有线电视综合业务信息网体系结构研究
◎ 金 纯 重庆邮电学院通信与信息工程学院 教授 博士
◎ 蒋小宇 重庆邮电学院通信与信息工程学院 硕士研究生
◎ 许光辰 重庆大学计算机学院 教授
◎ 黄 剑 重庆大学自动化学院 讲师
【摘要】本文讨论有线电视HFC宽带综合信息网络体系结构的两种方案：DVB＋IP网络方案和全IP网络方案。基于这两套方案，在HFC网络中引入交换和路由机制，使得HFC具有广播、组播和点对点通信能力，从而成为支持电视、电话和数据的综合业务网络。
【关键词】HFC IP 宽带网络
综合业务 三网融合
1.有线电视网络的发展方向
HFC网络在主干网上采用光纤作为传输介质，在用户分配网上采用带多层屏蔽的高可靠性的同轴电缆作为传输介质。HFC网络的主干网一般采用SDH双向自愈环结构，在分配网上采用树型结构。目前，我国大多数地区都建设了860MHz的HFC系统。相对于电话线，HFC具有高带宽的特点。
我国有线数字电视采用DVB-C标准，DVB-C作为专门为有线数字电视设计的技术标准，它能够很好地支持数字电视广播、点播、图文电视和交互应用（需回传信道）等。
IP技术在互联网领域取得了巨大成功，它与底层物理网络无关，即底层物理网络可以是光纤、电缆和微波等传输介质。IP也可以架设在其它传输和交换技术之上，如IP
over SDH、IP over ATM、IP over
DWDM以及IP与ATM集成的产物MPLS(Multiple Protocol Label
Switch)。以IPv6和软交换为核心的下一代网络NGN(Next Generation
Network)是未来网络的发展方向。IP技术相对于DVB-C最大的优势就是其分组传送和强大的寻址能力，能够很好地支持点对点通信，便于为用户提供个性化服务。例如，VoIP就是利用IP网络的点对点通信进行电话通信，近年来，其增长率达239%
，发展潜力极大。成立仅两年的Skype公司，其VoIP网络电话注册用户达5400万，2005年10月Skype被eBay以41亿美圆收购。2004年以来，国内外掀起了一股IPTV旋风，电信运营商试图借助其宽带网络（xDSL）推出网络电视业务。最近，在国外兴起了一种点对点数据流电视（P2PstreamingTV），这种应用使得一台接收电视信号的普通电脑成为向另一台电脑传播视频数据流的一个平台，接收数据的那台电脑又可以向另一台电脑传送信号，如此循环下去。
无论VoIP、IPTV还是P2PstreamingTV，都是基于IP技术的应用。
我国即将出台的《电信法》将打破电信和广电之间的壁垒。在这种情况下，拥有5300万宽带用户（2005年6月数据）的电信企业必将大举进军IPTV业务，从而对有线电视运营商构成威胁。
在电信运营商向广电领域渗透时，有线电视运营商也应该积极改造和升级基础网络，将广电网络发展为宽带综合业务数字网，提供传统的电视信号传输业务之外，在政策允许的情况下提供电话通信等电信业务，与电信企业展开全业务竞争。
此外，数字电视、IPTV和VoIP等新型业务的发展，必将进一步推进"三网融合"。我们认为，"三网融合"是网络上的互联互通、资源上的互惠共享、业务上的合理竞争。因此，HFC网络的发展方向是IP化、智能化和综合业务化。
2.基于DVB+IP的有线电视综合业务信息网
这种方式的基本思想是利用频分的方式在HFC网络上同时传输数字电视信号和其它业务数据。其中，数字电视信号采用DVB-C技术传输，而其它业务数据采用基于CMTS-CM的IP技术传输。在频率分配上，上行频段一般为5－65MHz（15MHz以下的频段性能较差，一般不使用），下行频段一般采用550MHz－860MHz频段中的8MHz或6MHz信道，同一个光节点下的用户共享40Mbps或27Mbps带宽。系统结构如图1所示。
图 1. 基于DVB＋IP的有线电视综合信息网络结构示意图
上图只是一个示意图，在实际网络中，由于"漏斗噪声"及受CMTS通道带宽的限制，一般将CMTS尽量向用户端靠近。此外，一个双向光节点下的用户数不宜超过500户。回传信号和下行信号在光纤中传输时，可以采用不同的波长在同一光纤中传输（即波分复用），也可以采用一对光纤（一般位于同一光缆中）进行传输（即空分复用）。
这种方式保留了当前有线数字电视的整体架构，最大限度地保护了现有固定资产。同时，运营商可以通过这种方式，为用户提供IPTV业务。目前，这种方式被大多数有线电视运营商采用。
3.基于全IP的有线电视综合业务信息网
这种方式摒弃现有有线数字电视体系结构，将HFC网络改造为全IP网络架构，所有业务都基于IP网络进行传输。这种方式的系统结构如图2所示。
由于整个网络进行了IP化改造，因此前端系统也要进行相应改造。前端系统改造有三个重点：
其一，IPTV前端系统。主要包括高效压缩编码系统、流媒体服务器集群系统、负载均衡系统、数字版权管理（DRM）系统等。压缩编码系统一般采用MPEG-4
AVS(H.264)标准，在同样音视频质量时，其码率是MPEG-2压缩编码标准的1/3。由于单个流媒体服务器能够支持的并发流有限（目前，最多支持几百个并发流），因此，在大中型网络中，一般都采用服务器集群系统，并用CDN技术将内容分发到各边缘节点，减少对中央服务器集群的压力。负载均衡管理系统是对流媒体服务器集群进行管理与调度，使得各个服务器系统能够在负荷分担的方式下运行。DRM数字版权管理的作用相当于数字电视中的条件接收系统CAS，但CAS是基于TS流进行加扰加密的，而DRM是对节目原始数据直接加密。用户要播放节目，必须获得DRM版权管理系统的授权，且这种授权可以对播放时间、播放次数、播放终端等进行限制，能够有效地防止内容被复制和被非法播放。
图 2.全IP化的HFC网络架构图
其二，个性化服务和综合业务系统。进行IP化改造的主要目的就是为用户提供个性化服务和综合业务服务。个性化服务需要强大的新业务开发环境和运行支撑系统，能够跟踪客户情况和市场动向，不断推出新的业务。综合业务包括基本电视节目、付费电视节目（节目包、PPV等）、VOD/NVOD、VoIP电话、宽带接入、VPN等业务、TVmail(电视邮件)
、短消息和多媒体消息等。
其三，运营支撑系统，即BOSS系统。业务的多样化和服务的个性化需要一个强有力的运营支撑系统，包括计费、结算、营业、账务、客户服务、经营分析等系统功能。
图2中，核心交换机的主要作用是进行业务分析，并对呼叫请求及上下行数据进行选路交换。例如，当收到用户IP电话呼叫请求，则将呼叫转接至VoIP网关（包括软交换系统）；如果收到Internet数据，则将数据转发到Internet出口路由器；如果收到IPTV节目点播请求，则将其转接至前端IPTV系统。
VoIP网关和语音网关控制器（即软交换机）的作用是提供HFC网络与公共交换电话网络PSTN之间的连接，使得HFC网内的VoIP电话和PSTN网络中的座机电话、PLMN网络中的移动电话实现互联互通。
在传输网方面，基于现有SDH网络，可以采用IP over
SDH方式，即将IP数据包装入SDH的VC虚容器，按照一定的复用线路，最终适配为STM-N进行传输。当然，也可以采用IP
over ATM（这种方式对于VoIP电话具有较好的QoS支持）、IP over
DWDM或MPLS技术。在各边缘节点设立边缘流媒体服务器，其内容是由中央流媒体服务器集群用CDN网络分发而来。值得注意的是，并不是中央服务器的所有内容都分发到边缘服务器，而是根据用户请求进行内容分发，如果边缘服务器有用户请求的数据，则直接由边缘服务器向用户发送数据，如果边缘服务器没有用户请求的数据，则它立即向中央服务器请求数据，中央服务器收到请求后，通过CDN网络快速地将数据分发到边缘节点。为了提高单个用户实际可得到的带宽，降低"漏斗噪声"效应，我们将CMTS向前推到各边缘节点。
在用户端，家庭内所有的信息终端都可以基于这样一张IP网络与外界相连。如，IP电话、PC、电视机（普通电视机需要加装网络机顶盒）等与Hub或用户小交换机相连，然后再通过CM与外界相连。
值得注意的是，上述CMTS和CM的频谱范围需要覆盖整个HFC网络频谱。此外，如果对网络进行升级，实现HTTH（光纤到户，目前一般采用无源光网络PON技术），即实现全光通信，那么就不需要CMTS和CM了，取而代之的是OLT（Optical
Line Terminal）和ONU（Optical Network Unit）等光网络设备。
4.结束语
在DTV、IPTV、VoIP、IPv6、NGN、PON、FTTH、软交换和全光通信等新技术、新业务不断取得进步的情况下，"三网"之间网络的和业务的融合趋势更为明显。经过进一步改革整合，未来几年，中国可能出现3、4家全业务基础网络运营商。在新的竞争格局下，任何网络运营商都不可能靠单一业务取得竞争优势，而必须展开全业务竞争。面对电信运营商IPTV咄咄逼人的竞争，有线电视运营商必须对基础网络进行改造升级，建设有线电视宽带综合信息网及其支撑系统，做好与电信运营商的竞争的准备。
参考文献：
[1]. W. Richard Stevens: TCP/IP Illustrated, Volume1:
The Protocols, 1994, Addison Wesley;
[2]. 周卫东、罗国民 朱勇等，现代传输与交换技术，国防工业出版社， 2003.10 ；
[3]. 陈建亚、余浩，软交换与下一代网络，北京邮电大学出版社， 2003.2
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