广电接入网中双向HFC和以太网比较(上)

 如何建立一个高性能价格比的数据网络，在骨干层上业界的意见趋向一致，但是在接入网上争论很多。现有的广电网络数据接入网基本有两种形式，一种是双向HFC方式，另外一种是以太网方式。贝尔实验室最先提出了HFC（光纤同轴混合系统）的概念。

以太网作为一种局域网技术存在和发展已有20多年了，技术非常成熟，原来基本上用于楼宇内部的计算机网络，直到最近才将其应用于接入网。原因有以下几个：一是最近几年来，以太网技术本身有了长足的发展，端口速度不断提升，功能也不断加强；二是近年来光节点到用户的距离比以往缩短了很多，在一定程度上弥补了以太网覆盖范围较小的问题；三是近几年新建楼字大量采用了综合布线系统，为采用以太网技术的接入提供了部分媒质条件；四是以往的以太网作为一种局域网技术，各用户之间的信息是以共享为目的，因此用户之间是没有信息隔离的，这对于提供公众电信服务的接入网来说，是致命的危害。最近出现的基于以太网的接入技术是通过改进克服了以太网用于接入的不利因素而发展起来的。它可以基本上解决接入信息安全、流量控制、网络管理和计费等困扰运营的问题。

下面从网络安全性、数据速率、投资成本、承载业务和运行维护这4个方面对双向HFC网和以太网接入方式进行比较。

1．网络安全性

⑴．数据安全性

有一种模糊的认识认为双向HFC是共享型的网络，安全性差。实际情况并非如此,1999年发布的DOCSIS1.1标准大大增强了双向HFC网络的QoS，使CATV网络能够提供较高质量的服务。在DOCSIS标准中，CM用户想要上网需要和CMTS有一个握手的过程，具体过程如下。

第一步，CM搜索下行频道，获取上行通道的参数，检测SYNC信息，初始测距。

第二步，CMTS对CM发来的信息进行自动调整，分配一个SID（ServiceID）并为之分配相应的带宽。然后开始Adminssion控制。CMTS为CM分配一个临时的SID，并将CM放到ForwardingTables中，CMTS发出MAP信息（MAP是由CMTS在下行传输通道中发出的短MAC信息，这个信息对每个CM在传输资料时采用什么频点，何时可以传输资料进行了规定），CM根据新的设置与CMfls进行新的测距，CM根据这次测距的结果通知CMAdmission是否成功。

第三步，开始IP连接过程，CM向DHCP（动态地址分配服务器）服务器发出请求，DHCP服务器返回IP地址和子网掩码，CM配置文件的名称和TFTP（文件传输服务器）服务器的地址，TOD（时间服务器）服务器的地址。CM再分别向TOD和TFTP服务器发出请求，时钟同步完成和拿到TFTP，给的配置文件后开始注册。CM向CMTS发出注册请求，CMTS认证后就可以通信了。

双向HFC实际上是一个物理层的结构，同一个CMTS卡的用户共享一条总线，是在HFC这个物理层上承载IP数据流，在RF-MAC层上，CM和CMTS之间的通信要通过以上3个步骤的握手过程，因此双向HFC的网络数据安全性能够满足家庭用户要求，对少数安全性要求高的用户可以采用加密方式。

以太网接入方式也是共享总线型的结构，存在同样的安全性问题。为了解决这个问题，现在实际使用的以太网交换机基本上都支持IEEE802.1Q协议，将每256位或者128位甚至64位用户划为一个VLAN（虚拟子网）,不同子网间的用户需要经过上一层路由器才能相互访问，同时交换机的端口都是相互隔离的。在这种情况下,以太网的数据安全性和满足DOCSIS标准的双向HFC基本相同。⑵．物理网络安全稳定性

双向HFC网络是星树形／总线型结构，目前一个光节点下面带500～2000个用户，上行信道是500～2000个用户共享,存在汇聚噪声的问题。经过这些年的发展，在国际和国内的实践中已经证明了只要合乎设计标准，加强施工工艺，汇聚噪声是完全可以克服的。

在北美和国内上海，青岛，深圳等地都可以看见HFC的成功范例。在经调查已经成功进行双向HFC网络改造的地区，网络的安全性，稳定性都很好，极少出现用户投诉。双向HFC的缺点是星树形网络结构,有一点出现高电平上行噪声可能会影响网络内其他用户。

以太网接入方式在网络中传送的是数字基带信号，是点对点的方式，不存在汇聚噪声问题，也不会因为一点故障影响网络内其他用户。但是以太网中有源器件过多，每一个交换机、光纤收发器都要单独供电、散热、防尘，这些有源部件对网络的影响比较大。笔者在实际工作中碰到过好几次由于上一级交换机供电地点停电断电而导致下一级交换机的用户上不了网。如果交换机和光纤收发器质量不太稳定，在热天散热不好，可能会死机。五类电缆的另外一个缺点是，由于五类线缆比较柔软，施工时很容易被拉伸扭曲，破坏五类电缆的扭绞密度，导致数据信号传不了l00m或者大大降低传输速率。整体比较而言，只要实施了整体的双向HFC改造，双向HFC网络的物理层安全稳定性和以太网比较接近。

2．数据速率

我国在双向HFC最有可能采用的是EuroDocsis标准，下行通道带宽为8MHz，频率范围是108到862MHz,调制方式为64QAM或256QAM，最大数据速率为41.71或者55.61Mbps。上行通道带宽为0.2、0.4、0.8、1.6、3.2MHz，频率范围5～65MHz，调制方式为QPSK或者16QAM，数据速率为320Kbps～10Mbps。假设一个CMTS上插4块CMTS卡(一个CMTS能够插多少CMTS卡要具体看是哪个厂家、哪种型号，GI的BSR64000配齐是13块CMTS卡),如果采用256QAM调制方式,这个CMTS能够支持的最大下行数据速率为55.6×4＝222.4Mbps，假使一个分前端总共带了15000个用户，其中申请了双向业务的为10％（以中国的现有情况，城市个人用户申请双向业务的一般不会超过总用户数量的30％，在众多的ISP竞争中，广电最理想也难以超过50％的市场份额），这样双向业务用户数量为1500户,我们再假设同时在线的双向用户比例为30％，则每个用户分配到的下行速率为222.4M÷（15O00×l0％×30％）＝494kbps这个速率表面上看起来和现在电信推广的ADSL的速率一样，但因为并不是每个在线的用户都在以最大的速率传输数据，绝大部分的用户大部分在网上时间是浏览网页、收发邮件、网上聊天。以上的这些业务对带宽的需求非常少，因此，实际上每一个用户能够分配到的突发带宽在正常情况下能够达到2M～10M。现在以RM格式压缩的视音频码流的速率达到500kbps的时候，清晰度已经超过了普通电视信号，以MPEG-4格式压缩的视频信号码率达到700kbps时的清晰度已经达到了普通DVD盘片的清晰度。

因此，双向HFC的数据速率应该是能够满足宽带网络的要求的。太网接入基本上是汇聚层千兆带宽共享,每个楼栋100M带宽共享,用户端接入带宽10M。传统以太网由于采用的是CSMA/CD机制，在用户量比较多的情况下会造成网络拥塞，利用效率降低，据有关研究统计，以太网的利用效率一般是40％。现在由于交换机在楼栋的使用，在全双工状态下不会产生冲突碰撞，同时VLAN的划分减小了广播域，因此现在千兆以太网的实际带宽大概在400M～900M之间，同等条件下比配4块CMTS卡的双向HFC系统速率要高。在这里要强调一个很现实的问题，即全国广电网络目前没有一家建设了非常完整的本地信息平台，用户80％的

访问量都是去公网的。目前全国绝大部分的有线网络运营商的出口带宽只有10～100M。因此，真正网络带宽的瓶颈并不是在人们激烈争论的接入网部分，而是在骨干网部分。即使给用户100M的带宽，用户也仅仅是在争夺这些有限的出口资源。在笔者实际工作中试过10M和100M的线路同时访问某些国内著名网站,但由于公网出口限制，两者速度基本上没有多大差别，因此现阶段过分追求高接入带宽值得商榷。