家庭寬帶業(yè)務(wù)不中斷的組網(wǎng)方式探討

1 研究背景

工業(yè)和信息化部于2013 年12 月授予中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)固定通信業(yè)務(wù)牌照，經(jīng)過(guò)6 年的發(fā)展，中國(guó)移動(dòng)固網(wǎng)寬帶用戶達(dá)到1.57 億戶，市場(chǎng)份額達(dá)40.87%，中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)全面超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，成為國(guó)內(nèi)最大的固網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商。家庭寬帶從規(guī)模發(fā)展邁向高質(zhì)量發(fā)展，那么家寬網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和故障維修服務(wù)滿意度就成為了重要競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域。

目前家庭寬帶運(yùn)維質(zhì)量情況與目標(biāo)存在較大差距。以某公司為例，2018 年家寬用戶數(shù)為7.95 萬(wàn)戶，全年家寬用戶故障11 952 起，年均故障率為15.03%；其中因光纜、跳纖等中斷故障4 901 起，占比41.00%，2018 年家寬故障平均修復(fù)時(shí)長(zhǎng)4.8小時(shí)。用戶側(cè)光纜、光交箱數(shù)量多，光纜纖芯質(zhì)量，市政施工頻繁等諸多因素是造成家庭寬帶故障率高、修復(fù)時(shí)長(zhǎng)偏長(zhǎng)的主要原因。因此，如何有效降低家庭寬帶業(yè)務(wù)故障率、提升用戶使用感知，在家寬網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和故障維修服務(wù)滿意度方面趕超競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，是目前擺在移動(dòng)運(yùn)維人員面前亟待解決的首要問(wèn)題。

2 現(xiàn)網(wǎng)家寬業(yè)務(wù)組網(wǎng)方式

目前，中國(guó)移動(dòng)采用CMNET 城域網(wǎng)和PON 網(wǎng)絡(luò)組建家庭寬帶城域網(wǎng)。CMNET 從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上可以分為接入層、匯聚層、核心層和業(yè)務(wù)控制層。PON 網(wǎng)絡(luò)擁有更遠(yuǎn)的傳輸距離（20km）、更高的帶寬（千兆級(jí)、萬(wàn)兆級(jí)）、單芯傳輸以及分光特性（最大可支持1:128），通過(guò)將局端設(shè)備（OLT）與多個(gè)用戶端設(shè)備（ONU/ONT）利用光纜、光分/合路器等無(wú)源設(shè)備器件連接起來(lái)組成光分配網(wǎng)（ODN）。根據(jù)目前互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展情況，10G-EPON 已在運(yùn)營(yíng)商中部署，以滿足家庭寬帶用戶不斷增長(zhǎng)的帶寬使用需求。

PON 網(wǎng)絡(luò)上行鏈路采用TDMA 方式傳輸，下行鏈路采用廣播方式，在一根光纖上同時(shí)傳輸上下行信號(hào)、并通過(guò)分光器將下行信號(hào)分配給各ONU、同時(shí)將各ONU 的上行信號(hào)進(jìn)行復(fù)接的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。具有節(jié)約光纜資源、易于維護(hù)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活，網(wǎng)絡(luò)容量大、兼容性強(qiáng)、業(yè)務(wù)支持能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

光線路終端上行方向以裸纖或光網(wǎng)絡(luò)OTN 等方式連接至BRAS 從而連接互聯(lián)網(wǎng)CMNET，下行方向通過(guò)城域網(wǎng)接入網(wǎng)光纜接入小區(qū)光交箱，整個(gè)過(guò)程可進(jìn)行多級(jí)分光。但是目前運(yùn)營(yíng)商在PON 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)上絕大部分采用單鏈，這種組網(wǎng)方式使得網(wǎng)絡(luò)保護(hù)上存在缺陷。另外光交箱、分光器等啞資源使得傳輸設(shè)備的保護(hù)相對(duì)較弱。由于城市發(fā)展、城區(qū)整改、建設(shè)、綠化等頻繁施工，致使運(yùn)營(yíng)商接入層的故障發(fā)生幾率較大，啞設(shè)備維護(hù)不好定位，末端光纜錯(cuò)綜復(fù)雜致使網(wǎng)絡(luò)修復(fù)時(shí)間得不到保障。

3 家寬業(yè)務(wù)不中斷組網(wǎng)方式探討

針對(duì)以上問(wèn)題，來(lái)探討一種家寬業(yè)務(wù)不中斷的組網(wǎng)方式，目前，城域傳送網(wǎng)承載著4G/5G、集家客等各類業(yè)務(wù)的接入、轉(zhuǎn)發(fā)，普遍采用的組網(wǎng)方式是環(huán)形組網(wǎng)。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)至少2 個(gè)傳輸方向，通過(guò)1+1 和1:1 保護(hù)方式保護(hù)鏈路上的業(yè)務(wù)，并在保護(hù)鏈路上傳遞自動(dòng)保護(hù)倒換(APS)協(xié)議，業(yè)務(wù)源節(jié)點(diǎn)和宿節(jié)點(diǎn)根據(jù)協(xié)議狀態(tài)和倒換狀態(tài)，進(jìn)行業(yè)務(wù)倒換或倒回。

1:1 保護(hù)和1+1 保護(hù)原理基本相同，都是在從業(yè)務(wù)源節(jié)點(diǎn)至業(yè)務(wù)宿節(jié)點(diǎn)之間的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)方向上對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行保護(hù)。區(qū)別在于1:1 保護(hù)方式為“單發(fā)單收”，而1+1 保護(hù)方式則為“雙發(fā)選收”。通過(guò)部署1+1/1:1 保護(hù)，基本可以實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)單點(diǎn)故障（不包括業(yè)務(wù)原宿故障）時(shí)，業(yè)務(wù)不發(fā)生中斷，是一種非常成熟且應(yīng)用廣泛的電信級(jí)保護(hù)技術(shù)。

下面，我們借鑒傳輸網(wǎng)絡(luò)的環(huán)形組網(wǎng)方式利運(yùn)營(yíng)商4G/5G 網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模優(yōu)質(zhì)覆蓋，提出一種有線+無(wú)線的家庭寬帶環(huán)形接入網(wǎng)保護(hù)結(jié)構(gòu)。

3.1 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及保護(hù)機(jī)制

圖1 家寬接入側(cè)環(huán)形組網(wǎng)示意圖

在圖1 中，用戶終端訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)具備兩個(gè)路由，正常情況下，業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)BRAS、OLT 至光交箱、分光器，利用光纖傳輸至用戶終端；當(dāng)此條鏈路發(fā)生故障時(shí)，用戶側(cè)終端將業(yè)務(wù)切換至無(wú)線路由，同時(shí)上行方向的BRAS 將業(yè)務(wù)切換至另一方向，使業(yè)務(wù)改由經(jīng)4G/5G 網(wǎng)絡(luò)，采用無(wú)線方式傳輸至用戶終端。

為實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動(dòng)切換，用戶側(cè)需放置一臺(tái)具備有線/無(wú)線收發(fā)、路由選擇功能的智能選路終端，該終端能夠使用4G 或5G 無(wú)線信號(hào)。正常情況下，用戶通過(guò)智能選路終端，經(jīng)過(guò)OLT 設(shè)備訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)OLT 至用戶終端的光纜阻斷或設(shè)備故障，進(jìn)而導(dǎo)致業(yè)務(wù)故障時(shí)，觸發(fā)倒換機(jī)制，智能選路終端通過(guò)鏈路優(yōu)先級(jí)自動(dòng)將業(yè)務(wù)切換至4G/5G 模式，并由附近基站為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)。

3.2 鏈路倒換分析

3.2.1 智能選路終端功能配置

智能選路終端作為關(guān)鍵設(shè)備，需要具備有線光路接口和無(wú)線接口、用戶側(cè)業(yè)務(wù)接口、故障監(jiān)測(cè)與路由選擇等功能端口。其內(nèi)部邏輯模塊示意圖如圖2。

圖2 智能選路終端功能模塊示意圖

1）光路接口具備單纖收發(fā)一體端口，端口可與ODN 纖芯直連，為用戶提供PON 網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2）4/5G 接口具備接收附近4/5G 基站信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)4/5G 無(wú)線信號(hào)與光信號(hào)轉(zhuǎn)化。

3）故障檢測(cè)模塊具備故障檢測(cè)實(shí)現(xiàn)鏈路倒換，與主控單元相互通信，通過(guò)智能選路終端配置頁(yè)面為其配置鏈路測(cè)試IP 地址。

4）主控模塊是智能選路終端的中樞系統(tǒng)，可以接收故障檢測(cè)模塊的信號(hào)。經(jīng)過(guò)設(shè)定的信號(hào)算法得出鏈路狀態(tài)情況，并向鏈路控制模塊發(fā)出鏈路控制信號(hào)。

5）鏈路控制模塊控制鏈路路由，當(dāng)其收到主控模塊發(fā)出的鏈路控制信號(hào)時(shí)，其可以根據(jù)信號(hào)要求進(jìn)行鏈路路由控制，以實(shí)現(xiàn)鏈路路由切換。

6）內(nèi)存模塊儲(chǔ)存配置信息以及用戶賬號(hào)、密碼、鏈路測(cè)試地址等信息。

7）有線接口為用戶提供包括互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)、互聯(lián)網(wǎng)電視、IPTV、IMS 語(yǔ)音電話等服務(wù)。

8）無(wú)線接口直連無(wú)線發(fā)射天線，可為用戶提供高帶寬、廣覆蓋的無(wú)線WIFI 信號(hào)，為手機(jī)、電腦等終端提供無(wú)線訪問(wèn)接口。

3.2.2 業(yè)務(wù)倒換機(jī)制分析

當(dāng)智能選路終端接通電源后，首先加載配置數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)加載成功后，故障檢測(cè)模塊每隔50ms 向鏈路測(cè)試地址發(fā)送ICMP 報(bào)文，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鏈路通信狀態(tài)。當(dāng)鏈路正常時(shí)，故障檢測(cè)模塊通過(guò)ICMP 報(bào)文判斷自己能夠訪問(wèn)鏈路測(cè)試地址，則證明PON 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)正常，其向主控模塊發(fā)出鏈路狀態(tài)正常信號(hào)，主控模塊收到鏈路狀態(tài)信號(hào)后向鏈路控制模塊發(fā)出鏈路控制信號(hào)，鏈路控制模塊根據(jù)接收到的鏈路控制信號(hào)進(jìn)行鏈路路由控制。此時(shí)用戶使用PON 網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，用戶訪問(wèn)路由為：客戶端→鏈路控制模塊→故障檢測(cè)模塊→ODN →PON口→OLT →BRAS →互聯(lián)網(wǎng)。

當(dāng)PON 網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，故障檢測(cè)模塊通過(guò)ICMP 報(bào)文檢測(cè)到無(wú)法訪問(wèn)鏈路測(cè)試設(shè)備的IP 地址時(shí)，就向主控單元發(fā)送鏈路故障信號(hào)，主控單元接收到鏈路故障信號(hào)后，為避免鏈路瞬斷等造成故障檢測(cè)模塊發(fā)送誤報(bào)告的情況，在收到第一個(gè)鏈路故障信號(hào)后開始計(jì)時(shí)，當(dāng)該信號(hào)持續(xù)接收15s 則確定為PON 網(wǎng)絡(luò)鏈路故障。此時(shí)主控模塊立即向鏈路控制模塊發(fā)送鏈路倒換指令，鏈路控制模塊收到鏈路倒換指令后對(duì)鏈路進(jìn)行倒換操作，將業(yè)務(wù)信號(hào)倒換至4/5G 接口傳輸。此時(shí)用戶業(yè)務(wù)直接由4/5G 基站開始承載。用戶訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)路徑變?yōu)椋嚎蛻舳恕溌房刂颇K→4/5G 接口模塊→4/5G 基站→傳輸網(wǎng)絡(luò)→互聯(lián)網(wǎng)。

這里需要說(shuō)明，為避免因鏈路瞬斷導(dǎo)致鏈路控制模塊發(fā)出鏈路倒換指令，從而使鏈路處于頻繁倒換狀態(tài)，主控模塊需在接收到故障檢測(cè)模塊連續(xù)15s 發(fā)出的鏈路變化信號(hào)才會(huì)向鏈路控制模塊發(fā)送倒換指令。

3.3 流量云平臺(tái)與一體化告警監(jiān)測(cè)設(shè)備

為了實(shí)現(xiàn)智能選路終端的無(wú)線接入能力，智能選路終端需要配備SIM 卡。用戶在開通寬帶業(yè)務(wù)時(shí)，將得到一張與智能選路終端適配的SIM 卡，開通寬帶業(yè)務(wù)時(shí)將同步開通該SIM 卡，并將卡信息注冊(cè)至家寬“流量云平臺(tái)”。

流量云平臺(tái)是利用運(yùn)營(yíng)商4G/5G 網(wǎng)絡(luò)，基于用戶信息創(chuàng)建的虛擬業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)和管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了家寬用戶鏈路故障時(shí)，用戶切換至無(wú)線側(cè)的業(yè)務(wù)接入和轉(zhuǎn)發(fā)、流量計(jì)費(fèi)等功能。

流量云平臺(tái)將家寬SIM 卡用戶與大網(wǎng)4G/5G 用戶分離開來(lái)，單獨(dú)進(jìn)行業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)，并對(duì)用戶流量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)某用戶在15 分鐘內(nèi)流量計(jì)費(fèi)超過(guò)200M時(shí)，則向監(jiān)控接口發(fā)送信息，由監(jiān)控設(shè)備完成告警發(fā)送等相關(guān)操作。

監(jiān)控設(shè)備是一套獨(dú)立于4G 網(wǎng)管系統(tǒng)和PON 網(wǎng)管系統(tǒng)的設(shè)備，完成與流量云平臺(tái)的對(duì)接，并負(fù)責(zé)接收計(jì)費(fèi)信號(hào)、下發(fā)告警信息，并支持實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)查詢等功能。

當(dāng)監(jiān)控設(shè)備收到流量云平臺(tái)發(fā)送的某用戶流量越限信息后，能夠自動(dòng)查詢定位與該SIM 卡對(duì)應(yīng)的家寬用戶信息，生成家寬故障告警，并接入運(yùn)營(yíng)商服務(wù)平臺(tái)下發(fā)工單，通知維護(hù)人員處理故障。故障恢復(fù)后，監(jiān)控設(shè)備收到流量云平臺(tái)發(fā)送的該用戶流量回落信息，清除告警，并接入運(yùn)營(yíng)商服務(wù)平臺(tái)，發(fā)送家寬故障恢復(fù)信息。此外，監(jiān)控設(shè)備還應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)備份等功能。

3.4 倒換性能與業(yè)務(wù)質(zhì)量

上文提到，智能選路終端中的故障檢測(cè)模塊能夠?qū)饫w鏈路進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果反饋至主控模塊，主控模塊根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行倒換或倒回動(dòng)作。但是，現(xiàn)網(wǎng)中可能會(huì)出現(xiàn)因傳輸質(zhì)量下降造成的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)瞬斷，因此，故障檢測(cè)模塊設(shè)置15S 的檢測(cè)上報(bào)閾值，當(dāng)主用光纖鏈路持續(xù)15S 以上中斷時(shí)，再下發(fā)倒換操作命令；相應(yīng)的，當(dāng)主用光纖鏈路持續(xù)15S 以上可用時(shí)，再下發(fā)倒回操作命令。這樣設(shè)置，避免了因鏈路瞬斷造成的業(yè)務(wù)頻繁切換，使業(yè)務(wù)更加穩(wěn)定。

該組網(wǎng)方式中，無(wú)線路由部分使用了運(yùn)營(yíng)商4G/5G 信號(hào)，鏈路空閑時(shí)仍會(huì)發(fā)送信令，產(chǎn)生流量，為此，將流量云平臺(tái)監(jiān)控閾值設(shè)置為15 分鐘內(nèi)流量超過(guò)200M，防止監(jiān)控設(shè)備發(fā)送無(wú)效告警信息。

這里需要說(shuō)明，無(wú)線組網(wǎng)部分會(huì)占用一定傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。在正常情況下，鏈路空閑時(shí)發(fā)送信令產(chǎn)生的流量很小，基本不會(huì)對(duì)傳輸網(wǎng)承載的其他業(yè)務(wù)（以4G 業(yè)務(wù)為主）產(chǎn)生流量沖擊。另外，當(dāng)業(yè)務(wù)切換至無(wú)線路由時(shí)，業(yè)務(wù)質(zhì)量將受到4G 信號(hào)質(zhì)量影響，與PON 網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)。而目前運(yùn)營(yíng)商在城區(qū)內(nèi)的4G 網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)異，除出現(xiàn)小范圍地區(qū)內(nèi)大量家庭寬帶用戶切換，正常情況下完全不影響家寬業(yè)務(wù)性能。因此，本方案在保證了家庭寬帶業(yè)務(wù)“不中斷”的同時(shí)，也不會(huì)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)其他業(yè)務(wù)造成影響，這也正是本方案的亮點(diǎn)所在。

4 結(jié)語(yǔ)

本方案中，家庭寬帶在業(yè)務(wù)層面的組網(wǎng)模式，利用原有光纜接入網(wǎng)絡(luò)，利用智能選路終端、4G 網(wǎng)絡(luò)搭建無(wú)線鏈路，組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，借鑒傳輸網(wǎng)絡(luò)中環(huán)形組網(wǎng)模式，充分利用運(yùn)營(yíng)商4G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模覆蓋和優(yōu)質(zhì)信號(hào)，避免了物理鏈路成環(huán)帶來(lái)的大規(guī)模投資和資源浪費(fèi)，能夠在出現(xiàn)物理鏈路故障時(shí)將業(yè)務(wù)自動(dòng)切換至無(wú)線鏈路，保證家庭寬帶業(yè)務(wù)不中斷，是一種降本增效且可行性較大的方案。

綜上所述，在現(xiàn)網(wǎng)家寬業(yè)務(wù)故障率高、修復(fù)難度較大等因素的背景下，采用本方案組建的家庭寬帶組網(wǎng)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)在接入側(cè)物理鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，家寬業(yè)務(wù)不中斷，同時(shí)能夠借助“流量云平臺(tái)”、告警監(jiān)控設(shè)備等方式進(jìn)行業(yè)務(wù)監(jiān)控與故障上報(bào)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化，達(dá)到提升用戶使用感知，提高故障處理效率的目的。

隨著國(guó)家建設(shè)“智慧城市”“千兆城市”的步伐不斷加快，用戶對(duì)家庭寬帶業(yè)務(wù)的性能要求將不斷提高，本方案能夠在業(yè)務(wù)感知、服務(wù)質(zhì)量方面提升家寬業(yè)務(wù)品質(zhì)，助力運(yùn)營(yíng)商提供更加優(yōu)質(zhì)的家庭寬帶業(yè)務(wù)。