CATV网发展方向—宽带商业网
CATV网发展方向—宽带商业网
摘 要： 本文阐述了双向CATV网怎样进入Internet网，怎样走向宽带商业网和开展网上电子商务。
关键词： Internet 宽带商业网 电子商务
有线电视网依据其独具的宽带网络资源的魅力和在我国信息化建设中的特殊地位，决定了它必将成为我国最大的商业网之一。本文将介绍双向CATV HFC网怎样实现上Internet网和如何在我国逐步实现商业网，成为电子商务的摇篮。
1 双向CATV网怎样上Internet网
Internet是一种通过TCP/IP通信协议和路由器来实现子网互连的"网上网"-IP网或路由网。通过双向CATV网传送高速数据业务，与Internet相连，是由Cable
Modem穿线搭桥而完成。Cable Modem是近年来随着有线电视宽带数据传输业务的推广而发展起来的，它是一种把PC机接入有线电视网的用户端设备。
下面将重点介绍Cable Modem的组成和工作原理；协议和国际标准。
1.1 Cable Modem(CM)的系统组成
CM系统组成框图如图1所示。
CM系统由前端部分(Cable Modem Termination System.CMTS)、网络部分(Cable Network CN)、用户部分的CM、网络管理和安全系统组成
1.1.1 CMTS 在多数情况下，CMTS需要配备1台Cable Modem来对应1个光节点所包含的用户(约500～2000户)端的CM，这一点与现在使用的电话Modem不同，使用电话Modem时，ISP或电话公司必须用Modem
Pool(Modem池)去分别对应每一个拨进来的电话，是与用户一对一的，也就是点对点的；而CM系统中，通常每个6MHz或8MHz频带可供上网户数是500～1000户，带宽具有明显的共享特征。
CMTS的CM及Cable路由器通过10Basc-T、100Basc-T或ATM OC-3等接口与外部Internet网相连接。
1.1.2 网络部分
按目前国际标准MCNS DOCSIS(Multimedia Cable Network Service Data-Over Cable Service
Interface Specification)规范，Cable Modem的信号传输必须基于HFC网络架构。在HFC网中，光节点是网络中一个非常重要的概念。CM可以提供高达30Mbps的传输速率，实际上是1个光节点下的上百用户所共享的，而不是一个用户所独享。如果同一光节点所属用户超出了原设计数量，必须增建光节点，实质上也是增加光路数量，这说明HFC网络的设计应该具有相当的弹性，以备随时增加光路数。
1.1.3 用户部分
由图1可见用户线经用户分支器将信号一分为二，一路接电视机，供接收正常电视节目，另一路接Cable Modem。CM自动对相应的数字频道进行解调，然后通过10Base-T以太网卡与电脑连接供上Internet网使用。基于10Base-T以太网卡的局域网的传输范围一般只有300m以内，而有线电视网用户到前端的距离通常有数十公里，使得用户终端到前端的信号传输延迟变得非常大。显然，计算机用户与前端的网络通信不能采用普通的局域网协议，为了解决这个问题，CM可使用通用的网络协议，如IP协议；电缆段的数据链路层协议采用DOCCSIS、IEEE802.14协议或与之兼容的其它协议。
1.2 Internet上的数据是怎样通过CATV HFC传输到用户PC机的?
1.2.1为了实现与Internet网的高速接入，用户首先通过模拟Modem或Cable Modem(双向方式)发送一个请求命令URL，通过PPP点对点协议一次交易过程，该命令最终送达Internet业务提供者ISP。然后，通过动态分配法，使用户获得本次交易中的IP地址，并把请求所需信息送往Internet。当Internet网将该用户请求的信息找到后，即将它送往Internet
ISP，再由ISP的路由器负责通过电缆电视网络发给用户CM。
1.2.2 电缆段的数据经层层解包后提交网络层IP层，随后再按以太网协议层层封装处理后转发到计算机网络接口。从计算机发来的数据按以太网协议层层解包后提交网络层，随后再按IEEE802.14协议层层封装后转发到HFC网上。
1.2.3 CMTS在IP网络与有线电视网络之间完成一个网关的任务，具有管理IP的通信流量，控制用户进出网络等功能。在CMTS中，IP包信息内容被截获并个别接受分拣；CMTS给它分配一个新的标头，然后将它装入选择好的子信道里送往有线电视系统。
1.2.4 当IP数据在Cable网络中时，被广播的IP包将寻找一个合适的Cable Modem。该CM在一个预先安排好的子信道里监听有没有与它发出的IP地址相同的地址；一经找到，CM就把该IP包接收下来，然后通过分离视频信号与数字信号、对数字信号进行译码等各种处理，最后将它送到PC机通过浏览器显示。
1.3 Cable Modem的工作原理
CM的组成框图如图2所示
1.3.1 调谐器
与数字机顶盒相同，将输入的RF信号下变频为IF(6～40MHz范围内)的信号，还通常将双工器设置在调谐器内，以实现上、下行信号的分离。
1.3.2 解调器
对输入的IF信号进行A/D转换、64/256QAM解调、Reed-Solomon误码纠错及MPEG同步操作等。
1.3.3 脉冲调制器
其功能是对上行回传信号的处理，它包括Reed-Solomon编码、16QAM/QPSK调制、频率转换、D/A转换等。调制方式多采用抗干扰能力强的QPSK。
1.3.4 处理器
处理器需处理信号的串/并转换、帧标志符的识别或插入、MPEG帧中数据信号的换取，非本机数字雅号的过滤，并执行媒体访问控制MAC协议所规定的各种软、硬件操作。
1.3.5 接口
接口的含义是执行必要的通信协议的转换，通过PCI总线接口、USB(Universal Series Bus)通用串行总线接口或是以太网接口实现与PC的通信。一般来说，CM面对有线电视网的网络通信的底层协议通常采用IEEE802.4令牌总线通信协议，以适应有线电视网络较长的传输线路和星形-树形网络拓扑结构特点；面向PC的是端到端的以太网协议，二者通过以太-令牌转换器转换。
1.4 Cable Modem的特征
1.4.1 上、下行信号流的特征
根据MCNS的DOCSIS标准，CM下行采用64或256QAM调制方式，频带宽度为6MHz(NTSC制)，或8MHz(PAL制)时，下行传输速率决定于调制方式和带宽的宽度，如带宽为6MHz时，64QAM调制时速率为31.2Mb/s，而256QAM调制时速率则为41.6Mb/s。
双向CATV HFC，关键是回传信号。一般采用QPSK或16QAM调制方式，其频带宽度在200kHz～3.2MHz范围内，传输速率可达320Kb/s～10Mb/s。上行信号如VOD等总是以脉冲形式发出，多个CM的上行信号可以在同一频率通过分时隙的方式进行发送，标记的时隙有3种，预留时隙、争用时隙和调距时隙。
a)预留时隙：也称专用时隙，是为某一特定的CM所独享，在该时隙内不允许传送其它CM的信息。预留时隙通常用于较长的数据传输。
b)争用时隙：也称竞争时隙，其特点是为所有CM所共享，以竞争的方式使用，当发生冲突并造成数据丢失时，系统前端CMTS会要求CM在其它时间重新发送。争用时隙通常用于非常短的数据传输。
c)调距时隙：由于各CM与系统前端CMTS的物理距离互不相同，有远有近，可使信号的传输时延高达毫秒级的相对时延，为了消除这一差异，各个CM根据范围调整协议，将本机的"时钟"向前或向后移动一个时隙，以此来对该时延进行预补偿，也即加预时延来校正过大的时延。
1.4.2 CM的信息是怎样共享的
a)单个用户所分配的带宽随上网用户数不同而不同：前述CM系统中，通常每个6MHz或8MHz频道上可供上线的人数设定为最多2000，实际应用中多为500～1000，考虑到回传噪声的原因，最佳用户数为500对应1个光节点，每提供1个频道可产生30～40Mb/s带宽传输速率，当500人同时上网时，每人可分配的传输速率为64～128Kb/s。
b)带宽是动态分配时：表面上看来上述个人分配的共享技术的传输速率与ISDN(128Kb/s)差不多，似乎CM没有什么优越性；其实质不一样，因为CM的网络连接不同于电话网线路的连接，电话网线路连接是交换式定向呼叫连接，是点对点占用带宽是固定的；而CM连接实际占用的带宽不是固定的，仅在用户发送、接收数据的瞬间占用网络带宽，其它时间不占用网络资源。正是由于带宽共享，系统才可实现传输带宽的动态分配；例如，某一瞬间使用用户较少，带宽较有富裕，可远大于64～128Kb/s的传输速率。当网络使用高峰期出现拥塞现象时，系统还可以通过灵活地分配附加带宽的方法来解决带宽不足。例如再分配1个6MHz或8MHz频段就能倍增下行速率，或是在用户段重新划分物理网络，必要时提供专线。
1.4.3MAC(Media Access Control)的功能
媒体接入控制协议MAC通常由硬件或软硬件共同完成。CMTS和CM都执行这个协议，其目的是合理地分享媒体，其主要功能表现如下：
a)电平校正：对不同电缆的损耗进行校正补偿，其目的是使所有CM的上行信号在前端接收时的电平相同。
b)时基校正：对不同电缆的时延进行校正补偿。
c)频率配置：给Cable Modem动态分配频率，CM通过分配的上、下行频率与系统进行通信。
d)时隙配置：为上行信号流分配时隙。
1.4.4传输特征
用户端的Cable Modem的基本功能就是将上行数字信号调制成RF(Radio Frequency)信号后发出，将接收的下行RF信号解调为数字信号，(CMTS从外界网络接收的数据帧封装在MPEG-TS)，从MPEG-TS帧中抽出数据形成以太网的数据，通过10Base-T的口输出至电脑。虽然HFC网还是频分复用的，但在某一频率上的数据信道则是由多个用户所共享，系统通过MAC层来控制用户信道的分配与资源争用，同时还支持不同等级的业务。
2双向CATV HFC网怎样走向商用网
有线电视行业正在进行产业化改造，跻身于IT业，她正向一个刚学走路婴儿，正需要人的扶持，而国办发［1999］82号文，正是一支有力的臂膀。成立企业化的广播电视网络传输公司，通过公司对国有资产进行运作，是一种符合市场规律的明智选择，她将在中国信息化进程中、在建设具有中国特色的信息高速公路中、在构建中国电子商务的框架中起到重要作用。
我们的想法是，以每个省作为一个网络单元，规划成以省为单位的宽带综合业务商用网，开展电子商务、视频点播VOD、网上教学、网上医疗、网上银行等业务。全国CATV联网，就构成了全国通用的大商用网，届时就构成了具有中国特色的信息高速公路之一，电子商务网之一、全国教育网之一、全国医疗网之一等。〖JP2〗之所以是"网络之一"，是因为全球多元化市场的需求，决定了网络多元化的格局，那种企图以一种技术包打天下的作法是不符合市场要求的。
2.1 以省为单元，建设宽带多媒体综合数据网
构造省级宽带多媒体数据网可分3层：其网络拓扑图如图3所示。
其网络结构分3层，骨干网、城域网和接入网，不同层次采用不同的网络技术。 2.1.1 省骨干网
当前可采用传输性能较好的SDH传输体制，它兼容性较好，可靠性高，可提供高质量的电视信号，可满足目前有线电视和通信的需要，〖JP2〗是目前最好的传输技术之一。最佳方案未来可采用IP
Over WDM。
2.1.2 市主干网
多采用多环光纤物理网，其上可构建网状数据平台，通过采用同缆异芯的方式，传输模拟电视信号和数字信号，以适应当前的需要。在城市范围内，用户的业务项目需求会不断增多，业务形式将是声音、图像、数据等多种业务的集合，仅有1张HFC网、1个数据前端来进行双向数据服务，恐怕会产生光纤、频率资源不足，管理和维护也照顾不过来，很难提供优质服务，故设立数据和电视分前端，一环是传输模块电视信号的环网，一环是连接各个数据分前端的网状ATM/IP数据骨干城域网。
2.1.3 接入网
采用当前接入网最佳选择HFC网。目前HFC的宽带接入方式有两种：(1) Cable Modem，(2)
机顶盒"STB＋TV"。
2.2 双向CATV HFC网将逐步走向商业网
2.2.1 当前可提供的宽带网络服务业务
2.2.1.1 VOD业务 一个网络能否提供高质量的真正的视频点播业务VOD，是检验双向CATV HFC各项功能的重要标志，也是是否达到信息高速公路的重要标志。因为VOD业务集声音、图像、数据三位一体，对网络带宽、存储空间、回传性能要求更高，可以这样说，VOD业务的实现，标志着信息高速公路的到来。
a)VOD系统组网方式如图4所示：
该方式下行采用DVB-C，DVB(数字视频广播)码流，保证图像传输质量；上行采用IP方式，用户通过专用机顶盒接入。
b)VOD系统应用前景-合理规划、精心设计骨干网和HFC接入网的频带，建立视频点播网，采用符合MCNS DOCSIS OPEN TV标准的成熟的专用机顶盒产品，建设DVB-C前端，只用1个机顶盒就可以用电视机实现VOD、VEB浏览，打数字电话等功能。
2.2.1.2 电子商务及家庭银行
电子商务作为商业贸易领域中的一种先进的交易方式，已经席卷全球。电子商务已快速的进入中国，尤其是中国即将进入WTO，从网络经济的意义上说WTO就意味着电子商务。2000年
中国的电子商务年， 电子商务已走向成熟。实现电子商务的第一步是宽带数据综合信息网与银行联网，先可以利用这一点开展家庭银行业务。
a)家庭银行系统组网方式如图5所示：
银行与省宽带网控中心通过光纤专线相连，使用户通过Cable Modem或机顶盒访问银行的家庭银行服务器，图中可见多级防火墙保证家庭银行的安全，防止外来非法入侵，故用户可以在家办理存取款手续，方便安全。
b)电子商务：Windows 2000操作系统和Site Sever工具等强大的功能，一举突破了电子商务的技术"瓶颈"，对中国用户而言，电子商务不再"远在天边"而已经是"近在眼前"了。所迫切需要解决的是，能够同国际接轨、符合我国具体国情的电子商务法律法规尽快出台。
电子商务的3大难题是，CA论证系统、支付系统和物流配送系统。当前的进展情况是：关于CA论证系统，是由中国人民银行牵头于去年开始建设金融CA中心，今年第1季度投入初期
行，还要考虑到金融CA与国内外其他CA系统的互连及交叉认证、系统的本地化和国产化等诸多工作，任重而道远。在支付系统方面，目前招商银行、中国银行和建设银行等已经开通了具备网上支付功能的网上银行，但只采用专用帐号和SET协议两种方式。物流配送系统，目前全国性的有组织的大规模配送系统还尚待建立。
随着我国电子商务的发展，上述三大难题的解决，电子商务的法律、法规的出台，家庭银行将很方便的向电子商务过渡，使用户在家庭通过宽带数据综合信息网完成商业贸易的各类活动。
2.2.1.3 远程教育 远程教育是集数据、声音、图像于一体的多媒体业务，对带宽要求非常高，是数据宽带网质量好坏的又一重要标志，也是宽带网应用的又一特色，学生在家通过宽带网访问远程教学服务远程教育系统(该系统可以是各高校，各公司培训系统，各自考点等)，接受老师的时实授课，远程教育系统组网方式如图6所示：
2.2.2 长远规划，综合配套；以民为本，网上贸易
2.2.2.1 长远规划，综合配套：建成一个能提供交互式网络设备系统之后，并非就可以开展商业服务了，这仅仅是开展商业服务的第一步，要使有线电视业走向市场、跻身于IT产业，成为主角之一，还必然要长远规划、综合配套、建立相应的管理系统。首先要建立1套全面管理网络资源、设备、用户及收费的综合网管系统，为商业网运行打下良好的基础。其次，在建立省宽带数据综合信息网中，要以省会为中心辐射各地方市、县分中心，构成全面覆盖全省的网络平台。成熟1个省联网1个省，逐渐的1个省、2个省、多个省的互联，直到全国大联网。
2.2.2.2 以民为本，网上经商
a)双向有线电视用户群将应运而生：通过有线电视网为用户提供Internet接入作为开展多功能业务的切入点，迅速启动市场。
b)为了启动市场，让用户买到价廉物美的CM和机顶盒，要鼓励厂商研制更好的终端设备，降低用户入网成本，并改善售后服务。
c)除为家庭用户提供各种服务外，还为单位用户提供数据传输平台，为企业提供各种线路接入服务，为企业级电子商务奠定技术和网络基础。
2.3Internet/Intranet/CATV HFC网上电子商务
2.3.1网上电子商务的特点
全球范围的Internet/Intranet日益普及与发展，推动了网上电子商务的发展，加之CATV HFC与Internet/Intranet相连，将形成具有中国特色的电子商务特点。
a)网上电子商务系统采用Internet技术，便于连接和扩展，并提供交互式多媒体的通用信息平台，便于普及和应用。
b)网上电子商务系统由于CATV网的全国联网，更决定了它是面向全社会，其用户非常广泛，不仅包括企业和政府部门，也包括各事业单位和家庭、个人。
c)网上电子商务系统投资省、开发时间短、运行成本低、用户无需另起炉灶，故不需特殊培训，使用推广容易。
d)网上电子商务系统可以为用户特别是企业系统，提供各种应用服务，为企业在网上树立形象，降低成本、提高效益服务。
2.3.2 网上电子商务系统框架
一个完整的网上电子商务系统由网络平台、系统软件平台和电子商务应用系统3个部分组成。与目前因特网流行的浏览器、Web服务器、数据库服务器3层结构是一致的。
2.3.3网上电子商务的软件平台：
软件平台包含基础服务平台和业务开发平台2部分。基础服务平台提供的服务和业务开发平台的子系统如表1：
3 结语
面对新世纪的挑战和机遇，有线电视网络将迎来历史的机遇，双向交互式有线电视网络将成为发展的主流，并将挑起建设具有中国特色的信息高速公路的重任。今后10年，双向CATV
HFC还将走向市场，成为我国实现电子商务的排头兵。▲
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