桂玲
随着ＩＰ业务量持续地呈指数形式地增长，宽带ＩＰ网络的建设会在未来的网络建设中起到决定性的作用。在新一代宽带ＩＰ网络的建设中，有线电视网具有明显的优势，即网络覆盖率非常广、接入带宽″最后一公里″带宽非常高和信息资源丰富。我国有线电视网在国家没有投资的情况下，依靠自己的力量，建设成１２９８９公里的国家级干线光缆网络，许多地方还建设成光纤同轴混合网络。我国已拥有世界上最大的有线电视网。同时，有线电视台具有丰富的信息资源，其信息服务能力强，服务经验非常丰富，同时有线电视台在经营宽带多媒体业务和点到多点广播业务方面具有很多优势。
CATV宽带IP网络的建设设计原则及其业务
一、建设原则
有线电视台建设的宽带ＩＰ网络应是一个以ＴＣＰ／ＩＰ协议为基础、具有大容量高速传输能力的、能可靠稳定地保证服务质量的运营级宽带ＩＰ网络。目前，许多省市或大型城市都在计划建设运营级宽带ＩＰ城域网，这些网络将进一步相互演化成为未来的国家信息基础设施ＮＩＩ的网络主体。作为运营级网络，有线电视台建设的宽带ＩＰ网在总体上需满足以下几个原则：
１． 先进性
有线电视台建设的宽带ＩＰ网络应采用世界先进的千兆ＩＰ线速路由器／交换机或ＡＴＭ多业务交换机，能与ＡＴＭ／ＳＤＨ／ＤＷＤＭ宽带传输交换平台充分互联，能够承载和交换各种信息并将其接入公众用户。
２． 可用性与可靠性
有线电视台建设的宽带ＩＰ网络是一个运营级的网络，不允许由于网络的故障而长时间中断面向用户的业务，造成关键用户如政府机关、抢险救灾部门、公安、银行等单位 的损失，因此网络中必须具备必要的技术措施来保证网络的可用性和可靠性。
３． 普遍服务性
有线电视台建设的宽带ＩＰ网络应考虑到各省市公众用户的实际情况，以相应的可接受的价格向用户提供不同接入服务。
４． 统一性
有线电视台建设的宽带ＩＰ网络必须遵循各省市信息基础设施建设方案及规划，科学统一地建设。
５． 可扩展性
有线电视台建设的宽带ＩＰ网络应能随着需求的增加而扩展，即充分留有扩充余地。
６． 安全性及可管理性
有线电视台建设的宽带ＩＰ网络应注意保证整个网络的可管理性、安全性和可靠性。
二、设计原则
根据ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络的建设原则，在设计网络时，必须为上述建设原则提供相应的技术支持和保证，主要包括：
１． 网络结构的ＩＰ优化
网络体系结构以ＩＰ为设计基础，体现在网络的层次化体系结构，可以减少对传统传输体系的依赖。
２． ＩＰ路由协议的优化
３． ＩＰ包转发的优化
适合大型、高速宽带网络和下一代因特网的特征，提供高速路由查找和包转发机制。
４． 带宽优化
在合理的ＱｏＳ控制下，最大限度地利用光纤的带宽。
５． 稳定性优化
最大限度地利用光传输在故障恢复方面快速切换的能力，快速恢复网络连接，避免路由表颤动引起整网震荡，提供符合高速宽带网络要求的可靠性和稳定性。
三、开放的业务
ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络能开放基于ＩＰ的业务，包括基于ＩＰ的基本数据业务和基于ＩＰ的增值服务。基于ＩＰ的基本数据业务包括基本数据连接、ＩＳＰ信息服务以及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入等。除了基本ＩＰ数据业务以外，ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络增加收入的最好办法就是提供增值服务。
１． 基本ＩＰ数据业务
基本ＩＰ数据业务主要指除ＩＰ视频 ，ＩＰ语音以外的ＩＰ数据业务，主要应用为局域网ＬＡＮ互连、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎｔｒａｎｅｔ／Ｅｘｔｒａｎｅｔ 承载传输业务、ＩＳＰ信息服务、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入等。此类业务都采用ＩＰ数据包，采用基于 ＩＰ上的多种协议 ＴＣＰ，ＵＤＰ等实现传输。
２． 虚拟专用网业务ＶＰＮ
ＣＡＴＶ的宽带ＩＰ网络是当地城市或地区的通用ＩＰ平台，它需要连接政府部门、银行保险 、企业学校等单位。并且在ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络建网初期集团网络用户是最大的网络用户，为了保证集团用户上网信息传送的可靠性和安全性，网络设备应至少需要支持各种种类ＶＰＮ业务，以保证各用户的安全性和专用性。
－ 基于ＬＡＮＥ／ＶＬＡＮ技术的虚拟网技术；
－ 基于ＰＶＣ技术的ＶＰＮ；
－ 基于ＶＰ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ技术的ＶＰＮ；
－ 基于ＰＮＮＩ的闭合用户组的ＶＰＮ；
－ 基于ＩＰ技术的ＶＰＮ技术；
－ 基于拨号服务的ＶＰＤＮ技术。
３． 多等级ＱＯＳ数据业务
ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络设备应采用多种手段以保证不同等级的用户、不同级别多媒体业务的有效传输：
优先级排队；
用户排队；
加权公平排队；
加权早期随机丢弃；
－ ＲＳＶＰ；
－ ＣＡＲ ；
－ ＩＰ 优先级。
４． ＩＰ视频业务
对于ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络来说，ＩＰ视频业务将是其主要的业务之一，ＩＰ视频业务分为两类，即视频节目交换和视频会议，无论哪一种视频业务，都应遵循下列标准：
１ ＩＰ视频节目交换编码标准：
为保证在网络上达到广播级的视频传输，采用ＭＰＥＧ２的压缩编码标准，其码流可从２Ｍｂｉｔ／ｓ－１５Ｍｂｉｔ／ｓ，在此次的方案中提供的码流为８Ｍｂｉｔ／ｓ以上。
２ ＩＰ视频节目交换传输标准：
为保证视频节目交换的实时性，并且避免对带宽的浪费，在视频节目的传输，采用ＩＰ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ的技术，其主要包括多点广播注册协议ＩＧＭＰＲＦＣ１１１２，多点广播路径建立协议 ＰＩＭ，ＤＶＭＲＰ，ＭＯＳＰＦ。
３ ＩＰ视频会议的编码标准：
目前的视频会议技术主要采用ＭＰＥＧ１的编码压缩标准，码流为１．５Ｍｂｉｔ／ｓ。
４ ＩＰ视频会议的传输标准：
ＩＰ视频会议的传输采用标准的Ｈ．３２３的协议，Ｈ．３２３协议包括ＲＡＳ控制采用Ｈ．２２５．０协议，呼叫建立采用Ｑ．９３１和Ｈ．２４５的协议，视频编码采用Ｈ．２６１Ｈ．２６３的协议，语音编码采用Ｇ．７２９等协议。ＩＰ视频传输采用基于ＵＤＰ的ＲＴＰ／ＲＴＣＰ协议。
５． ＩＰ电话业务
在ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络中开放ＩＰ电话业务，为用户提供便宜、便捷的话音业务将是ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络发展的主要动力之一，ＩＰ电话业务应遵循下列标准：
编码技术标准：
ＩＰ语音采用Ｇ．７２９ ＣＥＬＰ语音压缩技术，可将语音编码为８ｋｂｉｔ／ｓ数据流。该标准有两 种格式，它们都拥有等价于３２ｋｂｉｔ／ｓ ＡＤＰＣＭ的语音质量。
ＩＰ语音会话标准：
ＩＰ语音会话采用Ｈ．３２３作为标准，Ｈ．３２３利用Ｑ．９３１的一部分，采用ＴＣＰ ｐｏｒｔ １７２０实现呼叫建立。
ＩＰ语音传输标准：
在ＩＰ语音的传输上采用基于ＵＤＰ协议上等可提供时间标记ＲＴＰ，ＲＴＣＰ协议实现语音传 输，避免语音抖动。
CATV宽带IP网络的体系建设
建设ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络是一个系统工程。首先，应确定网络的分层结构；然后根据网络的规模、提供的服务、用户的类别，选择相应的核心网络和边缘网络技术；最后，在此基础上开放不同的业务。
一、ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络的结构
ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络应采用分层结构，网络分为核心网络和边缘接入网络两部分，边缘网络为网络的用户提供服务，而核心网络为边缘网络提供服务，负责将来自边缘设备的较低速数据流量汇集到高速主干线上，简化网络拓扑结构，在整个传输网络上提高带宽效率。
核心网络必须能高速传输大量的业务量，并能扩展到非常高的交换容量。核心网络必须非常稳定可靠，它的可靠性对于保证整个网络的可用性十分重要。核心网络还应支持各种业务质量保证ＱｏＳ，使用ＭＰＬＳ业务量工程等手段，来根据用户的重要性和其购买的业务，有区别地对待来自各种用户的业务量。核心网络的操作维护必须十分简单，对网络故障的定位、修复必须方便。同时，由于终端客户并不直接与核心平台相连接，也就没有必要象边缘网络设备那样要求接口的多样性，核心网络只需提供高速接口来接入边缘业务量，提供１５５Ｍｂｉｔ／ｓ、６２２Ｍｂｉｔ／ｓ、１Ｇｂｉｔ／ｓ、２．４Ｇｂｉｔ／ｓ以及１０Ｇｂｉｔ／ｓ甚至更高速率的接口。最后，必须考虑到光纤技术的飞速发展，在网络核心平台上将集成诸如ＤＷＤＭ等光纤技术，核心网络的成本将成倍降低、网络结构将越来越简单、网络的带宽将越来越高。
边缘接入 网络直接为用户提供服务，因此，它必须能提供丰富的业务特性，能区分不同的用户要求 ，为不同的用户提供不同的服务质量保证ＱｏＳ。
二、ＣＡＴＶ宽带ＩＰ核心网络的建设
ＣＡＴＶ宽带ＩＰ核心网络技术的发展很快，总的趋势是带宽越来越大、技术的层次结构越来越简单，出现了直接在光纤上承载ＩＰ的技术。选择合理的网络主干技术对于一个营运网络来说十分重要，因为它关系到网络的服务品质和可持续发展的特性。网络主干包括主干网设备之间及其与汇聚点核心设备之间的连接，宽带ＩＰ网络的主干必须选用相应的宽带主干技术。目前，可供选择的宽带技术包括以下几种：
（１） 千兆以太网技术（ＧＥ）
最高传输速率为１Ｇｂｉｔ／ｓ，与以太网技术、快速以太网技术向下兼容。
（２） 异步转移模式（ＡＴＭ技术）
采用信元传输和交换技术，减少处理时延，保障服务质量，使其端口可以支持从Ｅ１２Ｍｂｉｔ／ｓ到ＳＴＭ－１１５５Ｍｂｉｔ／ｓ、ＳＴＭ－４６２２Ｍｂｉｔ／ｓ、ＳＴＭ－１６２．４Ｇｂｉｔ／ｓ、ＳＴＭ－６４１０Ｇｂｉｔ／ｓ的传输速率。
（３） ＳＤＨ技术或ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术
采用高速光纤传输，以点对点方式提供从ＳＴＭ１到ＳＴＭ６４甚至更高的传输速率。其中ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ技术也简称为ＰＯＳ技术，也就是将ＩＰ包直接封装到ＳＤＨ帧中，提高了传输的效率。
（４） 动态ＩＰ光纤传输技术ＤＰＴ
定义了一种全新的传输方法—ＩＰ优化的光学传输技术。这种技术直接在光纤上承载ＩＰ，提高了带宽使用效率、提供了服务类别的丰富性以及网络的高级自愈功能，从而在现有的一些解决方案基础上，为网络营运商提供了性能价格比极好和功能极其丰富的更先进的解决方案。
ＧＥ技术、ＡＴＭ技术、ＰＯＳ技术都各有优点和缺点。
表１简单地描述了这些技术的特点。值得指出的是，在一个小型、简单的网络中，采用ＧＥ技术组网的性能价格比确实较高，但在一个大型、复杂的网络中，采用ＤＰＴ技术组网的性价比则最高，原因在于ＳＲＰ环形结构对端口数的需求很少。
三、ＣＡＴＶ宽带ＩＰ接入网络的建设
ＣＡＴＶ宽带ＩＰ边缘接入网络的可采用ＡＴＭ／ＦＲ直接接入、Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ、ｘＤＳＬ以及ＨＦＣ等技术，在网络建设初期，考虑到资金问题，并考虑到接入网络，即小区网或校园网中，需要丰富的以太网端口，以及考虑到千兆位以太网的经济性，因此使用ＧＥ作为城域网的接入非常合适。
CATV宽带IP网络的性能要求
一、可靠性及自愈能力
ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络，因此应具有较高的网络可靠性和较强的自愈能力，包括链路冗余、模块冗余、设备冗余、路由冗余等要求。
（１） 链路冗余
在主干连接主干设备之间及其与汇接设备之间的连接具备可靠的线路冗余方式。建议采用负载均衡的冗余方式，即通常情况下两条连接均提供数据传输，并互为备份。主线路切换到备份线路的时间应小于５０ｍｓ，以充分体现采用光纤技术的优越性。这种高速的网络自愈特性应可以保证不会引起ＩＰ路由的重新计算，不会引起业务的瞬间质量恶化，更不会引起业务的中断。
（２） 模块冗余
主要设备主干设备和业务汇聚点的核心设备的所有模块和环境部件应具备１＋１或１：Ｎ热备份的功能，切换时间小于３秒。所有模块具备热插拔的功能。系统具备９９．９９９％以上的可用性。
（３） 设备冗余
提供由两台或两台以上设备组成一个虚拟设备的能力。当其中一个设备因故障停止工作时，另一台设备自动接替其工作，并且不引起其他节点的路由表重新计算，从而提高网络的稳定性。切换时间小于３秒，以保证大部分ＩＰ应用不会出现超时错误。
（４） 路由冗余
网络的结构设计应提供足够的路由冗余功能，在上述冗余特性仍不能解决问题时，数据流应能寻找其他路径到达目的地址。在一个足够复杂的网络环境中，网络连接发生变化时，路由表的收敛时间应小于３０秒。
二、拥塞控制与服务质量保障功能
拥塞控制和服务质量保障ＱｏＳ是公众服务网的重要品质。由于接入方式、接入速率、应用方式、数据性质的丰富多样，网络的数据流量突发是不可避免的，因此，ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络对拥塞的控制和对不同性质数据流的不同处理是十分重要的。
（１） 业务分类
网络设备应支持６ 至 ８种业务分类ＣＯＳ。当用户终端不提供业务分类信息时，网络设备应根据用户所在网段、应用类型、流量大小等自动对业务进行分类。
（２） 接入速率控制
接入本网络的业务应遵守其接入速率承诺。超过承诺速率的数据将被丢弃或标以最低的优先级。
（３） 队列机制
具有先进的队列机制进行拥塞控制，对不同等级的业务进行不同的处理，包括时延的不同和丢包率的不同。
（４） 先期拥塞控制
当网络出现真正的拥塞时，瞬间大量丢包会引起大量ＴＣＰ数据同时重发，加剧网络拥塞的程度并引起网络的不稳定。网络设备应具备先进的技术，在网路出现拥塞前就自动采取适当的措施，进行先期拥塞控制，避免瞬间大量丢包现象。
（５） 资源预留
对非常重要的特殊应用，应可以采用保留带宽资源的方式保证其ＱｏＳ。
三、扩展能力
ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络是一个服务网络，它必将随着用户的不断增加以及业务的不断开放而不断扩展，因此对于ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络来说，网络的扩展能力十分重要。
（１） 交换容量扩展
交换容量应具备在现有基础上继续扩充４至８倍容量的能力，以适应ＩＰ类业务急速膨胀的现实。
（２） 端口密度扩展
设备的端口密度应能满足网络扩容时设备间互联的需要。
（３） 主干带宽扩展
主干带宽应具备４至８倍甚至更高的带宽扩展能力，以适应ＩＰ类业务急速膨胀的现实。
（４） 网络规模扩展
网络体系、路由协议的规划和设备的ＣＰＵ路由处理能力，应能满足网络超过一定节点规模的要求。
四、与其他网络的互联能力
ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络应是一个开放的网络，应与其它互联网络进行互通互联：保证与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ国内国际出口的无缝连接；保证与现有ＡＴＭ／ＳＤＨ网络的无缝互联；保证与本省本地区各ＩＳＰ网络和大型企业网的无缝互联。
五、对各种通信协议的支持能力
ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络是一个基于ＴＣＰ／ＩＰ的网络，因此除了支持各种ＩＰ路由协议外，还应根据需要支持以下各种应用协议：
（１）以支持ＴＣＰ／ＩＰ协议为主，兼支持ＩＰＸ、ＤＥＣＮＥＴ、ＡＰＰＬＥ－ＴＡＬＫ等协议。设备商应提供服务营运级别的网络通信软件和网际操作系统。
（２）支持ＲＩＰ、ＲＩＰｖ２、ＯＳＰＦ、ＩＧＲＰ、ＩＳ－ＩＳ等多种国际标准的路由协议。根据网络规模的需求，必须支持ＯＳＰＦ和ＩＳ－ＩＳ路由协议。然而，由于ＯＳＰＦ协议非常耗费ＣＰＵ和内存，因此当网络十分庞大复杂例如包括２００个业务节点，每节点包含１０个甚至更多的三层网络设备时，必须采取合理的区域划分和路由规划例如网址汇总等来保证网络的稳定性；应提供适当的路由规划后备方案。
（３）支持ＢＧＰ－４、ＩＤＲＰ等标准的域间路由协议保证与其他ＩＰ网络的可靠互联。
（４）支持ＭＰＬＳ标准，提供与ＡＴＭ等网络的无缝互联，并提高网络的性能。
六、网络管理功能与安全体系
ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络是一个运营级的网络，因此必须具有运营级网络所必须的网络管理功能，如统一网管、计费管理等功能。同时，ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络还连接党政机关、公安安全机构、银行金融等对保密性、安全性要求很高的用户，因此ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络的安全功能就显得十分重要。总之，ＣＡＴＶ宽带ＩＰ网络的网络管理与安全体系主要应包括：
（１）支持整个网络系统各种网络设备的统一网络管理。
（２）支持故障管理、计费管理、配置管理、性能管理和安全管理五大功能。
（３）支持系统级的管理，包括系统分析、系统规划等；支持基于策略的管理，对策略的修改能够立即反应到所有相关设备中。
（４）网络设备支持多级管理权限，支持ＲＡＤＩＵＳ、ＴＡＣＡＣＳ＋等认证机制。
（５）支持安全监控机制，当发现存在安全漏洞和遭到攻击时，应及时通知网络管理人员，并应自动采取适当的措施予以保护。
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