面向下一代广播电视网(NGB)电缆接入技术(EoC)需求白皮书.pdf
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1、 面向下一代广播电视网(NGB)电缆接入技术(EoC)需求白皮书 国家广播电影电视总局科技司 2009 年 4 月 i 版权声明 国家广播电影电视总局科技司所有,2009 年。本文档是中国国家广播电影电视总局科技司关于电缆接入技术(EoC)的指导性文件,任何组织、机构或自然人均不得篡改或转意。ii 前 言 伴随着通信技术和广播电视技术的迅速发展,有线电视网正向下一代广播电视网(NGB)过渡。为了适应下一代广播电视网发展需求,广播电视规划院受广电总局科技司委托开展电缆接入技术(EoC)测试评估和标准研究,组织成立了由广播电视规划院、广播科学研究院、北京大学、中国科学院、北京歌华有线电视网络股份有
2、限公司、天津广电网络有限公司、重庆有线电视网络有限公司、深圳天威视讯股份有限公司、东方有线网络有限公司等科研机构、高等院校、有线运营商以及 20 余家设备生产企业、芯片提供商组成的“有线电视网络宽带接入技术工作组”。工作组以相关技术研究和大量测试评估成果为基础,依据广电发展下一代广播电视网(NGB)的战略目标,结合目前全国有线电视网络现状以及接入技术发展水平,起草了面向下一代广播电视网电缆接入技术(EoC)需求白皮书(简称白皮书)。本白皮书描述了基于电缆接入技术(EoC)的有线电视宽带接入网系统结构、业务类型和应用场景,从信道带宽需求、物理层需求、MAC 层需求、以太网支持能力需求、系统接入能
3、力需求、带宽管理需求、安全需求、网络及设备管理需求、互通性需求、扩展性需求、组网需求以及接入设备需求等多个方面规范了面向下一代广播电视网的电缆接入技术(EoC)。本白皮书可用于指导各有线运营商进行有线电视网络双向改造和用户接入网建设。iii 本白皮书指导单位:国家广播电影电视总局科技司 本白皮书主要起草单位:国家广播电影电视总局广播电视规划院 主要起草人:张红 秦龙 陈志国 杨木伟 孙黎丽 李旭 唐月 其它参与本白皮书起草的单位:广播科学研究院 北京大学 中国科学院 北京歌华有线电视网络股份有限公司 东方有线网络有限公司 天津广电网络有限公司 重庆有线电视网络有限公司 深圳天威视讯股份有限公司
4、 华为技术有限公司 烽火通信科技股份有限公司 UT 斯达康(中国)有限公司 科学亚特兰大(上海)有限公司 上海未来宽带技术及应用工程研究中心有限公司 北京格林威尔科技发展有限公司 成都康特电子高新科技公司 武汉长光科技有限公司 普罗通信(上海)有限公司 上海凌云天博光电科技有限公司 北京汤姆逊中信数字技术有限公司 凯博迅捷科技(北京)有限公司 上海傲蓝通信技术有限公司 汕头高新区亚威科技有限公司-ACE iv 深圳飞通电子有限公司 天津市德力电子仪器有限公司 泰克诺华(Teknovus)公司 博安思通信科技(上海)有限公司 浩博科技有限公司(Corpogate)美国 Intellon 公司 盛
5、立亚(中国)光网络系统有限公司 科缔纳网络系统(上海)有限公司 v 目 录 1 概述.1 1.1 背景介绍.1 1.2 宽带接入技术现状与发展.1 1.3 编制目的.2 2 需求设计原则.2 3 参考依据.2 4 术语和定义.3 5 系统结构描述.4 6 业务类型及用户接入带宽需求.4 6.1 业务类型.4 6.2 用户接入带宽演进策略.5 7 信道带宽与可扩展需求.6 8 物理层需求.6 9 MAC 层需求.7 10 以太网支持能力需求.8 11 系统接入能力需求.8 12 带宽管理需求.8 13 安全需求.9 13.1 加密.9 13.2 接入端设备认证.9 13.3 用户标识和溯源.9
6、14 网络及设备管理需求.9 14.1 基本要求.9 14.2 配置管理需求.10 14.3 性能管理需求.10 14.4 故障管理需求.10 14.5 安全管理需求.11 15 互通性需求.11 16 扩展性需求.11 17 应用场景和组网需求.11 17.1 200 户应用场景.12 17.2 50 户应用场景.12 18 接入设备需求.13 vi 18.1 局端设备.13 18.2 接入终端设备.14 1 1 概述 1.1 背景介绍 国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要中明确指出:加强宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设,推进三网融合,健全信息安全保障体系。加快建设新
7、一代有线数字电视网络不仅是有线网络自身升级换代、实现可持续性发展的内在需求,更是推进国家信息化的必然要求。有线电视网是国家重要的信息化基础设施,具有业务内容丰富、内容可控可管、用户群体巨大等方面的优势,可以满足未来多种业务发展的需求,符合以视频为主导的宽带业务发展趋势。因此,在国家信息化中更多地依靠有线电视网络,充分发挥广电网络的优势,是符合中国国情、从实际出发的选择,是以较短的时间、较低的成本,跨越数字鸿沟,实现进入千家万户的信息化和安全的信息化的有效途径。2008 年 12 月 4 日,科技部与国家广电总局正式签署了国家高性能宽带信息网暨中国下一代广播电视网自主创新合作协议书,按照协议要求
8、,广电总局开始着手建设下一代广播电视网(NGB)。电缆接入技术(EoC)是下一代广播电视网(NGB)的关键技术之一,即基于同轴电缆,通过各种数字调制技术来承载以太网业务和其他各种综合业务,实现下一代广播电视网(NGB)的用户宽带接入。利用该技术进行有线电视网络宽带、双向化改造,可以有效发挥有线电视网频带宽、成本低、易普及的优势,有利于有线电视网络建设成为千家万户的多媒体信息平台,满足社会各界和广大居民的多方面需求,推进三网融合。1.2 宽带接入技术现状与发展 我国有线电视网拥有用户近 1.5 亿户,由于全国各地的经济发展状况极不平衡,加上其他历史和客观原因,各地有线广播电视网络存在很大差异,大
9、多数用户的网络仍然是单向网络。随着业务发展和三网融合的迫切需求,对有线电视网络质量和承载能力提出了更高的要求,有线电视网络必须进行数字化和双向化改造。随着信息技术的不断发展,“光进铜退”逐渐成为趋势,每个光节点覆盖的用户数逐渐减少,从 2000 户减少到 500 户、200 户、50 户,甚至部分实现了光纤到户(FTTH)。调研表明,目前我国有线电视网络中,光节点覆盖用户数为 200 户以下的用户已经占总用户数的15.5%以上。根据国内外网络发展趋势,下一代广播电视网(NGB)面向未来五年到十年,光节点覆盖发展到 200 户或 50 户以内,甚至大规模 FTTH 的部署。从网络改造的方式上看,
10、目前国内存在多种基于有线电视电缆分配网的双向接入技术,但实现方式存在很大差异。设备产品种类繁多、网络承载性能差异大,提供的带宽和支持的业务也各不相同,缺乏标准规范。一方面,众多技术方案的出现反映了市场的需求,给运营商提供了更多的选择空间;另一方面众多的方案也给决策带来了困难。从技术角度来说,各技术方案均有其各自的局限性。从信道带宽来看,有些技术选用的信道带宽不是MHz 的整数倍,不符合我国有线电视网络的信道带宽规划要求,不利于信道的合理分配和有效利用。从协议性能来看,有些技术提供的业务速率不能满足当前和未来一段时期业务发展的带宽需要,有些技术没有很好的解决服务质量(QoS)保障问题,不能提供包
11、括实时流媒体等各种业务所需的 QoS。另外,从成本角度来看,由于缺乏统一的标准,特别是缺乏具有中国自主知识产权的标准,各种方案均难以形成规模效应,造成双向化改造的效果不一和成本降低困难,因而难以大规模推广。2 1.3 编制目的 面向下一代广播电视网(NGB)电缆接入技术(EoC)需求白皮书在编制过程中,充分考虑到了我国有线电视网络的技术发展,根据现有网络的信道条件和应用需求,面向未来网络的发展趋势,聚合现有几种技术的突出优点,根据下一代广播电视网络发展的统一规划,制订相关的需求。以便促进相关接入技术的收敛,为将来有线电视网络成为大容量、全双向、全交互、全功能的下一代综合传输网络,业务相互之间实
12、现融合,基本实现光纤到户(FTTH)的完整标准化体系做技术储备。2 需求设计原则 需求作为有线电视电缆宽带接入技术的开发和遴选的指导原则,其设计必须遵循以下原则。标准性原则:必须遵循已颁布的国家标准和行业标准。确保基于本需求开发出来的技术具有横向和纵向的兼容性。合理性原则:所提出的需求应该在充分利用和挖掘现有有线电视电缆网络资产的前提条件下有充分的技术实现可行性。从而最大限度保护既有投资、发挥存量资产的效益最大化。可扩展性原则:宽带接入的用户需求和技术的发展是长期的、渐进的。需求设计必须保证先进性和可扩展性,先进性是指能够反映近期和中期未来的用户需求;另一方面,可扩展性保证了可以通过扩展满足远
13、期未来的需求。保证基于本需求开发的技术和系统可以随着业务需求扩展和技术进步进行平滑升级。并且扩展性必须能够符合主流技术发展的趋势,适应“光进铜退”的趋势。可管可控原则:必须满足不同角度不同层面的可管理性、可控制性,保证网络运营的规范和网络的健康发展。经济性原则:确保基于本需求开发出来的电缆宽带接入技术在保证性能的基础上,具有良好的经济性。业务驱动原则:下一代广播电视网(NGB)的技术发展是业务驱动型的。在兼顾我国有线电视网络和技术发展现状的基础上,从业务发展和业务承载的角度出发,研究和制定符合下一代广播电视网(NGB)业务发展需要的电缆接入技术。3 参考依据 1有线电视网双向化改造指导意见(技
14、网字2007 358 号文件“广电总局科技司关于印发有线电视网双向化改造指导意见的通知”),国家广播电影电视总局科技司(2007.12)2 GY/T 106-1999 有线电视广播系统技术规范 3 GY/T 135-1998 有线电视系统物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆技术要求和测量方法修订征求意见稿 4 GY/T 137-1999 有线电视系统分支器、分配器技术要求和测量方法修订征求意见稿 5 GY/T 221-2006 有线数字电视系统技术要求和测量方法.6 YD/T 1171-2001 IP 网络技术要求-网络总体 7 YD/T 1475-2006 接入网技术要求-基于以太网方式的无源光网络
15、8 ITU-T G.1010:End-user multimedia QoS categories 3 4 术语和定义 AON Active Optical Network 有源光网络 CATV Cable Television 有线电视 CBAT Coaxial Broadband Access Terminal 同轴电缆宽带接入网局端设备 CNU Coaxial Network Unit 同轴电缆宽带接入网接入端(调制解调)设备 CoS Class of Service 业务分类 DBA Dynamic Bandwidth Allocation 动态带宽分配 EoC Ethernet ov
16、er Coaxial cable 基于同轴电缆以太网承载技术 FE Fast Ethernet 快速以太网(100M)FTP File Transfer Protocol 文件传输协议 FTTH Fiber To The Home 光纤到户 GE Gigabit Ethernet 吉比特以太网 HDTV High Definition Televison 高清晰度电视 HFC Hybrid FiberCoaxial 光缆-同轴电缆混合网 HTTP HyperText Transfer Protocol 超文本传输协议 IM Instant Messaging 即时通讯 IP Internet
17、Protocol 互联网协议 IPTV Internet Protocl Televison IP 电视 MAC Media Access Control 媒体接入控制 MTBF Mean Time Between Failure 平均故障间隔时间 ODN Optical Distribution Network 光分配网络 OLT Optical Line Terminal 光线路终端 ONU Optical Network Unit 光网络单元 P2P Peer to Peer 对等网络 PON Passive Optical Network 无源光网络 QoS Quality of Se
18、rvice 业务质量 RF Radio Frequency 射频技术 SDTV Standard Definiton Television 标准清晰度电视 SNMP Simple Network Management Protocol 简单网络管理协议 TCP Transmission Control Protocol 传输控制协议 TDD Time Division Duplex 时分双工 TDMA Time Division Multiple Access 时分多址 4 VLAN Virtual Local Area Network 虚拟局域网 VoIP Voice of Internet
19、 Protocol IP 电话 5 系统结构描述 现有有线电视网络是以光纤为干线的光缆-同轴电缆混合网(HFC),有线电视网络双向化改造技术主要包括接入网光传输改造技术和用户接入改造技术两部分。在光传输改造方面,相比有源光网络(AON)技术,无源光网络(PON)技术具有拓扑结构简单、设备成本低,并且其网络拓扑结构与 HFC 网光纤部分的拓扑结构相类似,因此在现有 HFC 网络中采用 PON 技术,不需要对现有 HFC 网络进行大幅度改造,需要在原来的光网络上作相应的配置,可在较短时间内完成网络的升级。在光传输改造方面,除了采用 PON 技术以外,还可以利用其他各种光接入技术。本文在后面叙述中,
20、采用 PON 技术作为光接入技术是作为一种典型应用,并不排斥其他光接入技术的应用。同轴电缆宽带接入网络用于解决电缆接入改造技术问题。由同轴电缆宽带接入技术和无源光网络技术一起构成有线电视网宽带接入技术。基于电缆接入技术(EoC)的有线电视宽带接入网络基本结构如下图所示:OLT ONU ONU ONU ONU CBAT CNU CNU CNU 用户 终端设备 用户 终端设备 家庭 网关 混 合 器 电 缆 分 配网络 ODN 光 分 配网络 CATV 输入 无源光网络 PON 同轴电缆宽带接入网 图 5-1 有线电视宽带接入网基本结构示意图 接入干线传输采用 PON 技术后,同轴电缆接入成为最后
21、 100 米的接入技术问题,覆盖用户不多于 200 户,并逐步向 50 户或 20 户过渡。6 业务类型及用户接入带宽需求 6.1 业务类型 下一代网络发展的一个基本趋势是 IP 化的全业务网。IP 业务(由 IP 网所承载的业务)可以分为三大类:语音、数据和视频。语音业务主要是基于 IP 的语音即 VoIP 业务,数据业务主要是基于互联网的 IP 数据(如 HTTP 浏览、FTP 下载、网络游戏等),视频业务主要是5 基于 IP 的组播、点播标清和高清视频业务(SDTV 和 HDTV)以及 IPTV、视频会议。从电缆宽带接入网络承载业务的技术特性来说,可以按照带宽、时延、抖动以及丢包等业务传
22、输特性需求来区分不同的业务类型,主要包括以下典型业务:1、尽力而为业务 要求网络提供双向支持,用户通过竞争请求获取系统剩余带宽,网络尽最大努力来传输业务。例如互联网访问、邮件收发、文件下载等业务。2、保证下行带宽的非实时业务 要求网络提供双向支持,保证下行带宽,支持恒定带宽,对传输时延和抖动要求低。例如 VPN 业务、需要大带宽的 FTP、在线游戏等业务。3、保证上下行带宽的非实时业务 要求网络提供双向支持,保证较高的上下行带宽和较低的丢包率,对传输时延和抖动要求低。例如基于 P2P 技术的文件下载及相关应用业务。4、保证下行带宽的实时业务 要求网络提供双向支持,保证较高的下行带宽和较低的传输
23、时延及抖动,支持恒定带宽或可变带宽,对上行带宽要求较低。例如视频点播、互动电视、IPTV、时移电视和录播电视等业务种类。5、保证上下行带宽的实时业务 要求网络提供双向支持,保证较高的上下行带宽和非常低的传输时延及抖动,支持恒定带宽或可变带宽。例如 VoIP、视频电话、视频会议、即时通信 IM、视频监控等新通信业务。除了作为目前基本业务的 CATV 广播业务(包括模拟和数字电视节目)以外,有线电视电缆宽带接入网必须能够提供以上业务承载的支持。6.2 用户接入带宽演进策略 从系统承载业务所对应的系统接入带宽需求来看,目前有线电视接入网络由于承载业务比较单一,用户对带宽的需求相对较低,随着网络承载业
24、务不断扩展,用户对接入带宽的需求将会逐渐增加。因此,根据我国有线电视网络发展及业务运营现状,接入网络系统接入带宽需求将是渐进式增加的。为了能够满足不同应用场景、不同发展阶段的用户接入带宽需求,系 统 的 总 带 宽 可 以 支 持 用 户 接 入 带 宽 渐 进 发 展 的 模 式,如12Mbps510Mbps2030Mbps100Mbps 逐步过渡的模式,逐步扩展用户接入带宽。用户接入带宽与用户所开通的业务类型是相对应的,因此在确定接入带宽需求时应从以下几个方面考虑:各种业务对带宽的需求;光节点覆盖范围和开通率;用户并发率。基于我国有线电视网络目前的现状,应该首先考虑一个光节点覆盖用户数为
25、500 户或者200 户的情况,在这种情况下,用户双向业务开通率相对较低,这种情况是为了满足开通双向并为交互业务提供上行信令传输信道,因此对用户接入带宽需求相对较低。在一个光节点覆盖用户数为 50 户的情况下,用户业务开通率会比覆盖范围为 200 户的情况要高很多,并且承载业务类型也更丰富,用户并发率也相对较高,因此在这种情况下,用户接入带宽需求较高。在实际应用时应根据具体模型实际测算。总体来讲,接入网络覆盖范围较大时(例如 200 户),用户带宽相对较低,而接入网络覆盖范围较小时(例如 50 户),用户带宽相对较高。网络的建设应该能够适应用户接入带宽渐进发展的要求。6 7 信道带宽与可扩展需
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