寬帶提速背景下OLT上聯(lián)承載策略研究

田洪寧，尹祖新，劉 琦，魏汝翔，趙 廣，楊婧雅（中國(guó)聯(lián)通研究院，北京 100048）

0 前言

隨著國(guó)家“雙千兆”戰(zhàn)略的深入落實(shí)，2022 年，中國(guó)聯(lián)通提出了“聚力打造全光接入、全域千兆、全屋Wi-Fi、全天候服務(wù)的寬帶精品網(wǎng)”方案，要求加快推進(jìn)寬帶網(wǎng)絡(luò)千兆升級(jí)，打造千兆城市。近年來，寬帶升速、IPTV以及FTTR等新興業(yè)務(wù)持續(xù)發(fā)展，部分傳統(tǒng)承載方式已無法滿足寬帶業(yè)務(wù)升級(jí)需求，存在用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)差、測(cè)速不通過等現(xiàn)象，如何實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的高效承載迫在眉睫。在詳細(xì)分析OLT 上聯(lián)業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，分析比較了光纖直驅(qū)、基于光層、IP 層等各類承載技術(shù)方案，并給出IPRAN 承載優(yōu)化改造建議及OLT上聯(lián)承載策略。

1 OLT上聯(lián)業(yè)務(wù)需求

1.1 承載路徑及保護(hù)需求

如圖1所示，OLT至BNG 采用點(diǎn)到點(diǎn)固定路徑，一般情況下，BNG部署在匯聚機(jī)房，OLT部署在匯聚機(jī)房或綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)機(jī)房。在城區(qū)場(chǎng)景下，OLT 通過承載網(wǎng)直連大二層交換機(jī)或BNG。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)場(chǎng)景下，OLT存在3 種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)：通過承載網(wǎng)直連縣城大二層交換機(jī)或BNG、通過鄉(xiāng)鎮(zhèn)交換機(jī)統(tǒng)一收斂后經(jīng)承載網(wǎng)與縣城BNG 連接、農(nóng)村OLT 與鄉(xiāng)鎮(zhèn)OLT 進(jìn)行級(jí)聯(lián)后與縣城BNG連接。

圖1 不同場(chǎng)景下OLT上聯(lián)組網(wǎng)示意

對(duì)于接入用戶規(guī)模較大的OLT 設(shè)備，其上聯(lián)鏈路需具備雙板卡、雙上聯(lián)、雙路由保護(hù)能力，單OLT 接入多條上聯(lián)鏈路時(shí)，要求承載網(wǎng)絡(luò)提供雙路由或具備雙路由保護(hù)能力。

1.2 承載網(wǎng)帶寬需求

伴隨千兆寬帶精品網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，全面增加精品覆蓋、提升業(yè)務(wù)感知、滿足高品質(zhì)寬帶的需求逐步凸顯，寬帶業(yè)務(wù)端到端的高帶寬、低時(shí)延、海量連接以及網(wǎng)絡(luò)智能化等需求對(duì)承載網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。一方面，業(yè)務(wù)升級(jí)促使GPON/EPON 逐步向10G PON 演進(jìn)，OLT 上聯(lián)帶寬需求從GE 升級(jí)為10GE。另一方面，針對(duì)現(xiàn)存的GPON 網(wǎng)絡(luò)，考慮客戶感知，承載網(wǎng)客戶側(cè)及線路側(cè)需采用GE 及以上速率且線路側(cè)帶寬利用率需低于70%，以保障流量無擁塞。當(dāng)承載千兆用戶時(shí)，為滿足用戶測(cè)速需求，承載網(wǎng)線路側(cè)接口需升級(jí)至10GE以上。

2 OLT上聯(lián)業(yè)務(wù)承載現(xiàn)狀及調(diào)整策略

2.1 現(xiàn)網(wǎng)OLT上聯(lián)承載方式

如表1 所示，對(duì)某運(yùn)營(yíng)商北方、南方各3 個(gè)典型省分網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，城區(qū)的上聯(lián)承載方式以光纖直驅(qū)為主，鄉(xiāng)鎮(zhèn)則呈現(xiàn)多元化，其中南方采用IPRAN 方式的占比較高。

表1 OLT上聯(lián)業(yè)務(wù)承載方式分析

2.2 IPRAN承載問題分析

IPRAN 網(wǎng)絡(luò)主要定位于3G/4G 移網(wǎng)回傳、專線以及部分場(chǎng)景下固網(wǎng)業(yè)務(wù)的綜合承載，隨著千兆升速、IPTV 等業(yè)務(wù)的發(fā)展，IPRAN 已無法適應(yīng)業(yè)務(wù)升級(jí)需求，部分承載在IPRAN 網(wǎng)絡(luò)的寬帶用戶存在業(yè)務(wù)體驗(yàn)差、測(cè)速不通過等現(xiàn)象。IPRAN 承載OLT 業(yè)務(wù)主要存在3方面問題。

a）環(huán)路利用率過高。易對(duì)業(yè)務(wù)時(shí)延、抖動(dòng)等性能產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)丟包甚至斷網(wǎng)的情況，影響業(yè)務(wù)感知。

b）端口速率偏低。普遍采用GE 端口，無法滿足千兆用戶測(cè)速需求。

c）端口限速?？紤]對(duì)移網(wǎng)業(yè)務(wù)質(zhì)量的保護(hù)，部分省分在承載側(cè)進(jìn)行了流量限速（見圖2），限速手段主要包括IPRAN 客戶側(cè)端口限速（模式1）和接入環(huán)寬帶業(yè)務(wù)HQoS 限速（模式2），端口限速比在10%～60%，影響業(yè)務(wù)速率。

圖2 IPRAN限速示意

2.3 IPRAN承載優(yōu)化策略

一方面應(yīng)開展常態(tài)化網(wǎng)絡(luò)利用率及變化趨勢(shì)監(jiān)測(cè)；另一方面，在采用IPRAN 限速時(shí)，僅通過流量監(jiān)測(cè)已無法發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)寬帶用戶業(yè)務(wù)感知的跟蹤與監(jiān)測(cè)，當(dāng)用戶服務(wù)存在問題時(shí)，及時(shí)進(jìn)行端到端網(wǎng)絡(luò)問題根因診斷。

對(duì)于開啟IPRAN 承載限速的環(huán)路，若發(fā)現(xiàn)存在影響固網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)的情況，應(yīng)放寬或取消承載側(cè)限速并按需升級(jí)。

對(duì)于OLT 上聯(lián)帶寬和IPRAN 接入環(huán)網(wǎng)容量能夠滿足業(yè)務(wù)質(zhì)量要求（包括用戶感知和測(cè)速要求）的網(wǎng)絡(luò)，建議繼續(xù)保持現(xiàn)有承載方案。

對(duì)于IPRAN 接入環(huán)網(wǎng)容量不能滿足需求（環(huán)上忙時(shí)均值流量帶寬利用率高于70%或GE 環(huán)路承載千兆用戶時(shí)）的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)進(jìn)行環(huán)路速率升級(jí)或調(diào)整OLT 上聯(lián)承載方式，同時(shí)應(yīng)避免業(yè)務(wù)側(cè)與組網(wǎng)側(cè)速率倒掛現(xiàn)象。

對(duì)于OLT 上聯(lián)帶寬利用率過高的網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)業(yè)務(wù)需要捆綁GE或升級(jí)為10GE鏈路。

3 OLT上聯(lián)業(yè)務(wù)承載技術(shù)方案分析

當(dāng)前主流承載方案主要包括光纖直驅(qū)、WDM/OTN、智能城域網(wǎng)3類，其中WDM/OTN、智能城域網(wǎng)方案可基于不同的設(shè)備配置及組網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)分為7個(gè)子方案。

3.1 光纖直驅(qū)

采用縣鄉(xiāng)或城區(qū)主干光纜承載時(shí)，OLT 至BRAS/SW 節(jié)點(diǎn)應(yīng)在80 km 以內(nèi)，新建縣鄉(xiāng)主干光纜環(huán)纖芯一般不少于48 芯，城區(qū)主干光纜不少于144 芯，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及以下場(chǎng)景可在鄉(xiāng)鎮(zhèn)OLT 節(jié)點(diǎn)配置一級(jí)大二層交換機(jī)進(jìn)行纖芯收斂。該方案為城區(qū)及近郊的主要承載方式，纖芯豐富時(shí)開通便捷且無帶寬限制，其缺點(diǎn)在于傳輸距離受限，長(zhǎng)距（超80 km）時(shí)需增加中繼設(shè)備，且新建光纜施工周期長(zhǎng)，同時(shí)缺少有效的保護(hù)手段，維護(hù)不便。

3.2 WDM/OTN

WDM/OTN 承載方案主要包括傳統(tǒng)WDM 和PeOTN 兩大類方案，每類方案根據(jù)收斂情況及波道分配方式可進(jìn)一步細(xì)分為兩小類共4 種方案（見圖3）。其中，方式1 為傳統(tǒng)波分，配置支線路合一板卡，各OLT 獨(dú)享10G 波道，采用OLP 保護(hù)方式；方式2 為傳統(tǒng)波分+SW，配置支線路合一板卡，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)節(jié)點(diǎn)獨(dú)享10G波道，各OLT 通過下沉的SW 收斂匯聚接入波分；方式3 為PeOTN 獨(dú)享波道，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)節(jié)點(diǎn)獨(dú)享10G 波道，各OLT 通過以太匯聚板卡接入波分；方式4 為PeOTN 共享波道，每2～3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)節(jié)點(diǎn)共享10G 波道，各OLT 通過以太匯聚板卡接入波分，該方案需要逐點(diǎn)分配帶寬，規(guī)劃復(fù)雜，每節(jié)點(diǎn)均需業(yè)務(wù)交叉，承載效率低，具有一定程度的性能損失，一般不建議采用。

圖3 WDM/OTN承載方案

WDM/OTN 傳輸距離長(zhǎng)，占用光纖資源少，OAM 強(qiáng)大，安全性高。采用獨(dú)立波道時(shí)為剛性管道，業(yè)務(wù)質(zhì)量有保障，采用PeOTN 線卡時(shí)可進(jìn)行帶寬、端口匯聚。但該方案建設(shè)成本偏高。

3.3 智能城域網(wǎng)

智能城域網(wǎng)為面向5G時(shí)代固移融合、云網(wǎng)一體的新型城域網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)階段可看作是IPRAN 網(wǎng)絡(luò)的替代演進(jìn)。IPRAN 網(wǎng)絡(luò)已于2022年停止投資，未來將逐步融合至智能城域網(wǎng)。短期內(nèi)IPRAN 與智能城域網(wǎng)仍為共存狀態(tài)，為保障固網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，需對(duì)現(xiàn)網(wǎng)部分承載OLT 業(yè)務(wù)的IPRAN 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化改造。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)趨勢(shì)以及IPRAN 設(shè)備能力情況，新增OLT 業(yè)務(wù)不宜再通過傳統(tǒng)IPRAN網(wǎng)絡(luò)承載。

智能城域網(wǎng)承載OLT 業(yè)務(wù)時(shí)，根據(jù)收斂方式不同，可細(xì)分為3類方案，如圖4所示。

a）MER 收斂至BNG。OLT 以QinQ 方式接入智能城域網(wǎng)MAR/MER，外層VLAN 標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)及OLT，OLT上聯(lián)MAR/MER 到BNG 互聯(lián)的MER 之間配置EVPN VPWS，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流量的承載。OLT 上聯(lián)MAR/MER 可使用單條10GE 鏈路或者2 條10GE 鏈路捆綁上聯(lián)，單臺(tái)MER 與BNG 同局向互聯(lián)鏈路至少為2 條，根據(jù)OLT 數(shù)量，上聯(lián)MAR/MER 的鏈路帶寬與MER 上聯(lián)BNG之間的鏈路帶寬收斂比為3倍及以上。采用該方案時(shí)，需專業(yè)合理規(guī)劃外層VLAN，避免VLAN 標(biāo)簽重疊。

b）MER 與BNG 之間加大二層交換機(jī)收斂至BNG。MER 通過大二層交換機(jī)接入BNG 設(shè)備，通過EVPN VPWS 二層通道將OLT 所有VLAN 透?jìng)髦链蠖咏粨Q機(jī)，由交換機(jī)完成帶寬的收斂，大二層交換機(jī)和BNG 設(shè)備根據(jù)流量帶寬按需配置鏈路。該方案可避免VLAN重耕，但增加了網(wǎng)絡(luò)層級(jí)。

c）MER至BNG之間不收斂。MER與BNG之間的端口和鏈路與接入OLT 一一對(duì)應(yīng)，通過EVPN VPWS二層通道將OLT 所有VLAN 透?jìng)髦罛NG 設(shè)備，OLT 上聯(lián)MAR/MER 的端口與MER 和BNG 間互聯(lián)的端口數(shù)一致。每新增1 臺(tái)OLT 需對(duì)應(yīng)新增MER 和BNG 之間的端口和鏈路。該方案無需調(diào)整VLAN，但會(huì)大幅增加智網(wǎng)及BRAS端口規(guī)模。

智能城域網(wǎng)覆蓋廣泛，OLT 接入智能城域網(wǎng)較方便，具備較強(qiáng)的端口和帶寬收斂能力，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)綜合承載，成本較低。但OLT 經(jīng)智能城域網(wǎng)至BNG 設(shè)備會(huì)增加跳數(shù)、額外占用設(shè)備端口，同時(shí)需結(jié)合業(yè)務(wù)綜合承載發(fā)展，合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)帶寬。

3.4 各承載方案比較

從業(yè)務(wù)需求的角度，各技術(shù)方案均能滿足OLT 上聯(lián)業(yè)務(wù)的基本需求，但各有優(yōu)劣。各技術(shù)方案比較如表2所示。

根據(jù)全國(guó)OLT 部署情況及千兆用戶上聯(lián)需求，設(shè)計(jì)典型計(jì)算模型，縣鄉(xiāng)環(huán)路節(jié)點(diǎn)按5個(gè)估算（不含縣城匯聚節(jié)點(diǎn)），每鄉(xiāng)鎮(zhèn)架構(gòu)節(jié)點(diǎn)約1 個(gè)，每節(jié)點(diǎn)承載OLT設(shè)備規(guī)模按2 端考慮，單OLT 設(shè)備上聯(lián)鏈路需求按2×10GE考慮，各方案建設(shè)成本如表3所示。

表3 各方案成本測(cè)算

由表3 可知，短距（環(huán)長(zhǎng)<30 km）且纖芯資源豐富時(shí)采用“SW 下沉收斂纖芯+利舊光纜”建設(shè)成本最優(yōu)，長(zhǎng)距時(shí)10GE智能城域網(wǎng)建設(shè)成本最優(yōu)。

采用傳統(tǒng)波分方案時(shí)，通過SW 下沉進(jìn)行端口收斂可顯著降低承載成本，但仍高于智能城域網(wǎng)的建設(shè)成本，為100GE 智能城域網(wǎng)的1.15 倍以上、10GE 智能城域網(wǎng)的2倍以上。

4 交換機(jī)部署策略

寬帶接入網(wǎng)逐步加快10G PON OLT 新增覆蓋及GPON OLT 的10GE 上聯(lián)改造，OLT 的上聯(lián)10GE 鏈路規(guī)模大且鏈路帶寬利用率普遍不高（現(xiàn)網(wǎng)約10%），對(duì)OLT 上聯(lián)鏈路進(jìn)行收斂后再接入BNG，一方面可減輕BNG 擴(kuò)容壓力，另一方面，下沉收斂也可大幅節(jié)省承載網(wǎng)資源。

SW 單端口造價(jià)低，通過SW 收斂后可有效降低網(wǎng)絡(luò)成本，根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試情況，合理部署大二層SW，不會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量或用戶體驗(yàn)。但由于SW 緩存能力有限，流量擁塞時(shí)易出現(xiàn)丟包，影響業(yè)務(wù)質(zhì)量，因此需根據(jù)業(yè)務(wù)流量合理控制收斂比。同時(shí)，SW 級(jí)聯(lián)會(huì)產(chǎn)生收斂效率低、增加故障點(diǎn)以及專業(yè)界面交叉等多種問題，故通過交換機(jī)收斂時(shí)，應(yīng)采用一級(jí)匯聚扁平化組網(wǎng)方式。

5 OLT上聯(lián)業(yè)務(wù)承載策略

OLT承載方案涉及交換機(jī)、IP城域網(wǎng)、WDM/OTN、承載網(wǎng)等多張網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，且專業(yè)界面存在交叉，因此，方案選擇及建設(shè)時(shí)應(yīng)保持專業(yè)間協(xié)同聯(lián)動(dòng)。

對(duì)于城區(qū)及近郊鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村區(qū)域，纖芯資源豐富、上聯(lián)距離短，OLT上聯(lián)應(yīng)采用光纖直驅(qū)方式，經(jīng)大二層SW 一級(jí)匯聚后接入BNG。對(duì)于遠(yuǎn)郊鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村區(qū)域，需結(jié)合本地縣鄉(xiāng)主干光纜纖芯、縣鄉(xiāng)波分、智能城域網(wǎng)覆蓋及環(huán)網(wǎng)容量、利用率等資源現(xiàn)狀，選擇承載方案。不同典型場(chǎng)景下OLT上聯(lián)承載策略建議如下。

a）場(chǎng)景1：縣鄉(xiāng)主干光纜纖芯資源充足且距離較短。OLT應(yīng)采用光纖直驅(qū)方式承載，按需將大二層SW下沉到鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)對(duì)OLT 上聯(lián)端口進(jìn)行收斂，減少纖芯資源占用，大二層SW 上聯(lián)的多條鏈路應(yīng)實(shí)現(xiàn)不同物理路由的光纜保護(hù)。選擇此方案時(shí)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)大二層SW至BNG的光纜傳輸距離應(yīng)小于80 km。

b）場(chǎng)景2：縣鄉(xiāng)波分已覆蓋且有冗余資源。OLT可利舊波分資源進(jìn)行承載，按需將大二層SW 下沉至鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)進(jìn)行端口收斂，減少波分端口占用，大二層SW 上聯(lián)鏈路可采用OLP 保護(hù)。若縣鄉(xiāng)波分已支持PeOTN，也可通過PeOTN 配置以太匯聚板卡對(duì)OLT上聯(lián)端口進(jìn)行收斂。

c）場(chǎng)景3：光纖、縣鄉(xiāng)波分等傳輸資源不足?？紤]TCO 最優(yōu)，OLT 可就近或新建接入智能城域網(wǎng)MAR 環(huán)網(wǎng)，通過智能城域網(wǎng)綜合承載實(shí)現(xiàn)OLT 上聯(lián)BNG。采用此方案時(shí)，智能城域網(wǎng)須配置成端口收斂模式，同時(shí)需寬帶專業(yè)統(tǒng)籌規(guī)劃OLT 外層VLAN，避免VLAN標(biāo)簽重疊，MER 進(jìn)行端口收斂后直連BNG，減少額外端口占用及業(yè)務(wù)跳數(shù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

OLT 作為寬帶業(yè)務(wù)的核心節(jié)點(diǎn)，其上聯(lián)鏈路承載質(zhì)量對(duì)業(yè)務(wù)感知具有直接影響。同時(shí)，作為接入層網(wǎng)絡(luò)，其鏈路規(guī)模達(dá)數(shù)十萬級(jí)，不同的承載模式對(duì)運(yùn)營(yíng)商建網(wǎng)成本影響巨大。通過詳細(xì)分析OLT 業(yè)務(wù)需求變化，針對(duì)現(xiàn)有承載技術(shù)多樣化的狀況，從技術(shù)體制維度梳理歸納了各技術(shù)方案，并從服務(wù)質(zhì)量、成本預(yù)算等角度進(jìn)行分析，提出了現(xiàn)有承載方案精準(zhǔn)優(yōu)化建議及上聯(lián)承載策略，規(guī)范了OLT 上聯(lián)承載模式，對(duì)提高承載網(wǎng)建設(shè)效率和投資效能具有重要意義。