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基于EPON+EOC技术的视频业务方案

牛彦巍| 以太网无源光网络,EOC,DVB-C,IPQAM,IPTV| 2010-12-27
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【中心议题】

  •        *现有接入网的视频传输技术介绍
  •        * EPON+EOC系统中的视频业务技术方案

【解决方案】

  •        *将以太网数据信号IP DATA和有线电视信号TV RF采用频分复用技术
  •        * 采用由IEEE组织制定标准的EPON技术

1 引言

1999,国家曾发布75号文件,禁止电视广播(国家广电总局监管)与互联网和电信两大行业(信息产业部)相互渗透。201041,华数正式获得了国家广播电影电视总局颁发的互联网电视牌照,这是继央视国际之后,广电总局颁发的又一张互联网电视牌照。这意味着三网融合已经成为接入网领域发展的主要趋势,所谓“三网”即电信网、广播电视网和互联网。而三网融合要解决的首要问题就是多种网络服务和应用将突破运营商之间的政策和技术壁垒,进行激烈的竞争。特别是对于广电行业,对传统的单向广播电视网的双向改造,使其支持信号回传,实现双向传输。在其技术选择上要考虑几个方面的因素:①保护现有投资;②高带宽和可靠的电信级网络管理;③支持新的业务类型,满足大众日益增长的业务拓展要求;④技术可演进与平滑升级。尤其要考虑业务发展,因为业务的发展是网络发展的重要推动因素,特别是当前对高清电视节目和点播视频业务的需求与日俱增。

2 现有接入网的视频传输技术介绍

随着广播电视数字平移的推广以及广电HFC网络改造,形成现有的数字视频业务开展主要有3种技术方案,以数字电视为代表的DVB-C和以分组网络技术为代表的IPQAMIPTV,下面就这3种技术进行简单介绍。

2. 1 DVB-C

DVB(数字视频广播,DigitalVideo Broadcastin)是由DVB项目维护的一系列国际承认的数字电视公开标准,其是来自33个国家、230多个组织参加的一个国际机构,涵盖范围有卫星(DVB -S)、有线电视(DVB-C)、普通电视的地面广播(DVB-T)和高清电视(HDTV)的广播与传输。DVB的一项中心任务是制定一套数字广播技术规范,使其成为通用的数字广播技术国际标准。DVB-C的数据传输安全性相对一般的IP技术传输(例如IPTV)更高。DVB-C是单向广

播式的,前端视频数据经CA系统加扰及加密后再播送出去,终端用户机顶盒与前端之间没有其他的播送设备。非法者插播节目必须同时具备有一套前端编码设备以及发送设备和破解前端的CA系统,这比一般网络攻击成本要高得多,若要破坏DVB-C的传输,必须通过破坏物理链路的途径,基本上不存在数据层面的破坏和攻击。

2. 2 IPQAM

IPAQM位于IP骨干网及HFC网络之间,故被称为“QAM网关”;因其位于骨干网络的末端,靠近用户,又叫边缘QAMIP-QAM调制设备集“复用、加扰、调制、频率变换”功能为一体,它将DVB/IPGbE输入的节目流重新复用在指定的MPTS,再进行QAM调制和频率变换,输出RF。在使用IPQAM之后, STB和边缘视频服务器之间的控制信息和视频流分别通过

不同的通路传输, IPQAM将音视频流调制为RF信号后通过HFC网络传输给STB, STB对音视频流进行解调和解码。采用IPQAM技术,一方面可以充分利用HFC的带宽资源以及传输特性,向用户提供有QoS保障的视频服务,更适合高清业务对传输网络的高下行带宽要求;另一方面降低了视频服务对IP网络的要求,不再要求IP网络接入层提供较高的带宽,使广电运营商可以以较低的成本实现交互视频业务。所以IPQAM是今后向全网IP改造中的一种过渡技术。

2. 3 IPTVIPTV

也叫网络电视,是指基于IP协议的电视广播服务。该业务将电视机或个人计算机作为显示终

,通过宽带网络向用户提供数字广播电视、视频服务、信息服务、互动社区、互动休闲娱乐、电子商务等宽带业务,其主要特点是交互性和实时性。它的系统结构主要包括流媒体服务、节目采编、存储及认证计费等子系统,主要存储及传送的内容是流媒体文件,基于IP网络传输,通常要在边缘设置内容分配服务节点,配置流媒体服务及存储设备,用户终端可以是IP机顶盒+电视机,也可以是个人电脑。

IPTV采用MPEG-4或者H. 264标准作为视频压缩技术,为用户提供高质量的视频服务和数字多媒体信息服务。H. 264使得IPTV运营商可以在500~900kbps的带宽上提供近似DVD质量的电视节目。虽然IPTV相比DVB-C具有较强的灵活性,但由于它是基于IP技术的,存在安全性方面的固有问题,主要有:①非法用户的盗看;②非法IPTV节目源的接入。

3 EPON+EOC系统中的视频业务技术方案

3. 1 EPON+EOC系统介绍

EPON技术是由IEEE组织制定标准的重要的光纤接入网技术,IEEE802. 3ah标准制定到广泛应用已经有4~5年的时间,这其中以亚洲国家为主,例如中国、日本、韩国等,其特点是与目前的以太网技术兼容性好,成本低。

在下行方向,EPON是一个点到多点的结构,其中OLT将以太网数据通过无源光网络(ODN)广播至每个ONU,各个ONU根据数据包的逻辑链路标识(LLID)来识别该数据是否需要接收。在上行方向,多个ONU之间采用时分复用的方式,将数据传送至OLT

EPON应用于广播电视接入网有很多优点:(1)EPON传输距离长,达到20 km,充分满足某些偏远地区广播电视网的覆盖范围;

(2)EPON为双向对称的1 Gbps带宽,并能够向10GEPON平滑演进,能够满足未来10年内的高清视频带宽需求;

(3)EPON具备树型拓扑结构,链路层协议上下行也是广播方式,非常适合广播电视业务特点。

 

实现HFC网络最后100 m双向化改造的技术方案有CMTSLANEPON+LANEPON+EOC等多种技术,有源EOC技术和EPON技术的结合已经作为广电网HFC改造的一种主流方案。EPONEOC技术结合用于广电网络有以下几个优点:

(1)数据链路层均是基于成熟的以太网技术,技术成本低,而且没有系统接口的协议转换开销;

(2)EPONEOC的拓扑同为树状结构,非常有利于广电视频业务传输和层级控制;

(3)使用EPON系统替换原来的以太网交换机和光纤收发器,每线维护成本降低;

(4)使用EOC技术实现原来同轴网络的双向数据业务传输,保护了既有投资。

有源EOC技术将以太网数据信号IP DATA和有线电视信号TV RF采用频分复用技术,使这两个信号在同一根同轴电缆里共缆传输。本文讨论的EOC技术以有源低频方案为主。

EPON+EOC网络拓扑如图1所示。

3. 2 现有的DVB-C方案

采用DVB-C系统的广电视频传输方案目前还不是真正的交互电视,而仅仅是将原有的模拟视频广播信号进行了数字化调制传输,由机顶盒在本地进行节目选择,即节目流已经推送到机顶盒。DVB-CHFC系统的结合一般有2种方案,一种是DVB视频服务器放在分前端,EPON OLT位置平等,此时,DVB-C系统需要把视频信号进行1 550 nm光信号调制,然后通过CWDM(光合波器)EPON光信号进行耦合,利用EPON光链路进行传输(EPON上行使用1 310 nm光波,下行使用1 490 nm光波)。在ONU,ONU内部的WDM模块解复用出CATV光信号并转换为RF信号,传递给EOC头端,同时数据业务则转换为RJ45接口的电信号,也传递给EOC头端,如图2(a)所示。该方案能最大程度地利用EPON光链路传输CATV信号,但是要求ONU配备单纤三向功能的光模块,单个ONU的成本较高,并且,这种集成在ONU中的转换模块的发射电平不高,覆盖用户数目有限。该方案适用于用户数目不多、覆盖范围较广的地区,可以节省二次建设成本。

第二种较常见方案是保留原有的DVB-C传输网络,如图2(b),即将DVB-C到驻地的RF信号引入EOC头端,该方案对原有的DVB-C网络几乎没有改动,重新敷设EPON+EOC网络。带来的问题是有2张网需要维护,后期维护成本较高。该方案适用于用户数目多、覆盖范围不大的老城区双向网络改造。

 

3. 3 IPQAM方案

随着全网IP化改造和电信IPTV业务的开展,仅靠继续推广DVB-C显然无法满足用户日益增长的交互需求。从用户需求和技术革新成本方面综合考虑,IPQAM成为一种过渡型的技术方案。根据前面介绍的IPQAM的技术原理可以看出,2中的2DVB-C方案都可以无缝地切换到IPQAM方案上来,需要在视频服务器增加一个IPQAM网关,用于接收推送到CDN网边缘的IP视频信号(MEPG-2 Over IP),并需要处理用户机顶盒的回传信号。该方案利用了EPON双向通信的优势,将上行信道作为IPQAM的回传通道使用。

相比纯IP互动接入网, IPQAM方式仅需在开通业务的分前端架设设备,前期投入小,扩容方便,只需增加IPQAM设备即可提高用户并发数,回传信道的带宽要求也不高。但是EPON中巨大的下行带宽资源没有得到有效利用,并且和DVB-C方案一样,是数据通道与视频通道分别维护,后期会带来维护的难度和成本。

3. 4 IPTV方案

无论是广电还是电信运营商, IPTV将是全网IP化后视频业务开展的主要方向。特别是以后EPON10GEPON演进,光节点不断下沉,所有的业务将全部以IP方式承载,采用EPON+EOC架构也非常便于向IPTV模式改进,正如3. 1节描述的,因为其本身双向高带宽的通信和树状拓扑,天然适合IPTV方案。IPTV方案如图3所示。

 

从图3可以看出, IPTV解决方案中,由于视频与数据同为IP承载,对接入网的设备维护成本极低,建设成本也不高。但IPTV业务的开展还需要解决以下几个问题:

(1)提高服务质量。高清视频标准对服务质量要求非常高,不仅在带宽上,对时延、抖动等指标都有比较严格的规定。采用“尽力而为”的以太网技术的EPON+EOC架构,是否能满足要求?

(2)安全性。IPTV的一大诟病就是运营的安全性,所以对节目源的控制和对用户权限的管理将会是一种分布式的,不像DVB-C采用相对单一的CA认证方式,这就对整个EPON+EOC网络系统中的设备提出了较高要求。

对于第(1)个问题, IPTV还不能提供类似DVB-C效果的视频。组播方式的IPTV,数据包以UDP的方式播送,无法保证前端发送数据包与用户终端机顶盒接收数据包的顺序是一致的。此外,数据包传送途径中有许多路由与交换设备,因性能或其他原因很难保证在这些设备上不丢包。但目前业界已经提出了“电信级以太网”概念,从网络架构和OAM管理上都对以太网这种原来应用于局域网的技术提出了改进。

(2)个问题中,由于IPTV目前采用的是因特网组管理协议(IGMP: InternetGroupManagementProtocol),现网中的以太网交换机包括EPON+EOC设备都支持该协议,这就对节目分发的控制提供了手段,比如目前的可控组播在EPON中的应用,就是为了解决IPTV的运营安全性问题。

对于IPTV方案,在目前的高档小区和商务酒店等带宽资源较为富裕、服务质量有保障的行业和地区,已经有了应用案例。

4 结束语

本文介绍了目前在接入网开展视频业务的3种主要技术,并结合现在的网络改造,提出了EPON+EOC系统与这3种技术的结合方案和应用场景。实际上,EPON+EOC系统中,DVB-CIPQAMIPTV在过渡时期下可以兼容并存,比如DVB-C主要应用于直播和对安全性比较敏感的节目源, IPQAM应用于高清或者标清收费视频, IPTV则可以应用于电视购物和互动

会议等,从而满足多种业务运营需求。

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