PON系統(tǒng)承載多業(yè)務(wù)的技術(shù)探討

1、PON系統(tǒng)承載多業(yè)務(wù)的技術(shù)探討引言從 2007 年開始，國內(nèi)各大固網(wǎng)運(yùn)營商均宣布開始實(shí)施“光進(jìn)銅退”發(fā)展策略，即縮短網(wǎng)絡(luò)中的銅纜長度，將光纖進(jìn)一步向用戶延伸，通過建設(shè) FTTx （光纖到某處） 逐步使用光纜替代傳統(tǒng)銅纜接入網(wǎng)中的干線段、 饋線段、 分線段 和入戶線段，把目前以銅纜為主要傳輸媒質(zhì)的接入網(wǎng)演進(jìn)為以光纖為主要傳輸媒 質(zhì)的寬帶光接入網(wǎng)，最終實(shí)現(xiàn) FTTH（光纖到戶）。圖 l 為寬帶接入網(wǎng)中的光纜 工程模型。FTTx（光纖到某處） 是對寬帶光接入網(wǎng)各種形態(tài)的一種統(tǒng)稱， 寬帶光接入網(wǎng) 中光纖可以是惟一的傳輸媒質(zhì)或者為主干傳輸媒質(zhì)。 根據(jù)光纖所到達(dá)的物理位置 不同， FTTx存在多種應(yīng)用類型

2、，一般可分為以下幾種：（1）光纖到交接箱（ FibertotheCabinet ，F(xiàn)TTCab）；（2）光纖到樓宇分線盒（ FibertotheBuilding Curb ，F(xiàn)TTBC）；（3）光纖到公司辦公室（ FibertotheOffice ，F(xiàn)TTO）；（4）光纖到家庭用戶（ FibertotheHome ，F(xiàn)TTH）。在“光進(jìn)銅退”策略的實(shí)施過程中， PON技術(shù)被認(rèn)為是建設(shè) FTTx的最主要 的寬帶接入技術(shù)， 這使得以 EPON（EthernetPassiveOpticalNetwork ，以太網(wǎng)無 源光網(wǎng)絡(luò)）和 GPO（N Gigabit-Capable Passive Optic

3、al Network，吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）為代表的寬帶 PON技術(shù)終于開始擺脫“雷聲大、雨點(diǎn)小”的尷尬狀態(tài)， 并在國內(nèi)開始得以一定規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)部署。2 寬帶多業(yè)務(wù)的需求“光進(jìn)銅退”策略的提出和實(shí)施， 究其原因， 除了銅纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本急劇上 升使運(yùn)營商難以承受外， 最主要的原因是來自寬帶多業(yè)務(wù)， 特別是以標(biāo)清高清 視頻業(yè)務(wù)為代表的高帶寬業(yè)務(wù)對接入帶寬需求的快速增長。 目前，我國寬帶業(yè)務(wù) 仍以高速互聯(lián)網(wǎng)接人為主， 但在核心網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)、 各種應(yīng)用的不斷開發(fā)、 家庭網(wǎng) 絡(luò)的啟動(dòng)部署等因素的推動(dòng)下， 寬帶業(yè)務(wù)必將從單一的互聯(lián)網(wǎng)接人向復(fù)合型的組 合業(yè)務(wù)演化。按照客戶類型的不同，接入網(wǎng)的用戶大致可分為商業(yè)客戶和

4、家庭用戶兩大 類，二者對業(yè)務(wù)類型、帶寬需求存在極大區(qū)別。對于商業(yè)客戶，業(yè)務(wù)需求以 IP 專線或 TDM專線業(yè)務(wù)（如 El 專線）為主，業(yè)務(wù)類型比較單一，帶寬需求一般相 對較高，如 IP 專線業(yè)務(wù)的典型帶寬需求為 10M，甚至 100M。對于家庭用戶，從 目 前的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展趨勢來看， IPTV（流媒體），視頻通信， VoIP ， 高速上 網(wǎng)， lPVPN等是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中極具潛力的應(yīng)用類型。在這些業(yè)務(wù)中，提供MPGE4編碼方式的標(biāo)清 IPlV ，業(yè)務(wù)需要 23M左右的帶寬，提供一套 高清 IPTV 業(yè)務(wù) 將需要 5 6M以上的帶寬，將來如果需要具備同時(shí)提供兩套高清節(jié)目的能力則需 要 lob 1

5、2M的帶寬。因此，家庭用戶接入帶寬需求增長的主要貢獻(xiàn)將來自于視頻 業(yè)務(wù)的發(fā)放。目前，業(yè)界達(dá)成的基本共識(shí)是：在 3 年內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有提供每個(gè)家 庭用戶下 行 4 18M和上行 24M實(shí)際帶寬的能力；在遠(yuǎn)期，應(yīng)具備提供下行 1030M和上行 410M實(shí)際帶寬的能力。3 PON系統(tǒng)承載寬帶多業(yè)務(wù)的技術(shù)面對未來復(fù)合型組合業(yè)務(wù)的接入需求， PON技術(shù)以其天然具有的高帶寬、全 業(yè)務(wù)接入能力成為發(fā)展 FTTx 的主流技術(shù)。（1）ONU設(shè)備形態(tài)PON系統(tǒng)中的用戶端設(shè)備稱為 ONU（Optical NetworkUnit ，光網(wǎng)絡(luò)單元）， FTTx應(yīng)用場景的復(fù)雜性，直接導(dǎo)致了 FTTx 網(wǎng)絡(luò)中 ONU設(shè)備形態(tài)的

6、多樣性。按照 業(yè)務(wù)接口類型和數(shù)量的不同， 0NU可分為 SFU， SBU，MDU和 MTU等類型。當(dāng)采用 FTTBC方式建設(shè)光接入網(wǎng)時(shí)，每個(gè) 0NU 需接人多個(gè)獨(dú)立用戶，此 時(shí)的 ONU被稱為 MDUMTU（Multi DwellingUnit Multi-TenantUnit ，多住戶 單元多租戶單元）。 MDUMTU可提供 8 1624 個(gè) FE接口，或者提供 24 4896 個(gè) DSL接口，入戶線為 5 類線或雙絞線。為了滿足用戶對語音業(yè)務(wù)的需 求， MDUMTU還可以提供 POTS接口，按 l ：1 比例同時(shí)提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和窄 帶語音業(yè)務(wù)。此外，為了滿足商業(yè)客戶對 TDM業(yè)務(wù)的需求，

7、有些 MDU MTU還可 以提供 248 個(gè) El 接口。當(dāng)采用 FTTHFTT0方式建設(shè)光接入網(wǎng)時(shí)，每個(gè) ONU僅接入一個(gè)用戶，此時(shí) 的 ONU被稱為 SFUSBU （ SingleFamilyUnit SingleBusinessUnit ，單個(gè)家庭 用戶單元單個(gè)商業(yè)用戶單元）。 SFUSBU一般提供 l42 個(gè) FE接 El ，還可以 提供 l 2 個(gè) POTS接口來提供窄帶語音業(yè)務(wù)。當(dāng)為商業(yè)客戶提供服務(wù)時(shí)， SBU還 可以提供少量 El 接口。（2）組播業(yè)務(wù)的提供按照 PON協(xié)議，雖然 OLT和 ONU之間的下行通道采用廣播方式傳遞數(shù)據(jù)， 但 每條數(shù)據(jù)傳輸邏輯通道 （EPON中的 LL

8、ID，GPON中的 GEMPort）僅屬于某一個(gè) 0NU， 當(dāng) 0NU接收到標(biāo)識(shí)為其他 ONU的數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)丟棄該數(shù)據(jù)， 從而保證了用戶數(shù)據(jù)的正 確轉(zhuǎn)發(fā)和安全隔離。在單播傳輸方式 下， OLT會(huì)把下行廣播報(bào)文復(fù)制 N份并分 發(fā)到多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸邏輯通道傳送到 ONU。但為了更高效地傳輸組播業(yè)務(wù)， 節(jié)省系 統(tǒng)帶寬， PON系統(tǒng)提供了一種特有的數(shù)據(jù)傳輸方式，即 SCB （ SingleCopyBroadcast ，單拷貝廣播）。SCB技術(shù)是在 OLT和 ONU之間建立一條特殊的允許所有 ONU從中合法接收數(shù) 據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸邏輯通道。在轉(zhuǎn)發(fā)組播業(yè)務(wù)時(shí)，即使多個(gè) ONU點(diǎn)播了同一節(jié) 目， OLT仍然只發(fā)送一份組

9、播媒體流數(shù)據(jù)拷貝進(jìn)入 SCB 邏輯通道，所有 ONU均接收同 一份數(shù)據(jù)，即 l 份業(yè)務(wù)帶寬可為 N個(gè)用戶提供服務(wù)，由此節(jié)省了大量的系統(tǒng)帶寬。 對于高清視頻等高帶寬需求的業(yè)務(wù)來說， SCB技術(shù)帶來的帶寬節(jié)省效果愈加顯 著。為了便于管理， PON系統(tǒng)要求在每個(gè) PON口下僅有惟一的一個(gè) SCB 數(shù)據(jù)傳輸 邏輯通道，所有組播媒體流數(shù)據(jù)均在同一個(gè)邏輯通道中傳輸， 如果需要區(qū)分隔離， 可通過使用不同的 VLANID來標(biāo)識(shí)和區(qū)分。此外，需要注意的 是，SCB數(shù)據(jù)傳輸 邏輯通道是一條單向（僅下行）通道，僅用于傳輸下行組播媒體流，上行組播協(xié) 議報(bào)文仍然利用單播通道進(jìn)行傳輸。運(yùn)營商在推送 IPTV 組播業(yè)務(wù)時(shí)，

10、節(jié)目權(quán)限管理是必須的，無點(diǎn)播權(quán)限的用 戶應(yīng)該無法獲取相應(yīng)節(jié)目。目前，提供 IPTV 組播業(yè)務(wù)有兩種可能的方式。一種方式是接入設(shè)備僅提供物理傳輸通道，并通過 IGMPProxy或 IGMP Snoopin9 協(xié)議實(shí)現(xiàn)組播組成員的管理，用戶節(jié)目權(quán)限管理則由 STB （ Set TopBox機(jī)頂盒）和口 TV 業(yè)務(wù)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。另外一種方式是接人設(shè)備基于 IGMP控制報(bào)文攜帶的用戶標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行用戶 鑒權(quán)，并通過 PON系統(tǒng)內(nèi)的控制消息控制 ONU對組播數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。 對于傳 統(tǒng) 的 DSL設(shè)備，用戶權(quán)限數(shù)據(jù)保存在 DSLAM上 ， DSLAM對 IGMP報(bào)文進(jìn)行用戶鑒權(quán) 后決定是否復(fù)制分發(fā)媒體流到各

11、用戶獨(dú)享的 DSL線路，無節(jié)目權(quán)限的用戶即使點(diǎn) 播了該節(jié)目， DSLAM也不會(huì)向其 轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)目流，通過物理鏈路隔離的方式杜絕了 用戶接收無權(quán)限節(jié)目的可能性， 由此實(shí)現(xiàn)組播業(yè)務(wù)的權(quán)限管理。 但 PON系統(tǒng)共享 傳輸媒質(zhì)和利用 SCB技術(shù)傳輸組播 業(yè)務(wù)的技術(shù)特性，導(dǎo)致所有 ONU（包括點(diǎn)播 了無權(quán)限節(jié)目的 ONU，或者根本沒有點(diǎn)播節(jié)目的 ONU）均能從 MAC層接收到組播 媒體流，這給組播節(jié)目權(quán)限控制 帶來了新的問題。下面描述了 PON系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)組 播業(yè)務(wù)權(quán)限管理的一種方式：OLT維持一個(gè)用戶組播業(yè)務(wù)權(quán)限控制表， 集中管理用戶的組播業(yè)務(wù)訪問權(quán) 限；OLT基于 IGMP控制報(bào)文攜帶的用戶標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行用戶

12、識(shí)別，并基于組播 權(quán)限控制表判斷該端口（用戶）是否具有所申請組播業(yè)務(wù)的訪問權(quán)限及其參數(shù)；OLT通過系統(tǒng)內(nèi)部的管理消息將端口（用戶）對該組播頻道的訪問權(quán)限下 發(fā)到 ONU，并由 ONU執(zhí)行對該端口（用戶）組播業(yè)務(wù)流的轉(zhuǎn)發(fā)或關(guān)斷操作。對于 MDUMTU類型的 ONU，上面所描述的由 OLT 執(zhí)行的組播權(quán)限管理功能 將下移至 ONU上實(shí)現(xiàn)。此時(shí)， PON系統(tǒng)自身的管理協(xié)議（如 OMC，l OAM消 息）已 經(jīng)不能支持如此大量的 ONU配置管理信息， SNMP協(xié)議可能是更好的一種方式。（3）語音業(yè)務(wù)的提供PON系統(tǒng)通過在 ONU上內(nèi)置 AG或 lAD 功能模塊來提供窄帶語音業(yè)務(wù)，支持 的協(xié)議可以是 S

13、IP， MGCP或 H.248 等協(xié)議。（4）TDM業(yè)務(wù)的提供TDM業(yè)務(wù)在商業(yè)客戶中仍有著較高的市場吸引力， 這是由 TDM業(yè)務(wù)的高等級 服務(wù)質(zhì)量決定的。 PON系 統(tǒng)一般采用 CESoP（ Circuit Emulation Service over Packet ，分組網(wǎng)電路仿真業(yè)務(wù)） 方式來提供 TDM業(yè)務(wù)的接人， 具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)有兩 種，分別是 IETF（Intemet EngineeringTaskForce ）的 PWE（3 PseudoWireEmula tion ，偽線仿真）方式和 MEF（MetroEthemetForum，城域以太論壇）的 MEF8方 式。 GPON系統(tǒng)還支持

14、一種特有的 Native 方式 來接入 TDM業(yè)務(wù)，該方式也稱為 TDMoverGEM方式，是一種把 TDM數(shù)據(jù)直接封裝到 GEM幀凈荷中進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。?）多業(yè)務(wù)差異化服務(wù)能力PON網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)承載包括 TDM數(shù)據(jù)專線， VolP 語音， IPTV 視頻和 Intemet 上網(wǎng)業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，這些不同類型的業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量的要求存在極大差 異。毫無疑問，對于 TDM業(yè)務(wù)，要求承載網(wǎng)絡(luò)能夠絕對保證其低延時(shí)、無誤碼， PON系統(tǒng)通過預(yù)留固定帶寬、短幀封裝的技術(shù)來滿足 TDM業(yè)務(wù)的這種要求。對于 IP 業(yè)務(wù)，目前 PON設(shè)備主要是通過保證數(shù)據(jù)傳輸邏輯通道的 QoS來間 接為不同業(yè)務(wù)類型提供差異化

15、服務(wù)功能。由于邏輯通道僅存在于0LT和 ONU之間，因此為了實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的 QoS，ONU會(huì)根據(jù)業(yè)務(wù)類型的不同通過 802.1P 技術(shù)為數(shù) 據(jù)幀添加不同的優(yōu)先級標(biāo)識(shí)，此時(shí)需要 ONU具有業(yè)務(wù)感知和區(qū) 分的能力，并具 有針對不同業(yè)務(wù)類型進(jìn)行 QoS標(biāo)記能力。PON對多業(yè)務(wù)的承載，目前主要有多邏輯通道和單邏輯通道兩種解決方案， 邏輯通道在 EPON系統(tǒng)中是 LLID，在 GPON系統(tǒng)中是 GEMPort T-CONT。多邏輯通 道方案需要為每種業(yè)務(wù)分配不同的邏輯通道； 單邏輯通道方案是多種業(yè)務(wù)共享一 個(gè)邏輯通道。 在多邏輯通道方案中， 每類業(yè)務(wù)被標(biāo)識(shí)上不同的 802.1P 標(biāo)記后分 別通過不同的邏輯通

16、道進(jìn)行傳送。 PON系統(tǒng)為每個(gè)邏輯通道綁定一定的 QoS等級 標(biāo)識(shí)，并通過 SP（ StrictPriority ，嚴(yán)格優(yōu)先級）和 WR（RWeightedRotmd Robin， 加權(quán)輪詢）等調(diào)度策略來保證 QoS。在單邏輯通道方案中，各種業(yè)務(wù)應(yīng)用承載于 同一邏輯通道中，在 PON層上無法區(qū)分業(yè)務(wù)服務(wù)等級，只能通過 802.1P 技術(shù)在 Layer2 上提供差異化服務(wù)能力。4 多業(yè)務(wù)承載與 VLAN規(guī)劃 VLAN規(guī)劃是運(yùn)營商組網(wǎng)應(yīng)用時(shí)重點(diǎn)關(guān)注的問題之一，除了能夠保證用戶信 息的安全隔離， VLAN 在很多情況下還起著區(qū)分標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)類型的作用。下面給出 FTTB應(yīng)用中幾種可能的 VLAN規(guī)劃方式

17、。（1）場景 1：FFTB+MD單U 邊緣多業(yè)務(wù)接入場景如圖 2 所示，在 FTTB+MD單U 邊緣多業(yè)務(wù)接入場景下的 VLAN處理原則為： 家庭網(wǎng)關(guān)基于業(yè)務(wù)類型劃分 VLAN；ONU執(zhí)行 VLAN轉(zhuǎn)換功能，處理單播業(yè)務(wù)時(shí)基于用戶劃分 VLAN； 組播協(xié)議報(bào)文和媒體流分別劃分到不同 PONOLT PONMDU圖 2 FTTB+MDU單邊緣多業(yè)務(wù)接入場景下的 VLAN規(guī)劃VLAN中，所有用戶使用相同的組播媒體流 VLAN； OOLT為上行單播業(yè)務(wù)添加 STAG。（2）場景 2：FTTB+MD多U 邊緣多業(yè)務(wù)接入場景 a 如圖 3所示，在 FTTB+MD多U邊緣多業(yè)務(wù)接入場景 a下的 VLAN處理原則為： 家庭網(wǎng)關(guān)基于業(yè)務(wù)類型劃分 VLAN；IONU執(zhí)行 VLAN轉(zhuǎn)換功能，并基于業(yè)務(wù)劃分 VLAN； 組播協(xié)議報(bào)文和媒體流分別劃分到不同 VLAN中所有用戶使用相同的組 播媒體流 VLAN；圖 3 FTTB+MDU多邊緣多業(yè)務(wù)接入場景 a 下的 VLAN規(guī)劃OLT透傳 VLAN。（3）場景 3：FTTB+MD多U 邊緣多業(yè)務(wù)接入場景 b如圖 4所示，在 FTTB+MD多U邊緣多業(yè)務(wù)接人場景 b下的 VLAN處理原則為： 家庭網(wǎng)關(guān)基于業(yè)務(wù)類型劃分 VLAN；ONU執(zhí)行 VLAN轉(zhuǎn)換功能，對上網(wǎng)業(yè)務(wù)基于用戶劃分 VL