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徐江山:基于DOCSIS协议的边缘接入技术

http://www.broadcast.hc360.com2011年11月08日16:07慧聪广电网

    【慧聪广电网】 2011年11月8日,由慧聪网主办的,2011年11月8日—9日,由慧聪网主办的,主题为“互连互通互动 合推三网”研讨会将在深圳.豪派特华美达广场酒店隆重开幕。

    会上,深圳天威视讯股份有限公司总工徐江山做了重要演讲,题目为“基于DOCSIS协议的边缘接入技术的综述”。

深圳天威视讯股份有限公司总工  徐江山

深圳天威视讯股份有限公司总工 徐江山

   以下是演讲全文: 

    各位大家好!基于DOCSIS协议的边缘接入技术的专题应该是大家在接入网里面关注的一个方面。在接入网组里面有四个方向,第一个方向是北京大学主导的,国家自主创新的EOC的方案;第二个方面是基于低频的方案上的一些创新的领域,主要是由中央有线来牵头的;第三个是C—DOCSIS,就是基于DOCSIS协议的边缘接入技术,这一块由天威视讯做;第四个方面是全光网络接入的系统。

    我在这里向大家介绍C—DOCSIS在边缘接入的技术。

    主要是从如下几个方面讲述:

    第一个是从C—DOCSIS的边缘技术产生的背景,我们为什么要做这个事情?

    第二个是从C—DOCSIS的模型定义和设备形态上来说,模型定义从功能的模型定义、设备的模型定义这两个方面介绍。

    第三个是既然叫C—DOCSIS,那么C—DOCSIS的C体现在哪些方面?我们在DOCSIS协议上又有哪些裁剪?做了哪些创新?

    第四个是向大家介绍目前这一块的进展情况。

    第五个是讲产业化的进展情况。

    DOCSIS的标准是利用基于XC网络上的宽带数据传输,在国际上、特别是在中国,特别是在北美有非常成功的运作,它的优势有如下几点,第一个是DOCSIS协议定义了比较完善的体系,标准化的程度高。特别是在视频的监管、和运营维护管理方面都非常完善,标准化非常完善。特别是能够支持三网融合,特别是语音通讯的业务,并且有完善的QAS的保障,支持动态的基于流的分类的QS的服务的保障体系,因此他的标准化程度高,能够非常好的支持三网融合的业务。

    第二个网店是HFC网络是有线电视公司采用的网络的形态,特别是最后一百米,我们已经深入了千家万户,这是高速协议的基础。

    第三个是传统的HFC+CMTS的技术体系具有投入少、覆盖广、扩容方便的特点,非常适宜于交互数据业务初期运营时的建网需求。如果我们仅仅是建设一个交互点播的系统,我认为CMTS这个系统是足够的。

    第四个是HFC+CMTS这个技术系统在世界各地已经取得了成功的商业营运,产业化程度高。近期我们业界在讨论接入网的技术体系选择的时候,虽然现在有各种技术体系,有EOC的技术,也有DOCSIS的技术,也有EPON的技术,但是我们可能在自己建网的时候,大家比较认同的是,不是选择最好的技术,而应该选择最好的产品。不是选择最好的产品,而是选择最好的设备供应商。我们在衡量一种技术的时候,他有没有成功的使用大规模的商业使用的案例,这个是非常重要的。

    随着技术的发展,传统的HFC+CMTC的技术体系也有如下劣势:第一个是HFC是典型的噪声会聚型的网络,这里面的噪声来源于两个方面,第一个是来源于TAB网络的,主要是从用户家庭或者是终端传入的。第二个,大家都知道利用1310的回传光纤对于突发噪声的干扰,NPR曲线,如果不是控制到最佳点,很容易就超过这个曲线的范围,整个回传的光传输的网络处于消波的网络,对于突发的脉冲的干扰非常的敏感。所以说有线电视网络运营商,必须投入极大的财力、人力来维护;第二点是DOCSIS协议是一种上窄下宽、不对称的数据通信协议,相比XPOX等光接入数据通信技术能够提供IGBPS对等的上下行数据带宽,尽管DOCSIS3.0采用频道捆绑技术,能够提供上杭120MBPS/下行200MBPS的数据带宽,如果采用集中型的CMTS技术架构,DOCSIS技术仍然在提供高速宽带数据接入上显得能力不足,对交互视频通信等等需要较高对等宽带的业务支持能力弱;第三点是在提供高速互联网内容下载、高清视频观看等高速数据接入业务时,就是刚才讲的,就是成本上的,集中型CMTS目前的性价比相比较EOC及PON技术具有劣势。

    因此,有线电视网络运营商为实现三网融合业务的规模运营,必须创新性的构建一套机遇DOCSIS协议的边缘接入技术,既能够继承HFC+DOCSIS技术体系的技术优势和技术资产,也能够克服HFC+CMTS的缺点,同时具有较高的性能价格比。技术资产,我们认为是天威这样的一些运营商而言,他的技术资产是非常大的,他不可能在一张白纸上重新来设计自己的技术体系。这里最大的技术资产就是我们沉淀在终端上的资产,整个在深圳地区内制CAblemoldem已经达到了一百万台,还有整个的用于宽带接入的也超过了40万台,那么140万台的终端成本是差不多十个亿的技术资产。还不包括前端的运营支撑的认证的技术体系投入。所以在这个方面,如果要能够继承DOCSIS的技术体系和技术资产的话,就需要创新性的提出一套能够继承这样一些资产的基于DOCSIS协议的边缘接入技术。

    从物理拓扑的角度来讲,机遇DOCSIS的协议边缘接入技术就是:将DOCSIS的物理层与数据链路层的接口从分中心机房移至100—200户的同轴电缆覆盖区域内,一般与有线电视的光节点位于同一位置,可以与正像的电视信号光接收机处于同一位置。也可以彼此独立,如果我们将上述的设备成做同轴媒体的话,我们就引用CMC的描述。

    大家可以看到,在楼道里面,就是CMC和下行的光端机可以放在这样一个小的安装箱里面,终端的用户可以通过现在的CAblemoldem来接入宽带系统。前端,是一个PON的网络,这个网络就是摒弃了模拟的光传输这个环节,光网络的消波、受到干扰的弱势也摒弃掉了,另外对光纤的占用也会大大缩减。在前端的管理平台上,除了ORP的技术之后,还有一套管理系统,我会比较详细的讲述在功能模块上的内容。

    由于这种基于DOCSIS协议的边缘接入技术是由中国的广电网运营商提出的,在前面的ICDC上,天威就已经上传统的CMTS的制造厂商发出了需求,后来,做了初步的展示。现在广电总局正在组织相关力量对这种技术,针对中国的网络做实际情况的测试,来做这样的标准。因此该技术也就成为C—DOCSIS技术。当然这个C—DOCSIS技术最终是不是能够这么叫?可能还有待协调,这里就暂时称为C—DOCSIS技术。相关这一块的工作也是在国外引起了广泛的关注,包括思科,包括摩托这样一些大公司都在我们的标准工作组里面。

    第二个部分就是重点讲述C—DOCSIS的模型定义,一个是从功能模块的模型定义上来讲,因为功能模块的模型不一定在物理的模型是一样的。第二个是物理的设备形态上来讲。

    第一点讲的是协议占的模型,CMC作为一个二型的调节设备,网络层不参与数据的专发,CMC与CM实现了同轴传输,把数据从EPON接口到CMCRFI接口之间的转发。这里有一个对应的关系,右边的主要是CMCRFI的,包括物理层,包括视频链路层,包括和PON之间的对接的关系。这是这个协议占的关系,对于CM来说,基本上目前的CM在一个协议上。这里非常要重点强调的是在整个C—DOCSIS的OAM上,运营维护管理上会有一些特殊的地方。CMC可能会是物理层和外部层的模块,和整个PON的模块的一个几何体。CMC的PON的协议站将遵循协议标准和中国电信EPON设备技术要求的V2.0。

    那么数据链路层包括三个子层:第一个OAM,第二个是地址解析,第三个是数据传输控制。在CMC的DOCSIS协议,包括物理层,包括PMD子层,可以简要的过一下。

    DOCSIS协议虽然没有定义三层的协议,但是在实际的应用中,CMTS这个设备是完全集成了三层的功能的,数据转换等等这样的一些功能。

    C—DOCSIS的协议链路层包含OAM子层用于C—DOCSIS各功能模块的管理。另外一点就是上行的PHY层支持S—CDMA模式,这个还是在研究的。因为大家都知道DOCSIS1.0之前一直都是DVMA,1.1之后才有了SCDMA,这里面作为我们自己来定义标准的时候,可能重点的要衡量,就是TDMA和CDMA的机制原理问题,包括对整个产业的门槛的问题。所以在这一环上,下一步的标准制定上,可能要重点研究这个问题。也许是ACDMA是必选,SCDMA是可选,也许是两个不做任何的界定。这是在我们目前来说,是标准制定里面占领了非常大的点。另外是Cable的MAC层,C—DOCSIS不支持逻辑信道。这个目的是对于DOCSIS的成本做了尽量小的支持。我们要在CMC的设备上,至少性能价格比上要可以接受。

    第二个是对于C—DOCSIS技术来说,很重要的一个方面,就是我们要对整个的C—DOCSIS功能模型要进行一些明确的定义。首先,大家看这张图,我们在终端仍然是支持2.0和3.0的CAblemoldem,在CMC上,他是支持DOCSIS的物理层和MAP层的协议的。这个汇聚网络,我们可以是EPON网络,也可以是其他的网络,但是必须有一个汇聚网络的模块。还有一个模块,主要是对于下行的数据流,大家都知道,我们的DOCSIS的QOS的保障是靠对数据流的识别,动态的进行一个设置,来进行保障的。所以必须要有一个对于下行的业务流的分类识别的功能模块。这种功能模块,原来我们是整个管理控制的分类在一起的时候,大家是在一起的。大家是没有关注到他们之间的一些连接关系。现在我们整个把DOCSIS和策略模块之间的关系,变成了我们这次C—DOCSIS的标准的非常重要的一个方面。实际上也是这个标准创新的地方。对于整个包括QOS的控制,包括对于不同网连之间增加的控制的模块,这个模块就是在逻辑功能上是必须具备的。

    另外是三层的功能,整个转发的功能,等等这样的一些三层功能,我们是放在这个模块上的。

    另外还有是对于TFTP的文件下载的东西,还有时间的同步的服务器,这些东西就是作为前端的运营维护必须具备的,包括EMS的管理的策略的服务器,是前端的系统。

    所以,在这个里面,整个功能模块的定义里面,就需要有我们的边缘的CMCE也好,或者是DOCSIS也好,必须和前端的控制,也不一定是前端,就是必须要和他之间有一个通信的消息,这样的消息是我们在整个技术层面非常关键的一个部分。还有是从CMC的CAblemoldem的数据包,进了汇聚网之后,要让汇聚网对你识别,两个协议就是在整个C—DOCSIS的技术里面是一个非常重要的方面。

    刚才我已经把各个模块的功能大致的说了一下。我现在再非常具体的把这些功能说一下。

    转发模块的主要功能是路由和转发。分类与监视模块,是在DOCSIS的规范中,上行方向的包分类是由CM完成的,然后又CM和前端进行通讯来告诉前端的分类和策略服务器。会集网络,DOCSIS模块,系统的控制,系统的控制模块,该模块与其他模块的交互构成控制平面的功能,例如在系统中增加或者是删除一个服务流时与DOCSIS末和分类监视模块通信,负责CMC及其他网元的配制管理。作为C—DOCSIS这样的一个功能模块,我们在物理的网络模型上是怎样的呢?

    CAblemoldem通过这个接口来对接,所以在我们的整个标准体系里面有很重要的一个章节就是讲的RFI,这个RFI里面是有一些特殊的定制的,刚才说到。SCDMA的上行可以支持256个PON,这些都是对整个FRI有特殊的要求,这是一个方面的应用。

    第二个方面是整个CAblemoldem和网络之间有一个DMI的DOCSISMolden的接口。

    汇聚网和CMC之间有一个接口,中央还有一个网络管理的系统,这是我们在物理模型上的一张图。

    我们可以看一下,现在在整个C—DOCSIS的标准制定或者是设备的形态的选择过程中,实际上是有三种方案,要实现刚才的物理功能,实际上是有三种设备形态是可以实现的。在这里就是有这样三种,我一一介绍:

    首先是前端的OLT是一个标准的OLT设备,我们和目前中国电信使用的OLT设备是一样的,就是把我们刚才说的整个路由的功能,三层的功能置于OLT之上,OLT和CMC之间的通讯完全是标准化的OMU。这些模块是放在CMC上的,就是ONU集成的设备上的,整个CAblemoldem就是这样的方式。我们主要要说的是系统的控制模块是在CMC上,是在一个边缘的接入设备上。这个方案的优点就在于OLT是标准的OLT,无须定制和扩展,CMC可以独立使用,缺点在于我们少了分类监视模块,我们部门实现动态的距离流的业务,可能对系统的QOs造成影响,对于未来高清视频通信业务、智能管道建设会影响一定的影响。这是这样一个设备的模型,CMC是一个标准,最上层的标准的接口,EPON的标准接口,我们如果是采用一个PON平台,可以用OEU直接到桌面,同时用CMC来带网络,因为一套的EPON的平台来管理这些设备。所以这样的设备,他有它的好处,就是标准化比较高,但是对于动态的服务流的支持程度是弱的。

    方案二,是我们把系统的控制模块放在OLT之上,分类监视模块也放到OLT上,转发模块也放到OLT上,CMC仅仅是完成这个功能。这个方案的优点在于包含了所有的功能模块,具备完整的功能,完全兼容现有的CMTS的营运系统。缺点是要定制OLT,整个CMC和OLT之间,要传输刚才说的控制模块,对于CMC的控制的系列,DMM的消息要基于整个PON的OAM的协议,要加进去进行管理,这就必然导致我们的OLT设备要定制。这就是不能够兼容现在广泛使用的OLT的设备。

    OAM的翻译过程可能对某些DOCSIS的过程造成影响,需要严格的测试和标准化,才能保证系统的兼容。

    第三个方面就是你把汇聚网络,无论是EPON网络还是GPON网络,只是看成一个透明的物理通道,整个来自CMC的数据流也用IP的方式,就是搞成一个隧道的方式传到前面去。这样的话,在前面,就是CMTSQAM设备上,实际上他是最基层CMTS技术的一个方案。这个方案也是思科提出来的方案。DOCSIS的模块和转发模块,还有系统控制模块都在CMCASS设备,整策略的东西,或者是生成物流的东西都在前端上。但是这样,整个也涉及到一个问题,就是第三种模型的优点就在于使用标准的OLT,但是PON是充当数据链路使用,成本较高,为了保障多厂家的系统兼容性,CMTSCORE设备和CMC之间的管理功能划分,控制信令必须进行严格的定义。因此,使MTS厂商成熟的,基于厂商自有的管理功能也会因接口而受到限制。

    第三个方面,其实我在前面讲述的过程中也提及了C—DOCSIS的一些关键技术创新点。

    第一个是物理层的创新,C—DOCSIS的要求DM和CM是仅仅支持SCDMA的上行传输,并且要支持上行的256的PON的传输。

    第二个方面对于6兆带宽下行要支持1024的QAM。

    数据链路层的创新,C—DOCSIS可选支持PHS的功能。

    第二个是可选支持一个物理频道中有多个逻辑频道。

    可选支持组播流的下行频道绑定。不支持C—DOCSIS1.0的配制文件。

    另外是安全的话题,可选支持AES,仅支持S,这样的标准。

    刚才讲过了,主要的DMI和汇聚网络之间的物理接口,第一个是DMT,第二个是控制链路的消息,就是DM的接口。DMT是指我们要在整个的数据流里面加上一个标识,标识数据流是来源于你的TM的。这个就是整个DMT标签的格式,后面带上整个的CM的两重信息,COSS就是对于这个业务的标签。CM就代表是来自于哪个用户,经过这个就可以按照每个用户来进行服务模块,以实现服务流的清晰的定义。

    第二个是DOCSISM之间和CM之间的消息,这个消息有两种方式来实现。第一种方式是基于整个IP的格式来实现。实际上现在的厂家也是有两种方案,都愿意来支持。如数码视讯就是按照OEM的方式实现的,中信和华为就会按照TCPIP的方式来实现。在整个OA的信息里面,我们加一个OUI,让你明白整个OAM的侦里面是来自于这样。

    前面给大家介绍了C—DOCSIS的功能模型,物理模型以及功能模型和物理模型之上,我们真正要实现这个产品化和标准化之间的一些关键创新点。

    目前整个C—DOCSIS标准化的进展是这样的,整个C—DOCSIS的标准化前面我已经介绍了,是由NGB接入网的第三工作组负责,这个工作组是由天威视讯担任工作组单位。目前参与的核心单位有深圳天威视讯、北京歌华有线,杭州华数、总局规划院、总局广科院、总局设计院,华为公司,中兴通讯,数码视讯,CISCO等等单位都非常的关注。8月20号之前,应用需求组根据框架需求完成应用需求分析,提交需求文档建议稿。2011年10月31日前,文档编制组根据应用需求,提交第一版标准草案并征求工作组成员修订意见!

    这个规范不光是从刚才讲的接口上的定义,还包括我们对于整个物理模型的定义,包括我们对于整个需求分析的定义,还有在我们今后实际拿出来建网,你再一个怎样的建网的原则、规划的原则的定义。应该是一旦这个标准发布之后,对于有线电视运营商的建网是非常有指导意义的。

    在11月30日前,工作组对上述标准草案进行第一轮评审,我们现在正在安排这个事儿。1月31日前,根据第一轮的评审意见,我们会组织修订,并且再一次征求意见,1月31日之前进行第二轮的评审,争取在明年的第一季度,我们能够对这个标准草案提交给总局,进行报批。

    这是整个标准化工作的进展。

    对于整个C—DOCSIS的产业化的支持,目前中兴、华为、数码施训在BROADCOM公司的支持与协助下,已经完成了天威实验室在C—DOCSIS功能详机的测试。C—DOCSIS测试系统的物理特性及链路层特性达到了预计的指标,能够满足业务的承载的要求,在天威视讯现网的环境下可实现业务的传输,虽然已经可以比较好的和后台的管理系统进行对接,已经能够支持DOCSIS的静态的QOS的设置。在今年的ICTC和今年的CCBM上都发布了这个新闻稿,就是BROADCOM发布全球第一例的DOCSISCOA的测试。

    我们有一个测试报告,这份测试是从整个物理层,包括链路层,包括业务层做的测试,应该是非常完善的,他整个做下来的感觉,相对于传统的EOS的技术,实验非常小,整个带宽也是可以达到的,无论对小包还是大包,整个带宽是能够达到800和140兆的传输的带宽的。

    在芯片流片和产品发布方面,Broadcom已经开始C—DOCSIS芯片的流片工作,在12月底将出第一批芯片,数码视讯将于明年第一季度提供C—DOCSIS的正式产品,做实际网络的具体的。这是整个C—DOCSIS在边缘接入技术给大家的介绍,可能相对来说技术的成分多一点,但是不怕,我们对于C—DOCSIS,目前来说,不论在标准化还是产业化的角度都是比较顺利的,谢谢大家。

    

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