基于三网融合技术的小区网的设计与实现

摘要：随着通信技术和计算机网络技术的进步，有线电视网、电信网、计算机网的三网融合技术是未来信息技术发展的趋势。该文研究了三网融合技术所依赖的关键技术，进而提出了将三网融合技术应用于园区网的改造方案，并加以分析。

关键词：三网融合；有线电视网；电信网

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)13-3011-03

Application of Small Area Network Based on Three-Networks Amalgamation

HE Ru1, DENG Xiang-lin2

(1. Hunan Branch of China Telecom, Changsha 410011, China; 2.Hunan Communication Polytechnic College, Changsha 410004, China)

Abstract: With the development of the communication technology and computer network technology, Three-Networks (CATV network, computer network and telecommunication network) Amalgamation is the future trend of development of information technology. This paper analyzes the key technologies of Three-Networks Amalgamation, and then gives a reform program of using Three-Networks Amalgamation technology on small area network.

Key words: three-networks amalgamation; CATV network; telecommunication network

三网融合是指现有的电信网络、计算机网络及有线电视网络相互融合，逐渐形成一个统一的网络系统。三网融合的通信网络将是一个覆盖全球、功能强大、业务齐全的信息服务网络，即为全球一体化的综合宽带多媒体通信网。三网融合不仅仅意味着将三大网络简单的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。其在技术层面表现为，网络层上可以实现数据的互联互通，应用层上可提供多样化、多媒体化、个性化服务的包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。目前，三网融合相关技术和产品已逐渐成熟并已开始应用。如果能将园区网里的三网有机地融合起来，充分整合各网的资源，构建一个集语音、视频和数据于一体的实时、交互、多媒体化的园区网，必将大力提升住宅小区的信息化水平。因此，构建一个基于“三网融合”技术的园区网是信息社会和网络通信发展的必然趋势。

1 三网融合的关键技术

三网融合是一项系统工程，它的实现依赖于以下几个关键方面的解决。

1.1 接入网技术

近年来，高速大容量的同步数字系列（SDH）光纤通信系统以及波分复用密集技术的成熟，已能满足当前高速宽带通信的要求，而逐渐成熟的ATM交换技术又为宽带综合业务交换奠定了良好基础。宽带接入网络在采用了光纤/同轴电缆混合（HFC）拓扑网络以后，技术上取得了很大的发展，它可以通过一个HFC接入网，同时向用户提供电话、数据和视频图像等综合业务。HFC不仅仅是用光纤取代了同轴电缆，而且引进了一种新的拓扑结构--节点结构，这种结构使网络很容易向各个小区提供交换服务。三网融合并不是原来的简单延伸，而是将开拓出一个以IP为基础的新一代电信网络，提供IP电话、视频点播、交互式游戏、远程教育、电子商务、远程医疗等应用。

1.2 IPTV技术

IPTV即交互式网络电视，是一种利用宽带有线电视网,集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。IPTV技术解决了互联网进行电视传输的问题。用户在家中可以有两种方式享受IPTV服务：1) 计算机，2) 网络机顶盒+普通电视机。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用网络资源。IPTV既不同于传统的模拟式有线电视，也不同于经典的数字电视。因为,传统的和经典的数字电视都具有频分制、定时、单向广播等特点，尽管经典的数字电视相对于模拟电视有许多技术革新，但只是信号形式的改变，而没有触及媒体内容的传播方式。

IPTV前端一般具有完成节目采集与存储和服务两种功能。节目采集包含节目的接收（如从卫星、CATV网、地面无线和IP/ATM网络等）、节目的压缩编码或变换编（transcoding）及格式化、加密和DRM(Digital Rights Management, 内容数字版权加密保护技术)打包及节目生成等。节目存储和服务则完成对节目采集程序处理后生成的节目大规模存储或播送服务。

IPTV系统的节目传送是由IP骨干网、IP城域网、有线电视前端或电信中心站及相应的宽带接入网络完成的。对以IP单播或组播方式发送的视音频流媒体节目流进行路由交换传输，是IP骨干网和IP城域网在IPTV系统网络中要发挥的基本功能。一般而言，IP骨干网和IP城域网现有的路由器可以很容易地支持各种不同的IP单播路由协议，但其中许多必须通过升级方能支持IP组播路由交换。目前，各设备厂家普遍支持的IP组播协议是IGMPv2。为了保证所传送的IPTV节目流的质量和实时收看性，IP骨干网和IP城域网通常要采用各种不同的IPQoS技术，如Diffserv和MPLS等。

为了提高对IPTV节目流点播的响应和传输实时性，以及解决或减缓IPTV点播请求之冲击性和波动性对IPTV前端设计容量所造成的压力，IP骨干网和IP城域网上普遍采用了内容分送网络技术。IP骨干网和IP城域网也可以采用不同的低层物理网，以IP over SDH/SONET（即Packet over SDH／SONET），IP over ATM或IP over DWDM Optical（如千兆／万兆光以太网）的方式提供传输服务。有线电视前端或电信中心站则根据相应的宽带接入网络，如Cable Modem网络或DSL网络将IP视音频流媒体节目流以IP over DOCSIS或IP over DSL的方式，通过放在有线电视前端的CMTS鉴定或电信中心站的DSLAM设备，向用户发送出去。有线电视前端或电信中心站还往往配备有视音频流媒体节目流内容服务器和DRM授权／密钥服务器，具有节目存储和服务功能。

IPTV用户终端设备被用来接收、存储和播放及转发IP视音频流媒体节目。基本型IPTV用户终端设备的硬件没有内置CableModem或DSLModem，它只提供一个以太网接口，与外部的CableModem，DSL Modem或以太网HUB相接。集成式的IPTV用户终端设备则内置Cable Modem或DSL Modem，可与Cable Modem或DSL宽带网络直接相连。高端IPTV用户终端设备还带有内置硬盘，可以提供IPTV DVR功能，甚至支持IEEE802.11无线联网功能，能将受DRM保护的IP视音频流媒体节目通过无线传输给其他设备，如PC机等。一个IPTV用户终端设备必须带有IPTV系统所使用的DRM技术之客户端软件。为了使IPTV系统成为一个开放式的业务平台，IPTV用户终端设备通常还使用了中间件软件。EPG、用户管理、媒体资产管理、收费及各种应用业务的相关软件也是IPTV系统之必须具有的部件。

2 双向HFC网的改造和建设

HFC（混合光纤同轴电缆网）我国有线电视网采用的一种经济实用的综合数字服务宽带网接入技术，

全国覆盖面已达50％，电视家庭用户数有8000多万。HFC的主要特点是：传输容量大，易实现双向传输，从理论上讲，一对光纤可同时传送150万路电话或2000套电视节目；频率特性好，在有线电视传输带宽内无需均衡；传输损耗小，可延长有线电视的传输距离，25公里内无需中继放大；光纤间不会有串音现象，不怕电磁干扰，能确保信号的传输质量。

数字电视建设必须首先解决的是把HFC网络从单向网络改为双向网络。双向HFC网的改造解决了利用有线电视网提供互联网服务的功能。HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于，在干线上用光纤传输光信号，在前端需完成电―光转换，进入用户区后要完成光―电转换。

经过多年的试验和尝试，结合当前无源光网络和以太网技术的发展，EPON＋LAN或EPON＋EPCN(Ethernet Passive Coax Network)方式是最合适当前HFC双向改造的方案。HFC双向改造方案基于EPON的LAN入户和Cable入户方式的结合，可以充分保护有线电视HFC网络投资，并把目前的以单向分配为主的网络结构，向具有多业务承载能力的双向宽带信息网络演进，帮助运营商成功实现战略转型。

EPON＋EPCN 组网的方案适合对旧区进行改造。对于老小区，线路的重新改造可能会存在多方面的阻力，难以实施，建议采用EPON+EPCN改造方案。OLT S7500E利用原有HFC网络的分前端光纤到园区机房分光器，头端放在小区光节点位置，终端放在用户家里充当家庭CPE设备接入用户终端。 同轴分配网络就是从CATV光节点位置到用户家里的网络，除了同轴线缆以外，还包括有源放大器，分支/分配器等设备。H3C提供两种不同形态的EPCN头端设备。统一光站设备是将光端机、EPON ONU和EPCN局端设备以组件方式设计的融合型光站设备，同时三个功能单元是可选配的，这种设备形态适合新建光站并进行双向化的场景。另一种是单独的EPCN头端设备，需要和其他设备通过线路进行互连。

EPCN头端设备把以太网数据调制后，通过信号混合器把数据信号和CATV信号混合，混合信号通过同轴分配网传送到用户家里。用户家里的EPCN终端设备再把太网数据信号和CATV信号分离，数据信号通过以太口向下传递给PC，CATV信号通过同缆传递给电视。该方案示意图如图2所示。

该方案具有以下几个方面的优势：

1) 带宽足够，支持业务丰富。H3C的EPCN，物理层速率可达200Mbps，MAC层带宽可以达到100Mbps。而且采用的Qos机制和TDMA下行机制可以保证用户增加情况下的负载均衡，可以支持点播和上网业务。

2) 部署灵活。可放置于小区光节点，完成广覆盖；可放置于楼道交接箱，完成密集覆盖；可过电，跨接放大器。

3) 高安全性。用户间二层隔离；使用AES加密。

4) 管理方便。EPCN头端可与EPON设备统一网管，并对用户端设备集中管理。

EPON+LAN组网方式适合应用于新建小区。有线电视网原有HFC网络的分前端光纤到小区机房分光器。在楼栋分为两种场景：第一种场景是光纤到了每个单元，且用户带宽需求大，业务品质要求高，网管效果要求高，可以在单元内部署ET716/ET724 ONU，直接通过ONU上密集的以太端口进行用户接入；第二种场景是光纤只到楼宇，ONU再通过五类线方式接入单元的楼道交换机，然后入户，这种方式可以降低成本，同时满足多业务开展以及基本网管的需求。根据多业务开展的需要，在用户侧增加家庭网管设备RG210，完成对多业务终端的接入。下行的CATV业务通过原有的HFC线路承载，EPON + LAN承载数字电视点播信令回传和宽带上网等多业务，双线入户，一劳永逸地解决HFC网络双向问题。

该方案具有以下几个方面的优势：

1) 节省成本。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；

2) 高带宽接入。1000M到小区，100M到楼道，10M到户，用户接入带宽高；

3) 无干扰。单位用户独占线路资源，不存在相互干扰的问题；

4) 承载能力强。――技术成熟，充分满足未来多业务接入的需要。

3 软件技术

由于三网融合的特点，未来的应用软件需要适应于不同的操作系统、不同的网络环境中。操作系统能及时处理并发的大规模服务请求，并且能具有高可靠性的响应，要具有不同的调度策略处理数据包传送的优先级、数据流量的平衡等方面，最终支持各种应用软件所需的特性、功能和业务。

4 结束语

三网融合对于全面推进我国国民经济和社会信息化，加快培育战略性新兴产业，促进经济社会发展和满足人民群众需要，具有十分重大的战略意义。三网融合是一次难得的发展机会，当然也是非常大的挑战，关系到行业的未来发展，对相关企业影响巨大。它不仅是将现有网络资源有效整合、互联互通，而且会形成新的服务和运营机制，有利于信息产业结构的优化以及政策法规的相应变革。三网融合以后，不仅信息传播、内容和通信服务的方式会发生很大变化，企业应用、个人信息消费的具体形态也将会有质的变化，并能带动经济全面发展。据统计，三网融合后将会给产业链相关各方带来空前巨大的商业机会，将成为我国经济的一个新型支柱产业。

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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文