网络建设中国骨干数据网络已 成为不可争议的事实。 千兆以太网的优势在于其巨大的带宽潜力,可以满足IP业务巨大的带宽要求,并 解决lnternet业务的不对称性问题,依靠光纤的高带宽和简单的优先级方案,还可以 基本解决人们所关心的服务质量(QoS)问题。千兆位以太网在设计时充分考虑并借鉴 了ATM和SDH在服务质量保证和系统冗余设计方面的成功经验,可以针对不同的业务需 求,提供高质量、可靠的音视频服务。数据网发展的趋势是所有的业务都将会聚到IP。 因此,在城城的范围内,采用千兆位以太网架构数据网平台能够满足今天和将来的需 求。 3宽带IP网络结构 网络的设计要求建造一个高速IP交换主干,不仅必须提供千兆位数量级的容量和 性能,还必须为明天网络的形成解决其它的关键的方向性问题。这个网络主干的主要 功能为: (1)IP包的转发速度快。需考虑在IP传输效率、服务质量保证、价格和可管理性 等方面的因素。 (2)可为不同的应用提供不同级别的服务,并能与Internet协同工作。 (3)能支持IP上的话音应用,并透过IP多点组播(IPMulticast)支持视频应用。 (4)适应移动的用户和工作组。网络可以自动调整配置以保证移动用户的原有身 份。 (5)有能力以线速交换第四层的数据流。 (6)第三层交换。交换机必须支持基干硬件的数据包处理,以利于传输各种主要 的可路由协议:IP、IPX和AppleTalk。 3.1常见的IP网络构架 主干的拓扑结构应考虑容错性和多链路上的负载共享,以网状结构为好,但还需 根据各楼内的节点数、网络应用的种类及投资等因素进行配置。大楼内的拓扑结构虽 说已有定论,但不同厂家的具体方案仍有不同。目前大多IP网络采用两台交换机加两 台第三层交换机组成数据中心。原因是第三层交换机提供不了足够的千兆级瑞口密度, 只能先用有较高瑞口密度的第二层交换机放在数据中心的前端,用于聚集配线间下来 的连 接,然后 再用1至 2个端口连接第三层交换机。这种方法可解决第三层交换机端口密度不足的问题,但会 导致数据流在核心的第二层交换机与第三层交换机之间产生瓶颈,而且桌面交换机到 服务器要经过3跳,增加了延时;由于使用了成倍数量的交换机,费用也增加不少。 32采用第三层交换机构架新一代IP网络 这种结构全由第三层交换机(或称为交换式路由器)组建数据中心,网络中没有 通信瓶颈,桌面到服务器仅需2次跳步,而且一台设备取代二台设备,成本大大降低。 如果考虑到数据中心的容错,可以用两台第三层交换机并构成冗余连接。值得注意的 是:当采用冗余的网络结构时,数据中心交换机需要提供2至3倍于非冗余结构所需的 端口数量。 采用这种机构具有如下优占。 (1)支持向Intranet转移 Intranet与传统企业网的最大不同是信息流模式的转变,即所谓20/80规则的倒 转。交换式路由器采用专用集成电路实现线速IP路由性能,并可实施第4层的控制, 如为各种应用保留带宽、设置防火墙、以及为不同的应用区分不同的优先级别等。交 换式路由器是建造Intranet的最理想的骨干设备。 (2)支持话音和视频应用 话音和视频应用要求网络能够保证服务质量,服务质量可以由以下因素来判断: 延时、可获得的带宽、延时的抖动、丢包率 带三层交换的千兆以太网交换机的结构利用如下4个技术来保证服务质量: a.高速度和高带宽。采用千兆以太网作为骨干、桌面直接采用交换的10/100Mb PS,且骨干采用多链路冗余、网络的带宽远超过一般多媒体应用所需的带宽。 b.低延时。千兆以太网交换机的延时是极低的(一般不超过15ps),本方案采 用2级园区网结构,即桌面交换机直接连至园区骨干交换机,使累积的延时保持 在足够低的水平。 c.流量优先化处理。交换式路由器与第2层交换机相比,除了能辨认数据包中的 8O2.1p位,而且能够辨认出各种应用的信息流,并根据网管人员制定的有关服务质量 的策略将这些信息流送入同级别的队列中。好的队列管理机制也可进行流量控制和流 量整形(Traffic Shaping),以保证数据流不会拥塞交换机,以及获得平稳的数据 流输出,这对话音和视频会议这样的多媒体应用是非常重要的。 d.带宽预留。透过RSVP(资源保留协议),交换式路由器可以动态地为特定的应 用保留所需的带宽。另外,交换式路由器具有对应用层信息流进行控制的能力,可以 分辨出不同的信息流并为它们提供服务质量保证。 利用IP Multicast技术可以使机频会议、视频点播等应用的信息流只流向需 接收这数据流的站点,而不会没延到整个网络,并且每个Multicast组之间可以互不干 扰,从而保证多媒体应用的运行更加畅通无阻。 以上技术配合使用,虽还不能实现严格意义上的服务质量保证,但实际效果却足 以满足绝大多数多媒体应用的质量要求。 (3)显著改善响应时间 交换式千兆以太网骨干、低延时的交换机、能对流量进行应用层控制的交换或路 中器,这些技术和产品均可大幅度改善网络响应时间。 (4)容错 主干交换机的冗余性和故障化解能力也是必术可少的。在系统层次,ATM PNNI1.0 路由协议把可用性从设备本身扩展到整个主干,提供了负我代化能人以及利用交换机 之间的冗余链接实现无缝化解决故障的能力。 网状的骨干拓扑结构,双核心交换机、冗余的配线间连接等,这些都保证了网络 中没有单点故障。交换八路中器支持VRRP(虚拟的冗众路由器协议)和(OSPF议,前 者用于2个交换八路由器互为奋份,后者用手套路出故障的连接。 4千兆IP网络建设 方案 4.1组网方式 (1)骨干网 骨干网采用千兆以太同交换机光纤直联方式构成环型网,下面直联支干网,高速 率使网络拥有足够的带宽。链路或环形网把各地市与有中心。相连。提供多种有效的 业务保护手段。 (2)支干同 支平同采用千兆以太网交换机光纤直联方式,实现光纤到路边的要求,网络结构 叶为环型或星型,构成地市到各县的传输网络。同时用交换机、视频服务系统、路由 华、ATM交换机、ISP等多种设备和手段,为用户提供电话业务、视频点像Internet 接 入、局域网传入、会议电视等多种业务服务。 (3)分配网 分配同完成市县、区电视台光纤到大楼、光纤到小区,采用百兆以太网交换机作 为交换平台,使用综合接入设备为最终用户提供电话,数据通信,Internet,会议电 视,可视电话,电视购物,VOD和用户专题信息服务业务。 4.2接入方式 为了把综合的多媒体、多服务信息提供到网络所能覆盖的机构和家庭,从用户数 目和范围的角度,要充分考虑接入设备的家样性、实用性及用户的承受能力。分配段 的接入方式应能根据用户的需求、地理拓扑结构支持多种流行的接入方式:Cable Mo dem、ADSL和五类线RJ45以太网接口。 HFC过去是基本接入形态;但网络电缆需要进行双向HFC改造,用Cable modem完成 数据收发;另外Cable modem下行接收数据,利用双绞线上行发送数据,也是一种利用 原电缆网络的接入方式;直接五类线到户也是现实可行的接入方式之一。根据用户的 类别采用相应的接入方式。 集团用户:光纤到大楼,五类线综合布线。 集中居住小区:光纤到楼,五类线到户,即可支持一对双绞线的普通电话业务,又 可传输数据业务。 分散用户群:光纤到小区,分前端放置综合接入单元。利用以太网桥或适配器完成 用户的接入。 4.3网络布线方式 对应于不同的接入方式,网络需进行下面的不同的改造模式: 双向改造:HFC网分配段双向改造,采用双向Cablemodem,速率最高31Mb/s,分前 端内用户共享可用带宽。 双绞线到户:无需双向改造,采用单向下行Cable modem,数据下行走分配段同轴 电缆,上行走双绞线(利用V.90 modem),无须对同轴电缆进行双向改造。 双绞线到户:采用以太网桥桥接到以太网交换机,用户接人带宽至少独享2Mb/s。 可采用V.90 modem HDSL modem、ADSL(RDSL)modem,以太网桥等终端接入设备。 五类双绞线到户:采用以太网交换机或集线器连网,用户接人带宽独享10Mb/s。 5总结 支持干兆以太网的第三/四层交换机的出现大大地增强了千兆以太网在城域网中的 地位,原来认为的以太网的一些不足,如对多媒体应用的支持、灵活的网络拓扑结构和 多链路负载分享、基于标准的虚拟网等,已被新的技术和标准所解决。采用带三层交换 功能的千兆以太网交换机来建设有线电视宽带IP网络技术已发展成熟,一些地市也开始 使用。虽然ATM技术将继续在一定时期内在广域网领域发挥作用,但用千兆以太网构建 宽带IP城域网具有明显的性能和价格上的优势。