下一代有線電視廣播網EPON EoC的解決方案

　傳統的有線網絡僅支持單向下行廣播服務，為了提升用戶的ARPU值，運營商亟待改造混合光纖同軸網絡（HFC），以提供雙向、互動服務。在下一代廣播網絡（NGB）中，基于EPON + EoC的下一代廣播網絡架構提供了簡單的端對端且基于以太網的分組網絡，可與現有的有線電視網絡共同運行....?

　　傳統的有線網絡僅支持單向下行廣播服務，為了提升用戶的ARPU值，運營商亟待改造混合光纖同軸網絡（HFC），以提供雙向、互動服務。在下一代廣播網絡（NGB）中，基于EPON + EoC的下一代廣播網絡架構提供了簡單的端對端且基于以太網的分組網絡，可與現有的有線電視網絡共同運行，如圖1所示。

圖1：下一代廣播網絡架構

　　在圖1中，EoC的局端設備包括同軸電纜寬帶接入終端（CBAT）及有線電視信號混合器，可為EoC網絡提供橋接及管理功能，以實現廣播電視的雙向服務，如：IPTV、VOD、HSD、VoIP及P2P游戲等。本文介紹了EPON及EoC技術的整體背景，并深入討論了可用于有線電視網絡雙向改造的EPON EoC解決方案。

EPON、EoC技術特色

　　EPON：EPON技術可提供雙向1Gbs鏈路連接，下行波長為1490nm，上行波長為1310nm。下行數據流被傳送至所有ONU（光網絡單元），在前導碼（邏輯鏈路ID）中加入LLID域來區別具體幀在PON網絡中的目的地；上行數據中，DBA負責為已注冊的ONU動態分配帶寬。EPON系統優勢如下：

　??? ◎　便于集成及簡單實用——EPON是基于以太網技術，可在同一架構上混合傳播VoIP、IPTV、數據及各種射頻數據流，同時可提供QoS機制以保證不同數據流的傳輸質量。

　??? ◎　長距離——當EPON網絡采用前向糾錯（FEC）時，可延伸至20公里甚至30公里。光纖架構所產生的損失僅為每2000英尺1dB.

　??? ◎　低成本——由于采用了無源分光器，因此從長遠來看，運維成本將低于同軸電纜。

　??? ◎　高可靠性——作為無源且不包括任何耗電的電子元件的網絡，具備更高的可靠性。

????? EoC：以太網同軸網絡（EoC）是指在兩點或多點間采用同軸有線電纜傳輸以太網信號。主要包括：基帶（無源系統）或射頻調制（有源系統）兩種傳輸方式。基帶系統便于建立及使用，缺點是需要點對點連接以獲得適于IP網絡當前應用需求的數據率（>10Mbps）；有源系統可支持多個客戶端器件連接至同一同軸電纜，且所有客戶端均可由一個設在節點的局端主件控制。目前有源系統可分為兩種：基于同軸電纜多媒體聯盟 (MoCA)行業標準的系統及基于家庭電話線網絡聯盟 (HPNA)標準的系統。MoCA與HPNA之間主要的區別是其使用的頻率范圍不同：MoCA采用于高于862MHz的頻率范圍，用于本地樓內分配，而在最新的3.1版本中，HPNA則采用4～52MHz頻率范圍。

EPON + EoC解決方案

　　在國內有線電視下一代廣播網絡中，EoC局端主器件扮演了一個關鍵性角色——橋接光纖及2同軸電纜，并在EoC網絡中管理客戶端設備的授權及傳輸。EoC主器件設備根據是否集成ONU可分為兩種。如圖2所示：

圖2： EoC局端主件設備類型

在類型A中，與電信公司目前部署的ONU類似，其ONU獨立于EoC的局端主器件。EoC主器件由控制CPU、EoC局端技術相應的硅晶芯片（HPNA Master，MoCA網絡控制器設備或HomePlug）及一個可在輸出同軸電纜上疊加有線電視信號的混合器組成。采用這種模式時，PMC公司的MSP7150是一個理想的解決方案，可用來作為控制CPU及PCI總線的主控件。此外，在特定地區，EoC主器件設備需要提供第三層網關的一些功能，如路由、NAT及防火墻等，而MSP7150的硬件和軟件平臺完全可以支持這些功能。

　　在類型B中，ONU被集成進EoC主器件中。該解決方案極大地降低了有線電視運營商的設備及維護成本投入。采用該技術時，如無需網關功能，PMC PAS6301內嵌的CPU可用于EoC網絡的控制CPU；否則系統就需要增加MSP7150作為控制CPU及提供相應的網關功能。

　　憑借成熟的EPON技術、高吞吐量及靈活的軟件架構，PMC的EPON EoC解決方案可加速有線電視網絡的過渡發展。圖3為一個典型B類型器件，其采用了PMC的ONU、CPU解決方案及第三方合作伙伴的EoC局端主器件產品。

圖3：EPON EoC參考設計

　　圖3的設計設計方案可支持超過400Mbps的吞吐量，多個EoC主件節點及所需要的網絡數據處理功能，包括VLAN、QinQ、PPPoE、DHCP、QoS、WebGUI及SNMP，另外，其還可支持包括路由、防火墻、NAT、Wi-Fi和VoIP在內的增強服務功能，并具有豐富的擴展空間可容納未來的應用。

EoC技術詳解

　　下面簡要介紹基于PMC方案的HPNA及 MoCA兩種EoC技術，目前皆已應用于系統中。其他EoC的解決方案，如HomePlug也較為普遍。

　　HPNA： HomePNA技術可提供具有QoS帶寬保證、遠程管理及診斷能力，且高達320Mbps的物理數據傳輸速率，其系統局端主件不僅作為同軸電纜網絡及基于IP和以太網PON網絡的連接網關，且可管理所有客戶端設備。在基于HPNA3.1版本的系統中， 主件可支持并控制多達32個客戶端設備通過任意樹型或星型架構連接至一個同軸電纜。典型的HPNA架構見圖4。

????? HPNA3.1版本中定義了4種運行模式，這4種模式占用不同的頻譜，不同的網絡可選擇使用對其最優的運行模式。

表 1：HPNA3.1 版本運行模式

???? 根據不同的頻率分配，物理數據速率最高可達到320Mbps, 其可在半雙工方式下可實現最多32個客戶端設備間的動態分配。（如在半雙工方式下，HPNA系統采用同一頻譜范圍向客戶端設備傳送和接收）。

　　HPNA MAC層協議負責管理客戶端設備且同時確保每個客戶端設備的最大帶寬。除管理客戶端設備管理外，HPNA MAC層還支持管理QoS帶寬保證及優化所需的全部功能，以使HPNA能夠應用于需要保證傳輸帶寬的VoIP或類似的多媒體應用中。

　　MoCA： MoCA 1.1版本可使MoCA以270Mbps的物理數據速率實現175Mbps的MAC層數據吞吐，其性能提升主要是通過集成多個以太網數據包至單個MoCA幀來實現，最新的MoCA2.0將通過利用高于有線電視服務的閑置頻段進一步提升數據傳輸速率，以使其重新成為數據傳輸速率最高的EoC技術。MoCA網絡架構見圖5。

圖5：MoCA網絡架構

　　在MoCA網絡中，局端網絡控制器節點負責MoCA客戶端設備的認證，通過MAP信息控制數據在終端中的傳輸及管理密鑰。MoCA1.1版本則引入了參數化QoS，以支持帶寬預留及設備接入控制。

　　針對國內有線網絡區域分割的的現狀，筆者認為，未來在網絡接入技術的較量中，兩種EoC技術不會有最終的勝利者。不但如此，其他各種能夠實現以太網幀在家庭網絡中傳輸的技術也會被采用，如HomePlug AV及基于同軸電纜的WiFi。

　　對于有線運營商來說，未來無論選擇哪種接入技術，基于PMC公司PON芯片及CPU的EPON EoC方案均可很好地滿足他們的需求。

　　目前，國內中國有線電視網絡正從傳統的HFC廣播網絡向雙向、互動、高速，基于全IP的下一代廣播網絡全面升級。EPON作為一種成熟的技術，非常適合替代HFC網絡中的光纖部分，而EoC技術經過多年的發展，已完全可以作為最后1公里網絡連接的解決方案來部署。 PMC公司的參考設計則可助力潛在的系統提供商及時開發EPON EoC解決方案。

　　* PMC-Sierra 是業界領先的網絡架構半導體解決方案提供商，可同時支持EPON （IEEE 802.3ah）以及GPON（ITU-T G.984）兩種標準，并率先推出業界首款對稱及非對稱10G EPON參考設計平臺。PMC-Sierra 系統級芯片方案目前已運行于全球超過800萬臺PON ONU設備中。