GPON高效承載IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方法的探討

張 俊，邱俊悅

（中國(guó)電信股份有限公司廣州分公司 廣州 510055）

1 引言

GPON系統(tǒng)通常由OLT、用戶(hù)側(cè)ONU和ODN組成，采用點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。GPON作為PON技術(shù)的一種，相較于傳統(tǒng)銅線(xiàn)技術(shù)，具有更高帶寬、更遠(yuǎn)傳輸距離和更靈活的組網(wǎng)方式；相較于同是無(wú)源光網(wǎng)的EPON技術(shù)，提供了更高帶寬，能提供更完善的QoS全業(yè)務(wù)保障，有很好的提供服務(wù)等級(jí)、支持QoS保證和全業(yè)務(wù)接入的能力。GPON協(xié)議規(guī)定了完整的OAM功能，為運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一網(wǎng)管的二次開(kāi)發(fā)提供便利。GPON承載業(yè)務(wù)示意如圖1所示。

在實(shí)現(xiàn)“光進(jìn)銅退”網(wǎng)絡(luò)發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)，GPON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)扮演了重要角色。在中國(guó)電信股份有限公司廣州分公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)廣州電信）新建資源中，GPON占到新增光網(wǎng)絡(luò)資源的95%以上。各種IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都已經(jīng)或正在改用GPON。光纖到客戶(hù)端的典型場(chǎng)景有FTTO和FTTH兩種。

FTTO場(chǎng)景，即光纖到辦公室，面向公司、企業(yè)或政府部門(mén)的業(yè)務(wù)，涵蓋IP城域網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)、撥號(hào)光纖、ITV、VoIP和MPLS/VPLS VPN；FTTH場(chǎng)景，即光纖到戶(hù)，面向普通家庭業(yè)務(wù)，涵蓋普通互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)、撥號(hào)光纖、ITV和VoIP。FTTO（H）場(chǎng)景將占到新增網(wǎng)絡(luò)的絕大部分。

下面從邏輯資源管理、業(yè)務(wù)質(zhì)量保證、業(yè)務(wù)拓展等幾個(gè)角度探討如何更好地運(yùn)營(yíng)FTTO（H）場(chǎng)景中的GPON，以適應(yīng)IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和其他一些轉(zhuǎn)型業(yè)務(wù)的發(fā)展。

2 GPON邏輯資源規(guī)劃和參數(shù)池管理

2.1 邏輯參數(shù)VLAN的規(guī)劃

為有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一部署，精確識(shí)別業(yè)務(wù)和用戶(hù)，在GPON提供的綜合業(yè)務(wù)接入環(huán)境下必須做好VLAN資源的規(guī)劃和管理。

IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)從接入終端至業(yè)務(wù)匯聚點(diǎn)BRAS/SR以下，通過(guò)基于VLAN的二層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)承載。IP業(yè)務(wù)VLAN規(guī)劃應(yīng)能達(dá)到精確識(shí)別業(yè)務(wù)/用戶(hù)以及安全隔離的要求，因此綜合接入業(yè)務(wù)采用PUPSPV方式，網(wǎng)絡(luò)層面采用PSPV。

圖1 GPON承載業(yè)務(wù)示意

綜合業(yè)務(wù)層面PUPSPV：網(wǎng)絡(luò)為每用戶(hù)的每類(lèi)業(yè)務(wù)分配一個(gè)VLAN，每個(gè)用戶(hù)的撥號(hào)上網(wǎng)、組網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)等業(yè)務(wù)均采用獨(dú)立的VLAN進(jìn)行承載。實(shí)現(xiàn)每個(gè)用戶(hù)的每種業(yè)務(wù)的精確隔離。這種模式下用戶(hù)所需要的VLAN ID數(shù)量也是最多的。

網(wǎng)絡(luò)管理、自營(yíng)業(yè)務(wù)和封閉業(yè)務(wù)都采用PSPV：PSPV模型下，網(wǎng)絡(luò)為每一類(lèi)業(yè)務(wù)規(guī)劃特定的VLAN，僅按業(yè)務(wù)類(lèi)型區(qū)分，不能精確到客戶(hù)的程度。GPON中網(wǎng)管、IPTV和ITMS等業(yè)務(wù)都如此規(guī)劃使用PSPV，可以節(jié)省大量VLAN資源。

在GPON中針對(duì)7類(lèi)業(yè)務(wù)分別規(guī)定相關(guān)的VLAN使用范圍。單個(gè)OLT下客戶(hù)數(shù)可能超過(guò)4 096個(gè)，并且為了和現(xiàn)有的FTTB和DSLAM接入場(chǎng)景銜接，在GPON中采用雙層VLAN——QinQ方式承載IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。CVLAN，即內(nèi)層VLAN，用于區(qū)分不同客戶(hù)和不同業(yè)務(wù)。表1為CVLAN分配示例。

FTTO場(chǎng)景的CVLAN使用基 于PON口，F(xiàn)TTH基 于 若干（1～6）個(gè)PON口組成的PON口組。每PON口（組）都獨(dú)立劃分VLAN空間，不同PON口（組）之間互不影響，使用CVLAN可以相同。CVLAN分配以PON口（組）為單位，按同類(lèi)業(yè)務(wù)逐個(gè)順序分配使用。

SVLAN，即外層VLAN作為接入設(shè)備標(biāo)識(shí)進(jìn)行規(guī)劃，在多邊緣網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，一臺(tái)接入設(shè)備對(duì)應(yīng)多個(gè)外層VLAN標(biāo)簽，分 別 終 結(jié) 于BRAS和SR等設(shè)備。SVLAN主要有兩個(gè)作用：其一用于區(qū)分不同的匯聚端口（PON口組），其二用于區(qū)分不同的上行設(shè)備類(lèi)型。表2為SVLAN分配示例。

GPON中VLAN管理和分配的方式考慮了近期的業(yè)務(wù)拓展和擴(kuò)充，也保留了遠(yuǎn)期做較大調(diào)整的余地。

表1 CVLAN分配示例

表2 SVLAN分配示例

2.2 邏輯資源的參數(shù)池化管理

GPON要滿(mǎn)足多業(yè)務(wù)接入，ONU上可能同時(shí)存在6～7種不同的業(yè)務(wù)，每種業(yè)務(wù)使用的邏輯參數(shù)——主要是SVLAN、CVLAN和OLT上聯(lián)設(shè)備信息——都是獨(dú)立規(guī)劃、分開(kāi)使用的。邏輯參數(shù)存在分配規(guī)則復(fù)雜、邏輯資源管理難度較大等問(wèn)題。為了有效管理這些邏輯資源，需在資源管理系統(tǒng)增加管理多組參數(shù)的參數(shù)池功能，并能根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型正確分配邏輯資源，區(qū)別于以往DSLAM接入方式只需要管理一組邏輯參數(shù)的簡(jiǎn)單功能。

SVLAN、CVLAN取值范圍與適用網(wǎng)絡(luò)、下發(fā)策略等標(biāo)識(shí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系舉例，如圖2所示。

“下發(fā)策略”有ONU、ONU端口兩方式：“ONU”策略表示一個(gè)ONU對(duì)應(yīng)一個(gè)CVLAN，“ONU端口”策略表示一個(gè)ONU端口對(duì)應(yīng)一個(gè)CVLAN，即前者適用現(xiàn)網(wǎng)的FTTH規(guī)劃，后者適用于FTTO規(guī)劃。

在FTTO（H）撥號(hào)業(yè)務(wù)中，資源管理系統(tǒng)在業(yè)務(wù)開(kāi)通階段根據(jù)PON口（組）確定的SVLAN，分配其對(duì)應(yīng)最小值的可用CVLAN，在業(yè)務(wù)竣工后負(fù)責(zé)管理（BRASIP，BRAS槽位，BRAS端口，SVLAN，CVLAN）五元組信息。

在組網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)中，資源管理系統(tǒng)在業(yè)務(wù)開(kāi)通階段根據(jù)PON口（組）確定的SVLAN，分配其對(duì)應(yīng)最小值的可用CVLAN，在業(yè)務(wù)竣工后負(fù)責(zé)管理（SRIP，SVLAN，CVLAN）三元組信息。

圖2 SVLAN、CVLAN取值范圍與適用網(wǎng)絡(luò)、下發(fā)策略等標(biāo)識(shí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

在ITV和VoIP業(yè)務(wù)中，資源管理系統(tǒng)只需確定PON口對(duì)應(yīng)的SVLAN信息，CVLAN為固定值，在業(yè)務(wù)竣工后負(fù)責(zé)管理（BRASIP，BRAS槽位，BRAS端口，SVLAN，CVLAN）五元組信息。

在參數(shù)池系統(tǒng)規(guī)劃階段，需預(yù)留對(duì)參數(shù)組修改和增補(bǔ)的空間，以應(yīng)對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)的變化和新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)。

3 GPON綜合接入網(wǎng)絡(luò)中提供有質(zhì)量保證（QoS）的服務(wù)

GPON承載的綜合業(yè)務(wù)中，約90%都是經(jīng)由其上聯(lián)的IP城域網(wǎng)和IP城域網(wǎng)二平面進(jìn)入Internet或者中國(guó)電信自營(yíng)網(wǎng)絡(luò)，這些流量除了常規(guī)的互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)流量，還有政企客戶(hù)VPN組網(wǎng)、VoIP、ITV視頻等高質(zhì)量要求流量。GPON需延伸IP城域網(wǎng)的QoS機(jī)制，實(shí)現(xiàn)重要流量的業(yè)務(wù)保障。

3.1 QoS業(yè)務(wù)等級(jí)規(guī)劃

GPON部署的前提條件是上層骨干網(wǎng)絡(luò)已全面部署QoS，目前廣州的城域網(wǎng)已完成相關(guān)部署。GPON的QoS策略與IP城域網(wǎng)/IP城域網(wǎng)二平面骨干網(wǎng)統(tǒng)籌考慮，標(biāo)記與之保持一致，只按照IP PRE/EXP/802.1P進(jìn)行劃分。在接入網(wǎng)設(shè)備劃分不同的VLAN，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的區(qū)分、標(biāo)記。表3為QoS業(yè)務(wù)等級(jí)。

3.2 GPON的QoS部署要點(diǎn)

GPON選擇DiffServ體系架構(gòu)，和整個(gè)IP城域網(wǎng)骨干網(wǎng)組為一個(gè)獨(dú)立的DiffServ域?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的QoS保障。有如下部署要點(diǎn)：其一，在網(wǎng)絡(luò)邊界設(shè)備ONU上進(jìn)行分類(lèi)和標(biāo)識(shí)，原則上根據(jù)端口（物理端口或邏輯端口）或標(biāo)記字段實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分類(lèi)和標(biāo)記。OLT設(shè)備需要將內(nèi)層VLAN的CoS標(biāo)記映射成外層VLAN的CoS。OLT根據(jù)DBA機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)GEM的上行帶寬分配和上行業(yè)務(wù)流限速功能，OLT針對(duì)用戶(hù)VLAN、GEM端口或不同分類(lèi)流的速率控制功能，使用L2 Traffic Shaping或Policing機(jī)制。其二，對(duì)于AG和PON接入的軟交換話(huà)音業(yè)務(wù)，在ONU的入端口上進(jìn)行標(biāo)記DSCP 56。對(duì)于高質(zhì)量政企大客戶(hù)，在ONU的入端口上進(jìn)行標(biāo)記DSCP 24。其三，GPON對(duì)IPTV和普通上網(wǎng)上行流量不做區(qū)分，直接轉(zhuǎn)發(fā)（因IPTV業(yè)務(wù)只需對(duì)下行流量進(jìn)行分類(lèi)和標(biāo)記）。最后，對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)分組（下行流量），OLT可以根據(jù)數(shù)據(jù)分組攜帶的IEEE 802.1P的值做基于優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列調(diào)度功能。

GPON的QoS隊(duì)列調(diào)度機(jī)制可采用帶優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的加權(quán)輪詢(xún)方式，提供1個(gè)絕對(duì)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列和1～3個(gè)加權(quán)輪詢(xún)隊(duì)列，配合WRED丟棄機(jī)制，實(shí)現(xiàn)基于QoS等級(jí)的IP分組轉(zhuǎn)發(fā)，由于PQ隊(duì)列絕對(duì)優(yōu)先，為防止PQ隊(duì)列中的流量完全占據(jù)整條鏈路帶寬，導(dǎo)致其他高等級(jí)業(yè)務(wù)擁塞，所以需要對(duì)PQ帶寬進(jìn)行限制，暫時(shí)分配固定帶寬，話(huà)音分配10%～15%，網(wǎng)絡(luò)控制流量分配為5%～10%等。

表3 QoS業(yè)務(wù)等級(jí)

4 結(jié)合新的IP骨干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)GPON業(yè)務(wù)拓展

2012年IP城域網(wǎng)二平面已經(jīng)建成，通過(guò)新建的二平面骨干網(wǎng)，GPON可以承載VoIP、VPN組網(wǎng)業(yè)務(wù)，可以提升業(yè)務(wù)的服務(wù)水平和資源利用率等。

4.1 充分利用接入段和骨干網(wǎng)的各種備份機(jī)制，提供高可靠性VoIP業(yè)務(wù)

廣州電信IP城域網(wǎng)目前開(kāi)展的NGN業(yè)務(wù)主要分為 公 眾IAD、大 客 戶(hù)IAD和AG業(yè) 務(wù)，IAD和AG在 城域網(wǎng)上分別通過(guò)IAD VPN和AG VPN承載，2個(gè)VPN相互隔離。

語(yǔ)音設(shè)備至SW層，AG設(shè)備光纖接入，靜態(tài)配置AG VPN地址，公眾入戶(hù)IAD語(yǔ)音VPN接入靜態(tài)配置IP地址；AG和OLT（IAD上行）采用雙鏈路接入，一個(gè)端口up，另一個(gè)端口down的方式接入。

從SR安全性考慮，SW之間采用鏈路捆綁技術(shù)作為AG/IAD接入網(wǎng)關(guān)，使用單層VLAN，開(kāi)啟VRRP，做設(shè)備故障情況下的冗余。SW根據(jù)可信和非可信接入分成2個(gè)VPN實(shí)例，并分別綁定不同的邏輯接口 （多實(shí)例CE、MCE）。SW之間開(kāi)啟OSPF路由協(xié)議，當(dāng)一側(cè)SW上行鏈路全部斷開(kāi)時(shí)，VRRP網(wǎng)關(guān)不切換時(shí)可以做到路由冗余。SW在VPN實(shí)例的邏輯接口下配置靜態(tài)默認(rèn)路由；PE配置靜態(tài)業(yè)務(wù)網(wǎng)段，并按一定優(yōu)先級(jí)重分發(fā)到MP-BGP中；同時(shí)開(kāi)啟靜態(tài)路由+BFD方式檢測(cè)SR-SW之間鏈路。

高可靠性VoIP業(yè)務(wù)組網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示。

VoIP話(huà)音數(shù)據(jù)分組經(jīng)過(guò)的OLT、SW、SR和ASBR，這些設(shè)備上采用了PON口保護(hù)組、GE口保護(hù)組、VRRP、浮動(dòng)靜態(tài)路由、BFD檢測(cè)、BGP備份路由6種提高冗余備份和檢測(cè)的技術(shù)方法，加之前文所述的QoS特性，可以讓VoIP業(yè)務(wù)在GPON上獲得極高的可靠性，使客戶(hù)獲得良好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，這套方法也可使用到政企大客戶(hù)的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上。

4.2 GPON全面替代傳統(tǒng)的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入方式

FTTO場(chǎng)景下的GPON已有鏈路連接到IP城域網(wǎng)業(yè)務(wù)路由器（SR）、寬帶接入服務(wù)器（BRAS）、二平面業(yè)務(wù)路由器（二平面SR）。因此可以很容易地將IP城域網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)、MPLS-VPN組網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)、VPLS-VPN組網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)、ITV業(yè)務(wù)遷移到GPON上。但是對(duì)普通互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)和直接CN2接入MPLS-VPN兩種業(yè)務(wù)的遷移難度較大。

4.2.1 普通互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)

普通互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)配置在專(zhuān)線(xiàn)BRAS上的，而IP城域網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)配置在SR上。兩者使用的IP地址不相同，遷移過(guò)程中必須在BRAS和SR上抑制和發(fā)布大量路由策略，遷移完成后，存在遷移前后互訪(fǎng)問(wèn)題，可以通過(guò)更改路由實(shí)現(xiàn)。遷移后路由條目激增，路由結(jié)構(gòu)雜亂，為避免路由問(wèn)題的累積，需通過(guò)調(diào)整OLT上聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

4.2.2 直接CN2接入MPLS-VPN業(yè)務(wù)

長(zhǎng)途MPLS-VPN業(yè)務(wù)最常見(jiàn)的接入方式有兩種。第一種方式是通過(guò)IP城域網(wǎng)接入，客戶(hù)端路由器作為CE，IP城域網(wǎng)業(yè)務(wù)路由器作為PE，而IP城域網(wǎng)與CN2網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)Option A的跨域方式互聯(lián)，將客戶(hù)路由信息傳遞到CN2網(wǎng)絡(luò)中;第二種方式是客戶(hù)端設(shè)備CE通過(guò)光纖直接接入CN2網(wǎng)絡(luò)在地市的接入交換機(jī)，客戶(hù)端路由器仍作為CE，而PE則是CN2的業(yè)務(wù)路由器。

圖3 高可靠性VoIP業(yè)務(wù)組網(wǎng)架構(gòu)

圖4 VPLS VPN連接GPON和CN2網(wǎng) 絡(luò)

這兩種方式改造成以GPON接入，可以充分利用現(xiàn)有光覆蓋資源，節(jié)省大量的光纜資源。第一種方式改為用GPON承載，只需要簡(jiǎn)單地改變接入方式，骨干網(wǎng)絡(luò)側(cè)基本保持原有特性和配置;第二種方式如改用GPON承載，則需要將整個(gè)IP城域網(wǎng)作為二層通道使用，實(shí)現(xiàn)機(jī)制較復(fù)雜。

VPLS VPN連接GPON和CN2網(wǎng)絡(luò)示意如圖4所示。

直接將CN2接入MPLS-VPN業(yè)務(wù)進(jìn)行改造，需在兩臺(tái)路由器SR和ASBR之間建立VPLS VPN通道，SR和ASBR作為PE啟動(dòng)VPLS功能?？蛻?hù)端通過(guò)GPON接入，使用雙層QinQ VLAN，上聯(lián)到SR設(shè)備上，ASBR上聯(lián)到CN2，使用單層VLAN?？蛻?hù)端的網(wǎng)關(guān)做在CN2路由器上。SR到ASBR采用LDP作為VPLS信令建立PW，配置VPLS，實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端與CN2的二層互通?，F(xiàn)有的GPON OLT到IP城域網(wǎng)二平面都是雙鏈路到兩臺(tái)SR，可以將兩臺(tái)SR分別開(kāi)通VPLS VPN通道，并啟用冗余備份機(jī)制以提高業(yè)務(wù)可用性。

5 GPON承載IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)下一步需關(guān)注的問(wèn)題

多業(yè)務(wù)接入環(huán)境決定GPON對(duì)邏輯參數(shù)的管理要求很高，需要在資源管理系統(tǒng)上進(jìn)一步完善地址池管理功能，并將IP地址管理功能融入其中。目前ONU和OLT供應(yīng)廠(chǎng)商數(shù)量多，運(yùn)營(yíng)商層面應(yīng)做好現(xiàn)有OLT，ONU甚至骨干網(wǎng)設(shè)備統(tǒng)一管理的應(yīng)用，進(jìn)一步統(tǒng)一并簡(jiǎn)化配置規(guī)范。需將ONU/PON端口監(jiān)測(cè)等納入日常管理范疇，并建立GPON客戶(hù)應(yīng)用感知系統(tǒng)，做到網(wǎng)絡(luò)隱患早發(fā)現(xiàn)早處理，提高網(wǎng)絡(luò)可用性。

6 結(jié)束語(yǔ)

IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速發(fā)展對(duì)GPON的設(shè)計(jì)、規(guī)劃和管理提出了更高的要求。在GPON管理中，應(yīng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在邏輯資源、服務(wù)保障及業(yè)務(wù)拓展的工作中不斷創(chuàng)新，使GPON可以穩(wěn)定承載種類(lèi)更多、數(shù)量更大的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。未來(lái)要進(jìn)一步加強(qiáng)支撐系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等的建設(shè)，繼續(xù)提高GPON的可用性和可靠性。

1 中國(guó)電信集團(tuán)公司.中國(guó)電信GPON設(shè)備技術(shù)要求V2.0，2011

2 張俊.淺析政企客戶(hù)城域網(wǎng)業(yè)務(wù)向GPON遷移的方法.電信科學(xué)，2012（5A）

3 中國(guó)電信集團(tuán)公司.中國(guó)電信城域網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)VLAN管理指導(dǎo)意見(jiàn)，2010