下一代同轴网络点亮MSO千兆接入时代
2016-04-08 12:24:04
2015年是DOCSIS技术诞生20周年，而以传统广播电视业务为基础的多业务运营商（Multiple Service Operator，MSO），正依靠着高质量的HFC网络和DOCSIS技术成为跨电视和电信服务领域的重要力量。近年来，随着视频发展进入高清和OTT时代、宽带网络进入泛在超宽时代，以及用户业务需求由单一转向综合，涵盖视频、话音、超高速数据以及移动等多种业务类型，千兆时代已经来临，传统的MSO运营商面临着新的挑战和机遇。
IP融合业务成为趋势
随着互联网应用的逐渐普及，人们对互联网的依存度越来越高，互联网的触角深入人们生活的各个角落，越来越多行业的固有盈利模式相继被打破，多项新的互联网销售纪录不断被刷新，人们更加清晰地意识到，稳定的超宽带互联网逐渐成为全球民众的“刚需”。
过去十几年，MSO在频谱和带宽上展现出强劲势头，在CMTS（Cable Modem Terminating System）系统的帮助下，依靠CMTS集中式资源共享的优势，MSO为客户提供了超过100M甚至更高的有线带宽。然而，随着千兆宽带业务的逐步普及和设备带宽能力的增长，传统的集中式CMTS遇到了因其自身为模拟方案而带来的带宽持续增长困难、HUB机房占用多和能源消耗大等诸多瓶颈，业务带宽提升的成本也逐渐增高。
IP化视频的话题同样炙手可热，2016年，预计美国将有超过72%的互联网用户会使用OTT服务，而美国主要的SVOD服务商Netflix的OTT视频用户到2016年年底预计会达到7000万，同时仅Netflix一家的流量就占用运营商管道带宽的30%以上。与此同时，在YouTube上高清视频的平均流量已达到20Mb/s。这说明，IP化视频与交互式体验在当今的互联网时代，已呈迅猛增长态势。不仅如此，电信网、互联网和广播电视网的三网融合也要求网络实现全IP化转型。三网融合不仅是网络层面的融合，也是业务层面和终端层面的融合，在泛互联网时代，MSO除了保持媒资集团在内容丰富度上的传统优势外，实现多业务的交叉渗透、多场景的无缝对接和多行业用户的个性化服务，已成为多家MSO的基本战略，而基于分组和尽力交付的IP技术，天生就是承载多业务的最佳载体。从广播式CATV和DVB点播视频向基于IP视频发展的基本方向确定之后，与之相对应的，建设一张向IP化平滑演进的网络，使之既要满足未来IP化网络、语音和视频业务的演进需求，又要在这个长期演进的过程中兼顾现有的传统业务，还要具备网络建设的经济性以最大限度地保护MSO的投资，就成为全球MSO最为关注的热点问题。
MSO网络架构改造
随着4K等高清晰度IP化视频在未来几年逐渐占据主角地位，构筑高带宽IP化融合网络已成为大势所趋。目前，MSO对此的演进方案主要有两种方式——DOCSIS 3.1和光节点分裂。
关键词一：DOCSIS 3.1
DOCSIS 3.1标准于2013年4季度由美国有线电视实验室CableLabs正式发布，其采用OFDM调制技术，在更高的频率带宽上（上行达204MHz，下行达1.2G～1.7GHz）使能多个子载波，极大地提升了信息传输效率，从而降低了单位带宽成本；同时，DOCSIS 3.1可以完美地向下兼容DOCSIS 3.0/2.0，因此DOCSIS 3.1被公认为是有线电视网络下一步扩展上下行频率、提供千兆宽带业务的技术方向。业界普遍认为，大多数设备提供商将在未来3年内全面支持“上行2×下行2”～“上行2×下行4”的信道容量，结合已有的DOCSIS3.0能力，以支持5Gb/s至10Gb/s的下行速率。
众所周知，MSO的HFC网络是其拥有的存量资产，一张质量良好的HFC网络所能创造的价值将是非常巨大的。DOCSIS技术现在以及将来的发展之路相当明朗，DOCSIS 3.0已在全球发达地区大规模部署，DOCSIS 3.1也即将开始商用。可以预见，DOCSIS 3.1将能为MSO带来更高带宽的网络和更强的竞争力，但同时DOCSIS 3.0在向DOCSIS 3.1升级时，也将涉及到端到端设备的升级和整体网络的改造，包括局端设备CMC、终端设备CM以及HFC部件和工程等，对MSO运营商来说，这也意味着一笔较大的投资，因此合理选择DOCSIS 3.1改造方案将是决定未来MSO竞争力的关键之一。
关键词二：光节点分裂/下移
光节点是HFC网络中光和铜的分界点，MSO通过在HFC网络中进行光站点分裂和光站点下移从而缩小共享用户单元的方法，可以有效提升用户带宽。MSO在进行光节点分裂的过程中一般都会同时进行光节点下移，比如，将一个覆盖2000家庭的光节点分裂并下移为4个分别覆盖500家庭的光节点，在这个过程中光纤会进一步延伸到用户侧，即为Fiber Deeper（光进铜退）的过程。当光节点持续下移使得光纤延伸到最后一级放大器，即光纤已经延伸到非常靠近用户的位置，这时的HFC网络架构通常被称为FTTLA（Fiber To The Last Amplifier）。不同的MSO在对HFC网络进行规划时都有不同的Fiber Deeper方案，绝大多数发达国家的MSO都逐渐在向N+1～N+2（光站点下带1～2级放大器）的网络进行演进。结合DOCSIS 3.1演进，如何选择光站点设备以最大限度地释放DOCSIS 3.1的潜力，将关系到MSO的HFC网络迁移战略能否成功。
D-CCAP方案重构MSO HFC网络
华为D-CCAP（分布式有线电视融合接入平台）解决方案不仅将上述两种网络改造方向合二为一，更有所优化和发展。其采用数字化的GPON/10G-PON光纤下沉架构，具备业界领先的DOCSIS 3.1能力、融合视频业务，以及与FTTx共平台等独特优势，是华为为MSO量身定做的、面向未来的多业务融合解决方案。
华为D-CCAP方案完全符合DOCSIS标准中的Remote MAC PHY体系架构，在这种体系结构中，CMC设备对数据进行流分类和转发，完成数据链路层的MAC成帧，在物理层上进行数据调制和解调。CMC部署在距离用户较近的位置——通常在光站，控制模块履行控制系统协议、配置和管理服务的职能。CMC控制器设备负责执行业务聚合和路由学习。此外，EQAM也可以集成到CMC来提供分布式下移的视频业务。
由于CMC控制器采用了GPON/10G-PON/40G TWDM PON/GE等成熟的标准化接口，确保了CMC控制器和CMC之间的业务可靠性。华为D-CCAP解决方案充分考虑到了千兆同轴业务的部署和光纤基础设施的优化，同时，其与FTTx共平台的特点也让越来越多以FTTH为终极目标的MSO运营商实现了灵活建网，在向未来演进的过程中，最大限度地保护了MSO运营商的投资，降低了其战略风险，显着提升了其业务竞争力。
数字化网络，降低建网成本
对于现有的HUB站点，由于缺乏站址空间和高能耗而导致的维护困难是在未来网络演进发展时需要重点考虑解决的问题之一。分布式D-CCAP方案通过数字化可大幅减少模拟设备，从而有效节省机房空间。如果以3万用户覆盖规模来估算各种方案的HUB机房空间占用和能耗的结果，无论是在空间还是能耗方面D-CCAP方案都更胜一筹，尤其是在VOD和BC QAM也被集成进远端D-CCAP站点之后，其优势就更加明显。同时，传统CMTS/CCAP网络的光纤是点对点光纤，光纤消耗严重，如果使用DWDM等波分设备进行合波也存在扩容不灵活等问题；分布式D-CCAP网络采用点对多点的PON架构，可大幅节省光纤资源。
1Gb/s用户多8倍，DOCSIS 3.1建设一步到位
CableLabs已经发布了DOCSIS 3.1对于4K～16K的QAM调制阶数规范，虽然理想很丰满，但大多数运营商的现实却很骨感——由于从射频接口到光站需要经由多个光电/电光转换，其噪声积累导致的CNR（载噪比）劣化可高达8dB，统计显示，现有同轴宽带用户中只有很小部分可以满足4K QAM调制的CNR（根据标准定义至少41dB），大部分线路只能维持在1K QAM的调制水平。华为D-CCAP方案采用数字化光纤传输，可以有效地改善这一问题，CNR提升后，80%的现网用户可开通1Gb/s业务，比传统CCAP提升了8倍。
根据业界估计，DOCSIS 3.1将在2016年启动商用，大规模成熟商用的时间约为3～5年，但MSO在网络建设时需要提前考虑DOCSIS 3.1的部署问题。因为传统CMTS架构由于技术和平台的限制，若要演进到DOCSIS 3.1需要经过更换CCAP平台、更换下行线卡和上行线卡等多个步骤，会导致建设成本高昂。华为提供一步到位的DOCSIS 3.1建设方案，不仅可提供DOCSIS 3.1硬件ready的技术，同时可以实现上下行软件DOCSIS 3.1能力一步到位，一次部署即可提供DOCSIS 3.1上下行全业务。
FTTH融合平台，助力按需建网战略
随着全业务协同运营的发展，与FTTx兼容的FMC战略已经被越来越多的电信运营商和MSO采用，他们对于一套平台能同时支持铜线千兆宽带技术（DSL、Vectoring和G.fast）、千兆光纤技术（GPON、10G-PON和40G TWDM PON）和同轴千兆技术（DOCSIS 3.1）的诉求也越来越强烈。华为D-CCAP方案通过同一OLT平台可提供3种MSO建网场景（图1）：在新建区域，由于可轻松部署光纤到户，所以推荐使用GPON/10G-PON部署FTTH；在传统同轴改造区域，可直接重用现网DOCSIS 3.0 Cable Modem实现提速；在高价值同轴改造区域，推荐采用DOCSIS 3.1技术升级网络，提供超宽带能力。值得一提的是，上述3种建网场景均可在同一个OLT平台、同一个ODN网络以及同一个CMC设备上提供，同时也可在同一套网管和OSS内进行管理，从而帮助MSO建设一张弹性的网络，快速提供具有竞争力的业务。
面向未来的软件定义网络（SDN）架构
在软件定义的D-CCAP架构中，整个接入网络（包括OLT和CMC）可以被虚拟为一个数据中心式的虚拟CCAP设备，该设备可以自动获取并管理IP地址、发起自动配置和接入网业务发放流程。此外，网络功能和虚拟CCAP的业务发放将由用户触发、可以通过门户网站进行定制，这样，用户一上线，虚拟CCAP控制器就可以自动生成和分发虚拟网络资源和业务功能给该用户。未来，华为D-CCAP解决方案将具备可编程和虚拟化特性，这将加速网络向基于开放网络API的网络即服务（ANaaS）演进，同时不需要任何额外配置，这样就简化了海量的物理站点，达到在长期网络发展中节省大量投资的目的。
敏捷从容应对多业务市场竞争
综上所述，华为D-CCAP方案旨在构建全数字化的千兆同轴光纤融合网络，提供数字化、分布式的网络架构，有效提升业务带宽，减少HUB机房占用和能耗，提供一站式DOCSIS 3.1商用能力，并通过统一平台兼容FTTx，帮助MSO运营商更加高效、合理地实施网络规划，管控其在下一个网络建设周期内的资本投入，从而更加敏捷、从容地应对未来5～10年的多业务市场竞争，占据市场先机。
目前，华为D-CCAP方案已经被中国广电、新西兰沃达丰、丹麦TDC、摩纳哥电信、巴西NET以及日本CNCI等全球多家领先MSO运营商选择，并帮助他们提供丰富多彩的各种千兆宽带业务。
来源：《华为技术》 王琴 王欢
上一篇 :光纤数据传输速率新纪录诞生：高达57
下一篇 : D-MIMO将成为4.5G时代关键技术