HFC网与Cable Modem

　　　信息高速公路已经成为信息社会的一种标志，通过它，我们可以充分享受到高科技给人类带来的便利，没有人怀疑信息高速公路辉煌的前景。然而具体的技术实施方案，经济上可行性的论证，特别是对用户接入网部分，现在仍有许多不同意见。国际权威专家把宽带接入网称作信息高速公路的"最后一公里"。现在用户接入网有多种，如高比特率数字用户线（HDSL）、不对称数字用户线（ADSL）、光纤到路边（FTTC）和光纤混合同轴网（HFC）等。建设全光纤用户接入网不仅需要投入大量的资金，而且完全建成尚需较长时间，而数字用户线技术又不能适应未来的发展，因此HFC技术正受到越来越多的青睐。HFC网靠用户侧的最末端是一个高品质的宽带网--同轴网。话音、高速数据可以通过频分复用方式调制到不同的频段上传送至用户家中，HFC网以其较低的价格和普通CATV兼容的特性逐渐成这最佳的接入网方式之一。

一HFC网与Cable Modem概述

class=wtext align="left">　　HFC由光纤干线和同轴电缆分配网通过光节点站结合而成。一般光纤干线采用星形拓扑，同轴电缆分配网则具有树形结构，这种结构已广泛用于广播电视信号的分配，称为光纤到馈点（FTF）模型。光节点以下同轴电缆网覆盖范围的典型值为2000户。图1为双向HFC网构造。

class=wtext align="left">　　HFC网络是宽带传输网络，一般采用上、下行不对称的频率分割。在前端，各种业务信号如模拟电视信号、数字视频信号、计算机数据信号、电话信号和各种控制信号等通过副载波复用（SCM）方式调制到下行频段的不同频道，经电光转换后用光纤传送到光节点，在光节点进行光电转换后用同轴电缆广播方式传送至用户。用户的上行信号采用多址技术（如TDMA、FDMA、CDMA或它们的组合）复用到上行信道，由同轴电缆传送到光节点进行电光转换，然后经光纤传至前端。为了能够快速推广和节约初期投资，有的厂家生产了单向Cable
Modem，上行数据通过电话线或无线通信方式回送到前端。

　　一个典型的Cable Modem系统简化方框如图2所示。在HFC网络的前端有Cable
Modem前端控制器和管理工作站，前端控制器通过10Base-T、100Base-T或ATM、OC-3等接口与前端交换网络相连，作为Cable
Modem系统与外界网络（Internet/Intranet）连接的桥梁。前端控制器负责对各个用户端的Cable Modem分配带宽，解决信道竞争问题。管理工作站作为集中管理工具，完成对Cable
Modem系统的管理、计费、监测和错误诊断。管理工作站可以管理几十个前端控制器，它与前端控制器可以通过局域网相连，也可以通过广域网（WAN）进行远程控制。用户端Cable
Modem的基本功能就是将上行数字信号调制成RF信号，将下行的RF信号解调为数字信号。虽然从整个网络来看，HFC网是频分复用的，但某一频率上的信道则是被数以百计的用户共享，因此向同轴电缆网上的用户分配带宽和对信道争用进行仲裁就成为Cable
Modem系统的关键技术之一。从这个意义上讲，Cable Modem是一种计算机网络设备，物理层（PHY）和数据链路层的媒质访问控制子层（MAC）协议是它的关键部分。物理层的功能主要是数字信号的调制解调、前向纠错（FEC）编解码等。调制方式主要有QPSK、16/64/256QAM等。通过对数据流进行FEC编解码，实现错误校验。最常用的FEC码是Reed
Solomon码。MAC层主要功能是在共享的单一信道中向多个竞争站点分配带宽。由于同一个信道有数以百计的用户竞争，为了保证效率，大多数厂家的产品都采用了划分时间槽（Time
Slot）的方式。每个时间槽作为基本的带宽单位，由前端控制器负责分配给用户。

二MCNS DOCSIS简介

　　1994年11月，IEEE计算机协会LAN/MAN标准委员会（IEEE Computer
Society LAN/NAM Standards Committee）宣布成立802.14Cable-TV协议工作组，目的是制定适于在CATV系统上传送双向综合业务的标准，包括传送数据、语音和视频业务的标准，特别是要制定Cable
Modem的MAC层和物理层标准。1997年8月，完整的协议草案已经完成，目前正由各成员审议。

class=wtext align="left">　　1995年11月，美国主要的有线电视经营商：Comcast、Cox、TCI、时代华纳、MediaOne、Rogers以及研究机构Cable
Labs发起组织MCNS（Multimedia Cable Network System，多媒体电缆网络系统）合作组织，目的是建立一整套协议以在HFC网络上进行高速双向数据传输，为用户提供Internet等服务，同时使各个厂家的Cable
Modem产品具有充分的互操作性。该组织于1997年3月颁布了HFC网多媒体电缆网络中电缆数据业务接口标准DOCSIS（Data Over
Cable Service Interface Specification）。MCNS DOCSIS于1998年3月初获得ITU通过，成为国际标准ITU-TJ.112B。

class=wtext align="left">　　在实际应用中，虽然802.14是由IEEE制定的国际标准，但是由于它迟迟没有定稿使人们对它的兴趣日益减少。最初约有150个成员参加802.14工作组，但1998年只剩下30多个成员，而且还没有一个厂商宣布开发802.14的MAC层芯片（有厂商宣布开发802.14和MCNS物理层芯片，因为两者的物理层很相似）。与此相反的是越来越多的厂商支持MCNS（除了最初的各大有线电视经营商之外，还有如北电网络、3Com、AD、Broadcom、NEC、GI、松下、Rockwell、Stanford
Telecom、SA、惠普、日立等）。1998年以来，各大公司纷纷推出自己的Cable Modem产品。这时，国际权威组织Cable Labs开始进行兼容性测试。1999年起有厂商通过"Cable
Labs Certified"证书，获得证书的厂商可以和其它的厂商完成互通性的测试。

四系统解决方案

1．总体系统设计

　　许多Cable Modem提供商在HFC网络上有多年的实践经验，在国内也拥有大量的客户，以下为典型的网络建设方案：

class=wtext align="left">　　建设几个多媒体网络系统样板小区，有1000户人家；每个光节点覆盖用户为50~100户。要求将Cable
Modem的前端设备置于网络中心，将光纤延伸到楼，在光节点以下使用同轴电缆，用户通过同轴电缆连接Cable Modem。在业务上，要求除了传送正常的模拟视频信号，还提供视频会议、高速上网和企业间互联的业务。

class=wtext align="left">　　符合MCNS标准的CMTS前端设备的下行带宽为38Mb/s。视频会议所需要的带宽为384kb/s。我们考虑整个用户中有1/4有可能并发使用，则每台前端设备支持400个Cable
Modem用户。因此，对于1000个用户需要使用2~3个近400kb/s的带宽。以下将对整个系统方案的特点进行论述。

2．解决方案的特点

class=wtext align="left">　　a.在有线电视网上实现数据网互联充分利用现有的HFC有线电视网结构，为用户提供性价比极佳的互联网手段，实现有线数据网络的互联。

　　b.支持多项网络业务

　　Cable Modem可以在不改变HFC网络结构的情况下，利用HFC网络传输数据。其传输速度比传统的广域网互联手段如64kb/s、384kb/s、E1/T1等要快得多，而且同样是24h在线工作。由于以上特点，使得Cable
Modem可以支持更多的网络应用。

（1）企业网络互联

class=wtext align="left">　　构筑企业网络互联时，需要考虑到每个子网之间都有数据流传出或接收。对每个子网而言，无论是上行数据还是下行数据传输速度都是对等的，越快越好。

　　新一代Cable Modem产品支持上下行速度达到38Mb/s和10Mb/s的传输速率，特别是上行速度达到10Mb/s的传输速度，因此可以更好地支持对称型企业网络互联应用。

（2）视频会议

　　在构筑了高速企业网的基础上，Cable Modem可以支持视频会议应用。

class=wtext align="left">　　在每个子风端配置Intel或Picture-Tel基于384kb/s传输质量的视频会议设备，通过Cable
Modem互联，能够达到30帧/秒的全屏显示，其中包括语音传递。

（3）个人主页服务

class=wtext align="left">　　传统Internet用户通过拨号访问Internet，无法24h在线，即使制作了个人WEB主页，仍然无法让其它用户随时访问其信息。采用Cable
Modem后，24h保证用户连接在Internet上，为普通用户或小型企业制造低成本个人网页提供了可能。

c.系统保密性

　　一般的Cable Modem具有第二层网桥功能，可以实现IPX、NetBEUI等协议过滤，IP地址、MAC地址锁定等。

d.系统安全性

　　从主干网络设备的交换机到Cable Modem设备，全部支持Spanning Tree算法，因此，每个网络都可以通过多个链路构成冗余连接，确保网络系统安全。

e.网络管理功能

class=wtext align="left">　　网络管理软件既可以让管理人员足不出户完成整个网络的配置，又可以通过网络监控等功能完成对用户使用权限的设置。通过开放的Access数据库，开发三方增值软件。

f.灵活的扩展性

　　如果今后用户或子网的数量增加，只需增加Cable Modem的前端设备和用户端设备；如果网络中心交换设备端口不够，则只需叠加网络交换设备。

g.保护投资

　　同时要保证Cable Modem加网络设备整体解决方案的体系结构灵活，接入有线电视网后，完全不破坏原有电视网络的结构。随着设备的升级，网络性能会得到提高，而原有设备则可以继续保留使用。

　　Cable Modem作为一种在HFC网上提供数据业务的设备，已经在中国有了应用。相信在明年，Cable
Modem一定能够给更多用户带来宽带的接入网解决方案。

摘自“上海广电”