I-PON万兆入户

万兆入户——知识普及

信息时代,最关键是信息传播。信号的传播,包括有线(电缆、光纤)、无线、卫星等。信息通过编码、调制,并转换为电磁波或光信号,远距离传输,终端接收器转换、解调、解码还原信息,这就是信息由信号发射至传播到接收的全过程。从2G到3G、4G、5G,是解决无线传输的容载量增大问题,从金属电缆到光纤电缆,是解决有线传输的容载量增大问题。

无线电传输,关键在于载波频率尽可能高,即波长尽可能短。电磁波越长,占用空间越大;波长越短,占用空间越小。交流电频率是50或60Hz(赫兹),无线电波长30000m~10μm(频率10KHz~30,000,000KHz),通俗说这范围是建筑物至蜜蜂大小;微波空间就成了大头针;红外光波长是780~1100~2526nm,相当于原生动物;再是可见光,人眼一般感知波长为780~400nm(频率380~750THz);紫外线相当于分子级,X光进入原子级别。

光纤传输,载波波长常用850nm、1300nm、1550nm。1纳米=10-9米(10亿分之一米),1百万纳米才等于1毫米。光纤在1.31μm和1.55μm损耗最低,“I-PON”采用1.55微米即1550纳米。IP和互联网技术近二十年飞速进展,但依赖于双向物理信道。对于点到多点的广播传输技术,业界多年沿用同轴电缆电信号调制技术,容载量很有限。受制于电载波频率1GHz,这种频率和速率,限制了频道和线路的带宽。“I-PON”采用新技术,将万兆IP网络技术应用于广播网络,结合通讯上下行分离技术,不但极大提升了入户接入带宽,而且利用了广播网低成本实现普遍覆盖的优势,第一代芯片速率10G(一万兆),2021年开始的第二代芯片入户速率达到25G,接收端提升性能并降低成本,前端和传输基本共用IP网络基础设施,既打破频道和线路的带宽瓶颈,又让双向网适用广播网,实现了网络信息传输革命。

【附注】超万兆IP广播与PON网络融合创新接入网方案

I-PON超万兆光纤入户技术,是将10G或25G的超万兆IP广播通道(一般采用1550nm光波长)叠加在GPON/XG-PON等常规双向网之上,形成双纤三波或单纤三波的新型光纤接入网技术。其中超万兆IP广播技术,原理是将10G(第二代25G)以太网IP技术应用于单向广播网,利用广播网以功率分配为主的特点,带来低延迟、低丢包率、大分光比、高安全、广覆盖等优点,特别适合超高清4K P60、8K、VR等大码率内容的实时传输。并在结合常规双向网以及交互协议的上下行通道分离技术(I-PON非对称技术)后,点播视频/互联网视频等应用的下行数据也可以通过超万兆IP广播通道传输,使其应用拓展至交互视频、实时VR、元宇宙等最新领域。该技术方案提升了光纤接入网的超高清业务承载能力和性能,各通道物尽其用,提升了网络价值,降低了网络综合部署成本。

方案最早于2013年由吉视传媒、广电总局广科院、广西广电、安徽广电等单位提出并立项,并已发布多项国家行业标准、ITU国际标准。2017年最早在吉林开始规模部署,至2023年全国已批量部署500多万户。该技术方案完全满足2021年《广播电视安全播出管理规定》和2021年《广播电视网络安全等级保护》的安全播出要求,是广电有线网络IP化、光纤化升级的优选方案。

定义

I-PON是在GPON/XG-PON常规系统上叠加万兆IP广播通道,形成一个全IP,超万兆的光纤接入网络技术方案,实现超万兆带宽入户,是超高清4K/8K,VR/AR等视频传输的优选方案。

原理

该技术的核心是万兆IP广播技术,是将10G和25G以太网IP技术应用于广播网络,在单向广播网络上传输以太网报文格式的全IP数据,实际实施中,一般将万兆IP广播通道叠加于常规双向接入网络(GPON/EPON/XGPON)之上,将入户带宽提升到10G或25Gbps水平。

特点

(1) 第一代方案10Gbps、第二代方案25Gbps容量的广播传输信道,直播带宽为原来有线电视的4~10倍,完全支持海量4K P60、8K、VR等超高清节目的直播和点播。

(2) 全网IP化承载,摆脱调制技术的限制,充分发挥了光纤潜力、未来升级能力巨大,无缝衔接各种智能终端,完整实现三网融合。

(3) 下行IP广播通道和双向宽带网络在光纤上或波长上实现通道隔离,业务融合,兼具广播优势和宽带优势,既保证广播电视安全播出的喉舌使命,又实现互动业务宽带接入特性。

(4) 直播电视业务不论用户是否请求,都直接进户,节目请求信息只在户内交互,最大程度避免了互联网攻击和人为侵扰的全局性安全隐患,完全满足广电最新安播要求。

(5) 由于延续了广播网络的部署方式,前端备份仍然是信号级备份,切换极为简单、迅速,一旦检测到异常,备份切换是微秒级,用户无感知,完全满足广电最新网络安全等级保护要求。

(6) 广播前端汇聚交换机进行IP流量汇聚,超大带宽(10G、25G)一直延续到用户家,网络设备可满足“输出接口线速度大于输入接口线速度之和”,彻底解决IP网络“UDP丢包”问题,实现传输误码率10-12以下,真正做到“广播级传输”。

(7) 广播传输主要采用信号中继和功率分配,极少网络交换,最大程度避免了IP设备的丢包和延时、抖动等QoS劣化,超高传输质量,完美满足超高清8K/VR等高质量视频传输的要求;

(8) 兼容性好,双向网络部分可以适配EPON/GPON/10G EPON/XG-PON等各种网络,前端兼容广电体系中的DVB前端系统、CA/DRM系统、EPG系统等,充分利旧,终端全IP化,家庭网关直接兼容各种最新智能终端(手机、Pad、智能电视机、IP盒子),甚至带网口的DVB盒子。

(9) 对比广电各种光纤入户的方案(RF Overlay,RFoG),以及对比电信10G PON方案(10G EPON/XG-PON),IP广播方案在性能领先的同时,成本最优。

(10) 充分利用高质量广播传输通道,将广播通道全链路超10G或25G带宽部分用于直播高质量视频传输,其余用于OTT/OVD点播业务下行传输,将双向点播视频下行分流到广播通道后,双向网络带宽得到释放,提升双向业务体验,更“大”的广播,更“宽”的双向,“物尽其用”的网络,减少升级的压力,延长网络的使用周期,提升广电网络的竞争力;

IP广播方案已被ITU正式接纳为国际标准。2019年6月,在日内瓦召开的ITU-T SG9(宽带有线和电视)全会上,IP广播方案(ITU-T国际标准的命名为IPVideo Broadcast,简称IPVB)系列标准的第一个需求标准:J.ipvb-req获得通过,并于2019年7月正式发布,ITU-T国际标准号是:J.1210。

2020年4月,国际电联标准化部门SG9(第9研究组 Broadbandcable and TV)全体会议上,由北京吉视汇通科技有限责任公司主导的“有线电视网络IP视频广播(IPVB)技术规范”获得通过,于2020年5月正式发布,ITU-T国际标准号是:J.1211。

应用

截至2023年6月,万兆IP广播技术在全国范围应用已覆盖超千万户,开通超500万户,其中主要分布在吉林、广西、湖南以及广东和山西部分地市。吉林地区覆盖用户超950万户,实际开通近320万户;广西地区覆盖约400万户,实际开通约160万户;湖南地区已启动的万兆IP广播试点网改已完成,累计覆盖2.5万户;山西阳泉覆盖近10万户,开通约0.3万户;广东吴川覆盖约3万户,开通近1万户;广东封开覆盖约1万户,开通近0.5万户;广东德庆已完成网改覆盖约1万户,正在落地推广中。

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