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1、软件定义的广电有线电视融合接入技术平台【摘要】CCAP （Converged Cable Access Platform,有线电视融合接入技术平 台）是美国及欧洲有线电视接入网技术体制的重要发展方向。在城域接入网中 引入SDN （软件定义网络）/NFV（网络功能虚拟化）技术，可以大大简化接入网 的运维，并可实现方便、灵活、快速部地署新的业务。目前，已经有软件定义 的CCAP解决方案。本文介绍CCAP的发展背景、技术原理、系统组成、发展现 状，最后介绍软件定义的CCAP解决方案，并介绍软件定义的CCAP解决方案与 传统CCAP解决方案的一些对比。一背景为实现视频IP化及网络DVR业务，美国有线电
2、视运营商将越来越多的QAM频道用于窄播业务，由此，需要新部署更多的设备（如CMTS、边缘QAM调制器等），并需要对众多的业务进行灵活管理。这就给机 房空间、电力供应、网络管理等带来巨大压力。据测算，如按照现有网络架构（CMTS+边缘QAM），则：（1）机房面积每年应增长1.5倍；（2）电力供应每年要增长1.5倍；（3）机房空间、电力消耗的增加及设备散热等均需大笔投资，而且在 很多地方，机房空间无法扩展；（4）CMTS的单位带宽成本将居高不下，而有线电视运营商则希望能 够持续下降。为解决上述问题，有线电视运营商需要有密集型的边缘QAM设备，并 在一个平台中融合各种有线、无线接入网络技术。于是，C
3、omcast、 Cablevision、Charter、Cox、欧洲有线电视实验室、欧洲有线电视运 营商等提出并发展了 CMAP（Converged Multiservice Access Platform, 多业务融合接入平台）方案，TWC提出了 CESAR（Converged Edge Services Access Router，融合业务接入边缘路由器平台）方案。CMAP与CESAR的功能基本相同，均是将视频、语音、数据融合到边 缘QAM并能由此提高带宽利用率。二者主要不同点在于：（1）CAMP可选实施视频内容加密，而CESAR则不支持；（2）CESAR只定义了集成式架构，而CMAP则定
4、义了集成式与模块 化两种架构；（3）CESAR可选支持各种接入技术，而CMAP则只支持同轴接入技 术。设备供应商们认为同时生产两套系统设备很不方便，MSOs则认为 CAMP与CESAR两者是可以互为补充的。于是，CableLabs于2011 年6月 14 日发布了“CCAP（Converged Cable Access Platform，有线电视融合接入技术平台）架构技术报告”。CCAP合并了 CMAP与CESAR的核心接口需求，集成了广播QAMs、窄播QAMs、DOCSIS 3.0上/下行接口，并可选支持10G-DPoE等接入网系统，将交换、路由、CMTS、QAM视频、DPoE等进行融合；可
5、 实现传统视频传输方式向下一代视频传输方式（通过DOCSIS或其他 接入技术的可管理IP视频传输）有效转换。多项技术资料显示，相对现有网络，CCAP可以节约一半的机房空间、 50%60%的电力消耗和部分散热成本，使容量增大4倍，并可望减少 3/4的单位带宽成本。二架构根据已部署的DOCSIS架构（I-CMTS、M-CMTS），CCAP相应定义 了两种参考架构：I-CCAPCIntegrated CCAP，集成式 CCAP）、M-CCAP （Modular CCAP，模块化 CCAP）。I-CCAP 与 M-CCAP 均支持 IPv4 与 IPv6、MPLS、VPN 组播、IP 路由 与转发功能
6、；支持RIPv2、IS-IS、OSPFv2、BGPv4等路由协议和边 缘QAM数字视频（广播、窄播）业务、DOCSIS业务；支持DPoE。1、I-CCAPI-CCAP参考架构如图1所示，拥有多个视频信号输入接口，输入格式 为以UDP/IP协议经以太网传输的MPEG SPTSs或者MPTSs。输入信 号经处理后，从I-CCAP的射频接口输出。InwmeL模损广播节日爵-OOEf 理OSS配置与管理）图1 I-CCAP参考架构1.1数字视频传输ERM（Edge Resource Manager,边缘资源管理器。可以内置于I-CCAP, 也可以是I-CCAP外部的一个控制接口）用于管理HFC网络中Q
7、AM端 口及下行频率的使用，并向SRM（Session Resource Manager，会话 资源管理器）报告拥有足够带宽且与STB服务组有连接的I-CCAP射 频输出接口。I-CCAP拥有多个视频信号输入接口，输入格式为以UDP/IP协议经以太网传输的MPEG SPTSs或者MPTSSo输入信号经处理后从I-CCAP 的射频接口输出。1.1.1窄播业务的传输1.1.1.1 VoD业务的传输当用户点播某一个节目时，STB上的VoD客户端便向位于有线电视前 端的VoD SRM发送请求信息，当查询到视频资源后，视频流便以恒定 码率（目前还不支持可变码率）的单播SPTS传送至I-CCAP，再通过
8、UDP端口映射或者在ERM的控制下，找到有足够带宽的QAM端口与 RF频率，将输入的多个SPTS进行复用（形成MPTS）、加扰、QAM 调制、上变频等处理，然后从射频端口输出。1.1.1.2 SDV业务的传输当用户换台（切换到另一个频道）时，STB （支持SDV功能）向位于 有线电视前端的SDV SRM发送请求信息，SRM将节目所在的多播组 告知ERM，ERM再指配相应的I-CCAPo然后，交换式数字视频多播 源便将预先处理好（如加密）的恒定码率SPTS传送至指定的I-CCAP， I-CCAP将输入的多个SPTS进行复用（形成MPTS）、QAM调制、 上变频等处理，然后从射频端口输出。1.1.
9、2数字广播业务的传输I-CCAP的每个下行线卡可支持多个频道（每个模拟频道里复用了多套 数字广播节目）的视频传输。有线电视融合接入技术平台CCAP的现状然而，EPoC、DOCSIS 3.1、以及分布式物理层接入则是专注于同轴电 缆接入的新技术，目的在于扩展现有的双向HFC网络的接入带宽。无 论光纤到户或是HFC入户的用户，EPoC/GPoC使得运营商以 EPON/GPON为统一传输机制，为其提供高速宽带接入业务。无论是光纤到户或光纤到楼宇，EPoC均能提供对称IGbps与1Gbps（或 非对称l0Gbps/lGbps）的业务。国际电气与电子工程师协会IEEE的 802.3以太网工作小组目前正对
10、EPoC进行标准化工作，将其作为IEEE 802.3以太网最后一英里EFM的系列标准之一。DOCSIS 3.1是DOCSIS 3.0标准的增强版本。通过结合下列的优势， 它可提高约50%的频谱调制效率（bps/Hz）：（1）正交频分复用（OFDM ），相比ITU-T J.83的QAM调制技术，提 供抗干扰更强的信号编码算法。在4G LTE移动通信中，OFDM也是一 种有效方法。（2）低密度奇偶校验码LDPC，比里德索罗门编码效率更高的纠错代 码。（3）实施频谱结构的调整，如减小防护频带与扩展频谱范围。DOCSIS 3.1标准已经被正式发布，并在2014年开始进行产品的试验。分布式PHY接入也称
11、作远程PHY接入，通过一系列产品，将数字信号 调制为射频RF信号的节点，从前端/分前端移至光节点。其目的是消除 光纤传输中调幅信号的劣化，以实现高阶调制或频谱扩展，从而增加传 输带宽。借助分布式PHY接入，对于给定距离，基带信号可以保障更多波长的 使用。分布式PHY接入所具有的另一个运营优势是，可分散过于集中 于室内的热负荷与电力负荷，从而节省功耗与空间。例如，与CCAP 型边缘QAM相比，节点QAM估计可降低70%的功耗，以及90%的机 房机架空间。下行分布式PHY接入产品或节点QAM，已经推出。多家厂商与运营商 目前正在研究上行分布式PHY接入设备，或基于光站的突发式接收机， 以及各类上/下行组合的分布式PHY接入产品。用户对带宽需求的日益增加，正推动着有线网络持续快速地发展，而非 阶跃式的前进。CCAP架构正成为这一进程的推手，通过提供可运营结 构与其发展的延续性，该架构奠定了容纳未来技术发展的框架。每个运营商都以其独特的发展途径，来开拓自己的市场并实现其愿景。然而，上述的CCAP架构，连同现有的边缘QAM与DOCSIS 3.0，以及将来的节点 QAM、DOCSIS 3.1、EPoC、以及其他技术，以其高效、低能耗、简洁易用等特点，将成为保障欧美 广电网络运营商立于不败之地的有力武器。
