构建NGB多业务PON融合网络

李 维

(深圳市天威视讯股份有限公司，广东 深圳 518036)

构建NGB多业务PON融合网络

李 维

(深圳市天威视讯股份有限公司，广东 深圳 518036)

根据广电运营商业务发展的需要，结合天威视讯网络现状，提出了适合广电行业的多业务融合无源光网络架构。由于PON技术在广电接入网方面具有突出的优势，在现有网络上构建满足多业务要求的融合PON网络将影响深远。介绍了多接入方式并存的PON融合网络架构。最后，分析如何在融合PON网络平台开展基础业务、增值业务和ICT业务。为广大广电运营商推进光网的双向改造提供了参考。

融合；多业务；无源光网络

随着Internet技术的高速发展，高清视频、物联网、VoIP、在线支付、大数据、云存储、可视通信、视频监控、互动游戏、远程医疗等融合型“互联网+”业务的快速崛起。用户对于网络品质和带宽的需求越来越高，电信运营商的宽带接入方式正经历xDSL、LAN到PON的演变，广电运营商采用CMTS、EoC、C-DOCSIS、FTTH等技术实现网络双向改造，开展宽带和互动电视、语音电话等三网融合的业务。实现广电业务与互联网业务的融合发展才是未来广电网络发展的方向。广电运营商必须有效解决融合网络的挑战，改变长期以来广播电视产品单一的劣势，建设广播电视和分组交换融合的扁平化网络[1-2]，通过交互电视、智能家居、物联网服务及其他增值业务的融合来迎合智能终端日益多样化的需求。

1 PON接入方式的优势

PON(无源光网络)网络由以下3部分构成：局端设备OLT(Optical Line Terminal)、用户终端ONU(Optical Network Unit)和连接两者的ODN构成，两大主流协议标准有ITUT制定的GPON和IEEE制定的EPON。OLT通常放置于运营商机房，ONU放在用户端或者楼内弱电井。PON上下行的数据传输采用波分复用技术，OLT使用1 490 nm波段在同一光纤上提供数据的下行传输， 而ONU使用1 310 nm 波段提供上行传输，从而实现单纤双向传输。

对于广电运营商而言，同轴网络覆盖范围广，实现双向网络的改造，用户端改动较小，不过同轴网络对信道质量要求较高。PON(无源光网络)采用光纤进行传输，光纤网络具有频带宽、传输量大、损耗小、误码率小、抗干扰的先天性优势，很好地弥补了同轴电缆在网络数据传输方面的不足。PON无论是占地空间，还是设备、成本都比AON(有源光网络)要低得多，并且是在接入网中去掉了有源设备，避免了可能发生的电磁干扰和外部设备产生故障的情况，可靠性能更高。未来接入网的发展方向是有源逐渐向无源的转变。

2 PON技术在广电的应用

广电运营商充分利用现有的HFC网络，采取DOCSIS,EoC,C-DOCSIS等技术不断将光网向用户侧推进，部分运营商采用FTTH全光网到用户端的解决方案。在最新的《有线电视网络光纤到户技术白皮书》中提出了RF混合、I-PON和RFoG种这3典型的FTTH技术解决方案。其中RF混合是视频广播电视+基带PON双平台叠加模式；RFoG是基于DOCSIS协议的全射频传输模式；I-PON是基于以太协议的全基带数字传输模式，这3种方案均结合了PON网络技术。

广电实现FTTH虽然有一定的基础，在前期部署HFC网络已经实现光纤到路边。如果全网更换终端和管线，不仅改造成本高而且不现实，在发展宽带业务的同时也应兼顾电视业务，而且同轴网络仍有一定的发展空间，通过更高调制方式和频谱拓展也能进一步提升带宽。而从长远来看，同轴网络难以支撑高速发展数据业务，逐步升级为FTTH是多数运营商的共识。如何处理这种看似矛盾的网络改造问题，最好的办法是循序渐进地进行网络改造。建议分片区实施，光纤网络逐步向用户侧推进，有条件的区域可直接建设FTTH网络，例如在新接小区、零散小区和商业楼宇等。在改造的过程中，充分利用现有设备和管道。因网络升级改造具有复杂性和持续性，所以在这个过程中会出现多种接入方式共存的融合网络。FTTH中的ODN可单纤部署，亦可双纤部署。为更好地保证系统的扩展能力，建议ODN采用双纤部署的方式。

3 基于PON技术的融合网络

深圳天威视讯是国内最早成熟应用DOCSIS技术的运营商，采用“CMTS+CM”模式开展数据业务。在近些年的宽带网络提速升级过程中，原有DOCSIS网络的瓶颈日趋明显。建设一张多业务、高品质、可拓展的融合网络显得日趋重要, 并提出“网络融合、技术融合、业务融合”为发展方向,逐步实现业务的多样化转型，同时兼顾个人客户、集团客户需求。在实现FTTH网络过程中，采取光缆横向覆盖和纵向覆盖分步推进的思路，首先实现光纤到楼、局部光纤到户,逐步实现光纤向用户侧推进。并对全网用户的小区和楼宇归类，根据业务和资源部署情况，前瞻性地做好光纤资源规划和灵活选择接入方式，实现商业楼宇和新增小区业务快速接入，同时为将来要扩容和改造预留资源。

结合业务演进方向对原有的网络进行改选，提出一种适合开展多业务的PON融合型网络架构(见图1)。从内容平面来划分，由IP数据网和电视视频网络两个平面构成。从网络结构来划分，包括融合的核心网络和汇聚网络，以及多种接入方式并存的接入网。

图1 PON融合型网络架构

3.1 融合的核心网络

核心网络主要由业务、支撑、管理平台组成。核心层的各业务系统采用集中式部署，保持原有各种业务系统核心功能相对独立的架构。核心网络主要由业务、支撑、管理平台组成。核心层的各业务系统采用集中式部署，保持原有各种业务系统核心功能相对独立的架构。

广播和交互电视业务由数字电视前端(DVB)、视频点播系统(VOD)、时移交互系统、音视频内容集成平台(CIP)等子系统密切配合完成。

语音业务采用IMS (IP多媒体子系统)对VoIP信令和媒体进行调度。

WLAN无线业务由接入控制器(AC)和Raudis、Portal等模块配合对无线接入的用户统一进行认证、管理和流量调度。宽带业务通过BGP和OSPF动态路由协议进行调度和引流至Internet、IDC、CDN等业务系统。

以上业务系统功能的实现，当然离不开支撑和管理平台功能模块的配合和支持。在全业务运营的网络中[3]，这些功能模块可以同时为多个业务系统服务。支撑平台包含面向客户的客户BSS和面向网络运营和管理的OSS[4](如DHCP，DNS，CAS，BRAS等)。统一网管通过SNMP协议和北向接口对全网设备进行实时的流量和告警监控、设备配置、业务管理。BSS作为业务录入和用户信息数据库后台，并和多种业务系统对接，灵活地维护用户和业务的关系。在业务的管理和鉴权方面：DOCSIS的终端沿用DHCP基于CM MAC地址的认证模式；PON终端通过BARS进行认证和控制。

3.2 融合的汇聚节点

汇聚层的数据平面主要由业务汇聚路由器和BRAS(宽带接入服务器)构成。BRAS负责终结个人用户的PPPoE连接、汇聚用户的流量，与BOSS和RADIUS配合实现用户接入的认证、计费和管理功能。在改造初期，从节约成本的角度考虑，建议采用“集中式”BRAS方案，将BRAS放置在核心机房，各汇聚机房由交换机直连核心机房BRAS设备。当用户发展到一定规模后，采用“分布式”BRAS方案, 将BRAS放置在汇聚机房，降低单台BRAS设备的承载用户数。业务汇聚路由可作为集团客户专线的接入网关、组播业务网关以及MPLS VPN的PE(Provider Edge)功能。在用户分布较为分散的片区，可将OLT设备放置在汇聚层机房；在用户分布较为密集的片区，建议将OLT设备下沉至片区接入机房，可以减少主干光缆的纤芯占用量。

汇聚层同时承载电视分发和推流功能。QAM设备负责DVB广播信号直播，IPQAM设备的主要功能是将IP视频转换成射频信号，1 550 nm光发射平台负责将直播和点播的调制信号经混频和光电转换后发送到用户端。射频点播上行通过IP数据通道和平台进行交互。

3.3 多种接入方式并存

根据资源分布情况和用户的业务需求灵活选择接入层的方案，可采用单一或者多种技术混合的接入模式。

3.3.1 PON+C-DOCSIS接入方案

C-DOCSIS是CMTS接入技术的分布式演进方向。基于PON的C-DOCSIS接入方式极大程度地保留原有Cable网络和集合PON网络的优点，并且将原有CMTS下的用户平滑过渡到C-DOCSIS网络。CMTS下的用户无需更换Cable Modem终端和机顶盒，室内HFC网络也无需变动。采用支持DOCISIS3.0协议的C-DOCSIS接入技术，光节点由小区下移到了楼栋，节省了机房空间。同轴电缆媒体转换器(Coax Media Converter，CMC)采用桥接模式，完成DOCSIS RFI协议的L2转发；DHCP Relay和IP bundle的L3功能在OLT上完成。电视直播由QAM推流到楼栋CMC和PON宽带信号混频后通过同轴电缆传输到用户端。C-DOCSIS网络通过多通道捆绑技术，最大可提供800 Mbit/s的带宽接入。这种接入模式适合在已有双向HFC网络的小区进行改造。PON+C-DOCSIS接入方案拓扑如图2所示。

图2 PON+C-DOCSIS接入方案拓扑

3.3.2 GPON单线接入方案

GPON单线入户的FTTH是一种All-IP模式，在带宽、QoS保障等方面具有良好的可扩展性并且应用很成熟，主要特点是数据、语音、视频等多业务均由IP通道承载。对于广电运营商而言，这种模式适合在没有HFC覆盖的新接入小区、人员密集的城中村和商业楼宇进行推广。电视和数据业务均通过ONU设备单线接入PON网络。直播和交互节目的终端使用OTT盒子通过IP通道进行传输。GPON的理论最大速率可达2.5 Gbit/s，未来可演进为更高的速率。当然，这种PON单线入户方案是借鉴了电信运营商的成功经验，采用这种方式时要做好光缆资源的预留，以便将来能够演进成更符合广电特色FTTH的技术方案。GPON单线入户方案拓扑如图3所示。

图3 GPON单线入户方案拓扑

3.3.3 同轴+光纤双线接入方案

同轴+光纤双线入户的技术方案电视信号继续沿用原有的射频信号，新叠加的PON网络用作数据网络。适合的应用场景：1)在HFC网络，但没有进行双向改造，将RF光信号向用户侧延伸，叠加PON数据网络；2)在已有RF双向网络的区域，叠加PON网络满足高速增长的数据流量需要，电视广播信号和交互数据由原有的RF线路接入、宽带等数据业务使用PON线路。这种双线入户的模式可以作为全光网FTTH的一种过渡方案，建议入户光缆采用双芯皮线光缆，其中一芯用于数据通信，另一芯留作备用。光纤+同轴双线入户方案拓扑如图4所示。

图4 光纤+同轴双线入户方案拓扑

3.3.4 RF混合两纤入户方案

RF混合双纤入户是典型的“两纤三波”光纤到户技术方案。下行业务采用RF和基带数字两种传输模式，分别调制到不同光纤信号上，数据的上下行信号在同一芯光缆上传输。射频广播信号和PON上下行数据传输通道完全分开，避免了多波长间的干扰。CATV广播信号由光机接收后通过RF接口传送给机顶盒；数据信号经ONU接收后通过以太接口传输给计算机或者家庭网关。采用这种技术方案，网改投入较大，同时技术也不是非常成熟，正式商用仍需时日。RF混合两纤接入方案拓扑如图5所示。

图5 RF混合两纤接入方案拓扑

4 PON网络的多业务承载

网络技术的进步促进业务的发展，广电运营商从单向的有线广播电视网络发展成双向的交互网络[5]，并向多元混合接入网络方向演进，利用PON接入技术的多业务承载特性，发展成具有广电特色的全业务网络。适应了移动互联网的发展趋势，拓展WiFi无线接入，实现有线到无线网络的延伸。同时，广电行业顺应“互联网+”的时代大潮，利用自身的固网优势，为客户提供智慧城市和ICT行业的联网解决方案。广电融合PON网络多业务平台如图6所示。

图6 广电融合PON网络多业务平

4.1 电视业务

电视业务是广电运营商的核心业务，做好“TV Anywhere”或者“TV+”显得尤为重要。电视的呈现不再拘泥于传统的广播式直播，随着移动互联网时代的到来，发展多平台兼容、多种呈现形式的电视以符合用户需求，为此电视前端系统的建设要结合移动化、个性化、定制化的特性，例如开展OTT移动电视业务、酒店定制化电视业务等。随着视频高清化、智能化终端技术的快速发展，用户对高清视频也越来越迫切。特别是近两年虚拟现实(Virtual Reality，VR)和4K技术的发展，可以预见未来交互和高清视频将会爆发式增长。随着视频资源占用的带宽越来越大，广电运营商的频谱资源将会越来越紧张，建设一张大带宽、低延时的高品质融合网络显得尤为重要。

4.2 宽带业务

4.2.1 基于同轴接入的宽带业务

基于DOCSIS协议的宽带CM，实现宽带和电视交互数据的传输。利用DOCSIS高度成熟的业务体系，可根据用户需求提供动态或静态IP，多种接入速率、互联网或内网互联等多种业务。

4.2.2 基于光纤接入的宽带业务

PON具有灵活的分光比和DBA动态带宽可调节，对带宽和业务管控更加灵活。当然，广电发展FTTH业务起步较晚，初期可借鉴电信运营商的经验进行布网，并结合自己的特色业务，例如定制电视和宽带高度融合的业务，避免和电信运营商同质化竞争。

4.3 无线业务

采用PON+无线接入热点(Access Point，AP)实现无线WiFi业务。在广电运营商700 MHz频谱商用前，WiFi网络可有效拓展有线网络的覆盖范围，实现 NGB 有线业务向无线领域的延伸[6]。采用MDU式ONU下挂4～8个AP，可以提供给每个AP高带宽服务，每个AP提供带宽可达200 MHz以上。同时采用POE+供电模式，很好地解决了AP取电难的问题，拓展了无线网络的覆盖范围。

4.4 ICT解决方案

广电运营商的优势在个人家庭用户，相对电信运营商，商企客户一般发展相对落后，主要原因是广电运营商网络架构相对局限性，同轴网络品质和可拓展性不如光纤。采用PON技术在楼宇和厂园进行FTTH覆盖，可以很好地解决这些问题，并可以根据商企客户的业务需求提供固定和弹性带宽，提供更加灵活的QoS，以满足商企客户高品质业务的需求。

随着“互联网+”战略的提出，智慧城市、视频医疗、物联网等行业接入互联网实现数据的采集、传输、分析，自然都会面临各个环节数据安全的问题。采用PON融合接入，结合VPLS或MPLS 等网络技术对多业务进行隔离，有效隔离了私有业务和普通数据业务，保证了商企用户点对点、点对多点，多点互通数据的安全传输。

5 结束语

PON作为一种接入网的发展方向，顺应目前Internet不断增长的趋势，符合下一代广电网络(NGB)的发展方向。基于PON的网络，架构灵活，可拓展性强，把光纤网络不断向用户侧延伸。各大广电运营商因地制宜地选择接入方式，不断开展新的增值业务，增加ARPU值，最终由网络升级改造带动业务的发展。

[1] 杨玉佳，易丹，刘惠清.三网融合下的新业务发展趋势[J].电信科学，2011，27(3)：17-20.

[2] 沈凌霄.对于多种FTTH 接入方式对比的几点思考[J].有线电视技术，2015，3(12)：49-54.

[3] 吕良栋，成梦虹，梁双春.全业务场景下PON运维探讨[J].电信工程技术与标准化，2013(11)：67-70.

[4] 倪晨鸣，黄浩然，王正军.面向客户和业务的NGB智能网络运营支撑系统[J].有线电视技术，2013，20(9)：73-77.

[5] 陈翔.三网融合时代广电光传输网络发展趋势分析[J].电视技术，2011，35(4)：49-51.

[6] 封松林，解伟.下一代广播电视网无线系统[J].中兴通讯技术，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

李维. 构建NGB多业务PON融合网络[J].电视技术，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 维(1987— )，网络工程师，主要从事有线电视HFC接入网和城域网，以及大客户用户网络解决方案等方面的工作。

责任编辑：许 盈