有线电视
第7章 有线电视网络管理系统
有线电视网络管理概述
HFC网络管理
有线电视统一网络管理的建设
重点：网络管理功能及接口协议
难点：接口协议
有线电视网络管理概述
有线电视网络的应用与发展
有线电视网的业务主要有以下3类：
(1)基本业务：有线电视网络的基本业务为广播电视节目的传输和交换。
(2)扩展业务：在基本业务之外，可以传输大量满足特定人群的特定收视需要的付费专业电视频道。
按次付费业务( PPV)。有线电视网络将某些节目在网络中加密播出，用户通过节目人口，选择所需要的特定下目按约定的收费标准付费后，经网络授权解密收视节目，这就是按次付费业务。其主要包括重大体育赛事、音乐会、重大事件报道等别节目。
准视频点播( NVOD)。每隔10min左右从头播放不同的影片或电视节目）根据影片的播出时段点播五彩缤纷的数码影视节目。
视频点播(VOD)。有线电视网络建立一个庞大的节目库，用户根据需要选择节目，有线电视网络从节目库中将节目调出，专门输送至点播用户接收器，供点播的用户收看。
有线电视网络管理概述
(3)增值业务：有线电视网络在完成广播电视传输的同时，积极拓展增值业务，主要有电路出租、数据广播和因特网业务。
电路出租业务。有线电视光缆干线网建有宽频带、大容量、双向的SDH数字传输系统，同时建有DWDM系统和构建在DWDM之上的IP宽带数据平台。目前，能够提供的基础网络服务有透明传输通道出租和虚拟专网(VPN)出租等业务。
数据广播业务。数据广播主要是利用广播电视的附加信道进行单向的数据传输。
因特网业务。有线电视网络本身具有高带宽接入的优势。所有基于因特网的宽带数据业务都可以实现，其中最能体现广播电视特色包的内容提供服务是网上音／视频广播和视频点播。
有线电视网络管理概述
随着社会信息化程度的不断提高，人们对信息的需求和依赖与日俱增。现代社会对信息网络在宽带、交互性、智能化、承载综合业务的能力等方面提出了新的要求。有线电视网主要将从模拟窄带网发展为宽带数字网，传输介质以光纤为主，发展电视数字化和多功能等技术。有线电视网络的发展趋势主要有以下几项方面。
(1)数字化
数字电视采用数字技术将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成二进制数代表的数字式信号，然后对该信号进行处理、传输、存储和记录，也可以用计算机来进行贮理、监测和控制。
数字电视又是计算机化的电视，它与计算机技术融为一体，数字化地处、接收和显示信息。数字电视根据清晰度可分为标准清晰度数字电视( Standard Definition Television，SDTV)和高清晰度数字电视(High Definition Televlsion，HDTV)。
有线电视网络管理概述
(2)宽带化
有线电视网上开发的宽带接入技术已经成熟并进入市场。CATV网的覆盖范围广，入网户数多，网络频谱范围宽，起点高，大多数新建的CATV网都采用光纤同轴混合网络，适合提供宽带业务。
(3)双向化
利用CATV进行多媒体通信的优势是其接近1GHz的带宽。根据光缆的多芯结构而具有多通道传输的冗余能力和同轴电缆频分信道的特点提出的双向HFC传输网方案，展现了以双向HFC为基础结构的城域宽带传输网的广阔前景。
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(4)光纤化
与同轴电缆比，光纤损耗小、温漂小、信号好、抗干扰能力强，在有线电视综合信息网中，应用越来越广泛。有线电视网的HFC结构，大体有以下三种，即光纤到支线、光纤到路边和光纤到大楼。随着每个光结点所带用户数量的减少，一方面，反向噪声（又称为漏斗效应）会得到大幅改善；另一方面，户均速率也会大为提升。
(5)综合化
光纤传输技术、数字比缩技术、数字传输技术、宽带交换技术、大容量数字存储技术和超大规模集成电路技术以及计算机技术的高速发展使有线电视网络发生了革命性的变化。利用数字有线电视多媒体平台和CMTS + Cable Modem组合来开展综合服务，除了数字电视及相关的个性化业务外，还可以提供交互式数字电视以及普通电话、可视电话、电子信箱、Internet接入、影视点播、交互式视频游戏、远程教学、远程医疗、网上购物等综合服务。
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(6)网络化
对很多综合业务而言，单向的、分立的有线电视系统已经不再具有任何实际意义，要真正实现这些业务，必须进行有线电视系统的双向改造；必须建设宽带传输骨干网使分立的双向有线电视系统有机地联系在一起，形成统一的有线电视网络体系；还必须实现有线电视网与其他网络的互通互联。有线电视的网络化进程将仍然以HFC结构为基础，通过融入宽带网络技术和现代光纤通信技术，使网络具有更加强大的综合信息传输、处理和交互功能。
(7)智能化
有线电视网络的智能化标志着有线电视彻底告别过去传统的单一服务模式，向着现代综合信息服务网迈进，它始终伴随和渗透在数字化、综合化和网络化的进程之中。
有线电视网络管理概述
有线电视网管体制一般采用三级结构，即国家级网管系统、省级网管系统、地市级用户管理系统。
国家级网管系统。国家级网管系统是全国的总中心，其主要职能是监视国家级干线的运行情况，通过各省中心执行宏观线路调度，如跨省路由配置，收集各省中心送来的各种管理数据并进行处理，监测并调度各省市国家干线网的节目情况。
省级网管系统。设在各省的省会城市，管理本省网络同时配合国家级网管系统协同完成跨省调度，即向国家网管中心报告所辖区内国家干线设备的故障情况。
地市级用户网。主要完成本地用户接入网，主要是HFC网的运行管理维护，以及对用户的直接管理。
有线电视网络管理概述
网管的基本功能
(1)性能管理
性能管理是对网络设备的状态以及网络单元的有效性进行评估和报告的一组功能。它包括性能监视、性能控制和性能分析等，以便核实所提供的业务等级，鉴别实际和潜在的瓶颈，建立和报告有关管理决策的实际情况。
(2)故障管理
故障管理是对传送网络及其环境运行的异常情况进行动态检测、隔离和校正的一组功能。包括告警监视、故障定位、故障校正、测试、故障管理等。这些操作能迅速地识别出问题所在以及性能是否降低，必要时启动控制功能，包括诊断、修理、测试、恢复和备份等。故障管理具有快速故障诊断、线路保护切换、故障定位排除的能力。
有线电视网络管理概述
(3)配置管理
配置管理是收集、鉴别、控制来自代理( Agent)的数据，并将数据提供给代理的一组功能。这些数据主要包括软、硬件的运行参数和条件、路由控制、备份操作条件等。通过配置管理，还可以灵活地分配线路资源，提供各种出租业务。
(4)计费管理
计费管理是测量网络中各种业务的使用量并确定使用成本的一组功能。包括账单功能、资费功能等，主要控制有关资源的用法，面向成本和面向信息收集、解释、处理和报告的过程。计费模式有收视时间计费、节目内容计费、信息服务计费、物理线路出租计费、传输带宽和时间计费。广播电视类业务计费管理内容应包括节目加扰信息管理、制定资费标准、密钥管理及其类型的设定、用户账务管理。
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(5)安全管理
安全管理是保证运行中的网络安全的一组功能。安全管理借助风险分析，使成本和风险达到最佳搭配，实现网络安全运行。它有如下三个方面的含义：
1）保证管理事件处理安全，这些功能涉及到网络管理的各个层次，包括系统之间、系统的客户之间、系统与内部用户之间的认证、访问控制、数据保密、数据的一致性等。
2）保证整个传送网和管理网的安全，对非法使用网络资源的事件进行管理。
3）组织上的安全管理。
7. 2HFC网络管理
HFC网络结构
HFC (Hybrid Fiber-Coaxial)即混合光纤同轴电缆网，它以模拟传输方式为主，称为副载波调制光纤同轴总线型接入网，具有交换功能，可以提供交互式业务，综合接入多种业务信息。HFC的主干系统使用光纤，采取频分复用方式传输多种信息；配线部分使用树形拓扑结构的同轴电缆系统传输和分配用户信息。
HFC网络管理
在HFC网上传输数字语音和数字图像信息时，必须经过宽带调制器（如64QAM），将数字信号转换成模拟信号，这些模拟信号和其他模拟音频、视频信号经由频分复用方式合成一个宽带射频信号，加到前端的光发射模块上，并调制成光信号传输到光结点并经同轴网络传输到用户。在用户端，用羽户接收相应频带的信息，并进行解调得到所需数据，HFC可以解决CATV、电话、数据等业务的综合接入问题。
HFC网络管理
HFC网络由如图所示为HFC网络结构：以下几个主要部分组成：
HFC网络管理
1)前端。完成信号收集、交换及信号调制与混合，并将混合信号传输到光纤，目前应用的主要设备有5个部分。
调制器。将模拟音频及视频信号调制成射频信号。
上变频器。完成音频、视频中频信号或数据中频信号至射频信号的转换。
信号混合器。将不同频率的射频信号混合，组成宽带射频信号。
激光发射机。将宽带射频信号转换成光信号，并将光信号传输至光纤。
HFC网络管理
2)光结点。完成光信号转换成电信号的功能，并将电信号放大传输到同轴电缆网络。
3)同轴电缆放大器。完成同轴电缆信号放大并传输至用户家中的功能。
4)用户终端设备。接收并解调网络传输信号，显示相应信息。
HFC网络管理
HFC的网络结构的类型，因网络规模大小而异，主要有两种类型。
1)星—树形网络：是指光缆干线按“星”形布局，同轴电缆系统按“树枝”形分配入户的结构型式。
HFC网络管理
2)环—星—树形网络。环—星—树形网络是指光纤超干线（或干线）构架成自愈“环”结构，光缆干线（或分干线）从环上的各个分前端（或分中心）按“星”形辐射布局，同轴电缆系统仍按树形结构分配入户的结构类型。
HFC网络管理
HFC网络管理设计
HFC网络管理的功能定位一般是设备管理、配置管理、性能管理、故障管理、部分安全管理等。通常HFC网络管理应具备以下几个功能：
1)网络维护。保证网络在现有配置下正确运行。网络维护的一项重要任务就是监控网络性能的变化趋势，即在网管条件下实时监测网络设备的运行状况，尤其是传输链路中的关键设备，在设备故障时自动报警，必要时启动备用路由。
HFC网络管理
2)网络问题诊断。提供一种端到端的诊断过程。它将确定问题出在何处，为把HFC传输网络提升为“可运营、可管理”的商业平台打下基础。
3)网络规划。在网络建设或重新配置的情况保证下网络质量。
HFC网络管理
HFC网管系统由三部分组成，即设备管理器、前端控制器、应答器。网管系统协议模型，如图所示。
1)设备管理器。网络管理系统的管理控制中心，位于HFC网络的前端或由各个前端组成的局域网上，是人与系统的接口界面。管理计算机内的设备管理信息库MIB，实时收集HFC网络传输设备的状态数据，显示设备状态，给出故障报警，结合网络拓扑图或GIS系统，准确定位故障的地理位置，识别故障的类型和性质，记录故障的所有信息，为分析故障原因及实施其他管理提供资料。
2)前端控制器。连接IP网络和HFC网络的完全透明的网关设备，位于系统的前端，起到两种标准协议的转换作用，向上提供IP的以太网接口，向下提供射频接口，即完成两种标准协议的转换。
3)应答器。作为整个系统的代理，它被安装在设备端，收集被监控设备的各种物理参数和状态信息，并且对设备进行控制。它与被监控设备有一组规范化定义的物理接口，包括模拟输入、数字输入和控制输入。其中，按协议类型将应答器分为三类，即Ⅰ类应答器、Ⅱ类应答器、III类应答器。
I类应答器。具有RF接口，以RF传输介质与前端控制器进行数据交换，实现基于SNMP 的数据通信，用于光纤同轴混合网室外设备的管理。
Ⅱ类应答器。其物理层符合 Clause 14条款规定的10BASE-T规范，在UDP/IP协议栈上实现SNMP ，用于光纤同轴混合网室内设备的管理。
III类应答器。其物理层符合 Clause26条款规定的10BASE-FX规范，在UDP/LP协议栈上实现SNMP ，用于光纤同轴混合网室内或室外设备的管理。
HFC网络管理设计应遵循以下几个原则：
1)必须提供高可靠性的管理、配置、维护、分析记录和控制功能。同时系统必须具备自身故障检测和恢复，抗毁性保护等功能。
2)系统必须具备恢复网络的信息传输错误、抵挡黑客攻击、处理灾难型大流量数据等功能，使系统能够安全可靠地 为系统管理者提供网络管理信息。
3)系统必须有较短的响应时间、监控数据信息的撒集、故障信息的判断，闭环控制过程的实现都必须在一定的时间内完成。
4)系统必须能处理分布式的数据收集、数据存储和管理，以适应各种不同的网络需求。
5)系统必须具有很好的兼容性、灵活性、可扩展性、界面友好、操作方便及通用性。
HFC网管的内容包括
端到端的HFC网络集中管理。
图形化的网络拓扑结构图。
反映网络状态的彩色图标；
告警日志、分类过滤、故障摘要。
性能特性分析、业务流量监视、网络能力规划与分析。
配置管理。
用户管理和安全管理；电话、数据业务远端拨号接入支持系统。
网络性能管理
影响HFC网络传输性能的因素主要的有上行信道的噪声干扰、失真，下行信道的多径效应引起的误码，相位的抖动和漂移以及传输信道的非线性引起的失真等。
1)多径效应的影响
HFC网络电缆匹配不良造成的反射（即多径效应）使系统的频率响句应严重劣化，破坏了各个频道间信号电平的配置，导致高、低频段中的某一个或几个频道的电平幅度上升，破坏了各频道间的电平均衡配置，导致了非线性失真，造成C/N下降，对模拟频道产生“纱窗”干扰，对数字频道产生马赛克、甚至无法解调信号。电缆的匹配不良还直接影响带有相位调制的QAM解调的准确性。
2)相位的敏感性
QAM数字调制是既调幅又调相的，其载波的相位噪声对传输质量的影响不容忽视。相位噪声是指每赫兹单位的噪声密度与信号总功率的比，也称为残余相位调制，表现为载波相位的随机漂移。在时域内它被解释为一个正弦信号过零点的不确定性；在频域内则表现为谱线的近旁扩散，常转化为载波边带的幅度噪声。模拟电视信号对相位噪声不太敏感，其影响仅造成图象暗场时出现杂乱的花纹；而对数字电视信号来说则有可能造成严重的马赛克现象，甚至无法解调出信号，因此不容忽视。
3)信号信道参数的影响
HFC网络上行通道的性能参数很多，其噪声和干扰主要有两大类，即来源于网络内部的结构噪声和来源于网络外部的侵入干扰。
对有线电视网各种设备的有效性进行评价，测试前端或网内任何射频(RF)点的各种参数，如频率响应、载噪比( C/N)、复合三阶差拍项、复合二阶、频谱分析、信号评价、反向回路噪声的测量等，以图形方式显示，并在需要时发送命令到各设备以便更新组合或修改操作。
性能管理的一般内容包括频率响应图、载噪比图、复合三阶差拍项图、复合二阶图、频谱分析图、信号评价图、反向回路噪声图。
网络端口管理
基于收费问题的有线网络的端口管理手段，归纳起来有以下四种模式：
信号处理型。通过对模拟或数字信号的加、解扰来管理用户获取信息服务的内容。
端口控制型。基于对用户端口信号通断的管理。
权限控制型。基于协议/权限或口令的用户管理。
手工管理型。以人工或计算机辅助方式管理用户信息。
统一网络管理建设
概述
三网融合——“国家级有线电视网络公司”
有线网络在数字化和双向化改造后，可以提供的业务：电视相关业务、数据相关业务、增值业务。
目前有线网络运营商网络管理上存在的问题：
1)运维支撑系统的建设仍停留在初期阶段；
2)已建的系统大部分为设备厂家自带系统；
3)支撑系统众多，人力资源浪费，重复投资以及未能有效地实现对网络、业务的管理。
4)无统一综合平台，对后续的设备、网络、业务管理可以进行无缝接入管理。
统一网络管理平台的要求
统一网络管理平台是保障基础网络运行的基础。下一代统一业务管理平台，应满足以下要求：
支持新业务快速部署，及时满足市场要求的不断创新；
计费平台具备多层面、模块化的核心特色。
标准化的接口，支持多种接入组网方式。
单点认证，全网、全业务无阻碍访问。
个性化网络商务门户，促进产业链共同发展，形成差异化服务品牌。
统一网络管理平台的构建
1.统一网络管理平台构建内容
(1)界面的统一
(2)网管协议的统一
(3)网管功能的统一
2.统一网络管理平台的构建策略
格式转换法，各个子网管理系统通过代理程序进行格式的转换，以便相互识别和共享资源，是一种分散式管理方式；
分层网管平台，建立更高级的管理系统，高级网管系统和低级网管系统间进行通信，分层管理，是一种分布式管理方式；
标准化方法，遵循标准的规范和协议，建立统一的网络管理平台系统。
协议标准化方法是统一网络管理系统的趋向和方向。
