林如俭 凌云光子技术集团，上海凌云天博光电科技公司 rujianlin@lusterinc.com 2015年9月12日，沈阳 MoCA技术在家庭网络和接入网 中的应用 林如俭 凌云光子技术集团，上海凌云天博光电科技公司 rujianlin@lusterinc.com 2015年9月12日，沈阳

提纲 1.智慧家庭需要家庭 网络 2. MoCA: 国际性的家庭网络标准 3.支持多媒体的家庭网络关键需求 5. c.LINK是MoCA在接入网的应用

1.1 市场现状与趋势:SmartHome Needs a Backbone! 1.智慧家庭需要家庭 网络 1.1 市场现状与趋势:SmartHome Needs a Backbone! 智慧城市/社区/家庭开始普及: Smart Everything 2018年全世界有10亿付费电视家庭，～8亿有同轴电 缆连接 北美和南美205M，欧洲174M，亚洲586M 最发达国家: 美国1.2亿，中国2.3亿，西欧1亿 视频连接终端从过去的全世界有约20亿台电视到40- 50亿终端，含8亿台电脑/5亿台PAD/15亿部智能手机 万物互联后到2020年预计超过120亿台设备需要互联 互通。

多屏电视的服务器和客户端架构 Coax 广播内容和IP内容聚合 Cloud Broadband Data/Video MoCA Service Provider Network Broadband Data/Video Broadcast Video MoCA 广播内容和IP内容聚合

多媒体家庭网络 SD+HD+PVR STB Coax to Wireless bridge Client STB Client STB WAN Connection Broadband Home Router SD/HD Server with PVR STB SD+HD+PVR STB

4K home networking bandwidth requirement is >130Mbps 超高清电视的带宽要求 超高清电视的带宽要求 10 Mbps (Internet access) 40 Mbps DVR HDMI 40 Mbps 4k HDTV Gateway Broadband (100Mbps) 40 Mbps (place shift) Data Stream 1 Stream 2 Time Shift 4k HDTV * Assuming H.264 video compression 4K home networking bandwidth requirement is >130Mbps Video data rate will increase significantly for action video, higher refresh rate, and fast forward playback.

住宅用户驱动力 速率需求 消费者速率每6年增长 6-10倍 到 2015年吞吐量要求超过1Gbps 竞争优势 新业务/技术 通过替代铜缆节约运行成本 局端功能加强 Bandwidth Growth 高清与3D 视频内容下载 UGC 共享 更大屏幕需要更高分辨率 多会场3D高清 视频会议

用户超宽带业务要求-场景(ComCast)

用户超宽带业务要求-场景(ComCast)

92% traffic is on fixed network 视频将主导互联网流量 Internet Video CAGR = 48% 92% traffic is on fixed network By 2015 Consumer Internet Traffic Forecast 2010-2015 4x Source: Cisco VNI 2011. One Exabyte (EB) = 1 Billion GB 家庭网络是视频分配的关键

智慧家庭骨干网: 特点 主要应用：高清视频，云计算，上网，家庭安全监视，家庭自动化，保健信息 主要挑战：无间断地让HD/UHD高清视频出入家庭及家里的每个地方 主要要求：1G/10Gbps 高带宽，低迟延，低误码： 高QoS 实现时间与空间的虚拟化：包括家里与世界 支持云计算 使用方便

Multimedia Home Network 为客户创建数字多媒体家庭 Multimedia Home Network Cable, DBS, Telco SPs Over-the-top (OTT) IT Consumer Electronics

Home Networking家庭网络将是通信业的下 一个重大热点和难题。 光纤骨干/城域/接入网络已经全部光纤连接， 实现10/100M/1G/10Gbps。 家庭电视TV/PAD/电脑/SmartPhone/家庭各 种终端和电器需要被连接。 家庭网络需要宽带连接，速率要10M/100M /1G。 可用的优秀资源: Coax Cable/Wifi..

1.2 现有技术 有线技术：低射频/高射频 HPNA: 带宽不够，已经退出市场 HomePlug: 迟延大, 带宽不够, 特别是当并发率上升时带宽严重下降 G.hn on coax: 目前只有纸上宣称数据，没有实测数据，实际性能不详 HiNOC1.0, 2.0: 属于接入网，不支持家庭网。 CAT5和家庭光纤网络: 速度快，需要新布线，困难大，工程浩大，时间漫长。 MoCA/c.LINK 开发利用现有同轴资源。

无线技术 使用方便，但带宽及QoS不够: WiFi 穿墙能力差，信道不稳，BER 大，导致实用带宽低，迟延大，较难满足多房间无间断高清视频流覆盖。

1.3 MoCA与MoCA+末梢网最完美地提供智慧家庭所需要的各项功能 MoCA + Wifi: MoCA作为家庭骨干网连接所有房间，与作为末梢网覆盖单个房间的WiFi完美结合。 MoCA + anything (MoCA to WiFi, MoCA to Zigbee, MoCA to LTE etc.) 可涵盖任何新兴的应用，直到 IoT (Internet of Things) at home 带宽需求快速增长，只有MoCA 相对最能满足当前的要求，但要求在快速增长

Promoters & Contributors 2. MoCA: 国际性的家庭网络的标准 Promoters & Contributors Promoters Contributors 18

Multimedia over Coax Alliance (MoCA) Multimedia over Coax Alliance (MoCA). 即同轴电缆 多媒体联盟 是一个通过使用家庭内现有同轴 电缆连接家庭网络设备和消费电 子设备的标准 已在北美，拉美，欧洲大规模使 用 2013年初有1千3百万家庭有MoCA 2015年底将有3千5百万家庭有 MoCA (IMS research) http://mocalliance.org Geneva, 22 September 2012

MoCA协议栈

MoCA物理层 1. 下行物理层采用正交频分复用OFDM方式，上行物理层采用正交频分 多址OFDMA 2. 支持多调制格式，BPSK，QPSK到128QAM（MoCA1.0）、 1024QAM（MoCA2.0）。 3. 频道宽度50MHz（MoCA1.0）到100MHz（100MHz），还可以捆绑。 子载波 用待传输数据对每个子 载波做幅度/相位调制 频道

先进的自适应调制机制 Bitloading Good Channel 7 7 7 7 7 6 7 7 7 6 7 7 7 7 7 6 7 7 7 7 7 7 7 7 “2” 2 bits per symbol OFDM Subcarriers “4” Fc -25MHz Fc Fc +25MHz Impaired Channel 7 7 7 7 7 6 5 3 5 6 7 7 7 7 7 6 5 3 1 2 4 6 7 7 4 bits per symbol “6” Frequency Response 6 bits per symbol Fc -25MHz Fc Fc +25MHz MoCA Bitloading provides a representation of the link frequency response 每个子载波独立地使用不同的调制方式，即随着信号质量的不同而在BPSK、QPSK、8QAM, 16QAM, 32QAM, 64QAM，128QAM ，512QAM，1024QAM中自动选择最适合的调制方式 22 Entropic Confidential & Proprietary

MoCA 网络架构与MAC协议 全网状网络 任何节点都可以与其他各节点通信 每个网络最多16个节点 中央网络协调员 网络协调器是动态的，自动选择 在此基础上针对每一个节点具有最佳的吞吐量 自动转移故障中央网络协调员 TDMA协议确保 短时延和业务QoS MoCA1.1信道为 50 MHz (175 Mbps) MoCA2.0 信道为100 MHz (400 Mbps) Smart TV DVR STB NAS

MoCA 应用例：Cable Home

典型北美 FTTH+MoCA 部署 (Verizon FiOS) Smart TV Enables content sharing in DVR and cloud base video via broadband connection MoCA CH1 - ONT to BHR WAN traffic MoCA CH2 - BHR to STB LAN traffic

MoCA 应用例： Satellite Home Master Bedroom Kids Room Office / Den Client TV Laptop MoCA Coax Cable Wireless TV Server Family Room Kitchen Internet

> 90 Percent Market Share (U.S.) The best of the best: 100 Million Pay TV Households

全球无需新布线的家庭网络芯片出货预测 – IMS Jan-12 MoCA 10’-16’ CAGR=40% 7x

MoCA® 过去,现在和未来 第三阶段 第二阶段(现阶段) 第一阶段 Paradigm Shift 2007 2008 2009 2010 IP Networks, Integration into CE Devices and International Adoption 第三阶段 mDVR in the US; MoCA BB Connections & Upgrades 第二阶段(现阶段) Beachhead 第一阶段 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 29 Paradigm Shift

Embedded Consumer Devices MoCA 消费电子产品 Hybrid MoCA / Wi-Fi Extenders Embedded Consumer Devices MoCA Adapters DIRECTV DECA Wi-Fi MoCA-to-Wi-Fi Bridge and Access Point TiVo Premiere Elite DIRECTV DECA Single Port Adapter (for legacy STBs) DIRECTV DECA-BB Single Port Adapter (for broadband router) ACTIONTEC WCB2500M MoCA Wi-Fi Extender NETGEAR MCAB1001 Single Port Adapter Kit TiVo Preview & Premiere Q for Cable Operators D-LINK DXN-221 Single Port Adapter Kit Wi3 WiPNET Dual Ethernet Wall-port w/ swappable cartridges ACTIONTEC ECB2200V Single Port Adapter for Verizon FiOS CHANNEL MASTER Single Port Kit and 4-Port Adapters available at these retailers 30

Actiontec MI424WR Broadband Home Router 服务供应商认证的产品 MoCA HWY 1675 MHz MoCA 2.0 Extension ADB ADB-6880CX Cisco Explorer DVR 8652HDC Pace DC900X HD DVR NAS Device Motorola QIP6416 Motorola DCX-3400M Motorola DCX-3200M Verizon WAN Verizon LAN 1125 MHz 1525 MHz 1000 MHz Cable, Verizon LAN 875 MHz Actiontec ECB2200 MoCA Network Adapter Samsung SMT- H3272 775 MHz Netgear MCAB1001 MoCA Adapter 625 MHz DIRECTV Actiontec MI424WR Broadband Home Router 475 MHz

3.支持多媒体的家庭网络关键需求 可靠性和覆盖率的关键需求点 –必须为>95% 的家庭提供高吞吐量 –合理地补救其余的5% • 高吞吐量支持多路 HD 和 SD 流 –支持多个电视机 ，每个在线家庭有3部电视机 –其中30% 要求至少一个HD流 低丢包率(PER) 和低延迟 –错包率低于10-6 的不间断UDP流 –为游戏和IP电话保证低于5mS的延迟 业务共存 –必需与现有同轴电缆上的业务共存 MoCA – 迄今唯一的专门为多媒体家庭网络设计的技术

家庭网络标准/技术的比较 MoCA (1.1/2.0) 802.11n WiFi (3x3 MIMO) Homeplug AV 1901 最大物理速率 (Mbps) 270 / 700 450 200 / 500 最大MAC 速率(Mbps) 175 / 500 300 100 / 250 任意端口吞吐量 (Mbps) 135 / 400 60 30 / 40 传输媒质 同轴电缆 无线 电力线/同轴电缆 时延 (ms) 5 30 50 错包率 10-6 ~ 1 error / hour 1-5% many errors / min 10-3 ~ 1 error / min QoS协议 时分 (固定调度) 碰撞侦听 (尽力而为, 重传) 干扰免疫性 优秀 差. 对射频干、建筑构造、环境和临近Wi-Fi网敏感 弱. 对从家用电器、配电箱荧光灯来的电气噪声敏感 标准颁布 2007 / 2010 2007 2005 / 2010 状态 MP / MP MP 关键的营运商敷设 Verizon, Comcast,TWC, Cox, DirecTV, DISH, UPC (适配器和嵌入式) Swisscom, Balegcom (Bridge）和其他小规模敷设 (如ATT) Free, Orange, SRF, Belagcom, Swisscom, DT, BT, CHT (适配器)

VLAN划分和基于优先级的QoS设置 按最大容许带宽和最小保证带宽分三级： 802.1p优先级 同轴网优先级 适用业务类型 0,1,2,3 低 数据 4,5 中 IP视频 6,7 高 IP电话 基于参量的QoS（MoCA1.1以上） 通过网络和设备资源预留，在客户接纳过程中就为不同的业务流（VoIP，IPTV，Internet Gaming，Video Conferencing，VoD）确保QoS参数。

MoCA/c.LINK Frequency Coexistence c.LINK 与现有频率共存 甚高频视 806 or 860 MHz 卫星数字广播 950 MHz 以上 DOCSIS Cable Modem 的上游 5-42兆赫 c.LINK 1.0/1.1 支持800-1500MHz的范围（50MHz带宽，25MHz的步长） MoCA 1.0/1.1支持800-1500MHz的范围（50MHz带宽，25MHz的步长） MoCA 2.0 支持475-1675MHz的范围 （100MHz带宽，25MHz的步长） 5-42 Upstream CM 54-806/860 Off-Air/CATV MoCA c.LINK … c.LINK 1 2 5-42 Upstream CM 54-806/860 Off-Air/CATV c.LINK 950-2150 Satellite L-Band 3 54-560 Off-Air/CATV c.LINK c.LINK c.LINK c.LINK 35 100 MHz Entropic Confidential & Proprietary

MoCA路线图 2007 2008 2009-2H 2010-2H 2011

4. MoCA家庭网络小结 MoCA 创造了一个利用现成家庭同轴电缆的有线以太网 MoCA 设备形成了全网孔/端到端的网络 高可靠的端口覆盖能力 MoCA 1.x通过 95% 端口提供 > 100 Mbps MoCA 2.0通过 95% 端口提供 > 400 Mbps 与广电、直播卫星及电信业务实现频率共存 与 CATV, DOCSIS, DBS, xDSL和FTTx协同工作 是成熟的、已被现场证明的技术 5000多万MoCA节点已经投放市场 2013年世界已有1300多万MoCA 家庭网络，2015年预计达到3500 万MoCA 家庭网络

5. c.LINK是MoCA在接入网的应用 利用光纤到楼 + 同轴 与广播服务并存 点对多点网络 灵活的工作频谱安排 可扩展的带宽支持 可配置上/下行带宽 最适合互动的低延迟特性 支持三网融合必要的管理QoS Mobile PC CPE Coax STB VoIP Broadband for Multi-service MDU xPON Multiplexer CATV ONU+Network Controller (NC)

家庭网与接入网的联系和区别 家庭网示意图 网孔拓扑、对等结构 接入网示意图 星树拓扑，主从结构

c.LINK EoC和家庭网络完整解决方案 使用自适应OFDM和TDMA的同轴电缆网络 相同的PHY（物理层），不同的MAC（介质访问控制层）

c.LINK+MoCA的单线多业务解决方案 TO c.LINK NC 4 Embedded MoCA IPTV/OTT STB Smart Phone MoCA CATV c.LINK Smart Phone PC MoCA-WiFi Bridge 3 DVR/STB 1 c.LINK 2 VoIP Adapter VoIP Tablet IPSTB Game Console c.LINK CPE MoCA Adapter Coax Ethernet WiFi

c.LINK接入网的优点 同轴电缆信道特性和多项服务共存 – 低动态汇聚噪声 – 与其他服务共存（如模拟/数字，卫星电视，DOCSIS， HomeplugAV, 等等） 可扩展性和未来的兼容性 – 已商业化的c.LINK SoC可以运行在各种高/中射频频段: 400 MHz至1675 MHz – c.LINK1.0 /1.1/2.0逐步提高性能，同时保持向后兼容。 – 每一代的c.LINK都支持多信道系统 高吞吐量，低丢包率，低延迟 上游和下游之间的动态带宽分配（DBA），在所有服务模式 下，DBA能使网络资源的使用最大化

c.LINK接入网的优点 良好的QoS 控制 　–Prioritized （基于优先级的）QoS: 　提供相对的服务质量 　–Parameterized （参数化的）QoS: 　每个服务流由一套量化的参数来定义，在开始传 输前首先经过网络接纳过程。一旦被接纳，这种服务流动将保证获得所需的资源（如网络带宽，节点缓冲区）。

c.LINK接入网的优点 同时支持接入网络和家庭网络的能力 　–越来越多的人拥有多个娱乐设备（如电视，游戏 机，电脑，ipad, 等） 　–这些设备将与多媒体家庭网络联网 　–MoCA 是事实上的家庭网络标准 　–任何 EoC 必须能够与像MoCA一样的未来家庭 网络共存

c.LINK 接入技术路线图 EN3511 EN3011 EN3530 EN3230 In Production 2013 EN35xx EN36xx EN38xx NC NC-180 NC-800 NC-1000 * EN3881 EN3681 EN3511 EN3011 Multi-channel c.LINK / HINOC 2 Gbps 4-channel c.LINK 1.1+ 800 Mbps 1-channel c.LINK 1.1 180 Mbps c.LINK 1.0 130 Mbps CPE CPE-180 CPE-200 CPE-500 * EN3890 EN3690 EN3530 EN3230 c.LINK / HINOC 500 Mbps c.LINK 1.1+ 200 Mbps c.LINK 1.1 180 Mbps c.LINK 1.0 130 Mbps In Production 2013 2014 2015 Entropic Confidential & Proprietary

新一代多信道架构 NC CPE NPU GbE M-plexer SW EN3680 Coaxial Network CPE 175 CPE Max 200Mbps throughput CPE CH-1 EN3681 NPU Eth CH-2 EN3681 Single Low Power CPE design Compatible with c.LINK 1.1 NC f1 f2 f3 f4 EN3680 CH-3 EN3681 GbE SW M-plexer CH-4 EN3681 Coaxial Network CPE 175 CPE 400 800Mbps Aggregate Throughput Modular Design Dynamic Channel Assignment Backward Compatible with c.LINK 1.1 CPEs Forward Compatible Next Gen. CPE

多信道 c.LINK 1.1+ (EN368x) Key Features SoC 芯片基于第四代 MoCA 运行在 500 MHz -1500 MHz频段 支持 xMII 以太总线 800 Mbps MAC 速率(NC), 200 Mbps MAC 速率 (CPE) 每个网络支持最多4 个信道和 250个客户 完全协调的TDMA/TDD MAC 先进的 40nm 制造过程 13 x 13 mm 225-PBGA 封装 xMII Coax EN368x EN105x5 3.3V GPIO EEPROM 1.2/3.3V

cLINK1.1+的优越性 可扩展性: 高达800 Mbps吞吐率，支持多达252个客 户端 兼容性: 兼容c.LINK 1.1以及未来HINOC2.0无缝 升级，保护运营商的投利益。更可与 DOCSIS和低频方案共存 灵活性: 工作范围 500MHz-1.5GHz，上行/下行带 宽灵活分配 成本有效: 单芯片终端方案更经济 性能优化: 根据链路状况，自动动态信道分配 频谱效率: 频道无缝捆绑，使用最少的同轴电缆资源 先进技术: 低功耗40nm CMOS 工艺

谢谢!

cLINK1.1 测试结果：系统吞吐量 链路衰减差别（dB） 下行吞吐量（Mbps） 上行吞吐量（Mbps） 两个终端链路衰差小于3dB时 188.0 181.3 两个终端链路衰差为15dB时 187.9 181.1 1对2网络，1518包长 包长（字节） 1对16下行 （Mbps） 1对16上行（Mbps） 1对16双向（Mbps） 64 32.5 61.5 46.5 128 53.1 77.0 84.4 256 94.1 117.5 96.0 512 146.6 146.5 94.0 1024 148.1 144.5 101.0 1280 161.4 144.0 111.0 1518 170.0 121.9 1对16，集中分配型网络

cLINK1.1 测试结果：丢包率 包长（字节） 测试纯下行速率 (Mbps) 平均丢包率 (%) 测试纯上行速率 (Mbps) 64 29.2 55.2 512 131.9 131.8 1518 153.0 129.9 测试双向速率 (Mbps) 平均丢包率 (%) 包长（字节） 下行 上行 64 20.2 21.6 512 36.0 48.5 1518 49.5 60.2 -1对16，集中分配型网络 -1000s, 90%吞吐率

系统时延/抖动 cLINK1.1 测试结果：系统时延/抖动 1对16，集中分配型网络 平均值 3.4 3.9 0.66 1.12 测试速率 (Mbps) 系统时延 (ms) 平均抖动 (ms) 包长（字节） 下行 上行 64 20.2 21.6 2.9 3.5 0.77 0.82 128 28.4 47.5 3.3 3.8 256 36.0 50.4 4.0 512 48.5 3.6 0.89 1.71 1024 40.5 1280 49.5 4.1 1518 60.2 4.2 0.31 平均值 3.4 3.9 0.66 1.12 1对16，集中分配型网络

cLINK1.1 测试结果：支持限速及其他功能确认 实测 (Mbps) 上行限速 4Mbps 4.06 下行限速 10Mbps 10.21 上行限速 1Mbps 0.97 下行限速 4Mbps 4.07 上行限速 2Mbps 2.03 下行限速 5Mbps 5.09 其他功能 支持 802.1p VLAN的划分和管理 DBA 广播包/未知包抑制 MAC地址数限制 IGMPv2 proxy/Snooping