CMTS技术

CMTS技术（共6篇）

CMTS技术 篇1

1 EPON、CMTS技术介绍

1.1 CMTS技术

整个系统由前端设备CMTS和用户端设备CM组成。CMTS是作为前端路由器、交换集线器与CATV网络之间的连接设备, CM通过CMTS与广域网 (Internet) 实现连接。而要实现CMTS与CM之间的通讯, 需要在在原先传输干路上, 通过反向光发射、接收机, 上行变频器, 双向放大器等多种设备, 架设一条反向传输通道。此方案采用相关技术标准为比较成熟的Docsis2.0版本, 主要技术参数为:下行40M带宽, 采用QAM调制方式占用一个下行电视频道;上行带宽为10M, 采用QPSK调制方式占用5～42MHz低频频段。

1.2 EPON技术

1.2.1 EPON+LAN

EPON-OLT利用分前端光纤到园区机房分光器, 分光器分光接入各个楼宇/道ONU, ONU采用LAN入户, 承载数字电视点播信令同传和宽带上网等多业务, 并根据多业务开展的需要, 在用户侧增加家庭网管设备, 完成对多业务终端的接入。下行的模拟和数字TV信号通过原有的光纤和HFC线路下行, HFC入户。最终双线入户, 一劳永逸地解决广电数字网络双向问题。另外如果CATV信号波长为1550nm, 可将分前端光纤与EPON-OLT进行合波, 通过一根光纤进行传输, 在园区机房进行分波, 分别分出CATV信号和EPON光信号, 由此可有效节省线路光纤资源。改造完成后, 单位用户独占线路资源, 不存在相互干扰的问题, 开展点播业务不需要新增用户的终端投入, 有效节省开通成本。存带宽规划上, 建议1000M到小区, 100M到楼道, 10M到户, 满足用户高带宽的需求和未来多业务接人的需要。

1.2.2 EPON+EOC

EPON-OLT利用分前端光纤到园区机房分光器, 分光器分光接人各个ONU, 然后以Eo C方式下行。Eo C局端合成器部署在小区楼道, 将CATV信号和数据信号进行合成。通过原有HFC线缆传送到用户侧, 最终通过用户侧的Eo C终端分离出CATV信号和数据信号, 用户数字电视点播信号通过Eo C方式上行。Eo C充分利用现有网络的同轴电缆、分支分配器资源, 能够有效节省建网成本。该方案施工难度小, 工作量少, 改造速度快, 不受同轴网络上的噪声对系统传输质量的影响, 降低了施工难度。终端设备成本较低, 降低用户投资。

Eo C (Ethernet over Coax) 就是一种通过无源设备在同轴电缆中传输以太网信号的技术。EOC把有线电视信号的下行传输和IP数据双向传输有机地结合在一起, 用一根电缆送入用户, 既有大容量清晰的图象, 又有双向独享的宽带数据接人, 其工作原理如图1所示。对同一根同轴电缆通过频率分割, 在10～25MHz带宽内直接传送10Base-T的基带以太网信号, 50～860MHz仍然传送RFTV信号。

2 对当前网络改造的建议

2.1 在已经完成HFC网络双向改造的地方优先选择CMTS模

式因为在扣除双向改造成本、不考虑视频应用的条件下, CMTS的综合性价比最高。它的最大优势在于高度集中:除了分前端 (前端) 的CMTS和用户端的CM以外, 没有其它有源的数据网设备, 因此管理、维护比较方便。CMTS的另一大优势是时间成本低:一旦部署了CMTS, 就像电信ADSL一样可以随时开通用户, 这对竞争是非常重要的。另外, 覆盖范围大, 单从宽带接入业务考虑, CMTS可以分期投资, 逐步扩充。CM的标准化、成熟度也是其它方案难以比拟的。但CMTS单位带宽成本太高是这个方案的致命弱点, 因此应该结合其它技术 (比如IPQAM) 开展视频服务。或在业务发展、带宽需求大大增加时再逐步采用新技术。

2.2 新建小区网络建议采用EPON+LAN

EPON+LAN模式在按一定报装数安装时成本较低, 且对全业务的支持能力最好, 在未来网络改造及带宽扩容升级方便。在新建小区中由于已经进行整体布线, 所以入户施工难度较大的缺点将不存在;另外值得注意的是在完成整体布线后, 开通率过低会直接导致成本过高, 但这是在新建小区开工前就应该完成整体规划和预算。

2.3 现有的单向网络建议采用EPON+Eo C

EPON+Eo C模式在原有网络的改造是最小, 将EOC的局端设备放置在用户放大器的输出端进行部署, 用户开通双向业务, 只需购置EOC终端设备就可以即刻开通。整体网络结构简单清淅, 且易于维护。

摘要：21世纪是信息化的世纪, 而信息化的核心是数字化、网络化。对信息的获取和传送方式提出了极高的要求。传统的接入网方式己经很难再继续满足日益增长的带宽需求了。对于广电行业的发展, 数字电视、视频游戏、视频点播以及以数字电视为基础的信息服务等等业务都将融合在统一的宽带业务中。数字电视的开播、传统广电业务与宽带走向融合已经成为有线电视行业的必然方向及主要利润来源。现阶段EPON、CMTS接入网技术已成为广电双向网络的主流技术, 由于EPON技术成熟较晚, 目前可以说CMTS在双向网络中仍发挥着重要的作用, 但是随着EPON的成熟, 特别是需要满足广电多业务的发展需要, EPON的优势逐渐的显现出来。

关键词：EPON+LAN,EPON+EOC,CMTS,CM

浅谈CMTS双向网络的升级改造 篇2

关键词：NGB,FTTC+CMTS技术,EPON+EoC技术,双向升级改造

1 概况

有线电视技术发展日新月异，中国下一代广播电视网（NGB）是以有线电视数字化和移动多媒体广播（CMMB）的成果为基础、以自主创新的“高性能宽带信息网”核心技术为支撑构建的适合我国国情的、“三网融合”的、有线无线相结合的、全程全网的广播电视网络。光纤到小区、同轴电缆调制入户（FTTC+CMTS）方案曾是各地广电运营商双向网改造的一个方向。奉化的几个小区在几年前采用FTTC+CMTS方式开展了互动电视业务，小区大约有用户8000户，目前机房使用了一台CMTS覆盖2000户，约200户开展了互动电视业务，目前主要存在以下几个方面缺陷，已不能满足下一代广电网络的要求：

(1) CMTS+双向HFC网络模式对网络的要求比较高，需要使用人员对CMTS工作原理、数据交换原理、双向HFC网络都比较熟悉才能应用好。维护人员必须保证施工规范，网络的设计合理、调试方法正确，了解日常设备维护中设备接头、上行增益对网络的影响。

(2) 广电网络结构为树型结构，实际使用中CMTS都是多个光节点的汇聚，一个用户可能会影响一大片用户。如果要使用好cmts业务，需要每个分前端机房配置一台上行噪声监测仪器，一旦出现故障时能快速的排查业务。在目前用户对服务质量要求越来越高的情况下, 大面积的用户业务中断是很可怕的事情。

(3) 目前Cable Modem只有一个端口，如果一个用户需要开展两种业务，需要两个Modem。

(4) 成本高，带宽低。如果考虑开展两种业务，这8000用户的网络至少再增加8台CMTS才能满足要求，而且上下行带宽只有300M。8台CMTS加一台上行噪声监测仪器，需要100万。

2 双向HFC网络的EoC改造

随着EPON+EoC技术的发展，很多地方都开始用EPON+EoC技术实现网络双向化改造。考虑到这几个小区的房子都已经过装修，从双向网络改造的成本及下一步要开展的业务出发，我台决定不继续采用FTTC+CMTS方式，而是采用EPON+EoC方式对原有网络进行升级改造。

(1）光纤熔接、ONU安装

经测算，每个光节点到用户的链损在60dB内，不需要实现数据光纤下移，避免了增加光节点的选址和施工困难问题。在现有的12个光节点处光纤都为4芯，不需要另外布光缆。光节点处需要找出机房对应的光纤跳线，进行光纤熔接、进行ONU安装。

(2）安装EoC局端

局端内部示意图见图1。

a、将原有线电视信号输入电缆连接EoC局端侧面输入接口；

b、相对应的EoC局端输出接口连接用户，此时输出信号为电视信号与数据信号之混合信号；

c、将EM90模块输出电缆连接到对应的插入器接口；

d、如需要一个EM90模块同时为两个输出口提供数据，则先使用分配器分配后再接入插入器。

(3）放大器的处理

单向放大器，需增加EoC桥接器进行桥接。

a、桥接器上标识

IN为上级混合信号输入口；

H接口连接原放大器输入接口;

H1接口连接原放大器输出接口;

OUT1接口连接用户;

H1与OUT1、H2与OUT2须成组使用。

b、桥接器连接原理图:

见图1。

预留双向放大器的处理：

a、不加桥接器的处理方法如下： (1) .加上双工滤波器； (2) .回传通道的放大、衰减、均衡等位置短接导通；

b、加桥接器的处理方法： (1) .按照单向放大器的处理方法增加桥接器； (2) .取掉上行衰减插片。

双向放大器的处理：

a、不加桥接器的处理方法如下： (1) .保留双工滤波器； (2) .取掉回传通道的放大模块、衰减器更换为0dB、均衡器位置用短接片短接；

b、加桥接器的处理方法： (1) .按照单向放大器的处理方法增加桥接器； (2) .取掉上行衰减插片。

(4）集线器的处理：

a、单向集线器的处理

采用单向集线器的网络需要加集线器桥接器组成上行通道。集线器的原来的输入线接桥接器in, H接集线器输入，集线器原有的输出线分别接H1-H6, C1-C6分别接6个用户家线路。

b、预留双向集线器的处理：

不加桥接器的处理方法如下： (1) .加上双工滤波器； (2) .回传通道的放大模块位置用短接片短接、衰减器位置使用0dB衰减器。

加桥接器处理方法：同单向集线器的处理。

c、双向集线器的处理：

不加桥接器的处理方法如下： (1) .保留双工滤波器； (2) .取掉回传通道的放大模块用短接片短接、衰减器更换为0dB。

加桥接器处理方法：同单向集线器的处理，取掉上行衰减插片。

3 结束语

FTTC+CMTS方案可充分利用现有同轴电缆资源，入户施工难度小，可实现快速改造，但对HFC网络要求高，整改难度较大，回传噪声大，后期带宽升级空间小且改造成本高，已不能满足互动电视和下一代广电网络的要求。奉化广电利用有限的资金对CMTS方式进行了升级改造，并开展了数字电视互动点播和宽带业务。因为广电技术发展是循序渐进的，相信全国还有不少的广电运营商会遇到类似的问题，希望拙作能给各位同仁有所帮助。

参考文献

[1]王学, 张瑜, 徐万彪.光发TB系列楼道交换机助力三网融合[J].中国有线电视, 2010, (12) :1363-1366.

[2]聂克庆.浅谈HFC双向网络中CMTS与CM系统工作原理[J].有线电视技术, 2006, 13 (1) :12-13.

CMTS技术 篇3

随着全国各地有线网络整体转化的大面积开展,广电业务趋于多样化。整转早期多采用DOCSIS[1]技术,从DOCSIS 1.0,DOCSIS 2.0[2]到现在的DOCSIS 3.0,标准相对完善。近几年来,广电网络双向改造多采用EPON+EoC方式,该方案实现较简单,投资相比CMTS系统较小。笔者主要对CMTS,EPON和EoC这3种双向传输系统接收到以太帧后,各自的封装方式进了较详细的分析。

1 以太网帧格式

在以太网工作过程中,第3层(IP层)的数据包到数据链路层后,被封装成以太网MAC帧格式,MAC帧种类较多,一般有4种帧格式,但是最常用的还是Ethernet II格式和IEEE802.3 SNAP格式,这里以最常见的Ethernet II帧格式为例,如图1所示。

图1中,前同步码都为相同的10101010,作为接收数据时同步用;起始码为10101011,标志着以太帧的开始;目的MAC地址为接收主机的MAC地址,其中前3 byte为厂商代号,后3 byte为网络适配器编号;源MAC地址为发送主机的MAC地址;类型则指出数据段中存放的网络层的数据包的类型,如0x0800代表IP数据包,0x809B代表AppleTalk数据包,0x8138代表Novell类型数据包等;数据中存放和类型字段相对应的数据包,一般常为IP数据包;FCS为4 byte的帧校验序列,采用32位CRC循环冗余校验对对“目标MAC地址”字段到“数据”字段的数据进行校验。

数据包封装成上述以太帧后,再交给下面的物理层,经过4B/5B编码后,再经过NRZ编码后在线路上传输。

广电双向网络的3种传输方式如图2所示。

从图2可以看出,这3种广电网络最常用的双向系统其实在本质上是一样的,都是把终端电脑上的以太网帧经过内部某种方式传输,最后在局端系统都是把以太网帧传到外网去,也就是以太帧的透明传输,只不过在数据链路层的封装方式和物理层的传输方式不同而已。对于用户来说,只看到以太网帧从终端进去,从局端出来,或者从局端进去,从终端出来。这里,将这3种方式的封装格式逐一说明。

2 CMTS封装方式

CMTS封装方式如图3所示。

FC为帧控制,是MAC帧头的识别类型。它又可细分为3个字段,FC_TYPE(2 bit),FC_PARM(5 bit)和EHDR_ON(1 bit)。其中,FC_TYPE表明后面的PDU是什么类型的数据包:00表示PDU是分组包,常用;01表示PDU是ATM包,不常用;10表示保留;11表示MAC专用包头,也就是CMTS和CM之间连接时,传输的同步信息,为下行参数,是测距、注册时的管理数据包,常用。FC_PARM根据FC_TYPE的不同而有不同的含义(见表1)。EHDR_ON表明后面的EHDR可选字段是否存在:取值为0,表示可选字段EHDR不存在;取值为1,表示可选字段EHDR存在。

当PDU中为以太帧时,如果EHDR字段存在,MAC_PARM取EHDR字段长度;如果EHDR字段不存在,MAC_PARM取值为0。

LEN为长度字段,表示分组PDU的长度加上EHDR的长度。EHDR为可选字段,这里不作详细介绍。HCS为MAC帧头的校验序列。PDU为净荷,一般为以太帧或管理数据包。

以太帧经过这样的封装之后,就成为DOCSIS MAC帧,然后再封装成MPEG-2数据包[3]。封装的时候,一个DOCSIS MAC帧可以从MPEG数据包的任意位置开始(当然是在净荷中),还可以跨过多个MPEG数据包,并且一个MPEG包可以包含多个DOCSIS MAC帧。MPEG数据包再经过纠错编码、QAM调制后传输到HFC网络中。

3 EPON封装方式

EPON设备接收到以太帧后,实质上不能说是封装,只是把以太帧中某些字段重新修改后再传输。如前所述,以太帧包括8 byte的前导码和实际MAC帧,EPON设备就是修改前导码来重新构建以太帧的。

修改后的前导码如图4所示,后面的MAC帧结构保持不变。

定界符SPD取0xd5,提前到第3个字节,第6、7个字节为逻辑连接标识号(LLID),CRC为校验码。其中LLID共16 bit,前15 bit位是ONU在初始化注册成功时OLT分配的LLID号,以区别不同的ONU,最后1 bit表示模式(mode)。当mode取1或LLID取0x7FFF,此帧为广播帧;当mode取0且LLID不为0x7FFF,此帧为指定LLID的单播帧。

以太帧经过此番重建后,再由光纤传输。EPON系统通常实现的是光缆部分的双向传输,一般在ONU后面还需要建造电缆网,常见的是五类线的LAN或者是广电的同轴电缆网。通常广电运行商根据自身的特点和优势,会采用EPON+EoC实现双向数据和互动业务,而其他运营商如移动、电信,会重新铺设五类线电缆网,即EP-ON+LAN,不过投资较大。

4 EoC封装方式

EoC系统通常在同轴电缆部分实现双向传输,如要实现整个HFC网络的双向传输,最常用的方式是和EP-ON组合使用,就是上面所说的EPON+EoC。EPON的OLT(局端)放在机房,ONU(终端)和EoC的局端放在光节点,EoC的终端放在用户家中,形成双向网络。

EoC封装方式如图5所示。

MAC层把接收到的以太帧数据增加帧头和纠错码形成MAC帧,根据上层提供的业务要求,将封装完毕的MAC帧排列到MAC帧队列中,然后将MAC帧队列分成等长的512 byte的段,每个段经过128 bit的AES加扰并添加增加性CRC纠错码后封装成PHY块,然后将PHY块封装到MPDU中发送到物理层。

5 各种方式对比分析

从封装的复杂度来说,EPON的封装方式最为简单高效,和以太网帧的适配度最好,只是在以太网帧的基础上修改了几个字段。相比之下,CMTS和EoC的封装方式就略显复杂了。

从MAC层的传输效率来看,EPON封装方式最高,没有多余开销,而CMTS和EoC封装方式稍差,添加了较多的额外字段和安全方面的校验字段。

从标准的成熟度来看,CMTS和EPON都有一系列明确的国际标准,CMTS有DOCSIS1.0,DOCSIS1.1和DOC-SIS2.0,DOCSIS3.0,CMTS和CM各厂商产品可以互换,用户选择度较高。EPON有IEEE802.3ah,而EoC现在标准和类型众多,高频主要有MoCA和Wi Fi,低频的现在国内主推HomePlugAV[4,5]标准,没有统一的国际标准。不同标准的产品当然不能混用,就是同一标准的不同厂家的产品混用也容易出问题。

从广电系统采用的双向网改技术来说,前几年的双向网改采用CMTS接入方式的居多。近年来,国内双向网改开始倾向于EPON+EoC的方案,对于这两种方案的好坏,也是仁者见仁,智者见智,有人认为CMTS会有带宽瓶颈,汇聚噪声比较突出,但是也有人会担忧EoC的低频段干扰问题。

到底采用哪种方式,各地需要根据实际情况选用。希望本文对3类封转格式的介绍,能对各地网络公司进行网络双向改造提供部分技术依据。

摘要：详细介绍了以太网帧格式,较全面地分析了广电网络双向改造常用的CMTS,EPON和EoC技术在MAC层不同的封装方式,从而帮助读者更好地理解以太网帧在这3种方式上透明传输的工作过程,对于平时的技术维护、设备维护和技术学习都有很大的帮助。

关键词：CMTS,EPON,EoC,MAC帧,封装

参考文献

[1]田逢春,吴资玉,龚波,等.电缆数据传输业务接口规范DOCSIS射频接口规范[M].北京:中国物资出版社,2001.

[2]刘飞,郭晓强,全子一.新一代交互式有线电视标准DOCSIS2.0[J].电视技术,2002,26(12):74-75.

[3]金海华,龚明,方向忠.基于以太网传输MPEG-2码流的协议研究[J].电视技术,2004,28(8):20-23.

[4]李强.HomePlug技术及其在有线电视网络中的应用[J].有线电视技术,2008(12):19-22.

CMTS技术 篇4

关键词：HFC网络,CMTS小区接入,方案设计与优化

信息的飞速发展, 广电网络在规模、技术层次和服务水平上都产生翻天覆地的变化。作为三大电信运营商基础产业之一的有线电视行业, 支撑起国家的社会发展与经济建设。而HFC网作为最先进入市场的较为成熟的宽带网络连接技术, 为有线网络公司提供了更大的带宽与更高的经济性, 基于此, 本文将着重探讨HFC网络CMTS小区接入时的管理难题, 优化HFC广电宽带接入方案。

1 HFC网络CMTS小区接入方案的定义

的英文缩写, HFC网络是从有线电视网络发展而成。它的工作原理是在有线电视系统中, 在前端设备上连接有线电视信号处理与数据信号, 用低损耗的同轴电缆或光纤对模拟数字载波信号进行传输, 在用户小区实行同轴分配网络下行载波信号, 汇聚上行数据载波信号。

HFC的网络数据接入局端设备是CMTS[1], 它是电缆调制解调器终端系统的英文缩写, 连接数据网络与HFC模拟射频网络, 完成网络数据的转发、协议处理及射频调制解调。

HFC网络CMTS小区的接入方案的设计为构建智能住宅区提供可能, 降低用户的接入成本。

2 设计HFC网络CMTS小区方案的实践意义

在初期试行广电宽带HFC网络CMTS小区接入方案时, 因为用户群对此新型网络接入方案缺乏了解, 因此用户的宽带需求与业务开通率并不高, 用户在使用过程中不会产生大问题。但随着业务的开拓, 当前的有线网络面临着巨大的压力, 之前无视的制约网络业务发展的问题逐渐暴露出来, 对HFC网络CMTS小区应用的要求也多起来。

首先, 对功能的要求。用户已不仅仅满足于单方面的接收信息, 而更多关注信息的互动, 追求返回信息的渠道。传统的HFC接入架构大多为单向网络[2], 只能单方面向住户传播信息。要求运营商对其改革, 在保证整个接入网系统安全可靠的基础上, 向用户提供完整的业务管理和网络管理功能[3]。HFC网络CMTS小区方案的设计会从用户的需求出发, 制定出合理的HFC网络CMTS双向接入方案, 为小区用户提供更好的网络服务与上网体验。

其次, 传输速率的要求。数据服务是HFC网络的重要市场, 它是通过电缆调制解调器来实现获得IP地址与数据交换。流量过小或是流量饱和, 将影响数据传输的速率, 严重时还会造成数据丢包、降低带宽, 造成用户Cable Modem掉线。为实现基础网络的稳定, 对网络数据传输速率的要求也越来越严格。

再次, 承载性能的要求。对HFC网络CMTS小区接入方案设计的忽视、无规律的任意接入网络造成CMTS所接端口未得到合理利用, 影响投资收益, 且光节点混合接入, 正常光节点受低噪声大的光节点影响, 干扰用户的正常体验。在网络故障的排查中, 无法系统地处理问题, 长期故障累计, 极大影响网络的安全和稳定。

3 方案的设计与优化

3.1 根据小区网络基本情况, 优化线路

选择合理的关节点接入比例有利于有效使用CMTS设备的资源, 提高宽带业务的质量。用户群的人数与CMTS设备板卡上下行端口比例对关节点接入比例的选择有很大影响[3]。

本着布局合理、路径最短和易于实施的原则, 确定出关节点的接入比例, 核查统计所在小区的用户人数、CMTS端口数量及流量使用状况, 调整关节点比例扩大用户群, 减少CMTS投资成本, 在最大跨度内确保客户群密集时的宽带质量, 降低用户投诉率。

3.2 降低网络噪声的措施

为减少网络回传噪声, HFC网络的光节点应靠近用户。GMTS双向改造中, 上行通道的噪音比下行通道的噪音复杂严重得多, 且关节点带的用户数越多, 噪音侵入的机会也越大。对CMTS端口进行优化时, 可以对光节点进行拆分或接入。即当小区光节点流量特别大时, 可移走不太常用的光模块降低端口流量;而反之, 若是小区光模块缺乏时, 可接入拆分后的野外光节点, 尽力减少每个光节点覆盖的用户。

电波干扰、太阳黑子的活动、线路匹配不良、分支分配器屏蔽的不良都会引起上行通道的侵入噪声。选择屏蔽性能良好的网络器材, 提高网络施工质量, 隔离非双向用户端的上行频段信号, 减少底噪声高的小区对正常小区的影响, 不影响正常小区用户体验的同时, 也方便对底噪声较大的小区进行后期的设计与优化。

3.3 选择合理的负载均衡技术

当小区HFC网络业务拓宽, 客户数量增加造成CMTS接入端口流量饱和时, 可采用CMTS接入端口负载均衡技术优化端口流量。原有端口上的Cable Modem数量被均衡分配至多个端口, 多通道传输流量, 减轻单一端口的流量负担。进行HFC网络CMTS小区接入方案设计时, 可分为上行端口、下行端口两方面考虑如何使用负载均衡优化技术。

4案例分析

本案例对原小区HFC网络CMTS接入方案进行优化设计, 提高了带宽的利用率, 运用CMTS端口负载均衡技术, 更好的提高用户的上网体验度。

4.1 工程概括

某涵盖120个小区的HFC网络CMTS接入工程, 每个小区有100位用户, 其中选用宽带的用户有总计有6666户, 选用交互机顶盒的用户总计有53333户。

4.2 工程前期准备和设备状况

1) 前期准备。

现场了解小区的基本情况, 了解每个小区所对应的CMTS端口用户数量、流量使用情况及接入比例, 并制定出相应的《某某小区HFC网络CMTS接入设计优化方案》, 并依据优化原则与方法执行方案。

2) 设备状况。

按照正向链路调试规范与零增益调试方法进行正、反向链路的调试。在信号干扰大, 流量少的小区保留接入3张Docsis2.0的5×20卡, 其余8张全部回收, 再将回收的8张Docsis2.0的5×20卡全部升级换为8张Docsis3.0的20×20卡。

3) 接入卡的标准配置介绍。

cisco 2821 Docsis3.0设备采用基于端口流量的配置策略, 下行端口负载均衡策略, 使基于端口的CM数量、连接数量、端口流量尽量保持一致, 该设备交换机800M端口, 其上、下行频点是610MHz~666MHz、50MHz~60MHz。

4) 效果分析。

在HFC网络CMTS接入工程前120个小区, 共计60个下行信道, 其中宽带下行信道的利用率较高, 60%带宽的下行信道利用率在90%以上, 所有下行信道的平均利用率高达80%以上。

HFC网络CMTS接入工程完工后120个小区, 共计180个下行信道, 除保留的Docsis2.0带宽下行信道利用率高于60%以外, 其余Docsis3.0带宽下行信道中, 80%带宽的下行信道利用率在40%以下, 所有下行信道的平均利用率低50%以下。

因为工程前主要只是将125个上行端口做了平移, 所以在上行带宽利用率上, 工程前后差异不大。工程结果表明, 设备上线后增大了下行端口的带宽, 有效解决下行端口流量的饱和, 降低每频道的带宽利用率。而CMTD上行端口则以平移为主, 依靠对端口的拆分或负载均衡技术的合理运用来体高用户上网体验度。

5 结论

综上所述, HFC网络CMTS接入技术作为一种新型技术, 想满足未来业务发展的需求, 更好的管理与优化HFC网络CMTS小区的接入, 设计出合理科学的HFC网络CMTS小区接入方案, 就必须严格遵循优化原则与执行方法, 适用三网融合的需要, 为用户带来更好的服务与体验。

参考文献

[1]王浩.广电宽带小区接入网方案比较分析研究[J].中国电子商务, 2011 (4) :7-8.

[2]陈敬南.基于HFC技术的智能宽带小区建设[J].中国有线电视, 2004 (17) :5-6.

CMTS技术 篇5

1 业务及系统介绍

珠江数码的互动点播业务和宽带业务均基于DOCSIS协议传输[2]。互动电视业务基于Mediaroom平台, 采用“IP+QAM”传输[3], IP负责点播, QAM负责广播传输。目前, 在一台CMTS上实现高清互动电视的点播以及宽带上网业务的融合。大部分用户采用不同业务不同终端接入, 宽带业务一个CM, 互动电视业务一个CM, 两种CM都只开通一上一下两条业务流, 部分新装用户采用“宽带+互动+Wi Fi”一体机, 一体机开通两上两下四条业务流。

全网共有双向光机4 000多台, 平均每光机覆盖有线电视用户400户。全网互动电视接入率约20%, 宽带接入率约15%, 以此计算每光机约有互动和宽带业务终端140个 (即使同一个用户同时使用互动和宽带业务, 仍属于两个独立的终端) 。对于部分密集小区和高接入率的光机, 每光机终端总数可以达到300~400或更多。

通常CMC系统分为集中式 (图1) 和分布式 (图2) 两种。

两种系统的区别在于分布式的系统控制和分类转发由和CMC配套的OLT (光线路终端) 、交换机、路由器等三层设备完成, CMC只负责射频接口部分;集中式由CMC实现全部三层功能, 上联可以自由选择不同的转发设备。网内全部采用分布式CMC系统。

2 原理分析

根据DOCSIS协议及以太网数据交换的原理分析, 系统主要有3部分对CM的数量有影响。分别是MAC表、ARP表以及服务流。

根据C-DOCSIS的定义, CMC的架构如图3所示。

CMC架构包括系统控制模块、分类转发模块和射频接口模块3部分, 控制模块负责分类转发模块和射频接口模块的配置和管理, 分类转发模块负责对下行数据流的匹配分类并插入标记以及对上行数据流的往城域网的转发。

2.1 MAC表限制

下行数据流从汇聚网络NSI (网络侧接口) 口进入, 需要转换成CDT (C-DOCSIS数据格式标记) 格式才能由CMC系统内的射频模块传输。下行CDT中的CM index需要以NSI输入报文的目的MAC地址表项为索引到MAC地址表中查询, 因此OLT支持的CM的数量由MAC地址表的最大存储数量决定。一般OLT的MAC表存储数量在16 kbyte以上。16 kbyte的MAC存储数量分别给CM和CPE使用, 如果每CM分配一个CPE地址, 则每台OLT支持8 000个CM (按照静态策略计算) 。

2.2 ARP表限制

对于分布式系统, ARP映射在OLT、交换机、路由器等完成, 对于集成式系统, ARP映射由CMC完成。目前使用OLT为头端的分布式系统, ARP表地址数量是8 kbyte。DOCSIS协议中定义4种终端类型, 分别是CM, HOST, STB, MTA, 每种终端在使用上需要获取一组IP地址, 分别映射成一组ARP表。目前在用的终端有CM, HOST, STB。而一个CM只对应HOST或STB的一种。因此, OLT最大支持4 000个业务终端同时使用。

2.3 服务流限制

服务流提供MAC层的传输服务, 系统根据服务流定义的Co S (业务分类) 参数进行业务整形、监管和划分优先级, 在系统控制模块通过射频接口模块和CM之间建立。

CDT是影响服务流的主要接口, 数据包所属的服务流是由Co S和VID (VLAN标识符) 的组合来标识的, CDT标签如图4所示。

2.3.1 下行部分

下行数据包由汇聚网络通过NSI接口进入分类转发模块, 由分类转发模块根据报文中的LLC, IP, TCP/UDP等相关字段进行分类匹配, 再在数据包头插入CDT标签标记所属业务流。如图5所示。

射频接口根据CDT标签识别数据包所属服务流, 并根据Qo S属性和配置对服务流调度、排队、整形。Co S和VID结合使用, 来标识数据包属于哪一个C-DOCSIS业务流。对同一个CM而言, 无论数据流向, 控制模块总是会选择同一个VID值, 而不同的Co S则决定了不同的服务流。每一对VID和Co S的值都对应一个指定方向的唯一的服务流。

2.3.2 上行部分

上行方向, CM在系统控制模块的控制下按照业务流的Qo S参数进行流量整形和转发调度, 射频接口模块对收到的数据包都加上CDT标签, 途中需要CDT中携带着CM的index信息 (CM Index) 和CM的服务流信息 (Service, Co S) 。当上行CDT由射频接口模块出来并到达转发模块时由分类转发模块根据Co S及VID对上行服务流做VLAN映射, 然后由NSI口转发, 如图6所示。

2.3.3 限制解析

由于射频接口模块的硬件能力限制, 本文采用的CMC下行最大支持1 024条服务流, 上行最大支持2 048条服务流。DOCSIS协议定义了CM上下行共支持8对服务流, 设备出厂默认为每个CM保留4对服务流资源, 因此系统最多只支持256个CM在线。目前按照业务终端划分主要有3种终端:互动电视、宽带和互动宽带一体机。其中一体机采用路由器方式分配互动和宽带两类IP地址。因此对于部分业务发展比较好的光机, 晚上高峰期在线CM超过256个, 超过的部分不能上线。某些光机割接完没有马上出现问题, 当业务发展一段时期也会出现高峰期超过256个CM的情况从而引起故障。

3 解决办法

对于分布式系统, MAC表和ARP表限制都产生在OLT, 在设计汇聚网络时, 需要对OLT覆盖终端数总量控制, 按照上面计算, MAC表储存空间8 000个, ARP表地址数4 000个, 因此OLT最大支持4 000个业务终端同时使用。总量控制在业务高峰期4 000个业务终端同时使用的规模。

服务流的限制在CMC, 需要在割接前比较准确估计计用户数量, 对于业务可能发展比较快的地方注意多留留余量, 在超过限制的光机安装两台CMC或者把光机进进一步分拆来分担用户。另外, 还要求供应商根据实际际情况, 修改CMC默认保留资源, 为一个CM只保留2~33对服务流资源 (假设不开通MTA终端) , 修改后CMC可可以支持374~500个CM。

4 总结

由于集团光机所带用户数量较多同时双IP业务的独独特性, 造成CMC的承载能力不足, 因此, 实际应用中, 需需要根据实际网络和业务的具体情况部署CMC, 尤其是是业务高速发展的区域更应该多留裕量。

参考文献

[1]陈立明, 任伟, 邵建中.CMTS, EPON和Eo C的封装方式比较[J].电视技术, 2011, 35 (8) :69-71.

[2]GY/T266—2012, NGB, 宽带接入系统C-DOCSIS技术规范[S].2012.

CMTS技术 篇6

关键词：CMTS,CM,网管系统

0 引言

2010年1月13日, 国务院常务会议决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合。目前, 我国已基本具备进一步开展三网融合的技术条件、网络基础和市场空间, 加快推进三网融合已进入关键时期。北京、上海、深圳、广州等经济发达城市早在2001年就已经开始采用CMTS构建双向HFC网发展宽带和下一代高清互动电视, 全国采用CMTS方式实现宽带上网的用户数量已达百万, 高清互动电视用户数量更超过300万, 预计未来的三年随着宽带和高清互动电视业务的进一步发展将增长至千万级别。

有线电视双向技术基于DOCSIS接入标准在中国发展已经有十年之久, 在全国积累了大量的用户, 随着技术的不断更新提高, DOCSIS协议也不断推出新的版本, 对业务发展提供了有力的支持。从保护投资, 满足需求, 渐进发展的原则上看, 基于DOCSIS接入标准的CMTS+CM接入方式仍是未来有线电视网络运营商开展双向业务的主流方向之一。

实现“三网合一”, 大力开展视频、语音、数据等综合业务, 有线电视宽带接入网首要解决的便是可靠性、传输质量、服务质量等关键问题。但当前各个有线电视宽带接入网中设备数量高达数十万 (CMTS+CM) , 在长期的建设过程中更广泛使用了不同厂家型号的设备, 网络可管理性偏低。如何针对网络中海量不同厂商设备并存的现状, 为缺乏统一网管能力的网络解决以上问题, 是各个有线电视网络运营商开展宽带接入服务面临的挑战和难题。

目前行内普遍采用命令行、通用网管软件、厂商网管软件或是多种方式同时使用的方法进行管理, 但都只能满足部分管理需求。各运营商一致希望建立一套满足运维需求的网管系统, 行内专家对管理软件的实现方法都有自己的见解, 该课题一直都是行内热烈讨论的话题。

1 系统简介

随着广电行业三网融合的推进, 越来越多的新设备出现在广电网络系统中, 如何掌握CMTS设备的运行情况, 及时发现系统故障, 如何方便快捷的对系统进行远程操作和维护, 如何通过系统考评设备性能和员工的效率成为摆在广电管理者面前的新课题。

由于CMTS/CM设备运行状态的信息量巨大, 信息收集、保存、分析、统计的工作难以开展, 传统的CMTS网管方法在当前的网络运维工作中面临以下困境:

1. 客户满意度。网管人员往往因用户报障才被动地发现故障, 客户满意度大大降低。

2.管理成本。管理层、决策层为及时获取有用的分析统计数据, 需要耗费大量人力去对海量数据进行处理, 管理成本高。

3.系统安全。设备配置权限分散, 管理员对设备进行维护操作后无法重现操作历史, 虽制定了操作规范和操作登记的制度, 但没有技术手段去约束、考核, 造成制度形同虚设。

4.伴随业务增长而产生的运维难度与运维人员数量、专业知识结构之间的矛盾。设备数量、用户数量不断扩展, 网络结构通信技术不断升级, 运维技术专业门槛不断升高, 运维人数却无法等比递增, 运维人员忙于排障, 更无瑕提高专业水平。

针对以上问题, 网管系统必须具备以下特征:

1.跨厂商的设备兼容性:提供针对不同厂商设备的数据采集, 参数配置等功能。

2. 简单易用:将各种复杂的网络管理工作简单化, 快捷化, 自动化。

3.全面的管理能力:涵盖智能化的监控、预警、审计、分析、统计等功能。

4.高性能:采集时间粒度、预警及时性、统计的响应时间、数据的保存周期必须优于实际的网管需求。

5.灵活部署、平滑扩展:适应于不同的应用环境实现无缝扩展。

2系统框架

2.1 框架描述

根据以上特点, 系统设计上采用了如图1所示的设计框架。

系统针对的主要设备类型为CMTS与CM, 通过信息采集平台对基础数据进行采集, 再将采集到的源数据送入数据分析层进行加工处理, 随之根据运维管理流程将数据整合至不同的管理模块, 最后通过用户界面将管理信息展示给用户。

1. 信息源

信息源为日常维护时主要关心的设备指标, 见表1和表2。

2. 信息采集

信息采集模块负责对表1和表2中的数据进行采集, 考虑到各厂家提供的数据采集接口不同, 大多都有自己的私有协议。在采集模型的设计中, 采集模块根据设备的不同接口协议 (SNMP、telnet、ssh、http、私有接口) 灵活地加载, 进行数据采集。

3. 信息加工

由于各厂商间设备的差异, 采集到的原始数据并不能马上使用, 需要信息加工模块对数据进行二次加工, 将分散的数据进行整合, 生成最终的有用信息。

4. 信息整合

单次采集的数据无法表现实际网络的运行趋势, 系统需要对长时间采集的数据进行归类、整理, 从海量数据中自动发现异常, 并按照实际的业务运维习惯, 整理出各种可供用户决策的信息。

5. 信息展示

信息展示模块为用户接口, 系统设计采用B/S模式, 用户不需要安装额外的客户端软件, 只要网络可达, 即可使用网管软件。用户无须再记忆复杂的网管命令, 通过统一的接口即可配置、管理CMTS和CM设备, 图形界面所显示的信息也更直观更全面。

2.2 核心模块

CMTS服务中心为CMTS网管系统的核心部件, 其涵盖了系统框架中的“信息采集”、“信息加工”、“信息整合”三大部分, 是体现系统高效灵活性的关键部分。

CMTS Network Manager (简称CNM) 的核心服务为Services Center, 即服务中心 (图2) 。

服务中心采用可拆分的模块化管理, 根据用户需要或服务器角色需要加载特定的工作内容。这种可加载的模块“Data Process Modules”简称DPM (数据处理模块) , 其承担CNM的各种业务逻辑的实现。

所有可加载模块通过“任务服务——Plan Service” (简称PM) 进行统一调度。不同类型的设备或者不同的指标会采用不同的采集间隔, 采集后的数据由Plan Service统一调度进行计算、分析、统计、压缩 (图3) 。

最后, DPM所处理的数据将汇集在服务中心的数据仓库中。网站、其它访问终端通过数据服务接口调用相关数据。数据仓库同时也会将数据同步到数据库中。CNM通过更改相关接口模块, 允许使用多种数据库作为数据存储点。

服务中心采用分布式架构, 可搭建在一台或多台服务器上。根据网络状况及负载情况, 服务中心可选择单点架构、多点协同式架构或多点分工式架构。

单点架构:所有服务及管理都运行在一台服务器上, 适合设备较少的环境或在测试阶段使用。

多点协同式架构:服务中心分别搭建在多台服务器上, 通过一台中央服务器来调度和平衡服务器负载。每台服务器承担等量的工作及相同的工作内容, 并最终将数据汇总在指定的数据库内。该架构适合设备数量较多且服务器间负载差异较大的环境。

多点分工式架构:每个服务中心承担特定的工作内容, 并搭建在多台服务器上, 例如专门采集CM数据的服务中心与专门采集CMTS的服务中心, 该架构适合设备数量庞大且对网络环境有特殊要求的状况。

无论何种架构, 都允许在任意服务器上搭建CMTS Network Manager, 也就是用户可视化管理的终端平台。由于业务逻辑已经被封装在相应模块中, 用户甚至可以通过数据服务接口来使得数据被第三方平台调用, 确保了系统的扩展性和兼容性。

2.3 数据处理模块

数据处理核心DPM模块 (图4) , 主要分为以下几类:

1. 数据采集模块 (Collect DPM)

Collect DPM主要用于实现源数据的采集。由于各厂家提供的数据采集接口不同, 大多都有自己的私有协议, 模型可根据实际设备的采集需求, 根据设备的不同的接口协议灵活的加载各种品牌型号CMTS/CM采集模块, 有效的降低了程序的复杂度和提高程序的运行效率。

2. 数据加工模块 (Calculate DPM)

Calculate DPM主要实现对源数据的二次加工。通过各厂家私有接口采集到的源数据, 部分属于历史累加数据 (如端口CER、CCER、端口速率等指标) , 必须通过Calculate DPM对两次的数据差值进行计算, 最后得到可用数据。

3. 异常告警模块 (Alert DPM)

“Plan Service”根据用户告警配置中的设定, 将需要进行告警处理的数据调度到告警模块, 告警模块判断数据是否触发告警阀值, 引起告警事件。

4. 数据审计模块 (Audit DPM)

“Plan Service”根据用户审计配置中的设定, 将一些可被外部命令修改的参数的当前值调度到数据审计模块, 模块通过比较上一次的采集值, 判断配置是否被修改, 并产生审计日志。

5. 数据分析模块 (Evaluation DPM)

数据分析模块的功能主要为设备可用性分析和设备指标统计报表两部分。设备可用性分析调用分析算法, 将采集到的设备指标数据进行综合计算, 对当前设备进行可用性分析。统计报表功能将一个时间段内的设备指标数据按用户的设定自动生成统计报表。

6. 数据压缩模块 (Compressing DPM)

按照管理至少100台CMTS设备, 20万台CM设备的设计方案, 对CMTS设备精确到5分钟一次的监控粒度, 对CM设备精确到60分钟一次的监控粒度, 如果要保持7天的详细数据记录, 数据库中的数据量将达到5000万条。如此大的数据量在查询时将对数据库的处理能力产生巨大的负担。如果网维人员对7日前的数据仍然要进行一段时间的保留, 就必须对历史数据进行数据压缩。Compressing DPM可根据用户的需要, 自动将7日后的数据压缩为以“小时”或者“天”为单位的历史数据, 并计算出这段时间内的“最大”, “最小”, “平均”值, 便于用户日后的返查。

3 结束语

CMTS服务中心为CMTS网管系统的核心部件, 通过核心部件优化设计可高效率地带动系统框架中的各项功能, 实现多厂商环境下海量CMTS、CM设备的智能管理。该框架的设计不仅可以应用于CMTS、CM设备的管理, 也适用于其他设备的网管功能的实现, 是一个通用的解决方案。

参考文献

[1]张勇.基于SNMP的CMTS流量监控的实现[J].有线电视技术.2007 (11) .

[2]朱平尧.基于SNMP协议的CMTS/CM综合网管系统的设计与实现[J].中国有线电视.2011 (S1) .

[3]孙宏建, 薄斐翔.利用Cacti实现对CMTS的监测与分析[J];中国有线电视.2009 (10) .