【精选】基于广电机顶盒的分离式网络模块的设计与实现

本文为论文精要，原文刊发于《广播与电视技术》2021年第10期“有线网络”专栏。

随着三网融合进程的加快以及TVOS高清机顶盒的发展需要， CM单一的接入模式已经无法满足高质量高带宽的要求，必须升级接入设备与接入终端，这样就带来数字电视机顶盒的适应性问题。同时江苏省内部分地市分公司的EoC接入网络已经开始试点，大量更换机顶盒不但费时费力而且费用不菲。针对这些问题，迫切需要找到一种适应多种接入网络、可升级、可抽换的多功能数字网络机顶盒终端，来替代目前单一接入方式的数字网络机顶盒，以满足现在及未来的网络需求，提升稳定性、提高带宽，降低网络升级成本。

本文作者：冒海波、陈杰、栾书鹏、袁弼桓

江苏有线技术研究院有限公司

第一作者简介：

冒海波，男，1981年生，硕士，高级工程师，江苏有线技术研究院有限公司综合管理部经理。主要从事智慧云平台、新技术新业态的研究及应用研发工作，曾参与“智能电视终端操作系统参考设计开发及批量应用”“江苏省云媒体电视平台”、“跨区域互动电视媒体应用聚合云服务示范”、“ NGB业务平台和内容分发系统关键技术研究”“新时代文明实践智慧云平台”等重大项目。

1设计思路

以通用的高清数字机顶盒为主要载体，设计标准的网络接口与网络接入板卡导向槽，并制定网络模块、接口板、导轨、封板等关键部件的物理结构和技术要求，只要符合接口定义、接插件类型与模块尺寸，均可插入机顶盒，在内置形态不变的情况下，实现了网络模块与机顶盒的分离，以适应多种网络接入技术板卡设计标准。

网络模块通过有线电视同轴电缆，采用DOCSIS、EoC等技术，为机顶盒提供双向网络连接。网络模块对接入的有线电视射频信号进行分配，一路信号通过射频电缆将有线电视射频信号输出给机顶盒，另外一路数据信号通过引脚传递给WiFi模块用于互动点播和用户上网。

2分离式网络模块设计与实现

2.1 EoC+WiFi型模块定义

通过有线电视电缆，采用EoC技术，为机顶盒提供双向网络连接。EoC网络模块对接入的有线电视射频信号进行分配，一路信号通过机内射频电缆将有线电视射频信号输出给机顶盒，一路信号通过引脚传递给WiFi模块。WiFi模块给用户提供有线、无线联网接入服务，建立家庭网络管理，进行多屏的互动，为运营商提供网络租用等。

2.2 EoC+WiFi型模块逻辑结构

连接和功能说明（EoC+WiFi）：

1. 主板上网口A与8306上的LAN0口相连，IP地址由前端DHCP服务器分配，用于机顶盒VOD点播等业务。

2. 主板上网口B与WiFi模块上的LAN2口相连，用于多屏互动业务的数据交换，以及用于机顶盒访问WiFi设置界面，WiFi模块软件升级等业务。

3. WiFi模块的LAN1口与封板网口相连，用于外接PC上网，LAN1设备（PC）的IP地址由WiFi模块分配，其上网都通过WAN口以路由NAT方式和外网交换数据。

2.3 CM+WiFi型模块定义

通过有线电视电缆，采用CM技术，为机顶盒提供双向网络连接。CM网络模块对接入的有线电视射频信号进行分配，一路信号通过机内射频电缆将有线电视射频信号输出给机顶盒，一路信号通过引脚传递给WiFi模块。

2.4 CM+WiFi型模块逻辑结构

连接和功能说明（CM+WiFi）：

1. 主板上网口A与WiFi模块上的LAN3口相连，工作于透传模式经过WiFi模块上的WAN口连接CM, A口的IP地址由前端DHCP服务器分配，用于机顶盒VOD点播等业务。

2. 主板上网口B与WiFi模块上的LAN2口相连，用于多屏互动业务的数据交换，以及用于机顶盒访问WiFi设置界面。

3. WiFi模块上的LAN1口与封板上的网口相连用于外接PC上网。LAN1设备（PC）的IP地址由WiFi模块分配，其上网都通过WAN口以路由NAT方式和外网交换数据。

2.5纯WiFi型模块定义

采用FTTH（或LAN）接入技术连接接入网局端和家庭住宅，为机顶盒提供双向网络连接。目前比较成熟的光纤接入方式为双纤三波和光纤与同轴双线方式。对于数字电视射频信号，由同轴网络负责传输；对于宽带、VOD信令等数据信号，通过放置在用户多媒体箱中的 ONU 终端完成光电转换，机顶盒只需要五类线接入即可完成双向网络连接，相应地网络模块只需要纯WiFi功能来为用户提供有线、无线联网及多业务接入服务。

2.6纯WiFi型模块逻辑结构

连接和功能说明（纯WiFi）：

1. 主板上网口A与WiFi模块上的LAN3口相连，工作于透传模式，经过WiFi模块上的WAN口与外部独立网络终端（如ONU）连接，A口的IP地址由前端DHCP服务器分配，用于机顶盒VOD点播等业务。

2. 主板上网口B与WiFi模块上的LAN2口相连，用于多屏互动业务的数据交换，以及用于机顶盒访问WiFi设置界面。

3. WiFi模块上的LAN1口与封板上的网口相连用于外接PC上网。LAN1设备（PC）的IP地址由WiFi模块分配，其上网都通过WAN口以路由NAT方式和外网交换数据。

4. WiFi模块上的WAN口与接入网口相连，用于与局端进行上下行网络通信连接。

2.7基于可更换网络模块的统一网关设计

面向如今智慧家庭和智能家居的快速发展，以及广电行业“智慧广电”的发展需求，本文提出了以分离式网络模块为中心，加载ZigBee、433MHz、WiFi、蓝牙等主流通信模块的设计方案，使之能够充分适应多种网络技术体系和应用扩展的需求。统一网关的主要硬件组成包括底板、核心处理单元芯片组、WiFi模块以及主流通信协议模块。

其中EoC/CM模块作为网关的基础模块，实现网络适配，提供双向网络接入；WiFi模块作为网关的主控模块，为特定通信协议模块提供串口数据传输通道，通过集成TCP Server与数据适配处理单元DA建立连接，作为网关模块的核心处理单元；特定通信协议模块与家庭内部的底层传感器进行通信。

核心处理单元针对从底层传感器发送的上行数据，根据不同的业务类型，按照与数据适配处理单元DA或平台之间的数据接口进行报文封装，将数据上报到DA或平台；核心处理单元针对从DA或平台发送的下行数据进行报文拆包，将拆包后的特定通信协议数据透传到相应的通信协议模块。

3关键技术

1. 本文通过设计不同接入技术的网络模块和相关槽位、接口的标准规范，以兼容的方式应对将来为提升网络带宽和接入质量而进行的网络接入方式改变，实现了机顶盒内置网络通信模块的一体化解决方案，可以在同一机顶盒内适配EoC、CMTS、WiFi等各种接入技术，灵活便利，可扩展性强。

2. 本文创新的将各异构网络的子网关整合至机顶盒统一网关，适配主流通信协议，制定统一的、内嵌于网关的数据适配软件，屏蔽底层异构网络差异，向上提供统一协议接口，可以作为家庭多媒体网关，在此基础上延伸智慧城市、智慧社区、智慧家庭应用，极大地丰富了广电网络的应用内涵。

4 应用和推广

目前按照分离式网络模块设计方案，已研发出CM+ WiFi、EoC+WiFi、FTTH+WiFi等多种分离式网络模块，且已经在江苏省智能机顶盒投入商用，目前在江苏省全省各地发放的带分离式网络模块机顶盒已超300万台，出货金额过亿元，同时改设计方案在新疆、河北等省也得到了广泛的应用，大大降低了公司及用户机顶盒终端替换升级的成本，保护了公司及用户的固定资产投入。

5 结束语

分离式可更换网络模块，减少了机顶盒重复投入造成的资源浪费，有效延长了数字机顶盒的使用寿命及更换周期。同时本设计有助于将机顶盒终端的接入方式规范化，进一步利用良好的可扩展性，集成多种无线通信模块，使机顶盒成为家庭统一网关，将公共网络功能和应用延伸到家庭，为用户提供智能家居、智能安防、健康管理等智慧家庭应用，为“智慧城市”、“智慧广电”建设提供基础。

END

参考文献

[1] 周献忠, 许丹勇, 徐创义. EPON+EoC技术在有线电视网络改造中的应用[J]. 有线电视技术, 2015(6): 24-26.

[2] 黄伟. 浅析FTTH技术与EPON+LAN、EPON+EoC技术的比较[J].西部广播电视, 2015(7): 254-256.

[3] 张鹤, 李振鹏. 浅谈广电双向网改的五种常见技术[J]. 信息通信, 2016(11): 251-252.

[4] 都小波, 王敏. 有线电视双向网络改造的现状与前景[J]. 西部广播电视, 2019(8): 256.

[5] 李志伟, 杨奇怀. 分析CMTS+CM与EPON+EoC的和谐发展[J]. 西部广播电视, 2015(9): 247.

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