CN101312403A - 高速同轴数字接入系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速同轴数字接入系统，主要由硬件系统和软件系统组成，其中，硬件使用INTEL公司的IXP420处理器，通过地址/数据总线外接Flash和SDRAM组成处理器小系统，然后通过数据接口控制4路信号处理单元(EN3011)对信号收发单元(EN1010)收/发的信号进行整合，以提供用户所需要的数据带宽，设备使用一个以太网交换单元提供设备数据接入和设备维护，也提供一个串行接口，可用于设备维护，提供网络管理单元可实时对设备运行状态、性能等进行监控及对设备进行配置、维护，软件系统可以实现自动搜索加入网管系统，配置管理，安全管理，故障管理，性能管理，远程升级，有效实现三网合一。

Description

高速同轴数字接入系统

技术领域

本发明涉及一种数字接入系统，尤其是一种使用有线同轴电缆组成网络，三网合一的最后300米数据传输的高速同轴数字接入系统(High speed Ethernet Cable Link，简称HECL)。

背景技术

随着科技的进步，互联网技术的高速发展，数据宽带技术得到了空前的发展，但是数据宽带技术的优化和改造，成本高，技术难度大，美国HFC网双向化的十年投资几乎1000亿美元，平均每户1500美元，面对我国的实际情况，广电行业如果进行HFC网双向化改造，那么投入将是无比的巨大，目前的数据宽带传输技术主要有以下几种方式：

DOCSIS 2.0(cable module技术)、WiFi、PCL(家庭插电联盟)、EOC(Ethernet over Coax)、MoCA的c.LINK等基于Cable的传输技术由于带宽的限制，都不能实现三网合一的数据带宽要求。

Wi-Fi：原是IEEE802.11b无线接入网的别名，后来成为“无线以太网兼容联盟(WECA，Wireless Ethernet CompatibilityAlliance)”的注册名称。IEEE802.11b工作在2.400-2.482GHz，采用QPSK调制，传输速率仅为11Mb/s，不能满足实际带宽要求。

DOCSIS 2.0(cable module技术)：仅可提供数据速率40Mbit/s的共享带宽，且设备昂贵，双向改造投资巨大。

PLC(家庭插电联盟)：利用电力线调制技术延伸到同轴网络实现数据通信，调制制式为OFDM(正交频分复用)，频带范围为1.6～30MHz。在HomePlug1.1的物理层传输速率仅为4.5～45Mbps。且低频干扰问题严重。

EoC(Ethernet over Coax)：利用有线电视同轴电缆网的低频段(5～65MHz)传输基带以太网信号，传输数率为10Mbps半双工，且带宽共享，传输距离较近，显然不能满足要求。

MoCA的c.LINK：可提供31个用户共享100Mbps的带宽.对将来的HDTV来说，每个用户需要的20M带宽是现在的C.link无法满足的。

FTTB(光纤到楼)+LAN虽能实现三网合一，但是因为在传统的以太网技术体制下存在信息私密性问题和住宅布线方面的困难，这种解决方案的普及存在社会问题，从本质上看，传统以太网是局域网而不是接入网，它是一个点到点(peer to peer)的对等网络，没有网络管理，本来就是设计给企业、办公室和校园共享环境使用的，不适合面向公众用户的本地接入网的要求，LAN接入在技术上和组网上存在接入距离小于100米、有源节点过多、管理困难、网络可靠性差等缺陷，因此该接入技术很难再有大规模的发展。

FTTC+xDSL虽能实现三网合一，其特技术特点是：速率越高，可用距离越短，因此，在实际线路环境中，ADSL的传输距离难以超过5km，新的ADSL2和扩展的ADSL2+支持的净下行数据速率可达16～25Mbps，上行速率可达800kbps以上，但是ADSL2/2+在接入距离大于7km、存在串音的情况下，在0.4mm的电话铜缆上上行速率只能保证128kbps、下行速率只保证192kbps，带宽不能支持全业务网。

HFC+Cable Modem虽能实现三网合一，其技术特点是：点对多点的星/树形同轴电缆网存在上行频段拥塞、上行噪声干扰严重(漏斗效应)和共享带宽的问题，为了克服这些困难，只好把光节点规模缩小，例如从2,000户缩小到500-300户，即使这样，由于带宽共享，每户的平均传输速率不足以支撑高速率的交互式业务，因此Cable Modem系统比起ADSL系统来并没有优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决上述问题，性能可靠，成体低廉，基于现有的有线同轴电缆网络的现状，能为每个家庭用户提供和保证20M～30M的带宽，附加他完善的Qos保证，能为将来的HDTV+VOIP+Internet，及三网合一提供良好的传输通道的高速同轴数字接入系统。

本发明通过以下技术方案实现：高速同轴数字接入系统是主要由硬件系统和软件系统组成的高性能嵌入式系统，其中，硬件使用INTEL公司的IXP420处理器，通过地址/数据总线外接Flash和SDRAM组成处理器小系统，然后通过数据接口控制4路信号处理单元(EN3011)对信号收发单元(EN1010)收/发的信号进行整合，以提供用户所需要的数据带宽，设备使用一个以太网交换单元提供设备数据接入和设备维护，也提供一个串行接口，可用于设备维护，提供网络管理单元可实时对设备运行状态、性能等进行监控及对设备进行配置、维护。

高速同轴数字接入系统，其技术特征在于：高速同轴数字接入系统是在C.link技术的基础上，实现同一个同轴电缆中传输4个通道，每个通道可达130Mbps的传输带宽，实现了一条同轴电缆中高达520Mbps传输带宽供20个用户分配，是用户带宽大大提高，使用频率分配/合成器解决了频率干扰的问题，且配合C.link强大的穿透性能(网络不用改造)，超强的稳定性能、支持自动负载平衡、成本低、安装简便、接入网络与家庭网络并存等优点，是实现VOD、VOIP、数据业务的三网合一的理想解决方案。

高速同轴数字接入系统，其软件系统技术特征在于：

HECL设备自动搜索加入网管系统，设备可开启自动搜索功能，自动搜索频道并与网管系统建立连接，接受网管系统配置。

配置管理，零配置功能，终端用户无须对设备进行配置，所有配置均由管理系统下发，网管系统可监控网内的所有设备。网管还可制定配置模板对设备进行批量配置，并可对设备的配置进行备份。

安全管理，提供硬件层DES加密，需要通信的设备间必须拥有相同的密钥方可建立连接，以保证用户数据的安全。

故障管理，设备端实时上报设备运行状态，如开/关机、发射功率、当前链路状态。同时网管系统也可查询设备运行状态。

性能管理，网管可对下属设备进行网络带宽、优先级的查询与配置，可图形化显示监控设备的网络流量状态。

远程升级，网管系统可对下属设备批量进行软件升级或指定的设备进行软件升级，采用双备份设计，升级过程完全安全。

本实发明具有下列优点：

1、经由本发明的实施，不但解决了FTTB(光纤到楼)+LAN、FTTC+xDSL、HFC+Cable Modem等其他现有技术存在的带宽和普及问题，而且更好地结合了现有的Cable资源，无需重新布线，使国家减少了数以百亿计的重复投资，具有显著的经济效益和社会效益。

2、经由本发明的实施，有效降低有线电视运营商对已有的广电网络双向改造的成本，为有线电视用户提供更多更好的增值服务(如HDTV+VOIP+Internet等)，以达到三网融合的目的，在丰富广大老百姓的文化娱乐生活的同时也给运营商自身带来更多的经济利益。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本系统产品结构框图。

图2是本系统产品的硬件电路框图。

图3是本系统的软件设计框图。

图4是网管系统与系统设备通信流程图。

图5是系统实际应用的网络结构框图。

图中，1电源模块、2电源模块、3设备硬件电路板、4频率分配/合成器、5设备外壳、6广电的CATV设备、7 Inetrnet、8 VOD服务器、9游戏服务器、10 VOIP服务器、11 IPTV服务器、12高速同轴数字接入系统的设备网络管理系统、13光发射机、14光接收机、15 OLT(光网络局端)、16 ONU(光网络单元)、17 CATV放大器、18高速同轴数字接入系统的局端设备、19高速同轴数字接入系统的终端设备、20用户电脑、21 VOIP设备、22电视机顶盒、23电视机、24增值业务提供者、25光纤网络、26终端用户、27同轴电缆网络

具体实施方式

在图1中，电源模块(1)和电源模块(2)，用于给设备提供电源；设备硬件电路板(3)，完成设备的控制和信号的处理，频率分配/合成器(4)，实现通信信道的配置和过滤干扰信号，设备外壳(5)，电源模块(1)和电源模块(2)与设备硬件电路板(3)通过电源线连接，设备硬件电路板(3)与频率分配/合成器(4)通过同轴电缆线连接。

在图2中，ARM CPU IXP420：通过地址/数据总线外接Flash(28F64J3C)和SDRAM(MT48LC8M16A2TG-7E)组成处理器小系统，然后通过数据接口控制4路信号处理单元(EN3011)，对信号收发单元(EN1010)收/发的信号进行整合，以提供用户所需要的数据带宽，其中，EN3011：完成对信号的处理功能，EN1011：完成信号的收/发，POWER：为设备中各个功能单元提供相应的电源，SWITCH：完成以太网信号的接入及交换，Serial：提供一个可对设备进行维护的串行端口。

在图3中，硬件层软件部分(A)，负责维护设备的运行，引导区层(B)，负责设备的启动运行，嵌入式操作系统层(C)，完成对硬件设备的驱动，设备资源的调度、分配、管理，及提供与应用层的接口，应用层(D)，完成对设备的操作维护。

在图4中，描述了网管系统与系统设备通信的整个流程，网管系统通过通信协议与HECL局端设备通信软件进行通信，然后通过HECL局端设备通信软件与用户端通信软件通信，从而实现网络管理系统对HECL设备的监控、配置和维护管理，其中，PC是网络管理系统软件，NC是高速同轴数字接入系统局端设备通信软件，CPE是高速同轴数字接入系统终端设备通信软件。

在图5中，广电的CATV设备(6)，提供电视信号，Inetrnet(7)，提供互连网业务，VOD服务器(8)，提供视频点播服务，游戏服务器(9)，提供娱乐服务，VOIP服务器(10)，提供IP电话业务；IPTV服务器(11)：提供IPTV点播；高速同轴数字接入系统的设备网络管理系统(12)，对高速同轴数字接入系统设备进行监控、配置及维护，光发射机(13)和光接收机(14)，完成CATV信号远距离传输，OLT(光网络局端)(15)和ONU(光网络单元)(16)完成数据业务的远距离传输，CATV放大器(17)，对CATV信号进行放大，高速同轴数字接入系统的局端设备(18)，完成对用户端的设备管理，带宽配置，系统维护，性能监控和对所属的用户高速数据业务的处理及接入，以及同轴电缆中CATV信号和数据业务信号的频率分配/合成，高速同轴数字接入系统的终端设备(19)，完成用户的高速数据业务的接入和CATV信号的频率分配/合成，用户电脑(20)，VOIP设备(21)，完成电话业务的IP接入，电视机顶盒(22)，完成模拟/数字信转换，电视机(23)；增值业务提供者(24)；光纤网络(25)，终端用户(26)，同轴电缆网络(27)。

本发明有效实现三网合一，效果好，性能可靠，成本低，是光纤到小区到楼后，三网合一最后300米的最佳解决方案，广泛应用于广电有线电视用户、学校、列车、医院、酒店等进行三网合一的宽带数据传输领域.

Claims (4)

1、本发明提供了一种高速同轴数字接入系统，主要由硬件系统和软件系统组成，其特征在于：硬件使用INTEL公司的IXP420处理器，通过地址/数据总线外接Flash和SDRAM组成处理器小系统，然后通过数据接口控制4路信号处理单元(EN3011)对信号收发单元(EN1010)收/发的信号进行整合，以提供用户所需要的数据带宽，设备使用一个以太网交换单元提供设备数据接入和设备维护，也提供一个串行接口，可用于设备维护，提供网络管理单元可实时对设备运行状态、性能等进行监控及对设备进行配置、维护，软件系统可以实现自动搜索加入网管系统，配置管理，安全管理，故障管理，性能管理，远程升级，有效实现三网合一。

2、根据权利要求1所述的一种高速同轴数字接入系统，其特征是所述高速同轴数字接入系统是在C.link技术的基础上，实现同一个同轴电缆中传输4个通道，每个通道可达130Mbps的传输带宽，实现了一条同轴电缆中高达520Mbps传输带宽供20个用户分配，是用户带宽大大提高，使用频率分配/合成器解决了频率干扰的问题，且配合C.link强大的穿透性能(网络不用改造)，超强的稳定性能、支持自动负载平衡，实现VOD、VOIP、数据业务的三网合一。

3、根据权利要求1所述的一种高速同轴数字接入系统，其特征是所述软件系统包括硬件层软件部分(A)、引导区层(B)、嵌入式操作系统层(C)和应用层(D)，硬件层软件部分(A)负责维护设备的运行，引导区层(B)，负责设备的启动运行，嵌入式操作系统层(C)，完成对硬件设备的驱动，设备资源的调度、分配、管理，及提供与应用层的接口，应用层(D)，完成对设备的操作维护自动搜索加入网管系统。

4、根据权利要求1所述的一种高速同轴数字接入系统，其特征是所述软件系统设备可开启自动搜索功能，自动搜索频道并与网管系统建立连接，接受网管系统配置。

配置管理，零配置功能，终端用户无须对设备进行配置，所有配置均由管理系统下发，网管系统可监控网内的所有设备。网管还可制定配置模板对设备进行批量配置，并可对设备的配置进行备份。

安全管理，提供硬件层DES加密，需要通信的设备间必须拥有相同的密钥方可建立连接，以保证用户数据的安全。

故障管理，设备端实时上报设备运行状态，如开/关机、发射功率、当前链路状态。同时网管系统也可查询设备运行状态。

性能管理，网管可对下属设备进行网络带宽、优先级的查询与配置，可图形化显示监控设备的网络流量状态。

远程升级，网管系统可对下属设备批量进行软件升级或指定的设备进行软件升级，采用双备份设计，升级过程完全安全。

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