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本帖最后由 caminopro 于 2012-4-18 09:32 编辑
1 EOC技术的选择之路.pdf
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摘要： EoC（Ethernet over Coax）是当下双向网改造中热门的技术之一，即在同轴电缆中进行以太网数据信号传输。它以简单、稳定、安全、成本低等优点成为双向网改造技术中的宠儿。在三网融合中，广电的关键任务之一是建立NGB网络。由于历史和技术的原因，现有的广电双向化技术方案非常多，也有许多的各种争论。这样一来，广电网络公司无从选择。本文将分析各种EOC技术，总结未来的EOC技术发展趋势。
关键词：EOC、双向网改造、MoCA、EPOC
概述
EoC（Ethernet over Coax）是当下双向网改造中热门的技术之一，即在同轴电缆中进行以太网数据信号传输。它以简单、稳定、安全、成本低等优点成为双向网改造技术中的宠儿。自从EOC技术出现以来，作为一种用于广电网络双向化改造的技术，已经逐步替代传统的CMTS技术。各地也有许多的实验和测试，从而积累了大量的经验。但目前国家对EoC并没有统一的标准。
目前电信运营商正在大规模建设FTTH网络，在网络带宽、可靠性、传输质量方面都形成较大优势，在三网融合的发展背景下，广电运营商面临较大的网络改造压力。如何基于现有的网络基础，最大化发展同轴网络，成为广电迫切需要解决的课题。我国有线运营商所坚持的“在最后100m同轴上进行技术创新，打造高速率、高性能、高可靠同轴接入网”的技术路线得到了全球同行的认可。这里首选的技术是FTTB+EOC技术。在这里，广电网络不是把EOC技术作为一种过渡技术来开发的，而是作为一种可以和光传输技术竞争的技术来开发的。就是开发一种可以和FTTH竞争的同轴电缆传输技术。
EOC技术的认识和发展也是一个过程。对EOC技术的认识也是逐步深入和透切。人们从最初的只关注EOC技术的传输速率、传输距离、对网络的适应性等，逐步过渡到EOC产品对一台网络功能的支持、对网管的支持。最后，由于NGB是一个语音、数据、视频同时传输的网络，认识到QoS才是关键。
这个认识过程大约可以分解为三个阶段：
1、宣传阶段：--2008年之前，只是关注EOC的性能方面，比如传输距离、传输速率、抗干扰能力等。所以，有许多的争论。不同的技术提供商，从自己的看到的部分来想象EOC这个大象。这个阶段只是一个初级阶段，也是宣传的阶段。
2、试用阶段：2008年—2009年，开始关注EOC对以太网络的支持功能，比如MAC地址学习能力、风暴抑制能力、网管功能等。这是一个开始试用和使用的阶段，因此，如何支持以太网就是一个问题了，就提出了相应的需求。
3、运营阶段：2010年--，开始认识到QoS对NGB来说是那么的重要，开始研究NGB网络对EOC的QOS有什么要求。这个阶段是一个开始运营的阶段，这个运营已经不是简单的提供宽带了，而是要考虑同时传输语音、视频和数据，如是QoS提上了议事日程。总局规划院已经在研究对EOC的QoS需求。
与这个认识过程对应的技术发展过程大约可以分解为三个阶段：
1、直接借用：比如最早的基带EOC技术，窄带EOC技术，调制EOC技术（包括Homeplug AV、PNA、WiFi、MoCA等）。
2、修改使用：由于对EOC技术的认识的不断加深，发现所使用的各种技术有缺陷，不能满足广电网络深层次应用的需求，因此，就开始对各种EOC技术进行修改。
3、开发新技术：由于低频技术不能满足广电网络接入网的需求，于是就寻求新的技术方案。
下面我们描述这几个技术发展阶段，最后总结未来的EOC未来的发展趋势。
第一阶段 直接借用技术
在这个阶段，由于急切寻求一种解决方案，就将其它领域的技术借用到EOC的解决方案中。从而形成了许多的解决方案。比如基带EOC技术，窄带EOC技术，调制EOC技术（包括Homeplug AV、PNA、WiFi、MoCA等）。
这些解决方案有各自的优点，比如基带EOC技术和窄带EOC技术有价格上的优势，但只是一种极其短命的解决方案，在2007年还是热门的解决方案，目前为止，基本上没有人使用。
Homeplug AV、PNA、WiFi解决方案，不能满足QoS的需求。MoCA方案在成本上没有优势。各种调制EOC技术比较如表1。
表1 各种调制EOC技术比较
第二阶段 修改已有的技术
由于对EOC技术的认识的不断加深，发现所使用的各种技术有缺陷，不能满足广电网络深层次应用的需求，这包括持续的带宽需求，合适的EOC技术应该在未来支持5-10Gbps的传输速率而不用更换设备，同时必须满足QoS的需求。因此，就开始对各种EOC技术进行修改。
对于Homeplug AV技术，实际上是不能满足广电网络接入网的需求的。但由于是总局的一种建议方案，因此，就有了对其进行修改使用的建议。这个建议在初期得到了芯片厂家的支持。做了一些修改。包括Homeplug AV在带宽上推出了新版本，P1901标准带宽达到300Mbps，在MAC层协议上，下行改为TDMA，上行保留了CSMA。在性能上有一些提高，但由于Homeplug AV技术本身的缺陷，在QoS上还是不能满足广电网络接入网的需求。
Homeplug AV的另外一个主要问题是由于使用低频，无法满足广电网络持续的高带宽需求。在低频，只有最多60MHz的带宽，按照4096QAM的调制，也就只有300-350Mbps的带宽，没有可以发展的空间，就把广电网络捆死了。
要满足广电网络持续的高带宽需求，就必须使用高频。与此同时的是，为了支持这种持续的带宽需求，并同时兼容现有的设备，采用信道绑定技术是必须的，这也是其核心技术，而Homeplug AV是不支持的，他的信道是固定的，不是在一个合适的频谱范围之内进行调整，就像MoCA或WiFi一样。这样，这个修改是不切底的，但没有办法进行进一步的修改，因为要完全或基本满足广电网络的双向化改造的需求，还要做许多的修改，这一点，芯片厂家无法做到，因此相应的芯片厂家高通在ICTC2011上，宣布了自己的EOC发展方向，就是采用基于EPON MAC+OFDM PHY的方案。这样，Homeplug AV也就没有了自己的发展路线图，当然，也可以说Homeplug AV2是一个发展路线，因为Homeplug AV2可以讲带宽扩展到100MHz，MAC的传输速率可以达到500Mbps，但这个速率也是不够的，不能达到Gbps的级别。而且，对于60MHz以上的频率，广电网络是使用了的，因此，可以说Homeplug AV2是一个方案，但不是一个可行的方案。这样一来，Homeplug AV在传输速率上最多只能达到300Mbps，在平均延迟上有40ms，抖动5ms。
MoCA技术给出了自己的路线图。MoCA在一开始就选择高频，能够满足广电网络持续的高带宽需求，因为其使用范围是500-1600MHz的频率范围上。理论上的带宽可以达到4-10Gbps。为了满足接入网的需求，MoCA技术开发了适合接入网需求的版本，在QoS上可以满足需求。现在，1000Mbps的基于MoCA技术的EOC已经问世，并将在CCBN2012上演示。其平均延迟为4ms，抖动小于0.5ms。由于MoCA2.0与MoCA1.0是兼容的，因此在升级的时候只是需要更换局端，升级方便、简单。
PNA技术没有自己的发展路线图，在技术升级上几乎没有任何进展，应该是一种排除在外的方案了。无法满足广电网络持续的高带宽需求。而且，其在抗干扰的能力上比较差。
WiFi技术是一种高频EOC方案。采用802.11n技术的方案，速率可以达到300Mbps。802.11ac技术方案甚至可以达到1Gbps的级别。但WiFi本身在QoS上不能满足介入网络的需求。并且还是无法满足广电网络持续的高带宽需求，因为可以绑定的信道数量太少，这是无线通信的频谱比较紧张所决定的，因为WiFi不是为同轴电缆的通信进行设计的。为了充分利用现有的同轴电缆，合适的EOC技术应该支持5-10Gbps的传输速率。这是802.11ac技术方案无法满足的。
第三阶段 开发新的技术
由于现有的各种EOC技术还不能满足广电网络接入网的QoS、未来20年的持续的高带宽需求，就开始寻求新的解决方案。
这种新的解决方案的最早的尝试是ECAN、DECO技术。ECAN、DECO是低频技术，采用的是EPON MAC+OFDM PHY的技术模式。而且，现在为止，还不是一个成熟的产品，只能说是一种原型技术，是EPoC技术的原型。和Homeplug AV一样，由于采用低频模式，和Homeplug AV一样，在未来的带宽需求上不能满足广电网络发展得需求。要满足广电网络持续的高带宽需求，就必须使用高频。与此同时的是，为了支持这种持续的带宽需求，并同时兼容现有的设备，采用信道绑定技术是必须的，这也是其核心技术，而ECAN、DECO是不支持的，他的信道是固定的，不是在一个合适的频谱范围之内进行调整，就像MoCA或WiFi一样。
另外一种EOC技术就是HiNOC技术，选择的是750-1006MHz的频率范围.可以做到3Gbps的速率。选择的带宽是32MHz（终端），128MHz（局端）。采用TDMA协议，满足广电网络的QoS需求。采用128MHz，在物理层上可以达到1000Mbps的传输速率。MAC层的传输速率大约600Mbps。
还有一种就是MoCA2.0技术和将来的升级版本，采用50MHz带宽，因为其使用范围是500-1600MHz的频率范围上，理论上的带宽可以达到4-10Gbps。能够满足广电网络持续的高带宽需求。为了满足接入网的需求，MoCA技术开发了适合接入网需求的版本，在QoS上可以满足需求。现在，1000Mbps的基于MoCA技术的EOC已经问世，并将在CCBN2012上演示。其平均延迟为4ms，抖动小于0.5ms。
另外一种技术就是EPOC技术，在下行的时候采用广播的方式，在上行的时候采用TDMA的方式。EPOC是一个新的技术，尽管也是采用EPON MAC+OFDM PHY的技术模式，但为了实现与对应的1G EPON和10G EPON，在频率规划上做了调整，在带宽上选择24MHz/48MHz，但估计应该在100MHz以上。按照IEEE的分析，大约在2013年底或2014年初可以有芯片。但标准要在2015年才能定稿。在双工上采用FDD模式，但在中国，更喜欢采用TDD模式。EPoC采用FDD模式主要的原因是在EPON中上行和下行是采用不同的波长，因此，也就引入到EPoC中了。一种说法是，EPoC是一种端到端的解决方案，但我们知道，所有的EoC技术，包括EPoC都是只有两层的协议，没有包含第三层协议，第三层是以太网协议。那么，这个端到端的解决方案是MAC层的吗？如果是，那么，所有的EoC技术都是端到端的解决方案。
另外，在QoS的一些指标，比如延迟和抖动是否比其他的技术要好？也不见得，这个可以从EPoC的原型技术ECAN等的测试结果可以得出结论。
图1是推荐的EPOC技术的推荐频谱使用情况。
EPON MAC的优点是灵活简洁，且支持DBA，这是众多EOC技术采用它的原因。但是有几个问题需要研究：
1、虽然EOC的MAC与EPON的MAC相同，但EOC的MAC和EPON的MAC仍然是相互独立的，并不能有效对接起来。
2、同轴电缆的信道环境毕竟与光纤不一样，微发射、干扰等问题都是光纤所没有的，采用原本针对光纤信道的EPON MAC后，物理层的处理（同步、信道估计与均衡等）就会相对复杂，发送训练序列（可以是时域的也可以是频域的）可以简化这些处理，缺点是会降低带宽利用率。
3、另外一个重要的选择的是：上下行是否采用相同的传输参数；头端设备与不同终端设备间是否采用相同的传输参数；不同子载波上是否采用相同的QAM方式。这些选择都会影响频谱利用效率。
4、EPON的MAC层是建立在光纤的传输非常可靠，而且，在传输速率上恒定的，没有干扰的情况下进行设计的，因此就比较简单。因为简单，效率也就要高一些。那么针对同轴电缆这样相对不可靠的环境，直接用EPON的MAC层行吗？
5、用AV这种复杂的MAC层，对相对可靠的EPON的物理层，是可以完成控制的，就像火车拉汽车，还是一种可行的方案。那么，要用简单的EPON的MAC层来管理不太可靠的同轴环境的物理层，就有点力不从心了，就像汽车拉火车。
6、不同的应用环境下，MAC层与物理层要进行交换的控制信息是不一样的。可靠的环境下（光传输），简单的信息交换，就可以完成完整的控制，复杂的环境下（同轴电缆），需要交换的信息就要多才能完成完整的控制。
7、为什么非要是EPON的MAC层？不能是GPON的MAC层吗？如果采用EPON的MAC层，说是端到端的解决方案，说的过去。但如果用户使用的是GPON，或是在将来使用其他光传输技术，那这个所谓的端到端就不是一个优势了。因此，在EOC的发展上，采用桥接技术应该是一种更灵活的方案。
8、现在呼吁EPoC与HiNOC结合，那么是在那个方面结合呢？是用EPoC的MAC层与HiNOC的物理层结合吗？如果是用HiNOC的MAC层与EPoC的物理层结合，就没有什么意义，就没有EPoC的什么事情了。因为EPoC的物理层和HiNOC的物理层是类似的，估计HiNOC没有那么好的心情。
与现有的EOC技术不同的还有DOCSIS3.0技术。现在有线电视工业主流的DOCSIS 3.0技术支持8个下行通道和4个上行通道，最大支持320Mbps下行带宽和120Mbps上行带宽，未来还可以拓展到1Gbps的下行带宽。尽管如此，许多有线电视运营商还是决定未雨绸缪。新的EPoC标准可能采用在无线通信和MoCA协议中使用的OFDM正交频分复用调制方式，从而可以将现在负载被设置缩小为40KHz到100KHz，从而每赫兹传输更高的比特。如今的256QAM技术支持的是8比特每赫兹的比率。OFDM可以预计实现10比特或者12比特每赫兹的比率。
小结
广电运营商采用FTTB+ EOC方案，是最佳选择。用FTTB＋EOC技术有助于综合利用网络资源，快速完成NGB接入层的建设，实现“数字化”、“双向化”改造，减少大量的重复建设，节约建设和运维成本。我们没有必要跟风电信的所谓FTTH方案，电信采用FTTH方案是因为他们没有合适的入户线路。采用FTTH还是采用FTTB+EOC是根据各自可利用的资源而定的。光进铜退是一个终极目标，但我们要看到的是，采用FTTH还是采用FTTB+EOC不是一个问题，而要达到相应的传输速率是一个问题。现在1000Mbps的基于MoCA技术的EOC产品已经问世，完全可以和电信的基于EPON技术的FTTH竞争，而且充分利用了广电网络现有的资源。因此，利用好广电网络的最后100米是广电网络生死成忘的关键。
在室内，采用WiFi技术，用户无需对室内布线做任何更改，只需增加终端设备就可以实现双向、交互、多功能、多业务，享受三网融合带来的丰富内容。EPON＋EOC方案能够全面提升有线电视网络技术水平和业务承载能力，发挥有线电视网频带宽、低成本、易普及的优势，使有线数字电视成为进入千家万户的多媒体信息平台。
未来的EOC技术必须满足QoS和未来20年对带宽的持续需求。为此，未来的EOC技术的特点是：
1、采用高频技术，或者说是全频段技术。这样未来20年对带宽的持续需求。传输速率可以通过信道绑定扩展到10Gbps，满足于FTTH竞争的需求。
2、物理层是用OFDM技术。OFDM正交频分复用调制方式，从而可以将现在负载被设置缩小为40KHz到100KHz，从而每赫兹传输更高的比特。如今的256QAM技术支持的是8比特每赫兹的比率。OFDM可以预计实现10比特或者12比特每赫兹的比率。
3、在MAC层采用可以满足QoS的协议，比如TDMA技术。满足传输延迟小于10ms，抖动小于0.5ms的要求。
4、为了满足广电网络的持续的带宽需求和未来升级的方便，并且兼容现有的设备，采用信道绑定技术奖是必不可少的。
5、Homeplug AV由于没有了后续的发展路线图，在速率上只能达到300Mbps，不可能达到1Gbps的传输要求，无法与现有的EPON技术竞争。而且，平均延迟超过了40ms，抖动超过了5ms，不能满足需求，应该是一种淘汰的技术。再者，Homeplug AV的7400序列与6400序列是不兼容的。在改进一个8400序列，估计与7400、6400都不兼容，不可能实现持续的升级。这也是Homeplug AV的缺陷，是协议本身的问题，不是修改可以解决的。这也就是为什么高通这些芯片厂家不再在这这个上面浪费时间的原因。
6、HomePNA也是一样。其没有了后续的发展路线图，在速率上只能达到100Mbps，甚至不如Homeplug AV，不可能达到1Gbps的传输要求。但在延迟和抖动上比Homeplug AV要好得多。
7、ECAN和DECO实际上是一种不成熟的原型技术，只是EPoC技术的一种原型，也就是一种淘汰技术，自然不应该在选择的序列了。
因此，MoCA2.0是一种现实的技术选择，HiNOC2.0和EPOC是未来可供选择的方案。
参考文献
1、“EOC技术分析比较”余少波、陈涛，《世界宽带网络》 2011年第18卷第10期 44-47页。
2、“有线电视网络双向化建设与改造” 杨杰，《世界宽带网络》 2007年第14卷第3期 18-18页,20,22页。
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4、“满足NGB网络双改需求的EPON＋MoCA解决方案” 余少波等，《世界宽带网络》 2010年第10期，47-50页。
5、Aurelio Amodei Jr., Lu?_s Henrique M. K. Costa, and Otto Carlos M. B. Duarte，Universidade Federal do Rio de Janeiro，“An Efficient Medium Access Control Mechanism for HomePNA”
6、Home Phoneline Network Alliance, .Interface specification for HomePNA 2.02.7 10M8 technology,. 1999, HomePNA 2.0 Standard.。
7、H. C. Kim, M. Y. Chung, T.-J. Lee, and J. Park, .Saturation throughput analysis of collision management protocol in the HomePNA 3.0 asynchronous MAC mode,. IEEE Communications Letters, vol. 8, no. 7, pp.476.478, July 2004。
8、Aurelio Amodei Junior, Lus Henrique M. K. Costa? and Otto Carlos M. B. Duarte，GTA/COPPE/Poli – Federal University of Rio de Janeiro，“Increasing the throughput of HomePNA” INTERNATIONAL JOURNAL OF COMMUNICATION SYSTEMS，Int. J. Commun. Syst. 2006; 1:1–18。
9、Yan Chen, Toni Farley and Nong Ye Department of Industrial Engineering, Arizona State University, Tempe, AZ, USA “QoS Requirements of Network Applications on the Internet” Information ● Knowledge ● Systems Management 4 (2004) 55–76。
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