Cable Modem技术综述 摘要：用户接入网有许多种，其中光纤同轴混合网技术受到青睐，因此各大公司纷 纷推出各自的CableMedem产品。北电网络的Cabe Medem产品系列包括Cable Modem CM100、 线缆头端控制器 CMIS1000和网络配置及控制软件。其系统解决方案具有可在有线电视网 上实现数据网互联、支持多项网络业务、安全保密、可灵活扩展等特性。 关键词：电缆调制解调器 光纤同轴混合网 接入网 北电网络 用户接入网有许多种，如高比特率数字用户线、不对称数字用户线、光纤到路边和 光纤同轴混合网（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 建成尚须较长的时间，而数字用户线技术又不能适应未来的发展，因而HFC技术受到青睐。 HFC网靠用户的最末端是同轴网，这种网本身就是一个高品质的宽带网。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，HFC网正以其较低的价格和与普 通CATV兼容的特性逐渐成为最佳的接人网方式之一。 一、HFC网与Cable Modem HFC由光纤干线和同轴电缆分配网结合而成，结合点是光节点站。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。 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，经过电光转换用光纤传送到光节 点，在光节点进行光电转换之后由同轴电缆广播式地传送至用户。用户的上行信号采用多 址技术（如时分多址接入、频分多址接入、码分多址接入或者它们的组合）复用到上行信 道，由同轴电缆传送到光节点，在光节点进行电光转换，然后用光纤传至前端。为了快速 推广和节约初期投资，有的厂家生产了单向的Cable Modem，上行的数据通过电话线或无 线通信方式回送到前端。 在 HFC网络的前端有 CableModem前端控制器和管理工作站，前端控制器通过10，100 BaseT或ATM和OC等接口与前端交换网络相连，作为CableModem系统与外界网络（Internet /Intranet）连接的桥梁。前端控制器要对各个用户端的CableModem分配带宽，解决信道 争用问题。管理工作站完成对Cable Modem系统的管理、计费、监测和错误诊断，它可以 管理几十个前端控制器，通过局域网与前端控制器相连，也可以通过广域网进行远程控制。 用户端Cable Modem的基本功能就是将上行数字信号调制成射频信号，将下行的射频信号 解调为数字信号。虽然从整个网络来看，HFC网是频分复用的，但是某一频率上的信道则 是被数以百计的用户所共享，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Cabe Modem系统的关键技术之一。 Cabe Modem是一种计算机网络设备，物理层和 数据链路层的媒质访问控制子层（MAC）协议是其关键部分。 二、多媒体电缆网络系统标准 1994年11月，IEEE计算机协会LAN/MAN标准委员会宣布成立802.14 Cable－V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 Cabe Modem的访问控制子层和物理层标准。到1997年8月，完 整的协议草案已经完成，正由各成员审议。 1995年11月，美国的一些有线电视经营商和研究机构CableLabs发起组织了多媒体电缆 网络系统（MCNS）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，给用户提供Internet等服务，同时使各个厂家的 Cable Modem产品具有充分的巨操作 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）。 MCNSDOCSIS于1998年3月初被ITU通过，成为国际标准ITU-TJ.112B。 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，到1998年只剩下30多个， 而且还没有一个厂商宣布开发802.14的访问控制子层芯片（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。1998 年后，各大公司纷纷推出各自的Cable Modem产品，这时 CabeLabs开始进行兼容性测试， 1999年开始有厂商通过CableLabs认证。北电网络有限公司的用户端 Cable Modem产品和 头端系统分别在1999年5月和7月通过了CableLabs的认证。 三、北电网络的Cable Modem产品 1．Cable Modem CM100 CM100主要针对普通注册用户市场。这一类用户希望得到更快、更稳定的Internet连 接服务，对价格相当敏感，但不需要有很高的数据安全保证。 CM100支持1-16个用户，从而可进一步降低单一用户的投资费用。CM100即插即用，采 用基于OSI模型中第二数据包转发，同时支持OSI模型中第二层和第三层的数据过滤，支持 北电网络的IP语音电话插糟，数据包转发率大于5000包/s。 CM100的上行调制方式为QPSK或QAM16；带宽介于200kHz－3.2MHz，可以通过设定调整； 上行的传输速率在320kbit/s一10Mbit/s内可调；采用ReadSolomon式数据转发纠错和40位 （56位）DES数据加密；上行的工作频谱范围在5一65MHz之间。 用户端CM100下行调制方式是QAM64或QAM256，传输速率可以达到27一36Mbit/S；通道 带宽是6MHz，采用DAVICAN-NEXA作数据转发纠错；下行数据格式采用MPEG2格式；采用DES 数据加密；下行通道的频谱范围是88－860MHz。 2．CMTS 电缆头端控制器CMIS1000是可单独安装的设备，标准宽度，模块化设计，最大可以在 同一通道内支持1路下行并扩展至8路上行。CMIS1000同时支持8路上行时，当某个上行信 道有强烈信号干扰，通道内用户会避开此通道而转到其它通道，大大提高了网络的稳定性。 CWh1000拥有先进的上行噪声管理体系，8个射频上行接口中，第l－7个接口可以作为 正常调制解调接口，而第8个端口既可作为普通调制解调端口，又可作为频谱分析端口， 用于监测其它端口的频谱特性和信道质量采样。另外，自动补偿增益算法会自动保持工作 频率的稳定及减少出错率等，而新的MAC Schedular功能将会确保Cable Modem支持服务质 量。 3．网络配置及控制软件 北电网络针对不同的网络规模及需求，推出三款符合MCNS和SNMP的网络管理软件。 （1）小型网络管理软件 此类网络软件适用于100个CM100的有线网络规模，采用Wndows 95或NT的操作平台、普 通LCN型图形界面管理、MSAccess数据库管理，操作简单，投资较少，适合小规模的电缆经 营者使用。 （2）中型网络管理软件 适合于1000个CM的有线网络规模，采用NT或Unix操作平台（SrnSolaris/HPUX），Java 语音编制图形界面管理，数据库采用Sybase和Oracle类大型数据库；NetID的地址管理服务 器系列，投资额相对较高。 （3）大型网络管理软件 此款网络管理软件同中型网络管理软件大致相同，唯一差 别是支持无限制的CM100数量。 北电网络新的网络管理软件将会增强对IP地址的管理功能，如动态或手工的IP地址分 配、动态DNS更新等；支持Unix和NT的平台，使网络管理更安全、更稳定；测览器方式的接 口使管理更直观。具体功能描述如下：实现CableModem的配置功能，设置网络名称、网络 所用的频率；设置CableModem的MAC地址、IP地址、系列号和服务级别等参数；记录注册用 户的资料；网管用户的使用级别等；对电缆网络上Modem的动态监控，对Cable Modem进行 升级，观察电平参数、数据端口出错率等，另外可生成历史数据报表等。 四、系统解决方案 1．系统总体设计 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。 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。 将 Cable Modem的电缆头端控制器置于网络中心，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 Cabe Modem。 该系统除了传送正常的模拟视频信号外，还要提供现频会议、高速上网和企业间互连 的业务。 符合MCNS标准的电缆头端控制器的下行带宽为38 Mbit/s。视频会议所需要的带宽为 384 kbit/s，考虑到整个用户中有1／4的用户有可能并发使用，则每台CMIS支持400个 Ca ble Modem用户。因此，对于1000个用户需要使用2、3个电缆头端控制器，每个用户至少得 到将近400 kbit/s的带宽。 2．系统解决方累 （1）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，用户通过互联网实现有线数据网络的互联。 （2）支持多项网络业务 CableModem可以在不改变HFC网络结构的情况下，利用HFC网络传输数据。而且其传输 速度比传统的广域网互联手段要快得多，因此，Cabe Modem可以支持更多的网络应用。 ①企业网络互联 构筑企业网络互联时，需要考虑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率都是对等的，必须是越快越好。 新—代 Cable Modem产品上下行速率分男挞到10.38Mbit/s，特别是上行速率达到10M bit/s可以更好地支持对称型的企业网络互联的应用。 ②视频会议 在每个子网端配置Intel或PictureTel的基于384K传输质量的视频会议设备，通过 Cable Modem互联，能够达到30帧/s的全屏显示，包括语音的传递。 ③个人主页服务 传统Internet用户通过拨号访问Internet，无法实现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，用户24 h连接在Internet 上，使普通用户或小型企业制造低成本个人网页成为可能。 （3）系统保密性 北电网络公司的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地址锁定等功能。 （4）系统安全性 从主干网络设备的交换机到Cabl 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。 （5）网络管理功能 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。 （6）灵活的扩展性 当用户或子网的数量增加，只需增加Cable Modem的头端设备和用户端设备即可；如果 网络中心交换设备端口不够，那么只需叠加网络交换设备。 （7）保护投资 北电网络公司的 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，网络的性能会得到提高，而 原有设备则可以继续保留使用。 Cable Modem已经在中国应用，相信在2000年Cable Modem一定能够给更多的用户带来 宽带的接入网解决方案。
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