C-DOCSIS

samye1976

思科Remote-PHYCMTS介绍

1      有线接入趋势1.1     有线接入趋势分析

随着NGB项目的不断深入、三网融合趋势的不断演进、OTT视频服务的风起云涌、宽带中国概念的提出和新技术的涌现，有线接入领域正经历着新一轮的转变。

让大家来构画一下未来有线接入的趋势：

寻求有质量的高带宽有线接入技术。到底用户接入需要多高的带宽？有人分析过随着图像处理技术的进一步演进，每户接入带宽需求将达到10G；未来的10年随着视频应用、家庭监控和物联网服务的兴起，大家都认可的接入带宽应该在1G。接入带宽是在不断变化的，但是对质量的要求确实永恒的；相比较于高带宽，大家更需要高质量的接入服务；高质量在于用户获得的带宽是有服务质量保证的：上网响应速度快、下载不会忽快忽慢、收看视频不会出现卡顿和马赛克、不受网络攻击的影响。高带宽和高质量为有线接入提出了很高的要求。

分布式部署和集中式管理。分布式部署降低了设备的成本和制造难度；随着数字化光纤技术的发展，使得分布式部署成为可能；相比较于模拟光纤技术，数字光纤技术在传输距离、传输带宽和传输稳定性上都体现了优势；在有线接入普及的层面，分布式部署具备了低成本、高质量、高带宽的特点，契合了用户对有质量高带宽的需求。但分布式部署由于把接入设备散落在“靠近用户”的地点，所以在管理上和业务的部署上体现出难部署维护， 实现这个目标有赖于集中式的管理；所以“网络接入”需要分布式部署，“服务接入”需要集中式部署。

进一步降低接入成本。随着有线接入朝着普及化方向发展，需要进一步降低接入成本。分布式部署为降低成本提供了基础；另外，随着云技术和高密度数据处理单元的成熟，数据处理单元和物理处理单元可以分离，在实现集中式服务接入的同时，也进一步降低了有线介入中数据处理单元的成本。

有线接入在应用的驱动和部署方式的支撑下，将进入一个新的变革时期，同时也孕育了C-DOCSIS的诞生。这项源于中国的标准将在接下来改变中国乃至全球有线接入的现状，中国有线运营商也将会得到符合未来有线接入趋势、高性价比和更好服务支撑的有线接入解决方案。

1.2     C-DOCSIS的来世今生

数字光纤技术是驱动CMTS向C-DOCSIS标准演进的核心技术。数字化光纤传输相比较于模拟化HFC数字调制，可以提供易部署维护和高品质，另外由于数字光纤技术在各个行业的普及和迅猛发展，也逐渐体现出了高带宽和低成本的趋势。EPON/GPON/GEPON都采用了数字光纤传输技术；但由于有线运营商入户线路以cable为主，所以依然需要配合模拟化HFC数字调制技术完成到户连接；但整个趋势是数字光纤不断深入到用户侧。

CableLabs主导的CMTS标准家族近年来有两个主要的演进方向，一个是向集中式的全功能CCAP的演进路径。一个是向分布式的CMTS (即C-DOCSIS)的演进路径。CCAP是由CableLabs开发的一整套需求和架构，C-DOCSIS是由中国广电总局SARFT首倡，并被CableLabs接收后共同开发制定的一整套需求和架构。

总局C-DOCSIS标准对应有三种产品形态，即I型– mini CMTS (CMTS整体外置远端), II型 – remoteMAC(CMTS的MAC外置远端), 和III型 – Remote PHY（CMTS的PHY外置远端）。

Cablelabs以及北美运营商倾向使用第三型即Remote PHY方式实现分布式CMTS。主要原因在于CCAP和Remote-PHY可以有效结合提供基于“云”模式的接入服务，如下图：

利用CCAP的超高性能处理能力（每个机箱单元可以处理超过5000个docsis信道）和成熟的管理能力（继承于CMTS）作为云端控制器（Remote Phy形态中的CMC控制器）。CMC做为remote-PHY形态中的远端模块部分可以分为2种产品形态：高密度射频调制单元部署在分前端（最后5公里）；低密度射频调制单元部署在远端（最后500米）；CMC控制器提供DOCSIS处理和对CMC的统一管理。这种部署模式可以在最大程度上简化运维、降低成本和提供高性能。

2      思科Remote-PHY 架构

Remote-PHYCentralized Processing Leveraging CCAP and distributed PHY LeveragingRemote-PHY

与传统CMTS架构相比，CCAP把宽带接入和IPQAM集成在高密度的统一平台上，Remote PHY则把CMTS的PHY层剥离，部署在野外远端CMC上，主控单元仍旧留在CMTS头端。两种架构都支撑有线运营商向全IP视频传输平滑转换，都可以满足与日俱增的数据服务需求。本文主要先容思科Remote PHY的体系架构、产品规格、方案特点、及其部署方式。

Remote PHY是属于C-DOCSIS系列标准规范中的一种重要架构。核心构想是将控制、分类和MAC功能置于头端设备中（CMTS），而远端设备主要实现物理层射频功能（CMC），大家亦可将其称为基于MHAv2的C-DOCSIS架构，其详细架构见图1所示。

图 1 基于MHAv2的Remote PHY (C-DOCSIS) 架构

MHAv2 （Module Headend Architecture Version 2）是一组专为C-DOCSIS设计的开放协议标准建议，该组协议是从CableLabs和IETF定义的已有协议标准MHAv1 扩展而来。MHAv2主要包括DEPI（DownstreamExternal PHY Interface)、UEPI（Upstream External PHY Interface）、andGCP(Generic Control Protocol)三部分。DEPI是基于L2TPv3的下行MAC和下行PHY之间的接口规范，继承自MHAv1，包含控制面和转发面协议。DEPI基于L2TPv3的主要优势有两个：成熟且公开的协议；隧道可以兼容任何种类的IP网络，可以是单独的CAT5以太网，也可以是完全路由和交换的网络。UEPI用于连接头端设备和远端CMC，也是基于L2TPv3的上行MAC和上行PHY之间的接口规范，亦可看做是DEPI的扩展。这些DOCSIS协议在隧道中进行传输，由CMC 进行转发。GCP是通用控制面协议，用以在启动和运行过程中配置CMC设备。DOCSIS provisioning服务器和CMTS的连接和通信方式完全和现有网络一致，无需任何转换或翻译，完全属于无缝应用。DOCSIS CM必须为标准的CM。可支撑DOCSIS 3.0CPE，也可根据CMTS核心所具备的不同功能集，支撑 DOCSIS2.0\1.0的CPE。

Remote PHY CMTS架构主要包含如下几个部分。首先， CMC 控制器是Remote-PHY核心控制单元，部署在CMTS头端，负责系统的配置、转发、业务分类、服务质量、MAC等功能，并能实现传统CMTS的几乎所有功能，与传统的CMTS功能基本一致，但不包含物理层射频功能。其次，同轴介质转换器CMC (Coaxial Media Converter)是物理层设备，部署在远端，CMC在射频侧只需要支撑PHY层功能，在数据侧需要支撑DEPI/UEPI解包和封包。 此外，CMC的射频输出口也可与其他射频来源（如模拟和数字电视等）绑定。CMC控制器通过GCP协议(通用控制面协议)来管理CMC。第三， 电缆调制解调器CM与标准CMTS的CM兼容，部署在用户侧。最后，Remote PHY的后台管理系统沿用现有的CMTS后台管理系统，使得运营商现有运维管理系统得以沿用和保留，最大程度减少系统部署对运营商现网业务的影响。

3      思科Remote-PHY产品介绍

从广电总局和思科最早提出C-DOCSIS概念开始，到后来成立的C-DOCSIS标准组，思科就积极配合总局科技司、规划院、及牵头的各主流运营，共同起草了C-DOCSIS总局标准及对应的国际化标准。总局C-DOCSIS标准对应有三种产品形态，即I型– mini CMTS (CMTS整体外置远端）, II型 – remoteMAC(CMTS的MAC外置远端）, 和III型 – Remote PHY（CMTS的PHY外置远端）。思科对这几种产品形态都做了深入细致的研究和评估。最终，在综合考量标准演进延续性、体系架构完备性、产品功能全面性、性能运行稳定性、业务支撑可控性、运营管理可靠性、部署应用友好性等方面，最后选择了C-DOCSIS III型 Remote PHY进行产品开发。

思科的RemotePHY CMTS产品的开发、测试、生产遵循了思科先进完备的系统设计流程，科学严谨的CPDM软硬件开发流程、精良严酷的测试验证流程、一丝不苟的物料选择流程、完善严格的生产制造流程。最终倾力打造了独具匠心的思科Remote PHY CMTS产品。

思科RemotePHY CMTS产品包含头端CMC控制器和CMC两大部分。Remote PHY头端将沿用现有的并已大规模部署的M-CMTS产品（UBR10012）作为头端管理控制设备，但将应用一款专为Remote PHY CMTS研发的板卡（Cisco uBR-MC3GX60V-RPHY Broadband Processing Engine）作为Remote PHY CMC控制器，见图2所示。每UBR10012机框可以最大支撑8块板卡。该板卡将不再具备上行物理层处理能力，从而有效的降低了成本，同时通过采用高上联带宽（40G）的新的处理引擎UBR10-PRE5将显著的降低每bit成本。UBR10012支撑处理引擎、电源模块及风扇的冗余。系统可靠性达到99.999%。 PRE处理引擎支撑NSF/SSO快速切换，倒换时间在毫秒级。

图2: 思科Remote PHY CMC控制板卡uBR-MC3GX60V-RPHY

思科RemotePHY CMC设备完全符合C-DOCSIS应用要求，采用模块化设计，可选支撑GE上联（RJ45或SFP）；可选支撑1G GPON/EPON/MetroE SFP标准模块，亦可向10G 升级；可选支撑内置光接收机和外挂光工作站两种模式。支撑2口RF输出或4口RF输出模式。CMC的每一路射频端口具备独立的上、下行衰减调节，以使上、下行电平合理、汇聚噪声控制较好。CMC每路射频放大模块配有信号均衡器，可以有效保证信号的稳定度，从而无需要求16个连续的下行频点，每4个频点在全频段范围（54-1002MHz）内任意可配，如此可极大缓解实际应用中频点紧张的问题。支撑上行模块式滤波器，有效降低上行链路噪声，提升信噪比。可选支撑内置功率倍增器，提升输出指标，保证HFC网络0变动。支撑可插拔双工滤波器，满足运营商对频谱规划的升级需要。为方便网络系统调试和故障定位，CMC的每一路射频端口都具备独立的上行、下行信号测试口。

CMC支撑220V AC本地供电或者60V AC远端供电，支撑60V AC过电。精良的RF设计和工艺，保障各项射频指标业内一流，保障产品高可靠性高稳定性。通过仿真系统优化布局和散热设计，全部工业级元器件选材，产品耐受高温高湿及低温极限环境。采用浪涌保护设计防雷电。采用国际安规认证，无铅无汞绿色环保物料，EMC防护等级高达CLASS B。采用全密封优质铝合金铸铝外壳，IP67防水等级，并实现对雨、盐雾、酸雾等外部环境的防护，从而适合于野外恶劣条件、可进行室外箱、挂墙、挂缆、和楼道部署，具有高可靠性、低故障率、易于被头端管理等特点。

此外，CMC可支撑透传1G/10G EPON/GPON/Metro Ethernet而实现真正的端到端DOCSIS QoS保障，无需与特定的PON或交换机设备绑定，可以实现基于每流每业务的精细化管理，帮助运营商一步到位地实现上网、视频、互动点播、VoIP等多重业务的规划和部署。可无所带用户数的限制，初期可以带较多的用户以降低每用户建设成本。

图三思科Remote PHY CMC设备

4      思科Remote-PHY方案特点

思科Remote-PHY方案提供了分布式部署的简单化和集中式管理的智能化。

Remote-PHY方案将接入系统分为2个单元：远端物理调制单元CMC和中心数据处理和控制单元CMC Controller，将“网络接入”和“服务接入”解耦合，实现了远端模块的简单化和管理模块的的智能化。

CMC主要实现射频调制和混频优化功能，数据层面只通过透明封装方式传输到分前端交由CMC Controller处理；所以部署简单和方便运维，零上线和最少配置；工作也更加可靠，减少了现场运维工作量；对底层传输透明，适应各种数字光纤的传输环境（以太网、PON、MSTP）。

CMC Controller利用高密度高性能数据处理芯片技术，一台设备可以管理和处理超过6万用户和超过400个CMC的容量，为集中式管理提供了前提条件。另外CMC Controller继承了CMTS的所有功能，可以做到对每用户每服务的精确控制和透明管理，保证了服务的质量和实现了集中化的管理。

思科Remote-PHY方案也是现有C-DOCSIS方案中最为成熟和标准化的方案。

由于CMC功能的简单以及CMC Controller对服务的集中式接入，使得Remote-PHY方案继承了思科CMTS的所有功能。原部署CMTS接入方式的用户可以在不改变现有后台系统和运维模式的情况下实现Remote-PHY方案的部署；这种方式同时也很好的支撑了CMTS+C-DOCSIS混合式部署的情景。原使用其他接入方式的用户也可以享受到成熟技术带来的高质量服务。

Remote-PHY方案由于继承于CMTS，所以也是C-DOCSIS方案中标准化程度最高的方案。

思科Remote-PHY方案综合了思科在CMTS、射频和交换路由方面的专长，所以在很多细节设计上体现了很高的水准。

在CMC射频部分，大家为保持和改善射频指标做了很多优化。特别是对广播信号和数据信号混频后产生的非线性失真做了优化，保证射频信号特别是广播信号在经过了CMC后依旧保持高质量。

在服务端到端服务质量保证部分，大家直接在CMC Controller上对每个用户和每种服务做了精确控制，做到了数字光纤网络的透明化以及服务控制的集中化，实现了端到端的服务质量保证，如下图：

在保证服务高质量方面，大家在CMC Controller上实现了很多智能化功能来保证高质量的服务。如：

·      对Cable modem文件的动态加密防止服务盗用

·      Cable modem间的数据隔离防止广播风暴

·      CMC共享IP地址池以方便IP地址的管理

·      对cable modem流量进行监控和惩罚

·      实现2层VPN和3层MPLS VPN

·      实现组播功能

·      针对每用户每服务做流量整形

思科Remote-PHY解决方案继承于CMTS并适应于分布式部署，实现了最大程度的成熟度和标准化。在一个高的起点为用户提供接入方案，提高了接入系统的稳定性、缩短了接入系统的部署周期、降低了运维的难度。

5      思科Remote-PHY的部署

结合运营商实际情况和特点，思科可为运营商量身定制相应部署方案。通常情况，一个Remote PHY CMC下可以覆盖50-500户，户均带宽2~20Mbps，如果考虑渗透率为20%，则户均带宽可达10-100Mbps。一个CMC控制器通常可支撑一个覆盖2万-5万用户的分前端，其所支撑的海量Queue足以支撑这种规模或更高用户数的业务运行，这也是其它同类产品性能无法比拟的。此外，所有工作流均透传xPON/MetroE设备，实现端到端的DOCSIS QoS, 具备保障运营商多业务运营的能力。

根据选用不同的数字光纤方式以及投资成本等综合因素，用户可选用不同的部署和开通方案。如下先容三种典型部署方案。图一所示，Remote PHY CMC可被灵活部署在光节点处，与光站比例1:1，CMC内置Transceiver，与CMC控制器间通过交换机直联，充分利用MSO已经部署到光站的光纤资源。根据分前端覆盖用户数的规模，CMC控制器可灵活部署在分前端或总前端。

图1  CMC部署在光节点（通过MetroE上联）

如果运营商采用GPON或EPON设备，如图二所示，Remote PHY CMC仍可部署在光节点处，与光站比例1:1，CMC内置ONU，与CMC控制器间通过EPON或GPON OLT相联，不会与具体的OLT绑定，采用运营商现有的或标准OLT即可。可根据分前端覆盖用户数的规模，选择吧CMC控制器部署在分前端或总前端。

图2  CMC部署在光节点（通过EPON/GPON 上联）

如果运营商在业务导入初期，希翼实施基于C-DOCSIS标准的小成本广覆盖部署模式，则也可以采用把CMC部署在分前端的远混方案。通常CMC带有四个RF射频输出口，所以建议可采用1:4(CMC:光站)的混合比例。CMC下行信号直接输入光平台，如CATV信号混合后通过光平台发送到光站。上行信号从光站处直接上联到CMC，CMC内置有RRx接收模块，通过UPDI协议，上行信号得以透传到CMC控制器。根据用户实际情况，CMC控制器可以部署在分前端或者总前端。

图3  CMC部署在分前端的原混方案

上述三种部署方案的开通和部署，都灵活简单，不仅最大程度兼顾运营商现有设备和投资，也可基于现有开通模式来实施开通业务。三种方案且都具备如下特点：

·      兼容原有BOSS，Provisioning系统，无需更换，保护客户已有投资。

·      分前端机房的CATV部分也无需改动，只需要在原有的基础上增加CMC控制器和CMC设备即可实现升级部署。且兼容客户已经部署的MetroE交换机、EPON、GPON设备，无需与具体设备绑定。

·      采用CMTS已有模式进行开通，开通方式成熟简单，运营模式遵循现有模式不变，不会影响已有现网业务。

·      ODN可以采用MetroE或xPON，灵活适应运营商多种需求。

·      CMC既可以部署在光节点处，也可以部署在分前端机房。灵活适应运营商多种需求。CMC在光节点处既可以与现有光站1:1配对部署，也可以选用内置光站，一体式安装。

·      支撑DOCSIS3.0/2.0/1.1 CM，兼容原有CM终端，保护以后投资。