摘要:  介绍了采用先进的密集波分复用技术(DWDM)、互联网(IP)和数字视频(MPEG-2)技术，建设唐山“宽带化、数字化、网络化、智能化”有线电视综合 信息网络。
关键词: 密集波分复用技术; 互联网; 数字视频技术

1前言
    计算机网络通信技术发生了极为迅速的变化。前几年被认为是宽带数字通信网络基 本技术的SDH加ATM受到了基于互联网络协议(IP协议)的宽带分组交换网络(宽带IP网)的挑战 。美国政府下一代因特网计划(NGI)和正在实施的第二代因特网(Internet2)计划，已经确定 把宽带IP网作为基础。这一技术的特点是，基础传输网采用密集波分复用技术的全光网，基 于 IP协议的分组交换技术取代传统的电路交换技术。与SDH加ATM的电路交换技术相比，它可以 提供更高的传输速率(数十Gb/s至数千Gb/s，即每秒数百亿位至数万亿位)，大幅度地降低数 据传输成本，是极具潜力的网络技术。 唐山有线电视综合信息网从1998年初开始筹建，1999年7月1日正式开通，在河北省广播电视 系统率先实现了市到县(市)、区的联网，成为河北省有线电视综合信息网的重要组成部分。 唐山有线电视综合信息网采取双环型自愈设计，具有较高的安全性、可靠性，引进美国Osic om科技公司IP-over-DWDM(基于互联网协议的密集波分复用系统)传输设备，设立了13个平台。

2  系统方案
(1)双向光纤环型自愈网，覆盖唐山及所属12个县区。
(2)采用先进的密集波分复用技术(DWDM)、互联网(IP)和数字视频(MPEG-2)技术。
(3)多功能网采用IP技术，占用2个波长，由唐山前端下传8套节目，各县区回传一套节目， 同时具有灵活快速增加下传节目套数及各县区回传节目的能力。
(4)各站留有622 m接口，占用两个波长，供专门业务开发用。
(5)全网仅用单根光芯，节省网络资源，并实现全光网的基础。
(6)可高效率地实现多功能系统开发应用。
(7)国际互联网标准化传输与网管方式，便于未来提供网络服务。
(8)标准化的干线交换，由网络交换机提供的该特性可在任何两站间改换路由，快速传输，实现网络保护，是一种可靠的并被20年实践证明的方式。
(9)单根光纤总通信容量可高达80 Gb/s。不但使现有的光纤及设备得到最大限度的使用，节省下来的光纤可带来最大的经济效益。
(10)适用于多种信号模式，密集波分复用技术具有最大的灵活性与适用性，与SDH、ATM及 以太网等数据通信网络多种模式相兼共容，并与现有广播电视网共存、互不干扰，为信息高 速公路的建设打下坚实的基础。
(11)系统模块化，易于低成本快捷纵向(密集波分复用扩容)及横向(网站内设备)升级扩容， 现有网络系统无需作任何改造，即可低成本、高效率、灵活地实现逐步升级，并节省安装时 间。
(12)最大限度地拉长中继器间的距离，以至无需放大器或再生线路。
(13)平台形式统一，减少长期投资，减少备品备件的数量和种类，便于管理培训。

3  关键设备的技术性能

(1)密集波分复用技术的概念
    采用密集波分复用技术的优点是利用最少的光纤资源来建造一可扩展的传输系统，此系统具 备仅插入若干模块即可扩展容量的能力。密集波分复用技术采用不同的波长将光纤分成独立 的通道。各DWDM通道使用独立的光发射和接收机，可以不同的速率操作，这些光发射机和接 收机由模块式光复用/解复用器分隔。Osicom科技公司的GMMD具有4个标有波长通道号码的DW DM模块，并为远程传输直接连接至干线的光纤，复用器和解复用器的工序通过使用涂层薄膜 的玻璃密封件，在无源块中进行。GMMD复用/解复用器模块的设计使得任何通道均可成为输入或者输出的端口。
    接收机复用/解复用器必须比发射机复用/解复用器更精确且提供更佳过 滤特 性。密集波分复用的光发射机与通常所用的1 550 nm光发射机的区别是在于它以非常狭窄的 光谱宽度发光。一般单模式的发射机，以较宽的光谱发光。这些发射机必须由密集波分复用 的窄带光替代，输入密集波分复用系统。此步骤一般由Osicom 科技公司提供的转发器来完成 。DWDM所使用的光接收机其实与基于单模式高质量中等或远程的雪崩光电二极管接收机无区 别 。在传输SDH的情况下，自复用/解复用器一端上的接收输出光可直接通过光纤跨接线连接至 SDH接收机，只要此接收机是高等的APD接收机即可。

(2)千兆位主干网的概念
    唐山有线电视综合信息网络系统所采用的千兆位网络主干网交换机是非常现代化的，具备许多附加端口，以便在需要时，可以增加网络的容量。这些交换机可以在单一的路由上平等 组合成多达4个端口，以便以后当组中有一条或多条通道出现故障时，可建立具有自动重新 配置4条千兆位主干网干线的能力。该交换机预先配置了12个端口，而每一个端口均可连接 至远程主干网交换机，或者连接至用户所连接的本地的工作组交换机。这些交换机可以支持多达127个虚拟网络(VLAN)。目前，唐山网络只需要7个虚拟网络，因此该交换机将来也能支 持更多的独特网络。
    每一个虚拟网络均构造成独立的且实际隔开的局域网。在一个虚拟网络上发送的数据不会在本地或远程交换机端口上出现，除了在配置软件中分到同一虚拟网络号 码的端口。千兆位网络交换机与工作组交换机内使用的虚拟网络的密封协议兼容，因而将在各站点之间分别传输各虚拟网络。备用路由实际上是以每一虚拟网络 为基础在内部完成。虚拟网络的优点是：能加强数据传输量的控制，以及在工作组端口级上 隔开数据且仍然能在干线上有效地聚集数据等优点。千兆位交换机仅传输虚拟网络，但是不 会建立它们。这些交换机不允许在各虚拟网络之间的通讯，故为独立的。主干网千兆位网络交换机的各端口均符合1 000 BASE SX的技术要求。这些技术要求采用多模式光纤引出了SC 双接头和短距离850 nm波长光信号。可选性地附加10/100 BASE T端口可用于对交换机的管 理存取。
    网络交换机的主要功能是起远程网络网桥设备的作用。当数据进入一个端口，并转发到另一个端口，而不考虑任何比该网络更高层的协议信息，被称为第二层路由器。网络层的网桥可 以 自动设为获取在网桥网络内的单独端口上存在哪一个第二层的网址(MAC层)。千兆位网络交 换机的主要用途是转发所有虚拟网络的数据到所有的端口，除了数据来自端口以外。这些交 换机不会考虑传输量的先后次序，只要有干线，并且带宽大于传输量，在数据传输到交换机 时就不会发生延时的现象。


(3)工作组交换机的概念与主干网交换机不同，只有一个端口是光1000 BASE SX，其余24个端口都是10/100 BASE T 802.3电接口模块化端口。这些端口对连接设备的速度具有自动敏感性和适应性。
   在前端，第一个虚拟网络连接至4个MPEG编码器。因此使用头4个号码的端口。第二个虚拟 网络连接另外4个MPEG编码器，因此使用端口5到端口8。第三个虚拟网络将4条反传MPEG信息 流传输到2个双解码器，因此使用端口9和端口10。同样端口11和端口12用作传输从远程站点 5到8的反传视频，端口13和端口14分配给站点9到12的解码器。大约有48 Mb/s的视频信 息流在各反传视频网络端口上传输。第六虚拟网络用于若干个端口，为互联网类型的作业而 保留。第七虚拟网络分配到其余的端口，作维护局域网(LAN)用。 工作组交换机将所有数据从各本地端口转发到主干线，并用虚拟网络的号码为各数据包标记 号。标有同样虚拟网络号标记的反传数据包将输出至被分配到该虚拟网络的交换机端口。网 桥软件不会将任何数据从一个虚拟网络转发到下一个。

(4)容量与计划
     最初的系统在网络的各县区站及其邻近站点之间均具备着一个1.25 Gb/s的干线，理论上， 在1.25 Gb/s干线上单向传输而无延时的最大传输量可达1.25 Gb/s，但是网络计划应考 虑安全系数，将最大可能的瞬时传输量设为稍微小于10 Gb/s。下传信息流的视频和嵌入式 音 频的总信息流必须小于该值，从而允许传输更多的网络信息，使主干网连续不断地管理数据，各MPEG-2编码的信息流将设为12 Mb/s。
      8个通道一开始可以输出96 Mb/s的外出信息流数据，还不到所计划的最大传输限量的10%。要控制和计划网络传输量，可以从包含100 Mb/s 最大端口速度的虚拟网络开始，该虚拟网络能将外出传输量发送至所有的远程县区站，但是受单一的100 Mb/s端口的速度限制。假定该网络包含多达100 Mb/s的外出瞬时传输量，加 入 视频总信息流即可达到200 Mb/s的总量，这样就有了另外800 Mb/s的保留带宽。
    如有需要，可增加新的网络作业，但是要假定输入网络的端口速度是网络作业提供给总干线带宽的最大 突发速率。当使用主干网的全部网络作业增加到1 Gb/s时，则需要增加GMMD模块，并启动另 外一条千兆位网络通道。每一增加的网络作业均受输入网络的端口速度的限制。作为输入系 统的最大带宽的总传输量是完全可以预测的。实际上，此最大带宽只是偶尔达到，还剩余一 些实际的安全系数。 
    工作组交换机可以有多达24个100 Mb/s的口，差不多1 Gb/s的干线带宽至主干网。这实际上 意味着交换机可以以高达全单干线主干网的速率传送进主干网，但是不能再快了，正如在主 干网交换机的讨论中那样，对于要输入系统最大可能的作业数据速率的计划以及确定总速率 在干线带宽之内将会保证对延时敏感的视频信息流不被其他传输量减慢。在工作组交换机端 口外建立传输量的限定，同时考虑虚拟网络可以传输多达4条12 Mb/s的视频MPEG-2信息流 。
     这意味着分配给虚拟网络的网络端口将可以看见48 Mb/s的连续信息流，也意味着所有这些 端口必须以小于100 Mb/s的速率操作。由于管理数据未计算在以上数字中，因此对各端口的 利用将会比该值略高一些。如果将所有8条视频信息流都分配给一个虚拟网络，整个端口速 度都将消耗着信息流数据，没有一点剩余留给管理数据，其结果是每当发送了管理数据，视 频信息流都会被中断，这是一个不可接受的解决方案。因此，设计方案时只分配了4条电视 通道给1个虚拟网络。 网络交换机还为千兆位干线端口和工作组端口提供实际端口利用性的统计测量。新的网络作 业增加后，可以监控这些统计数，查看此作业是否在消耗所预测的干线带宽传输量。

(5)编码速度的选择
    MPEG-2已成为将高质量视频转换成压缩数据的标准。在标准内也有选择的方法，并要求设备 在转换中具有协商的兼容性。对于单向传输，唐山网络使用的解码器会从收到的信息流中检 测在信号中使用的是哪一种标准。有半分辨率和全分辨率选择。该设备可以使用两者中任何 一种模式，实际上设置为较高质量的全分辨率模式。这就意味着图像中的每一行视频线均可 转换为数据。半分辨率模式每隔一行跳过，传输数据量为全分辨率的一半。编码的速度也可以调整，唐山网络将其设为12 Mb/s，这实际上是取高质量的速度，在编码器和解码器中连 续运行而不出差错。典型的远程下传应用程序信号可以最少以4 Mb/s的速度操作标准的程序 。由于运动性的编程在图像中有高度摆动，其速度因此而提高。典型的8 Mb/s速度广泛地在 运 动性的编程中使用。因此，唐山的网络以比一般行业使用的速度更快。
    目前，在任何商业实 施中还未出现过快于12 Mb/s的速度。 MPEG-2与MPEG-1不同之处是在于其允许其他信号的分复用进入信息流，改善压缩算法，从 而 导致尽可能高的质量。独立的双数字音频伴随着信号从起点到终点，如果视频和音频可以数 字化而压缩并以数据包交换，且数据网络被设计为可传输这些平滑流动的数据包，视频和音 频则可以与其他数据包信号格式合并，从而多作业网络即可正常运行。所有这些特性均在唐 山网络系统的设计中实现。视频编码器将模拟PAL制视频信号，伴随立体声通道转换进入TCP /IP 数据包的信息流。这些IP数据包通过基于国际互联网标准的网络交换机传输和交换到远程站 点的对应的视频解码器。

(6)IP编址方案
    对于下传信息流，TCP/IP具有特定的方法，称为IP下传。一个较新的方法，称为IP多频道下 传。唐山系统使用的是多频道下传的新方法。要了解先进的IP编址方案，需要首先了解有关IP编址的重点。 IP网址看上去有点像(x、y、z、a)。每一部分是从0到255的号码。传统 的IP编 址定义了子分类，其中A类网络使用号码的x部分，以识别独特的网络号码。号码的y 、z、 a部分定义了各个单位网址，称为主机网址。B类网络使用号码的头两个部分为网络号(x、y)，后两个部分为主机号(z、a)。用此方法划分地址提供了更多网络的可能性，但是每个 网络 有更少可能的主机网址。C 类网络再进一步划分使用(x、y、z)为网络号，(a) 为主机