揭开ECAN的面纱 ECAN更适合广电网络双向化改造？

概述

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。

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：

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。

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。

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。

EOC的QoS指标

EOC的QoS指标包含有：

传输带宽。主要是在压力测试下的传输带宽。1:1的测试是不能反映实际情况的。影响这个传输带宽的主要因素就是MAC层协议。你是采用TDMA还是CSMA。这就是为什么白皮书选择TDMA的原因。对传输带宽的指标应该是，在90%以上的负载下，你的传输带宽是多少。这个指标影响到以后的业务发展过程中的可持续发展问题，否则，以后为了扩容，是会付出非常大的代价的。

延迟时间。延迟时间对语音的影响是最大的。对于游戏这种业务的影响也是非常大的。

抖动时间。抖动对视频的影响是非常大的。严重影响到用户的视频体验。

那么，在NGB环境下，对EOC的QoS要求的指标是多少呢？现在国内还没有正式的数据，要求比较模糊。

下图是一个比较权威的指标体系，或者说是典型的EOC的QOS指标：

这个EOC的QOS指标与日本要求的指标是一致的：

ECAN概述

ECAN（Ethernet Over Caox Accesss Network ，基于同轴电缆接入网的以太网）技术创造性地将 IEEE802.3ah的EPON MAC协议移植到了无源同轴电缆用户分配网中，实现点对多点的以太到家的宽带接入，其MAC协议沿用了EPON的协议，具有动态带宽分配（DBA），可实现电信级的运营和维护，以满足下一代广播电视网（NGB）的需求，实现语音、数据和视频的三网融合。

ECAN采用TDD/TDMA双工/多址方式。支持动态带宽分配（DBA）、网络管理、VLAN和组播/过滤功能。支持VoIP、HDTV/SDTV、VoD、高速上网等传统与新业态业务。

ECAN协议

PHY层协定

ECAN系统物理层（PHY）采用低频5~65MHz的频谱，具有长距离大覆盖能力，最大可支持的链路损耗达60dB。PHY采用单载波残留边带(VSB)调制技术，利用先进的自适应数字信号处理技术，可靠的完成信号同步，有效的处理网络反射信号，抑制窄带入侵噪声的影响。

ECAN PHY利用5~65MHz的频谱，传送数据信息，是一种单载波VSB调制技术，符号速率从60MSps到80MSps，相应的信号带宽是32MHz到48MHz，调制级别为2VSB，4VSB，可升级为8VSB和16VSB。物理层的速率达到170Mbps，有效的信息速率可达145Mbps。

MAC层协定

ECAN的MAC协议沿用了EPON的MAC协议，摒弃了数字家庭网络中普遍采用的CSMA载波侦听协议，具有动态带宽分配（DBA）机制，可实现电信级的运营和维护，支撑所有业务(视频、语音和数据）的接入。

（1）ECAN的传输原理和MPCP（多点控制协议）

ECAN同轴电缆网络的协议也是下行采用广播式，所有数据经由无源同轴电缆到达每一用户，用户通过标识，取出属于自己地址的数据；上行采用TDMA方式，各用户单元在自己的时隙内发送数据报文。ECAN的上下行数据传送及带宽分配如图所示。图中的CNU1表示用户1、CNU2表示用户2、CNU3表示用户3，编号为1、2、3的不同色彩的小方块分别表示属于用户1、2、3的数据。

EPCN技术原理示意图（下行采用广播式，上行采用TDMA方式）

与上下路分别利用不同波长信道，实现全双工通信的EPON的点对多点（P2MP）的光纤传送不同，ECAN的MPCP多点控制协议的上下行信号传送工作在同一个频带，上下行通信采用TDD时分双工方式。通过时分双工的用户接入要求，采用IEEE802.3ah的多点控制协议（MPCP）控制信息，实现上行信道的动态带宽STDMA带宽分配。 即由CLT统一分配CNU的上行时隙，同时CNU周期性地上报上行需求，而CLT周期性告知CNU的上行时隙，CNU只能在属于自已的上行时隙发上行数据，如图所示。

ECAN Traffic Pattern

MPCP建立CLT与CNU之间的通信联系，其功能主要是：提供CLT与CNU之间的同步，实现自动恢复功能，动态地为CNU分配带宽时隙，上下行数据传送带宽分配及QoS 保证。半双工的下行信道，采用广播式传送方式。CNU根据数据的目的地址取出属于自己的帧，而将其他不属于自己的数据丢弃。

ECAN工作在半双工模式，CLT 维护上下行时段信息，DBA 不会将属于下行时段的时隙分配给CNU。同时，CLT保证在上行时段不发送任何下行数据。数据从CLT 到多个CNU 以广播式下行，每个数据帧的帧头包含LLID，该标识表明本数据帧时给某个特定的CNU。CLT 支持SCB，因此部分数据帧可以是给所有的CNU。当数据帧到达CNU 时，CNU 根据LLID 判断是否接收。

当CNU 注册成功后，CLT 的DBA功能会动态为每个注册成功的CNU 分配上行带宽，即上行时隙。每一个CNU 只能在CLT 给他分配的时隙内传输数据。通过时隙分配和时延补偿，可以确保多个CNU（64 个）的数据联接在一根电缆链路时，每个CNU 的上行数据都不会互相干扰。

ECAN连通性分析

EOC的连通性主要展现在其物理层上。ECAN的物理层采用VSB调制方式，那么与采用OFDM调制模式的MoCA技术比较，那个的抗干扰能力更强呢？

VSB是在美国的地面数字电视中使用的一种调制技术，在中国和欧洲采用的是OFDM的调制技术。这两种技术分别采用单载波和多载波。

残留边带调制VSB是一种幅度调制法（AM），它是在双边带调制的基础上，通过设计适当的输出滤波器，使信号一个边带的频谱成分原则上保留，另一个边带频谱成分只保留小部分（残留）。该调制方法既比双边带调制节省频谱，又比单边带易于解调。

目前，美国ATSC数字电视地面传输采用的就是残留边带调制方式。根据调制电平级数的不同，VSB可分为4-VSB、8-VSB、16-VSB等。其中的数字表示调制电平级数。如8-VSB，表示有8种调制电平，即+7，+5，+3，+1，-1，-3，-5，-7。这样每个调制符号可携带3比特信息。

残留边带调制优点是技术成熟，便于实现；不足的是抗多经和符号间干扰所需的均衡器相当复杂。

关于OFDM和VSB两种调制方式，有许多的讨论和比较分析。但在有线电视网络环境中，或是在其他的通信环境中，VSB是第一次使用。总体来说，OFDM技术比较VSB技术，有更多的优势。

比较项目	PNA	AV	WiFi	MoCA	ECAN
调制方式	QAM	OFDM	OFDM	OFDM	VSB

ECAN的传输特性分析

压力测试

吞吐率是保证QoS的一个重要的方面，也别是在一个局端带多个终端的情况下的吞吐率更能说明问题。ECAN的下行时采用广播方式，上行是采用TDMA方式。为了在同一个频段上进行双工，ECAN没有采用EPON的波分方式，而是采用TDD方式。所以，ECAN在压力测试下（一个局端对多个终端的传输测试），有良好的表现。

这种良好的表现主要是因为采用了TDMA协议的原因。AV、WIFI、HomePNA技术是采用CSMA/CD的MAC层协议，因此，在压力测试上的表现非常差。但MoCA也是采用TDMA协议，因此在压力测试上的表现就非常好。

小包测试

ECAN的另外一个特点就是在传输小包的时候，传输速率几乎没有影响。这是应为ECAN在下行的时候是采用广播的方式，在终端通过标示来识别是到那个终端的数据。在其他的技术中，是采用打包的方式来传输，我们知道，打包是有开销的，包越小，开销就越大。因此，一般情况下，这些EOC技术在小包情况下的表现就不是太好。

但是，在HomePNA3.0、WiFI11n、AV和MoCA1.1中，采用了新的技术，就是包聚合技术。简单迪说，包聚合就是将多个小包打包为一个大包进行传输。在这种技术中，不仅仅提高了小包传输的时候的性能，而且，大大提高了有效的传输速率。在相同的带宽的情况下，可以提高传输速率在40-50%左右。这就是为什么在MAC层传输速率上，MoCA1.1的传输速率可以达到170Mbps的原因。

带宽的管理

由于ECAN是采用TDMA协议，在数据的传输上，是通过分配时隙来进行的，因此，带宽的管理就非常方便和准确。但这不是ECAN的特点，而是采用TDMA这种协议的所有EOC技术的特点，比如MoCA也是采用这种时隙分配方式来进行带宽管理的。

比较项目	PNA	AV	WiFi	MoCA	ECAN
MAC速率	80,共享	100,共享 350,共享	25,共享 90,共享	130,共享 400,共享 800,共享	120
压力测试效果	不好	不好	不好	好	好
小包测试	3.1比较好	比较好	比较好	比较好	好
动态管理	不好	不好	不好	好	好

ECAN的延迟分析

网络的延迟是保证QoS的另外一个关键的因素。我们知道，对于不同的业务，整个网络的端到端的延迟的要求是不一样的。注意，这里是端到端的延迟，这个链路是非常长的，整个延迟链路包括有：

终端---EOC终端---EOC链路---EOC局端—ONU---光纤链路---OLT==核心城域网===OLT---光纤链路—ONU---EOC局端---EOC链路---EOC终端---终端

这个链路是非常长的，在一些业务中，综合语音和视频，要求不高于80ms。因此，分配到EOC的延迟，要求不大于10ms。其中，MoCA是唯一一个可以满足延迟小于10ms的EOC技术。

比较项目	PNA	AV	WiFi	MoCA	ECAN
延迟（ms）	1:1为1.5 1:27为15 随着终端的增加而增加	1:1为40 1:32为100 随着终端的增加而增加	1:1为42 随着终端的增加而增加	1:1为3.5 1:31为4 随着终端的增加几乎不变	1:32为14 随着终端的增加几乎不变

ECAN的抖动分析

抖动是QoS的一个关键的参数，一般要求抖动在1ms一下。下面是比较分析。

比较项目	PNA	AV	WiFi	MoCA	ECAN
抖动（ms）	1:1为0.2 1:27为1.8 随着终端的增加而弱有增加	1:1为18 随着终端的增加而增加	1:1为5 随着终端的增加而增加	1:1为0.5 1:31为0.5 不随着终端的增加而增加	1:32为5 不随着终端的增加而增加

各种EOC技术比较分析

下表是各种EOC技术比较分析。

比较项目	PNA	AV	WiFi	MoCA	ECAN
通信方式	半双工	半双工	半双工	半双工	半双工
标准	ITUG.9954	HomePlugAV	802.11/g/n	MoCA1.0 MoCA1.0 MoCA2.0	厂家自有标准
MAC协议	CSMA/CA	CSMA/CA、TDMA	CSMA/CA	TDD、TDMA	TDD、TDMA
调制方式	QAM	OFDM	OFDM	OFDM	VSB
占用频段	4-28MHz	2-28MHz	2400MHz或变频	500-1650MHz	6-60MHz
MAC速率	80,共享 120,共享	100,共享 350,共享	25,共享 90,共享	130,共享 400,共享 800,共享	120,共享
压力测试效果	不好	不好	不好	好	好
小包测试	3.1比较好	比较好	比较好	比较好	好
动态管理	不好	不好	不好	好	好
抖动（ms）	小 1:1为0.2 1:27为1.8 随着终端的增加而弱有增加	非常大 1:1为18 随着终端的增加而增加	非常大 1:1为5 随着终端的增加而增加	非常小 1:1为0.5 1:31为0.5 不随着终端的增加而增加	比较大 1:32为5 不随着终端的增加而增加
延迟（ms）	小 1:1为1.5 1:27为15 随着终端的增加而增加	非常大 1:1为40 1:32为100 随着终端的增加而增加	非常大 1:1为42 随着终端的增加而增加	非常小 1:1为3.5 1:31为4 随着终端的增加几乎不变	小 1:32为14 随着终端的增加几乎不变
局端成本	1500	1500	1500	1500	4500
终端成本	250	230	230	250	230