接入網(wǎng)新一輪演進(jìn)的變革研究

蔣大鵬 劉飛浪 晏 濤

湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430023

1 接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展背景

光纖寬帶接入歷經(jīng)10年高速發(fā)展，從傳統(tǒng)的家庭寬帶接入，逐步擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，并以大視頻、5G承載、SDN&NFV演進(jìn)為核心驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。以4K/8K高清視頻為特征的視頻業(yè)務(wù)，驅(qū)動(dòng)家庭寬帶業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)的100 M時(shí)代進(jìn)入1 G時(shí)代，10GPON成為當(dāng)前建設(shè)重點(diǎn)。未來(lái)VR/AR業(yè)務(wù)對(duì)于需求超過(guò)1G帶寬，同時(shí)隨著公有云的普及，業(yè)務(wù)接入帶寬對(duì)于10G的需求已經(jīng)出現(xiàn)。25G/50G/100GPON在未來(lái)十年也會(huì)逐步成熟，新一代OLT產(chǎn)品不僅僅要滿足10GPON建設(shè)需要，還要支持平滑演進(jìn)到100GPON。

另外，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越扁平化，業(yè)務(wù)的融合必然推進(jìn)設(shè)備的融合，實(shí)現(xiàn)集約化管理的需求。而SDN &NFV技術(shù)的成熟也驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行深刻變革，5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)完全SDN & NFV化，包括光接入在內(nèi)的有線網(wǎng)絡(luò)也將順應(yīng)這個(gè)趨勢(shì)。新一代OLT將是一個(gè)云化的OLT，具備完善的網(wǎng)絡(luò)切片功能，另外部分業(yè)務(wù)將 NFV化，并和業(yè)務(wù)編排實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。同時(shí)原有OLT上的部分控制面也會(huì)上移，通過(guò)SDN控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)OLT業(yè)務(wù)的管理和部署，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速部署和運(yùn)維自動(dòng)化。

2 接入網(wǎng)新一輪演進(jìn)的重點(diǎn)

目前，基于 DC為中心的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)以及 SDN & NFV技術(shù)的成熟，為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，光接入網(wǎng)絡(luò)SDN化演進(jìn)是必然趨勢(shì)。接入網(wǎng)新老設(shè)備型號(hào)多，而且覆蓋范圍廣，直接進(jìn)行SDN & NFV改造難度較大。接入網(wǎng)的SDN & NFV改造重點(diǎn)主要針對(duì)新業(yè)務(wù)新網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)10GPON建設(shè)便是很好的時(shí)機(jī)[1]。

運(yùn)營(yíng)商目前擁有多種不同類型的用戶群體，既有高價(jià)值企業(yè)專線用戶，也有家庭、校園等普通用戶。為解決用戶規(guī)模不斷擴(kuò)張導(dǎo)致的機(jī)房空間不足、功耗上升等問(wèn)題，接入網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片共用OLT硬件，各切片之間不產(chǎn)生干擾，有效確保業(yè)務(wù)的可靠性與網(wǎng)絡(luò)安全，同時(shí)顯著降低機(jī)房空間占用和能耗，物理資源可按用戶需求進(jìn)行靈活配置和獨(dú)立管理。

3 OLT切片技術(shù)的探討

3.1 原有OLT技術(shù)要點(diǎn)

傳統(tǒng)的 OLT架構(gòu)，基于商用二、三層交換芯片采用集中式架構(gòu)，存在交換容量難以提升、功耗偏大、包緩存不夠、視頻體驗(yàn)差、三層功能受限等不足[2]，僅僅可以滿足傳統(tǒng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)的帶寬有限提升，不能適應(yīng)新一輪光接入建設(shè)對(duì)于帶寬和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的要求。

3.2 新一代OLT技術(shù)要點(diǎn)

新一代 OLT綜合考慮了未來(lái)大帶寬、低時(shí)延、業(yè)務(wù)精細(xì)化管理、網(wǎng)絡(luò)融合和SDN & NFV業(yè)務(wù)趨勢(shì)，采用了基于路由器架構(gòu)的分布式交換轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)，其交換網(wǎng)采用基于信元方式，不僅僅實(shí)現(xiàn)每槽位400 G以上的帶寬，滿足平滑演進(jìn)到100 G PON的能力，另外還避免了集中式架構(gòu)主控交換的功耗過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)信元交換機(jī)制保證了內(nèi)部業(yè)務(wù)流量轉(zhuǎn)發(fā)更加均衡，用戶業(yè)務(wù)流量管理更加精細(xì)[3]。

信元交換架構(gòu)特有的VoQ（虛擬隊(duì)列）功能不僅僅消除了交換網(wǎng)的線頭堵塞問(wèn)題，還可以實(shí)現(xiàn)基于切片的 QoS保證，實(shí)現(xiàn)真正意義上的網(wǎng)絡(luò)切片。傳統(tǒng)集中式架構(gòu)OLT交換板和線卡之間只有固定8個(gè)隊(duì)列，不同切片共享8個(gè)隊(duì)列，不同切片的流量由于這8個(gè)隊(duì)列共享造成流量互相影響，其交換架構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的切片，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)基于切片的精細(xì)化管理。新一代OLT基于信元交換的交換架構(gòu)，支持VoQ功能，可以實(shí)現(xiàn)不同切片有獨(dú)立隊(duì)列，實(shí)現(xiàn)了基于切片的流量隔離，也實(shí)現(xiàn)了基于切片的QoS保證。

3.3 新一代OLT的切片管理

新一代 OLT支持完善的網(wǎng)絡(luò)切片功能，不僅支持基于PON口的網(wǎng)絡(luò)切片，還支持基于 ONU UNI口的網(wǎng)絡(luò)切片，未來(lái)支持基于 ONU的網(wǎng)絡(luò)切片，以及上聯(lián)口共享的網(wǎng)絡(luò)切片。參見(jiàn)圖1。

新一代OLT軟件系統(tǒng)具備未來(lái)SDN & NFV化演進(jìn)能力，部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)組件化和NFV化，并通過(guò)業(yè)務(wù)編排統(tǒng)一管理，動(dòng)態(tài)加載，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)按需快速部署。新一代OLT為這些NFV分配計(jì)算/存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)資源，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)隔離，也保證了業(yè)務(wù)運(yùn)行的QoS保證。基于IT化強(qiáng)大硬件能力，在網(wǎng)絡(luò)切片場(chǎng)景下，每個(gè)切片可以是一個(gè)NFV，而且每個(gè)NFV根據(jù)業(yè)務(wù)不同，在編排器編排下，加載不同的協(xié)議組件和轉(zhuǎn)發(fā)組件，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同的業(yè)務(wù)有不同的轉(zhuǎn)發(fā)能力，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)切片數(shù)量的大幅提升。

4 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中需要注意的問(wèn)題

接入網(wǎng)的虛擬化主要包括網(wǎng)絡(luò)虛擬化和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化兩個(gè)方面。網(wǎng)絡(luò)虛擬化：實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)的切片，每個(gè)切片都是一個(gè)定制的虛擬網(wǎng)絡(luò)，可以是預(yù)配置的、生命周期較長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)，如基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)商批發(fā)給虛擬運(yùn)營(yíng)商的虛擬接入網(wǎng)絡(luò)；也可以是按用戶體驗(yàn)要求，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和刪除的虛擬網(wǎng)絡(luò)，如工業(yè)控制發(fā)生時(shí)要求的是低時(shí)延、小帶寬，VR發(fā)生時(shí)要求的是低抖動(dòng)、大帶寬。這類網(wǎng)絡(luò)切片要能跟隨需求發(fā)生變化，快速通過(guò)SDN控制器分配匹配的網(wǎng)絡(luò)資源。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片，物理的接入網(wǎng)可以被多個(gè)虛擬接入網(wǎng)共享，達(dá)成資源的充分利用，而不用為每種使用場(chǎng)景建設(shè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化：VNF，純軟件功能模塊，功能的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證不依賴于專用的硬件平臺(tái)，實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)的計(jì)算和存儲(chǔ)資源取自于x86等虛擬化平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)資源可以取自直接的物理網(wǎng)絡(luò)連接，這時(shí)網(wǎng)絡(luò)的流量需要導(dǎo)入該功能模塊處理；也可以從SDN獲取物理網(wǎng)絡(luò)的鏡像，通過(guò)SDN去驅(qū)動(dòng)實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際的用戶流量可以不經(jīng)過(guò)VNF。

在超寬帶時(shí)代，除了家庭寬帶以外，還會(huì)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求各不相同的多種接入業(yè)務(wù)，諸如企業(yè)專線、平安城市、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、行業(yè)視頻等。如果針對(duì)不同業(yè)務(wù)分開(kāi)建網(wǎng)，成本太高，不能發(fā)揮建網(wǎng)規(guī)模效益；采用一張PON網(wǎng)絡(luò)混合接入則面臨各種業(yè)務(wù)資源搶占、安全以及運(yùn)維沖突等各種問(wèn)題。新一代OLT所支持的虛擬接入網(wǎng)很好地解決了這些難題，一張物理網(wǎng)絡(luò)按業(yè)務(wù)切片為多張?zhí)摂M接入網(wǎng)，各虛擬網(wǎng)絡(luò)共享OLT設(shè)備和ODN線路，且各自具備物理上隔離的MAC/路由/VLAN等軟硬件資源，并獨(dú)立運(yùn)維管理，從而在一張PON網(wǎng)絡(luò)上滿足不同的業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)虛擬接入，既降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，又節(jié)省了機(jī)房空間。

5 結(jié)束語(yǔ)

迎接新時(shí)代的來(lái)臨，需綜合 PON技術(shù)發(fā)展、全網(wǎng)SDN/NFV演進(jìn)和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、場(chǎng)景和設(shè)備融合、運(yùn)營(yíng)管理集約等關(guān)鍵需求和要素，突破傳統(tǒng)觀念，領(lǐng)先洞察未來(lái)，重新定義極速、云化、融合的新一代光接入網(wǎng)。新一代 OLT網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的出現(xiàn)將有力推動(dòng)千兆寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。采用超大容量 OLT形態(tài)，配合網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，還可實(shí)現(xiàn)家庭、政企、5 G基站承載等全場(chǎng)景的統(tǒng)一融合接入和差異化的業(yè)務(wù)質(zhì)量保障。

[1]沈成彬，王成巍，蔣銘，等.下一代PON技術(shù)的進(jìn)展與應(yīng)用[J].電信科學(xué)，2010，26（8）：1-7.

[2]徐儉.淺議GPON光纖接入網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用[J].有線電視技術(shù)，2013，20（3）：28-31.

[3]劉青江.淺談10G EPON技術(shù)進(jìn)展和應(yīng)用[J].江西通信科技，2012（3）：17-20.