有线数字电视双向网改造研究

周建如

摘 要：作为三网融合的重要组成部分，有线数字电视的双向化改造工作具有重要的现实意义，但当前我国有线电视的双向互动率还相对较低，而且网络功能与实际的业务需求还有一定的差距。该文对有线数字电视双向网改中存在的信息分组丢失问题、内部成本控制等问题进行研究，对更好地促进有线电视的双向网改造有一定参考价值。

关键词：双向网 双向接入 信息分组的丢失率 成本控制

中图分类号：TN943.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0011-02

在有线电视发展的后期，随着有线电视的数字化发展，有线电视网络逐渐进入到双向化改造阶段。2010年国务院通过了“三网融合”的决议，要将有线电视网、计算机网以及电信网整合成一个统一的信息网络，而双向网改造是其中重要的工作内容。

有线电视网络是本地区信息基础建设的基石，在进行有线数字电视的双向网改造过程中，设计双向网络时要满足以下条件[1]。（1）具备标准性。有线电视双向网的软硬件平台要满足国家规定的相关标准，同时应具备一定的开放性。（2）经济可靠性。有线数字电视的双向网改过程中需要大量资金，为提高收益并保证有线电视的双向网络可靠运行，需要控制成本、提高网络系统的通信效率。（3）可扩展性。双向网改应该尽可能地采用成熟的先进技术，并要满足将来用户的升级等需求。

1 双向网改中的问题及策略

我国从2010年开始进入了三网融合的新发展阶段，目前在双向网改过程中仍然面临着一些问题。

在双向传输网方面，首先是网改的整合改造面临一定压力。对网络进行改造首先要整合不集中的网络，充分进行三网融合的基础上才能保证双向网改的顺利进行；但由于广电网络不是统一建设的覆盖网，因此在双向网改过程中不仅需要将单向传输网络改造为双向传输网络，还需要整合不同地市的网络，这需要很大的资金支持。在市场运营方面，不同级甚至是平级的有线电视也没有进行整合，这种分散的网络无法保证有效利用广电的高带宽资源，在这种情况下进行双向网改面临的成本可以想象。另外，在双向网改实施过程中，缺乏统一的规划，宽带技术选择上一般都是自主进行；而且接入设备标准的不统一也导致设备难以互连互通。

针对双向网改面临的问题，可以提出相关的解决策略[2]：（1）虽然双向网改有很多改造方案，但CMTS与PON+EOC应用较多；其中CMTS接入技术应用的比较早，但由于存在接入带宽有限、漏斗效应严重等缺点，所以它并没有得到普及应用。就EOC接入技术而言，广电运营商推荐的标准有HomePlug AV、HiNOC等，但并没有一个统一的标准，因此指定统一的标准是解决此问题的关键。（2）广电运营商建立自己的IDC。互联网的增值业务最终也会托管到IDC中，广电运营商如果建立自己的IDC，不仅会掌握内容权，而且还具备一定的网间结算优势。另外，针对广电系统的IDC——MCC可以托管海量多媒体业务和互动应用媒体内容，这些都会降低双向网改过程中的出口带宽成本。（3）双向网改工作也在农村地区实行。虽然农村地区建设有限电视网络的成本较高，但其市场尚未饱和，在不需要重新布线的情况下，就可以利用同轴电缆进行双向改造。

2 有线电视双向网接入技术

目前有多种有线数字电视的双向接入技术，国内使用的主要有：CMTS接入技术、EPON+EOC技术和EPON+LAN技术。

CMTS接入方案主要使用在光纤到小区的应用场景，曾经是有线电视双向网改的首选技术。CMTS接入方案能够为双向网的实现打下坚实的基础，借助同轴电缆接入到用户家中，然后使用用户的Cable Modem进行信号的调制解调。CMTS在HFC网络中起着互连的功能，实现诸如射频解调、数据转发以及协议处理的功能，光网络的上下行传输分别使用单独的网络实现，彼此之间不存在干扰，电视信号能够单向传输给用户，并且可以提供双向的数据信号。CMTS满足如下的工作原理：模拟信号依次经过前端、光节点、双向放大器以及分路器、TV等；CMTS统一管理控制数字信号，并依次经过混合器、光节点、双向放大器、分路器以及STB、TV；计算机网络信号依次经过服务器、CMTS、混合器、光节点、双向放大器、分路器以及CM、PC。

CMTS接入系统网络结构中包含A平台和B平台两个网络，在实际应用时整个环节是这样的[3]：（1）同轴电缆以及光纤传输过程中都会有一定的损耗，为使用户接收到高质量的信号，需要在楼栋集中的地方部署一个双向放大器，然后再使用同轴电缆接入用户家庭，覆盖用户数不超过500户；当然，更好的选择是以集中接入的星型网络为主，采用全光站到小区，然后再使用同轴电缆入户，光站覆盖用户数150～200户左右。（2）用户家中存放一个Cable Modem设备，完成信号的解调后再提供信号给STB；PC端会接收到诸如增值业务、视频点播在内的数据信号。（3）A平台将电信号转换为光信号后，光发射机将其发送到光纤中，并在接收端的光工作站进行光电转换；B平台将A平台的单向传输电视信号和下行传输数据汇聚起来，然后放大后通过同轴电缆传输。

CTMS接入技术有美国和欧洲两种标准，我国采用的美国的DOCSIS标准。CTMS技术的优势是能够充分利用之前的传输介质，不需要重新布线，因此实施成本相对比较低；在接入初期，用户能够随时开通业务，而且改造也相对简单，但随着后期用户的不断增加，其下行速率非常有限，因此难以满足未来用户的接入需求。美国等国家广泛采用此方案是因为其用户居住相对分散，而国内用户居住相对集中，不适宜采用CMTS方案。

LAN技术多用于有线电视双向网改的用户接入端，EPON+LAN方案能够将光纤接入到楼宇，并对A平台网络和B平台网络分别进行双向化改造，EPON设备和汇聚交换机联合在分前端传输上下行信号，传输过程中A平台和B平台使用不同的波长。在传输时[4]：（1）A平台的分前端，为了接入更多用户，电信号会先被转换为光信号后再传输，流经光发送机经过电光转换后由分路器进行网络分配。B平台的分前端由汇聚交换机和OLT联合传输信号，并最终将信号传输到楼宇。（2）在实施从分前端到小区的线路时，要注意EPON+LAN方案具有双网覆盖、双纤三波的模式，所以要合理考虑光纤数量，还要留有一定冗余，以提高网络性能。（3）光信号传输到楼宇后，楼宇内配置的设备将其转换为射频信号后再进行接入：A平台是通过同轴电缆直接传输给终端用户，B平台则采取就近供电的原则，通过五类线接入用户。EPON+LAN方案不仅具有较低的建设成本，而且接入用户的带宽性能也相对良好，即使B平台出现故障，也不会影响有线电视信号，因此方便将来的业务扩展。但与此同时，接入时需要五类线，这需要重新布线，所以此方案对新的居住小区可能更加适用。

太网无源光网络（EPON）是一种新型的无源光纤接入技术，不仅传输可靠性比较高，而且传输距离也比较长，同轴电缆（EOC）接入技术采用频分复用的方式借助同轴电缆传输信号；在光纤到楼的应用场景中，可以结合EPON+ EOC技术将原有的单向传输网改造为双向网，此时EPON实现双向网的分前端，用户接入端使用EOC技术，然后用同轴电缆传输信号。和EPON+LAN方案类似，EPON+ EOC接入技术在分前端的传输是一样的，只是在接入端有所不同：在B平台，数据信号依次经过分路器、ONU设备接到EOC头端进行调制，然后与A平台的信号一起接入到用户。

在各种光接入网应用类型中，FTTH（光纤到户）是最靠近用户的，它将光网络单元安装在用户处，这样可以在提供高带宽的基础上增强网络对数据格式、速率、波长等的透明性，从而在放宽对环境条件、供电等的前提下简化维护及安装。相对于其他光接入类型，FTTH具有如下特点：（1）无源高带宽。从局端到用户基本上是无源的，而且带宽较宽，符合运营商的大规模运用方式。（2）适用于新业务。光纤可以直接接入到用户，因此其波长、带宽以及传输种类都不会有所限制，比较适合引入新的广电业务。（3）成本逐渐降低。随着技术的不断发展，FTTH的成本也在不断降低，甚至不久后会和DSL以及HFC的成本相当。

3 双向网改中信息分组的丢失率问题

对于单队列单服务器门限服务系统而言，信息分组的到达过程满足参数为λ的泊松分布，并且服从先来先服务的原则。每当缓冲区中的所有信息分组被第一个单队列服务完毕后，服务器就会空转一次。当信息分组数比缓存容量大时，就会导致信息分组出现溢出，从而导致信息分组的丢失。经研究，对于缓冲区容量为S的缓存系统，信息分组的丢失率等于丢失的信息分组数目和缓冲区中信息分组总数的比值。对于单队列单服务门限系统而言，信息分组的丢失率与信息分组的到达率成正比，与缓冲区的容量成反比。

当选择缓冲区容量S为3时，实验得到的信息分组丢失率相关数据如表1所示。

当选择缓冲区容量S为4时，实验得到的信息分组丢失率相关数据如表2所示。

由表1和表2可以看出，随着信息分组的到达率增加，其丢失率也相应增加；随着缓冲区的容量增加，信息分组的丢失率降低。

对于双队列单服务门限系统而言，两个队列的信息分组到达都满足参数为λ的泊松分布，而且也都是按照先来先服务的原则。服务器在服务两个队列的信息分组的中间，会经过一个转换时间，在服务完第一个队列后，经过转换时间再服务第二个队列，然后再经过转换时间后再服务第一个队列，依此类推。不论哪个队列的信息分组数大于缓冲区的容量，都会导致信息分组溢出，从而产生信息分组的丢失。在丢失率问题上，双队列单服务门限系统信息分组的丢失率与信息分组的到达率成正比，与缓冲区的容量成反比。

4 双向网改的成本分析和控制

从市场化运营发展的角度来看，控制双向网改的成本有重要的现实意义；随着有线电视行业的不断发展，双向网改的内部成本控制会直接影响企业的发展和前途，所以为了提高经济效益，有必要下大力气控制双向网改的成本。

按照COSO内控体系的理论可以将一个内部控制系统分为内控环境、内控活动、风险识别以及监督、沟通5个组成部分[5]，双向网改的内部成本控制分析可以从这些方面入手。

（1）内控环境方面的双向网改成本分析。内控环境主要表现在管理、人员素质等软实力上，在有线电视的双向网改实施初期，由于时间、进度等因素的影响，实施人员一般会根据经验来粗略的规划预算，或者是随着双向网改项目的实施不断修改预算，使预算失去了原有的意义，从而造成有线电视双向网改的成本往往居高不下。（2）风险识别方面的双向网改成本分析。双向网改工程涉及的资金一般比较大，但很少会设置相应的风险主控统筹部门；在对施工单位的招标选择上，招标入围选择不够严谨，缺乏风险评估。（3）内控活动方面的双向网改成本分析。在立项阶段，粗旷的预算很难有效监管双向网改工程；在实施阶段，施工整个阶段的全程监控难以面面俱到，或者不能严格的监管工作量和对应费用；在完工阶段，要完成的主要工作包括退料、项目验收、结转资产等，但由于双向网改竣工验收工作执行不力，这一方面也会间接影响双向网改成本。（4）信息沟通的双向网改成本分析。双向网改工程进行过程中，经常会需要传达与网改相关的各种信息，但信息的传达缺乏一定时效性；另外，很少有双向网改工程会专门设置专职的信息复杂人，这可能会造成双向网改施工人员难以及时的将施工中出现的问题反馈到管理部门，信息沟通的这种问题也会导致投资决策，从而影响网改成本。（5）监督方面的双向网改成本分析。双向网改的流程审批过程中，一般都会存在同一部门多人审批的现象，这样容易造成对口关系的职责界定不清的问题；常规性监督执行不力，监工主要靠抽查，这无疑也会导致双向网改的施工成本虚增。

针对有线电视双向网改中的成本问题，可以进行如下改进：（1）组织结构方面的改进。首先要设立专门的双向网改风险管控部门，并增加双向网改工程实施部的统筹职能。（2）当前双向网改项目的规章制度一般都是部门发文的形式，但不同部门的发文界定的范围有所不同，为避免双向网改受到内部控制的制约，需要出台统筹性的文件和制度，以引导双向网改成本管控。对于不同的双向网改项目，还需要建立相应的考评制度，将考核指标和双向网改管理人员的待遇挂钩，从而提高员工参与双向网改内部成本控制的积极性。（3）内控活动中的双向网改成本控制改进方案。在立项时，注重可行性报告的编制工作，一定要确定双向网改项目可行的基础上再进行项目立项。

5 结语

该文首先介绍了双向网改中面临的一些主要问题，并对应提出相应的解决方案，然后阐述了主要的双向网接入技术，分别说明了各种技术的特点及优缺点；为提高双向网改的网络传输质量，分析了双向网改中存在的信息分组丢失问题；为降低双向网改的成本，深入研究了影响双向网改成本的因素，并提出相应的改进方案；这些研究对更好地促进有线电视的双向网改造有重要的参考价值。

参考文献

[1] 杨亚伟.有线电视双向化网络中信息分组丢失率分析[D].云南大学，2014.

[2] 王凯.基于同轴电缆调制技术实现有线电视双向因特网接入网络改造设计[D].内蒙古大学，2014.

[3] 张平.EPON技术在有线电视HFC双向网络建设中的应用研究[D].西安电子科技大学，2009.

[4] 李永忠，成勇，孟北方.湖南有线郴州公司EPON+基带EOC双向改造试点经验[J].中国有线电视，2010（1）：36-41.

[5] 李焕祥，孟晓华.EPON+EoC技术在根河市得耳布尔镇有线电视网络双向改造中的应用[J].科技资讯，2014（18）：25-26.