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建设电信级的广电NGB全业务接入网

http://www.c114.com.cn ( 2012/3/14 16:15 )

摘要: 随着三网融合的逐步深入,广电NGB接入网络承载的业务正在从传统的Single Play、Double Play向Triple Play、Multiplay演进。伴随着广电的全业务演进,广电的接入网建设需要满足全业务承载的需求。本文重点从接入网的QoS、多业务分流、VLAN规划、可运营可管理等方面对广电全业务双向接入网建设的几个关键问题进行探讨,以期为广电的全业务接入承载网规划和设计提供面向未来的具体建议。

关键词: NGB,EPON+EoC接入网, QoS,三网融合

1 引言

作为全业务运营商,广电未来的接入网需要解决NGB的全业务承载需求。按照带宽、时延、抖动以及丢包等业务传输特性需求来区分,未来广电NGB的业务类型应该包括:(1)尽力而为业务:要求网络提供双向支持,用户通过竞争请求获取系统剩余带宽,网络尽最大努力来传输业务。例如互联网访问、邮件收发、文件下载等业务;(2) 保证下行带宽的非实时业务:要求网络提供双向支持,保证下行带宽,支持恒定带宽,对传输时延和抖动要求低。例如VPN 业务、需要大带宽的FTP、在线游戏等业务;(3) 保证上下行带宽的非实时业务:要求网络提供双向支持,保证较高的上下行带宽和较低的丢包率,对传输时延和抖动要求低。例如基于P2P 技术的文件下载及相关应用业务;(4) 保证下行带宽的实时业务:要求网络提供双向支持,保证较高的下行带宽和较低的传输时延及抖动,支持恒定带宽或可变带宽,对上行带宽要求较低。例如视频点播、互动电视、IPTV、时移电视和录播电视等业务种类;(5) 保证上下行带宽的实时业务:要求网络提供双向支持,保证较高的上下行带宽和非常低的传输时延及抖动,支持恒定带宽或可变带宽。例如VoIP、视频电话、视频会议即时通信IM、视频监控等新通信业务。

针对各种业务的分组化承载需求,为实现面向三网融合的全业务运营,广电的NGB接入网应提供以下相关核心功能:

  1. DBA功能,针对用户端设备不同的业务配置CIR、PIR等参数,因而在网络拥塞时能实现灵活的统计复用和带宽调度;
  2. 高并发功能:通过TDMA等方式真正支持点对多点的接入网应用场景,在存在强交互业务的多业务混合场景下真正解决CSMA带来的多用户冲突问题;
  3. 满足时延和抖动需求;
  4. 其它:如组播需求,面向NGB的百兆入户高带宽需求等等。

广电基于最后100米同轴入户的双向接入网的技术路线可以分为DoCSIS和EoC两大类,其中基于EoC技术的双向接入技术在国内广电的发展速度最快,全业务组网能力也随着NGB的建设而持续演进。因此,本文着重以EPON+EoC技术为例来分析广电面向NGB的全业务接入及运营管理相关的关键技术,结合UT斯达康在国内广电行业的实际建设经验讨论广电全业务可运营双向接入网络建设中需要关注的技术重点。

2 UT斯达康EoC支持三网融合全业务接入的关键技术

NGB的技术发展需遵循业务驱动原则。从全业务支持的角度,广电三网融合接入网络需要具备端到端的 QoS 保证能力,能满足多业务承载的 QoS 要求。 对多种业务的承载,除了要承载传统宽带上网、VoD 视频点播、NGN 业务和 网络电视上行信号传输,还要实现广电内部 DCN 业务和大客户 VPN 等业务的承载。从协议性能要求,广电双向接入技术提供的业务速率需要满足当前和未来一段时期业务发展的带宽需要,需要很好的解决服务质量(QoS)保障问题,提供包括实时流媒体等各种业务所需的QoS;具体到设备层面,带宽管理限制、组播功能是业务经营管理的重要功能。与VLAN功能、VLAN优先级三项功能结合,构成多业务经营的必要条件,如图所示。

具体地,广电面向NGB三网融合全业务接入的EPON+EoC系统提供的业务速率需要满足当前和未来一段时期业务发展的带宽需要;需要能够很好的解决服务质量(QoS)保障问题,提供包括实时流媒体等各种业务所需的QoS。需要提供完善的信息安全加密功能;需要具备足够的灵活性,包括支持模块化设计,用户可根据实际情况按需配置;需要支持统一网管:确保服务质量,便于系统运营维护,设备可配置、可管理,支持远端管理和自动升级。

基于EPON+EoC的广电双向接入网方案中,EoC的全业务支持能力是重中之重。针对以上全业务承载需求,相应地,EOC终端应提供高速接入,可支持高清视频;EOC终端可支持RJ11接口,以提供更高话音质量的VOIP应用;EOC终端要能够支持多端口,可构建家庭网关,同时可支持针对不同端口限速以为多业务提供支持;EOC局端产品则要求能够同时提供8级优先级,为互动电视、IPTV、互联网、VOIP服务等多业务的不同时延要求提供最可靠的保障;EOC局端需要支持IGMP协议,为IPTV提供支持;EoC接入网应该提供完善的VLAN管理能力,以根据各种业务数据质量要求和带宽需要,分别设置不同优先级别的VLAN ,确保各种业务都获得满意的服务质量,例如,互动电视信令传输、网络管理、IP电话具有高优先级,分别独立VLAN传输。宽带数据业务数据可以处于低级的VLAN。

3 服务质量(QoS)保障

3.1 NGB网络的端到端QoS保障

多业务IP承载网必须能够区别业务所需的QoS,传统的IP网络一般采用过载设计,任容易发生拥塞导致丢包。而视频(组播)和VoIP等业务无法很好处理丢包,同样在丢包的情况下,Internet网络浏览可能可能会比较慢,但是语音可能出现中断,而视频可能产生图像和音频的不连贯。这是由于语音和视频报文被压缩,每个Bit包含了重要信息,所以对丢包很敏感,要求对于视频和语音数据流能够区分优先级,确保拥塞情况下优先调度。

广电宽带骨干网可以带宽预留保证为主,结合区分服务( DiffServ)等技术实现QoS保障。具体地,核心骨干节点以上可以部署MPLS Diff-Serv技术实现DiffServ PHB。基于业务进行队列调度和拥塞控制,以确保语音和视频类业务得到高品质的QoS。

接入层对不同业务类型进行有效标识和标记。基于物理端口、VLAN/PVC或者源/目的IP地址等手段实现业务识别,并对业务加以IEEE802.1p优先级标记和基于用户的CAR技术。为了降低网络拥塞的危害,对于语音等高优先级业务可以采用小收敛比设计。

3.2 广电接入网QoS部署

接入网QoS部署是实现业务端到端QoS的基础。考虑接入网的建设成本,可以采用相对直接的方式进行多业务接入网QoS部署:接入层采用VLAN隔离不同业务,采用802.1p调度、端口多优先级队列、端口限速等。家庭网络采用PUPSPV,多条VLAN与不同业务接入的端口绑定,根据端口对应的业务保证语音/视讯业务优先转发,同时配置802.1p优先级标记。

在EPON+EoC层面,EPON+EoC网络的上行方向各层次设备均应在上行链路上支持多个优先级队列,报文可以根据802.1Q/IPv4/IPv6优先级域进行不同的优先级类。经过统一的QoS策略后,上行业务流汇聚到EPON OLT进入交换模块的接入端口,经过交换后到达OLT的上联输出端口,并通过上联端口接入骨干IP网络。

在下行方向,下行业务流经EPON OLT的上连端口进入交换模块,经过交换后到达OLT的下行PON接口。EPON OLT在每个GEPON口下行链路上应支持多个优先级队列,根据报文的802.1Q/IPv4/IPv6优先级域进行分类。EPON ONU和EoC设备在下行方向应支持足够字节大小的队列,满足对突发业务流的支持。

在OLT设备上,不同的业务用不同的VLAN隔离和区分,通过识别不同的VLAN ID进行流分类,将不同的业务流量设置不同的CoS(802.1p)来进行标记,同时,根据需要可针对上网业务流量进行带宽限制、队列和调度处理,以保证VOD业务得到足够的带宽,并得到优先处理。上网业务的带宽是通过BRAS来控制的,一般情况下不需要在OLT上进行流量监管(CAR)和排队、调度,只在当OLT下接入的用户较多,超过了单个PON口的能力的时候来保证关键业务(如VOD)优先转发时使用。如果OLT的某个PON口长时间出现拥塞情况,就要考虑增加PON端口数量,或者增加OLT设备了。

对于来自OLT上联汇聚交换机的下行流量的DSCP/ToS/CoS标记,EPON+EoC接入网络可以采用信任包中携带的DSCP/ToS/CoS标记,直接按照这些标记进行QoS队列和调度处理。一般来说,宽带上网的下行流量采用默认DSCP/ToS/CoS标记,即优先级为0,VoD下行流量可通过在上级汇聚交换机上设置下行流量的DSCP/ToS/CoS值,OLT上也不需要重新映射。

最后,在接入交换机层面,一般情况下接入交换机采用端口限速、端口隔离、VLAN划分等措施即可。

4 接入网业务隔离、VLAN规划和业务认证

4.1 接入网组网模型

广电EPON双向接入网宜从FTTx 网络建设的高度统一规范的建设模式,设置统一的VLAN规划和指导思路,在VLAN 设置的总体思路、原则、VLAN ID 范围等方面加以统筹规划,以适应各种FTTx 组网场景。

在NGB的三网融合业务场景下,用户的上网业务、IPTV/VoD业务和VoIP业务等各种业务对网络的要求各不相同。为了便于QoS和安全策略的部署,必须在接入网将业务进行区分。在EPON+EoC组建的二层广电接入网下,通常可以通过如下几种方式来做VLAN规划:(1)PSPV即每业务每VLAN,主要有以下特点:同一EPON OLT端口下的所有用户的同一业务在同一VLAN内;需要在用户侧部署可划分VLAN的家庭网关(如使用多端口EoC终端或者支持VLAN的STB)。对局端交换机而言,PSPV使得用户业务分别属于不同的VLAN,包括上网VLAN、VoIP VLAN、VoD VLAN和BTV VLAN(组播VLAN,对于采用纯IP组网的NGB接入网,直播的IP视频典型通过组播技术实现)。这种VLAN划分方式简单明了,占用VLAN资源少,但由于同一业务不同用户都划分到同一个VLAN中,因此无法识别用户信息,实际意义不大。(2)PUPSPV即每用户每业务一个VLAN,主要特点如下:每个用户的每种业务一个VLAN(BTV业务除外,所有BTV业务共用组播VLAN);需要在用户侧部署可划分VLAN的家庭网关;EPON OLT或汇聚交换机启动灵活QinQ功能进行业务分类。适用于各层设备支持足够数量VLAN的网络。PUPSPV对于同一业务的不同用户通过VLAN进行细分。PUPSPV的最大好处在于可以通过VLAN精确识别用户,例如对于需要精细化计费的业务(如上网业务)可以通过标识用户物理位置避免资费流失。这种VLAN划分方式对于网络要求相对较高。(3)混合组网。混合组网是PSPV和PUPSPV的综合,主要特点如下:Internet业务采用PUPSPV,IPTV/VoD和VoIP业务则采用PSPV;需要在用户侧部署可划分VLAN的家庭网关;EPON OLT或汇聚交换机启动基于VLAN的灵活QinQ进行业务分类。混合组网对于需要精细计费的上网业务采用PUPSPV,而对于目前采用包月计费的IPTV/VoD等业务采用PSPV方式。在运营商规模开展IPTV/VoD业务时推荐采用这种VLAN划分方式。(4)PUPV即每用户一个VLAN,主要特点是:多类业务共用一个用户VLAN;用户侧无需部署家庭网关;汇聚端局启动基于流的灵活QinQ打不同外层标签,例如PC采用PPPoE、STB采用IPoE,这些终端都通过一个VLAN上行,可以根据PPPoE和IPoE报文不同的协议号作为QinQ的分流依据;又如根据报文的目的IP地址分流:对于相同源IP地址,相同报文封装的不同的业务应用报文,比如PC上的SoftPhone产生的报文,需要根据报文的目的IP地址实施灵活QinQ进行业务分流。适用于用户侧无法部署家庭网关组网。

无论采用PUPSPV或者混合组网方式,在用户侧都需要实现对不同业务的VLAN隔离,一般是通过在用户侧部署家庭网关(Home Gateway)设备实现的。广电运营商通过EoC来实现宽带和VOD业务同时接入时,家庭的EoC终端应支持VLAN,以实现业务的隔离。

4.2 利用灵活QinQ技术实现业务分流

由于城域网内宽带上网/VOD/专网等业务可能分别在不同BRAS/SR上处理,因此有必要在城域网汇聚层进行业务分流。通过灵活QinQ功能可以很好实现业务分流。对于上网业务而言,由于是PUPSPV模式,可以用两层标签来做用户标识(内层标签标识用户,外层标签标识业务和用户位置),这样可以实现用户的精细化管理,避免用户漫游造成资费流失。而对于VOD业务,可以用外层标签来标识业务,也可以不打外层标签。

可以通过灵活QinQ方式实现多种灵活的分流方案,例如:

  1. 根据端口的VLAN区间分流:比如PC的VLAN范围1~1K,STB的VLAN范围1K~2K,网吧的VLAN范围2K~3K ...
  2. 根据报文的协议号分流:比如PC采用PPPoE、STB采用IPoE,这些终端都通过一个VLAN上行,可以根据PPPoE和IPoE报文不同的协议号作为QinQ的分流依据
  3. 根据报文的目的IP地址分流:对于相同源IP地址,相同报文封装的不同的业务应用报文,比如PC上的SoftPhone产生的报文,需要根据报文的目的IP地址实施灵活QinQ进行业务分流;

基于灵活QinQ的VLAN部署需要广电接入网的EPON+EoC网络支持灵活QinQ功能,并且需要相应的业务路由器(SR)来终结接入和控制VOD业务。此时,BRAS和SR作为业务控制层设备终结各业务VLAN,并作为QoS策略控制点和MPLS PE设备。随着广电网络向大规模全业务网络演进,将来接入网的组网部署可以向这种方式演进。

4.3 业务认证

目前的接入方式主要包括DHCP和PPPOE两种,选用不同的接入方式,对业务控制设备和接入效果有直接影响。DHCP接入的优点是STB实现简单,组播报文在IPOE上承载,不需要对组播报文作PPP封装处理,采用DHCP方式时,DHCP报文可以携带OPTION60/82参数,相关服务器根据OPTION60/82携带的信息,进行业务区分,IP地址分配以及认证等工作。随着运营商未来全业务的IP化演进,广电宽带业务通过PPPoE方式接入,STB业务通过DHCP/DHCP+认证是合理的技术选择。

PPPoE方案的优势是可以利用运营商成熟的接入认证和地址分配技术,而且安全性非常高,目前大多数运营商宽带业务均采用PPPoE认证方式,整网只部署一套接入认证和IP地址分配系统,用户发起的PPPoE认证报文通过BRAS设备终结。结合QinQ技术,广电运营商能够通过VLAN精确识别用户,例如对于需要精细化计费的业务(如上网业务)可以通过标识用户物理位置避免资费流失。

具体地,在基于PSPUPV的EPON+EOC网络规划中,根据广电运营商的VLAN规划,通常在EoC层面实现CVLAN的添加,在EPON层面实现外层SVLAN的添加,通过双层VLAN的规划来精确识别业务和用户位置。以典型的混合组网模式为例,EoC的ETH1可以规划为VOD业务(例如VLAN ID 3),ETH2为PPPOE上网业务(例如VLAN ID 1000-1999),ETH3规划为IPTV(例如VLAN 2000),ETH4规划为 VOIP语音业务(例如VLAN 3000)。在业务开通受理时,营业厅受理用户提交的业务受理单,按业务类型所需配EOC终端的,营业员在受理单上详细登记EOC的S/N码和MAC地址,并及时归档受理单。此时可以为用户分配一个PPPOE用户名和密码。客服中心接到需求后及时通过系统派发工单;客服经理到达用户现场安装EOC终端时,将ETH2口连接PC机,进行宽带业务测试。此时使用营业厅分配的PPPOE账号和密码登录,后台RADIUS第一次收到信息后,读取CVLAN并绑定。如果CVLAN更改,将不能再使用该用户名。这样,通过RADIUS执行用户位置与用户宽带上网账号的绑定,能够有效防止用户PPPoE账号漫游。

5 可运营可管理的双向接入网络

针对广电三网融合的全业务承载需求,广电接入网络应提供良好的业务管理和灵活的控制能力,实现统一的网络管理和业务管理,降低网络运营成本。网络采用开放式、标准化的结构,设备符合国际标准,可以有利于功能扩充和网络的互联互通。

5.1 EPON+EOC统一网管

通过统一的接入网管理系统,广电运营商可以建立流水线式操作规程,提供网络管理的效率,从而有助于客户降低维护成本,为终端用户提供快速部署和更优质的服务,从而在三网融合的全业务运营中占据竞争优势。

以UT斯达康EPON+EOC统一网管Netman4000 OMC-A为例,OMC-A的管理构架如图所示:

如图,OMC-A提供基于图形界面的运营商级的网元管理软件,以帮助提高网络操作效率。该软件能够实时统计总流量,有助于快速配置EPON/EOC,提供全面的网元管理服务,以更快速的处理网络故障。

5.2 EOC自动发现

以上统一接入网管理架构的一个关键点是EoC设备的自动发现。UT斯达康OMC-A网管系统可以实现在一个网管平台上对EPON设备和EoC的统一网管,解决了接入网管理中两种设备无法统一网管的问题,符合广电运营商运营网络建设和运维需要,方便广电运维人员的统一管理,符合构建可运营可管理的NGB、承载三网融合广电新业务的要求。

通过EoC自动发现协议,在EoC头端上电后,UT斯达康网管系统OMC-A能够自动发现新上线的EoC挂在网络的哪一个特定ONU下。基于此功能,OMC-A能够实时自动呈现整个EPON+EoC双向接入网的实际拓扑,实现大规模接入网络的自动维护。

6 结论

作为三网融合推进工作的基础和核心,双向网络的建设是整个广电三网融合工作的重中之重,广电可以借鉴其他运营商的一些网络建设经验,同时也需要结合广电网络自身的特点选择合适的技术方案,从而建设一张最适合广电的双向承载网络。综合以上讨论,除足够的带宽保障能力之外,广电NGB接入网的组播支持能力、带宽管理限制、业务隔离、端到端QoS保证、区分优先级的业务调度、合理的VLAN规划、精细化的业务管理和认证以及融合的统一网络管理系统等都是构建电信级可运营、可管理的全业务承载能力的关键。由于接入网络的规划与实际的设备能力、业务规划、现有网络布局等密切相关,广电运营商应根据业务发展的实际需求合理选择适合自身业务发展需求的全业务承载规划方案。

   来源:C114中国通信网

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