構建NGB多業務PON融合網絡

李 維

(深圳市天威視訊股份有限公司，廣東 深圳 518036)

構建NGB多業務PON融合網絡

李 維

(深圳市天威視訊股份有限公司，廣東 深圳 518036)

根據廣電運營商業務發展的需要，結合天威視訊網絡現狀，提出了適合廣電行業的多業務融合無源光網絡架構。由于PON技術在廣電接入網方面具有突出的優勢，在現有網絡上構建滿足多業務要求的融合PON網絡將影響深遠。介紹了多接入方式并存的PON融合網絡架構。最后，分析如何在融合PON網絡平臺開展基礎業務、增值業務和ICT業務。為廣大廣電運營商推進光網的雙向改造提供了參考。

融合；多業務；無源光網絡

隨著Internet技術的高速發展，高清視頻、物聯網、VoIP、在線支付、大數據、云存儲、可視通信、視頻監控、互動游戲、遠程醫療等融合型“互聯網+”業務的快速崛起。用戶對于網絡品質和帶寬的需求越來越高，電信運營商的寬帶接入方式正經歷xDSL、LAN到PON的演變，廣電運營商采用CMTS、EoC、C-DOCSIS、FTTH等技術實現網絡雙向改造，開展寬帶和互動電視、語音電話等三網融合的業務。實現廣電業務與互聯網業務的融合發展才是未來廣電網絡發展的方向。廣電運營商必須有效解決融合網絡的挑戰，改變長期以來廣播電視產品單一的劣勢，建設廣播電視和分組交換融合的扁平化網絡[1-2]，通過交互電視、智能家居、物聯網服務及其他增值業務的融合來迎合智能終端日益多樣化的需求。

1 PON接入方式的優勢

PON(無源光網絡)網絡由以下3部分構成：局端設備OLT(Optical Line Terminal)、用戶終端ONU(Optical Network Unit)和連接兩者的ODN構成，兩大主流協議標準有ITUT制定的GPON和IEEE制定的EPON。OLT通常放置于運營商機房，ONU放在用戶端或者樓內弱電井。PON上下行的數據傳輸采用波分復用技術，OLT使用1 490 nm波段在同一光纖上提供數據的下行傳輸， 而ONU使用1 310 nm 波段提供上行傳輸，從而實現單纖雙向傳輸。

對于廣電運營商而言，同軸網絡覆蓋范圍廣，實現雙向網絡的改造，用戶端改動較小，不過同軸網絡對信道質量要求較高。PON(無源光網絡)采用光纖進行傳輸，光纖網絡具有頻帶寬、傳輸量大、損耗小、誤碼率小、抗干擾的先天性優勢，很好地彌補了同軸電纜在網絡數據傳輸方面的不足。PON無論是占地空間，還是設備、成本都比AON(有源光網絡)要低得多，并且是在接入網中去掉了有源設備，避免了可能發生的電磁干擾和外部設備產生故障的情況，可靠性能更高。未來接入網的發展方向是有源逐漸向無源的轉變。

2 PON技術在廣電的應用

廣電運營商充分利用現有的HFC網絡，采取DOCSIS,EoC,C-DOCSIS等技術不斷將光網向用戶側推進，部分運營商采用FTTH全光網到用戶端的解決方案。在最新的《有線電視網絡光纖到戶技術白皮書》中提出了RF混合、I-PON和RFoG種這3典型的FTTH技術解決方案。其中RF混合是視頻廣播電視+基帶PON雙平臺疊加模式；RFoG是基于DOCSIS協議的全射頻傳輸模式；I-PON是基于以太協議的全基帶數字傳輸模式，這3種方案均結合了PON網絡技術。

廣電實現FTTH雖然有一定的基礎，在前期部署HFC網絡已經實現光纖到路邊。如果全網更換終端和管線，不僅改造成本高而且不現實，在發展寬帶業務的同時也應兼顧電視業務，而且同軸網絡仍有一定的發展空間，通過更高調制方式和頻譜拓展也能進一步提升帶寬。而從長遠來看，同軸網絡難以支撐高速發展數據業務，逐步升級為FTTH是多數運營商的共識。如何處理這種看似矛盾的網絡改造問題，最好的辦法是循序漸進地進行網絡改造。建議分片區實施，光纖網絡逐步向用戶側推進，有條件的區域可直接建設FTTH網絡，例如在新接小區、零散小區和商業樓宇等。在改造的過程中，充分利用現有設備和管道。因網絡升級改造具有復雜性和持續性，所以在這個過程中會出現多種接入方式共存的融合網絡。FTTH中的ODN可單纖部署，亦可雙纖部署。為更好地保證系統的擴展能力，建議ODN采用雙纖部署的方式。

3 基于PON技術的融合網絡

深圳天威視訊是國內最早成熟應用DOCSIS技術的運營商，采用“CMTS+CM”模式開展數據業務。在近些年的寬帶網絡提速升級過程中，原有DOCSIS網絡的瓶頸日趨明顯。建設一張多業務、高品質、可拓展的融合網絡顯得日趨重要, 并提出“網絡融合、技術融合、業務融合”為發展方向,逐步實現業務的多樣化轉型，同時兼顧個人客戶、集團客戶需求。在實現FTTH網絡過程中，采取光纜橫向覆蓋和縱向覆蓋分步推進的思路，首先實現光纖到樓、局部光纖到戶,逐步實現光纖向用戶側推進。并對全網用戶的小區和樓宇歸類，根據業務和資源部署情況，前瞻性地做好光纖資源規劃和靈活選擇接入方式，實現商業樓宇和新增小區業務快速接入，同時為將來要擴容和改造預留資源。

結合業務演進方向對原有的網絡進行改選，提出一種適合開展多業務的PON融合型網絡架構(見圖1)。從內容平面來劃分，由IP數據網和電視視頻網絡兩個平面構成。從網絡結構來劃分，包括融合的核心網絡和匯聚網絡，以及多種接入方式并存的接入網。

圖1 PON融合型網絡架構

3.1 融合的核心網絡

核心網絡主要由業務、支撐、管理平臺組成。核心層的各業務系統采用集中式部署，保持原有各種業務系統核心功能相對獨立的架構。核心網絡主要由業務、支撐、管理平臺組成。核心層的各業務系統采用集中式部署，保持原有各種業務系統核心功能相對獨立的架構。

廣播和交互電視業務由數字電視前端(DVB)、視頻點播系統(VOD)、時移交互系統、音視頻內容集成平臺(CIP)等子系統密切配合完成。

語音業務采用IMS (IP多媒體子系統)對VoIP信令和媒體進行調度。

WLAN無線業務由接入控制器(AC)和Raudis、Portal等模塊配合對無線接入的用戶統一進行認證、管理和流量調度。寬帶業務通過BGP和OSPF動態路由協議進行調度和引流至Internet、IDC、CDN等業務系統。

以上業務系統功能的實現，當然離不開支撐和管理平臺功能模塊的配合和支持。在全業務運營的網絡中[3]，這些功能模塊可以同時為多個業務系統服務。支撐平臺包含面向客戶的客戶BSS和面向網絡運營和管理的OSS[4](如DHCP，DNS，CAS，BRAS等)。統一網管通過SNMP協議和北向接口對全網設備進行實時的流量和告警監控、設備配置、業務管理。BSS作為業務錄入和用戶信息數據庫后臺，并和多種業務系統對接，靈活地維護用戶和業務的關系。在業務的管理和鑒權方面：DOCSIS的終端沿用DHCP基于CM MAC地址的認證模式；PON終端通過BARS進行認證和控制。

3.2 融合的匯聚節點

匯聚層的數據平面主要由業務匯聚路由器和BRAS(寬帶接入服務器)構成。BRAS負責終結個人用戶的PPPoE連接、匯聚用戶的流量，與BOSS和RADIUS配合實現用戶接入的認證、計費和管理功能。在改造初期，從節約成本的角度考慮，建議采用“集中式”BRAS方案，將BRAS放置在核心機房，各匯聚機房由交換機直連核心機房BRAS設備。當用戶發展到一定規模后，采用“分布式”BRAS方案, 將BRAS放置在匯聚機房，降低單臺BRAS設備的承載用戶數。業務匯聚路由可作為集團客戶專線的接入網關、組播業務網關以及MPLS VPN的PE(Provider Edge)功能。在用戶分布較為分散的片區，可將OLT設備放置在匯聚層機房；在用戶分布較為密集的片區，建議將OLT設備下沉至片區接入機房，可以減少主干光纜的纖芯占用量。

匯聚層同時承載電視分發和推流功能。QAM設備負責DVB廣播信號直播，IPQAM設備的主要功能是將IP視頻轉換成射頻信號，1 550 nm光發射平臺負責將直播和點播的調制信號經混頻和光電轉換后發送到用戶端。射頻點播上行通過IP數據通道和平臺進行交互。

3.3 多種接入方式并存

根據資源分布情況和用戶的業務需求靈活選擇接入層的方案，可采用單一或者多種技術混合的接入模式。

3.3.1 PON+C-DOCSIS接入方案

C-DOCSIS是CMTS接入技術的分布式演進方向。基于PON的C-DOCSIS接入方式極大程度地保留原有Cable網絡和集合PON網絡的優點，并且將原有CMTS下的用戶平滑過渡到C-DOCSIS網絡。CMTS下的用戶無需更換Cable Modem終端和機頂盒，室內HFC網絡也無需變動。采用支持DOCISIS3.0協議的C-DOCSIS接入技術，光節點由小區下移到了樓棟，節省了機房空間。同軸電纜媒體轉換器(Coax Media Converter，CMC)采用橋接模式，完成DOCSIS RFI協議的L2轉發；DHCP Relay和IP bundle的L3功能在OLT上完成。電視直播由QAM推流到樓棟CMC和PON寬帶信號混頻后通過同軸電纜傳輸到用戶端。C-DOCSIS網絡通過多通道捆綁技術，最大可提供800 Mbit/s的帶寬接入。這種接入模式適合在已有雙向HFC網絡的小區進行改造。PON+C-DOCSIS接入方案拓撲如圖2所示。

圖2 PON+C-DOCSIS接入方案拓撲

3.3.2 GPON單線接入方案

GPON單線入戶的FTTH是一種All-IP模式，在帶寬、QoS保障等方面具有良好的可擴展性并且應用很成熟，主要特點是數據、語音、視頻等多業務均由IP通道承載。對于廣電運營商而言，這種模式適合在沒有HFC覆蓋的新接入小區、人員密集的城中村和商業樓宇進行推廣。電視和數據業務均通過ONU設備單線接入PON網絡。直播和交互節目的終端使用OTT盒子通過IP通道進行傳輸。GPON的理論最大速率可達2.5 Gbit/s，未來可演進為更高的速率。當然，這種PON單線入戶方案是借鑒了電信運營商的成功經驗，采用這種方式時要做好光纜資源的預留，以便將來能夠演進成更符合廣電特色FTTH的技術方案。GPON單線入戶方案拓撲如圖3所示。

圖3 GPON單線入戶方案拓撲

3.3.3 同軸+光纖雙線接入方案

同軸+光纖雙線入戶的技術方案電視信號繼續沿用原有的射頻信號，新疊加的PON網絡用作數據網絡。適合的應用場景：1)在HFC網絡，但沒有進行雙向改造，將RF光信號向用戶側延伸，疊加PON數據網絡；2)在已有RF雙向網絡的區域，疊加PON網絡滿足高速增長的數據流量需要，電視廣播信號和交互數據由原有的RF線路接入、寬帶等數據業務使用PON線路。這種雙線入戶的模式可以作為全光網FTTH的一種過渡方案，建議入戶光纜采用雙芯皮線光纜，其中一芯用于數據通信，另一芯留作備用。光纖+同軸雙線入戶方案拓撲如圖4所示。

圖4 光纖+同軸雙線入戶方案拓撲

3.3.4 RF混合兩纖入戶方案

RF混合雙纖入戶是典型的“兩纖三波”光纖到戶技術方案。下行業務采用RF和基帶數字兩種傳輸模式，分別調制到不同光纖信號上，數據的上下行信號在同一芯光纜上傳輸。射頻廣播信號和PON上下行數據傳輸通道完全分開，避免了多波長間的干擾。CATV廣播信號由光機接收后通過RF接口傳送給機頂盒；數據信號經ONU接收后通過以太接口傳輸給計算機或者家庭網關。采用這種技術方案，網改投入較大，同時技術也不是非常成熟，正式商用仍需時日。RF混合兩纖接入方案拓撲如圖5所示。

圖5 RF混合兩纖接入方案拓撲

4 PON網絡的多業務承載

網絡技術的進步促進業務的發展，廣電運營商從單向的有線廣播電視網絡發展成雙向的交互網絡[5]，并向多元混合接入網絡方向演進，利用PON接入技術的多業務承載特性，發展成具有廣電特色的全業務網絡。適應了移動互聯網的發展趨勢，拓展WiFi無線接入，實現有線到無線網絡的延伸。同時，廣電行業順應“互聯網+”的時代大潮，利用自身的固網優勢，為客戶提供智慧城市和ICT行業的聯網解決方案。廣電融合PON網絡多業務平臺如圖6所示。

圖6 廣電融合PON網絡多業務平

4.1 電視業務

電視業務是廣電運營商的核心業務，做好“TV Anywhere”或者“TV+”顯得尤為重要。電視的呈現不再拘泥于傳統的廣播式直播，隨著移動互聯網時代的到來，發展多平臺兼容、多種呈現形式的電視以符合用戶需求，為此電視前端系統的建設要結合移動化、個性化、定制化的特性，例如開展OTT移動電視業務、酒店定制化電視業務等。隨著視頻高清化、智能化終端技術的快速發展，用戶對高清視頻也越來越迫切。特別是近兩年虛擬現實(Virtual Reality，VR)和4K技術的發展，可以預見未來交互和高清視頻將會爆發式增長。隨著視頻資源占用的帶寬越來越大，廣電運營商的頻譜資源將會越來越緊張，建設一張大帶寬、低延時的高品質融合網絡顯得尤為重要。

4.2 寬帶業務

4.2.1 基于同軸接入的寬帶業務

基于DOCSIS協議的寬帶CM，實現寬帶和電視交互數據的傳輸。利用DOCSIS高度成熟的業務體系，可根據用戶需求提供動態或靜態IP，多種接入速率、互聯網或內網互聯等多種業務。

4.2.2 基于光纖接入的寬帶業務

PON具有靈活的分光比和DBA動態帶寬可調節，對帶寬和業務管控更加靈活。當然，廣電發展FTTH業務起步較晚，初期可借鑒電信運營商的經驗進行布網，并結合自己的特色業務，例如定制電視和寬帶高度融合的業務，避免和電信運營商同質化競爭。

4.3 無線業務

采用PON+無線接入熱點(Access Point，AP)實現無線WiFi業務。在廣電運營商700 MHz頻譜商用前，WiFi網絡可有效拓展有線網絡的覆蓋范圍，實現 NGB 有線業務向無線領域的延伸[6]。采用MDU式ONU下掛4～8個AP，可以提供給每個AP高帶寬服務，每個AP提供帶寬可達200 MHz以上。同時采用POE+供電模式，很好地解決了AP取電難的問題，拓展了無線網絡的覆蓋范圍。

4.4 ICT解決方案

廣電運營商的優勢在個人家庭用戶，相對電信運營商，商企客戶一般發展相對落后，主要原因是廣電運營商網絡架構相對局限性，同軸網絡品質和可拓展性不如光纖。采用PON技術在樓宇和廠園進行FTTH覆蓋，可以很好地解決這些問題，并可以根據商企客戶的業務需求提供固定和彈性帶寬，提供更加靈活的QoS，以滿足商企客戶高品質業務的需求。

隨著“互聯網+”戰略的提出，智慧城市、視頻醫療、物聯網等行業接入互聯網實現數據的采集、傳輸、分析，自然都會面臨各個環節數據安全的問題。采用PON融合接入，結合VPLS或MPLS 等網絡技術對多業務進行隔離，有效隔離了私有業務和普通數據業務，保證了商企用戶點對點、點對多點，多點互通數據的安全傳輸。

5 結束語

PON作為一種接入網的發展方向，順應目前Internet不斷增長的趨勢，符合下一代廣電網絡(NGB)的發展方向。基于PON的網絡，架構靈活，可拓展性強，把光纖網絡不斷向用戶側延伸。各大廣電運營商因地制宜地選擇接入方式，不斷開展新的增值業務，增加ARPU值，最終由網絡升級改造帶動業務的發展。

[1] 楊玉佳，易丹，劉惠清.三網融合下的新業務發展趨勢[J].電信科學，2011，27(3)：17-20.

[2] 沈凌霄.對于多種FTTH 接入方式對比的幾點思考[J].有線電視技術，2015，3(12)：49-54.

[3] 呂良棟，成夢虹，梁雙春.全業務場景下PON運維探討[J].電信工程技術與標準化，2013(11)：67-70.

[4] 倪晨鳴，黃浩然，王正軍.面向客戶和業務的NGB智能網絡運營支撐系統[J].有線電視技術，2013，20(9)：73-77.

[5] 陳翔.三網融合時代廣電光傳輸網絡發展趨勢分析[J].電視技術，2011，35(4)：49-51.

[6] 封松林，解偉.下一代廣播電視網無線系統[J].中興通訊技術，2011，17(4):14-18.

Construction of NGB multi-service integrated PON network

LI Wei

(ShenzhenTopwayVideoCommunicationCo.,Ltd.,GuangdongShenzhen518036,China)

According to the needs of the development of CATV operators, a framework of multi-service integrated passive optical network is proposed which is applicable to CATV industry. Because of the outstanding advantages of PON technology in CATV access network. It is very important to build a converged PON network that meet the multi-service requirements on the existing network. And the converged network architecture in which multiple access modes coexist is introduced. Finally, how to conduct basic services, value-added services and ICT services are analyzed based on the integrated PON platform. This article provided a reference for the majority of CATV operators to promote the bidirectional transformation of optical network.

integrated ; multi-service; PON

李維. 構建NGB多業務PON融合網絡[J].電視技術，2017，41(2)：44-49. LI W. Construction of NGB multi-service integrated PON network[J].Video engineering，2017，41(2)：44-49.

TN943.1

B

10.16280/j.videoe.2017.02.010

2016-05-08

李 維(1987— )，網絡工程師，主要從事有線電視HFC接入網和城域網，以及大客戶用戶網絡解決方案等方面的工作。

責任編輯：許 盈