广电城域网规划

广电城域网规划建设 青岛培训中广协会技术工作委员会姚永2020 2 23 提纲 一 IP城域网总体架构二 规划三 建议 一 IP城域网总体架构 核心层 汇聚层 接入层 业务接入控制层 城域骨干网 宽带接入网 IP城域网 CPE OLT ONU 交换机 五类线 终端 互联网出口 国干网 CMTS 广电接入网 广电城域网 核心路由器 可级连 OLT 本地业务 本地业务 BRAS MANSR 汇聚交换机 PTN OTN 可级连 同轴 CPE 终端 大客户 WANSR 1 地位 承上启下 底层传送网 承载网与上层各种业务网的融合区 传统广播网与数据网的交叉融合地带 广电 传统广域网与局域网 传统骨干网与接入网的结合部基本特征是快速发展 不断变化 业务类型多样化和业务流向 流量不确定 高度竞争和开放的网络环境三网融合首先体现在城域网各种不同背景的技术在此碰撞交融 在融合过程中产生创新技术 城域网 光与IP融合的关键领域 唐雄燕 城域网是网络规划和建设中最富挑战性的领域 业务的多样性 多业务承载要求 QoS保证要求 需求的多变性 业务快速发展 需求不断变化 规模的扩展性 城市高速扩展 业务日趋宽带 网络需要不断调整和扩容 技术的竞争性 不同技术各有优劣 技术的融合性 传送与IP融合 融合中还存在理念的冲突 全业务承载 移动 3G HSPA 高速分组接入 LTE 固定 IPTV L3VPN 集团专线 2 广电城域网现状 省会 多数地级市和沿海经济发达地区县级市已建IP宽带城域网多数县级市没有IP宽带城域网 只有单向广播网多数城域网技术陈旧 负荷超载 对技术发展不了解多数是SDH 二层或三层交换 交换式城域网 建网思路不清晰 被动地跟随业务发展质量不高 维护不足 宽带IP接入网 广电城域网现状 业务接入控制点BRAS OLT EoC用户 LAN用户 CPE 五类线 终端 ONT 终端 CNU 终端 FTTH用户 SDH MSTP PTN OTN 新一代BRASACR ME60 ONU OLT CMTS 终端 集团客户 同轴分配 ONU CBAT 集团客户 同轴分配 ONU CBAT 同轴分配 双向化改造涉及范围主要在驻地 楼道交换机 CPE 终端 汇聚交换机 业务接入控制点SR CPE 4 3 业务网及出口 电信宽带IP城域骨干网 电信城域网分级 业务容量 特大型城域网 宽带用户数大于100万的城域网 大型城域网 宽带用户数在50 100万的城域网 中型城域网 宽带用户数在10 50万的城域网 小型城域网 宽带用户数在10万以下的城域网 第一个问题 电信城域网全业务承载 宽带接入和精品业务 大客户专线 IPTV等 并重 广电 第二个问题 广电城域网如何分级 第三个问题 如何看待ACR ME60容量 9 6万户 160个GE口 接口最大速率10G 320G背板地市级广电网是否可以把ACR当成BRAS SR CR 出口路由器 第四个问题 汇聚交换机与OTN PTN优劣 成本 性能 适用 SR路由器的定义和要求 中国电信总局对城域网中的SR路由器有如下定义 SR路由器主要作为针对大客户的专线接入网关 MPLSVPNPE设备以及组播业务网关 随着宽带互联 企业VPN NGN业务的迅速增长以及未来开展IPTV的需要 在城域网的接入层面 单纯依靠原有提供PPPoE接入 L2TPVPN的BRAS设备已经越来越不能满足城域网对开展多种业务的要求 因此需要新型的业务路由器 SR 这种新型的业务路由器具备以下明显的技术特征 1 具备高密度的高速接口 便于在节省光纤资源 提供更高链路带宽的前提下连接城域网核心路由器 CR 或者骨干网的PE设备 2 能提供大容量的L3VPN L2VPN VLL 和VPLS业务的能力 支持跨域的L3VPN L2VPN服务 3 具有强大 灵活的Qos能力 能实现层次化 用户 业务 流 Qos 对于延时敏感的业务 如Voice 能提供LLQ 低延迟队列 的Qos保证 4 提供高性能的组播复制 转发能力 为了便于今后IPtV和视频业务在城域网的部署 业务路由器也应该具备或者在未来能够提供MulticatVPN的能力 5 实现系统级的高可靠性 除了在硬件组件上具有高冗余 高可靠性 硬件关键组件应实现备份机制 如 风扇 电源 交换网板 时钟板 路由引擎等 还要在数据转发和协议的控制层面上实现NSF SSO 不间断转发 状态化切换 6 具有安全防御手段 能够抵御网络攻击 7 提供灵活 丰富 便于实施维护的网络管理平台 方便业务部署 网络维护和故障分析 新一代的BRAS主要解决的是大容量 用户数和流量 的问题 并不能显著优化城域网结构 新一代BRAS现网应用的案例还不是很多 需要经过严格测试 部分地区试点之后 才能规模引入 新一代BRAS的引入和布放要遵循以下原则 相对集中放置在端局 在宽带用户数或用户流量特别大的地区 可以考虑引入新一代的BRAS 替换原有设备 新建节点 如果业务需求明确 优先选择新一代的BRAS 在这些地区 可以开启层次化 用户 业务 流 的QoS 提供差异化的质量保证 对于宽带用户渗透率低 用户流量小的地区 不建议使用新一代BRAS 由于大容量BRAS可以兼做SR 在规划当中要和SR布放统筹考虑 在引入大容量BRAS的时候应充分考虑大容量BRAS潜在的单点故障 注意解决可靠性的问题 中国电信新一代BRAS引入的思路 3 广电宽带IP城域网发展 OLT EoC用户 LAN用户 CPE 五类线 终端 ONT 终端 CNU 终端 FTTH用户 ONU OLT M CMTS CPE 同轴分配 ONU CBAT 集团客户 同轴分配 ONU CBAT 同轴分配 楼道交换机 CPE 终端 省级核心 地市级汇接控制 广电宽带IP城域网演进 10GOLT EPoC用户 LAN用户 CPE 五类线 终端 ONT 终端 CNU 终端 FTTH用户 ONU 10GOLT CPE 同轴分配 ONU CMC 集团客户 同轴分配 OCU 同轴分配 垂直方向减少层次 融合 两端汇聚 扁平化 水平方向业务 管道 分离 技术简单 网络单一 降低成本 都是为了简化 优化 楼道交换机 CPE 终端 省级核心 地市级汇接 控制上移 骨干透明传输 ONU CBAT DOCSIS融合 第五个问题 如何不断优化城域网 10G 1G 技术融合与汇聚 技术进步 双向运动 老一代技术逐步下沉 延伸 技术层次逐步上移 并列技术相互渗透 融合高密度大容量低能耗扁平化 减少层次 融合汇聚 广域 城域 接入 家庭 技术进步 高密度 大容量和低能耗使得扁平化得以实现 扁平化促使广域网与城域网 城域网与接入网 接入网与家庭网融合 CMTS就是融合的 路由汇聚和接入两个层次 随着整合的深入 整个地市就是一个大城域网 县市级今后只剩下汇聚以下的接入 甚至一个省一个大城域网 地市级只有接入汇聚以下IP 以太网与电信网技术融合 PTN与IP MPLS 主流的PTN与IP MPLS是城域网的两大竞争技术 定位 承载业务和技术要求 一致现阶段也是互补技术 有不同特色 PTN 面向连接 二层技术 支持点到点业务模型 有完善的保护机制和OAM 静态组网 静态路由 需人工配置 无法自动调整PTN是中国主导的技术 PTN的协议MPLS TP是MPLS的一个简化分支和最新的发展方向 是MPLS与SDH MSTP的融合IP MPLS 面向无连接的IP 三层技术 支持点到多点业务模型 动态组网 动态路由 无需人工配置 网络可以自动调整 与上层统一 保护和OAM需进一步完善无论是IP MPLS或者是PTN 最终目标都是建立一个具有电信级OAM和保护 可以提供同步和3层调度能力的分组传送网络 随着标准的发展 完善 产业链的成熟 均可胜任未来融合业务的要求 从设备形态来讲 目前PTN设备和传统路由器设备趋同 PTN增加三层 IP MPLS增强OAM和保护机制 某些厂家的产品可以实现同样的硬件 在软件上区分MPLS设备或者是PTN设备 未来传送网的发展必定是趋于融合 MPLS TP协议成熟之后 专门承载高质量要求的传输业务 任何一种技术 都有其优点和劣势 技术本身没有对和错 技术先进不是技术选择的唯一标准 各项技术都在发展 不能拘泥于技术细节 关键要与应用场景 成本 成熟度 产业链支持 发展前景等因素综合起来考虑 电信城域网技术指标 在性能上 IP城域网应满足下表要求 广电城域网与电信有何不同 承载业务有差异电信目前的核心业务依然是语音 固话逐步下降 移动逐步上升 宽带接入比重越来越大 掌控大部分集团业务广电核心业务是视音频 语音基本没有 宽带接入只占极小份额 不到5 视频业务模式有差异 广电以广播为主 电信没有广播以交互为主 直播采用组播实现发展水平 规模和历程有差异 电信联通都是双平面 广电是单平面叠加广播网接入认证方式 要求不同 二 规划 1业务规划 决定对带宽 技术指标 QoS的要求1 1业务种类 做什么 1 1 1视频1 1 1 1视频广播 单向SDV MPEG 2编码6Mbps H 264或AVS编码1 5 2MbpsHDV MPEG 2编码20Mbps H 264或AVS编码8 12Mbps信道本身没有附加时延和抖动 不存在组播1 1 1 2交互视频点播 准单向下行SDV H 264或AVS编码1 5 2Mbps HDV H 264或AVS编码8 12Mbps互动 双向H 264或AVS编码8 12Mbps1 1 1 3视频监控 准单向上行64k 2M1 1 2互联网1 1 2 1宽带上网准单向下行 随着网页内容的丰富 文字 图片 Flash 视频 用户体验要求的提高 几十k 2M以上 1 1 2 2游戏 80k信令 新一代多人在线游戏和云游戏双向5M以上1 1 2 3网路视频直播 点播 由于采用P2P技术 目前多数可以看成双向对称 双向2M1 1 2 4即时通信视音频 邮件 双向64k 2M1 1 2 5上 下载 4M以上1 1 3通信1 1 3 1VoIP 双向100k1 1 3 2视频通信 视频电话 视频会议 远程医疗 远程教育 双向64k 2M1 1 4网管1 1 5用户管理 1 1 6专线业务 接入网没有规划 电子政务 高安全要求 物理隔离校园网 视频应用 高峰值流量银行 高安全 高可靠 高准确医保平安城市 1 1 7物联网 原来没有规划 1 2业务规模 做多大 总用户双向渗透率各种业务订户各种业务激活用户数各种业务最大并发量与平均并发量1 3业务发展时间 什么时间做 先考虑眼前的 再考虑三年之内的 2带宽规划 带宽需求需要根据业务需求 应用场景 组网模式 P2P P2MP 用流量工程进行测算 需要对大量统计数据进行分析 为了准确反映网络流量 了解各种业务所需带宽 需要对各种业务作出流量模型 简单推算 各种业务的带宽 L 属性可以有以下变量 T 平均业务时长 视音频业务 主要是视频业务 C 总用户数 覆盖用户数 c 订户数量 c C N N 订户比率 到达率 到达率与竞争优势 业务适应性 业务定价以及用户经济能力 受教育程度 年龄 性别 职业 行为习惯等因素相关 M 激活 在线 订户数量 M c m m 峰值激活 在线 订户比率 主要和订户数量以及时间相关 订户数量越大 峰值在线率越低 时间主要指时间段 比如特定节假日 特定事件 特殊内容发生时段等 还有工作时间 休息时间 n 并发率 主要和平均业务时长 内容更新速度相关l 单位业务流量 实际发生的单个业务流量 主要和业务性质 编码方式相关 一旦选定就是固定的 某项业务流量L L l T C c M n L l T C N m n 其中忙时使用率和在线率是最难掌握的两个变量 不同的业务有不同的模型 而且是随业务发展和时间变化的 需要不断统计分析 每种业务单位带宽l每种业务订户c每种业务激活订户数M每种业务平均并发率nm每种业务峰值并发率np每种业务平均带宽需求Lm l M nm每种业务最大带宽需求Lp l M np最大带宽满足度Q这种业务的带宽需求L Q Lp100 满足平均并发量根据不同业务 70 100 满足最大并发量上网 下载70 监控100 总带宽需求L总 L 注意 这是可用带宽需求 规划带宽要有充分余量 三 建议 业务规划 种类 规模 时间业务接入规划 出口 ISP ICP 广电不同于电信 IP地址和路由规划 特别注意IPV6 如何降低路由量 提高IP地址应用效率并保证安全可控 可靠 第六个问题 如何设置 规划业务接入控制点 第七个问题 以综合成本最低为原则 综合考虑光纤 传输资源条件和宽带用户数量 相对集中布放BRAS和SR SR节点的设置数量一般应少于BRAS 在BRAS功能和性能满足SR要求的前提下BRAS可兼作SR BRAS节点的设置可采用宽带渗透率作为依据 根据一定时期的业务发展需求 在特大 大型IP城域网实际宽带用户数超过2万的和中 小型IP城域网实际宽带用户数超过1万的前端或分前端可考虑单独放置BRAS 其它分前端可参照上述指标设置共享BRAS 随着技术进步还可进一步集中保护原有投资 调整 集中 下沉 降级 认证计费规划 至少支持PPPoE和IPoE DHCP 两种认证方式 统一或分业务认证 统一计费接入认证也要支持IPV6QoS策略轻载 电信最低等级要求 城域网链路应保证正常情况下每天5分钟链路平均带宽利用率达到65 的时间累计不超过2小时 统一策略 核心层 接入层一致 连续的QoS策略 接入层 二层 主要采取基于802 1Q 802 1ab 双层VLAN 内层用户 外层业务 的业务 用户分类标识和基于802 1P的CoS优先级 核心层 三层 主要采用IP包和MPLS包中的优先级 这样层级之间可以相互映射 接入控制可以实施分层的QoS流量监控 流量整形 拥塞管理 带宽限制高等级业务和客户独享带宽充分重视基础设施 管道 光缆 机房 电源 的建设 合理布局 适当预留基础管网 线缆是最重要的资产 也许是唯一不会贬值的 光缆要考虑长远 要管几十年 材质 路由选择 防灾都要考虑 一次投资增加20 寿命延长1倍 维护 改造周期延长很合算管理 逐步集中 分散采集 集中分析 存储 控制安全 容灾 防毒 防攻击 访问控制 记录 追踪选好设备 加强管理 制定管理规则 如何选择技术 第八个问题 技术选择往往不是选择最先进的技术 搞技术的人要特别注意不要沉迷于技术的先进性 永远找不到 最先进 只有越来越先进根据业务规划公共服务类 互联网接入 宜选择纯IP网集团用户 专线 VPN 政务网 行业网 企业网 金融数据 监控 音视频类宜选择PTN规模大宜按业务分别建网 成本低 运维简单规模小宜统一建网 成本低根据原有基础尽可能延续原有技术 继承 保护原有网络投资投资能力运维能力核心是如何优化城域网 合理选型 合理配置 实现最高性价比 好方案比降低设备成本更重要 不仅降低投资而且降低运维早期SDH教训 环节点和二期扩容城域1550环的案例先上PTN还是OTN 第九个问题交换式城域网扩容改造 如何层次清晰 架构简捷 最简单 最基础的问题OTN是否可以看成大容量 大颗粒 光层 电层一体化的SDH 继承发展 否定发展OTN和PTN的颗粒 容量 OTN和PTN的适用范围 环节点数量 基础需要进一步学习 问题 第一个问题 电信城域网以宽带接入为主 广电 第二个问题 广电城域网如何分级 第三个问题 如何看待ACR 地市级广电网是否可以把ACR当成BRAS SR CR 出口路由器 第四个问题 汇聚交换机与OTN PTN优劣 成本 性能 适用 第五个问题 如何不断优化城域网 第六个问题 如何选择技术 IP MPLS PTN 城域以太网 第七个问题 IP地址和路由规划 特别注意IPV6 如何降低路由量 提高IP地址应用效率并保证安全可控 可靠 第八个问题 如何设置规划业务接入控制点 第九个问题 先上PTN还是OTN EPoC技术简介 青岛培训中广协会技术工作委员会姚永2020 2 23 背景 EPoC源于中国的EPON EoC 是中国有线运营商在接入网建设 改造过程中创造的模式 目前已经成为双向化改造的主流方案之一 EPON EoC架构由于简单 价廉 不仅在中国得到普遍推广 还引起了国际同行的关注 各国MSO受竞争压力 都在探索新一代HFC技术 寻求更低成本的 IP化的 统一管理 统一运营的全业务解决方案 oC缺乏统一标准 不是端到端的解决方案 因此在中国实际应用当中碰到许多问题 EPoC发展了EPON EoC 一经提出就引起各国有线运营商广泛关注和赞同 不是因为EPONMAC多么优秀 也不是因为EPONMAC多么适应同轴环境 而是因为端到端 端到端的管理 控制 调度 端到端的QoS 还因为简单 通用 符合端到端的IP 以太网发展方向 这也是中国有线运营商支持EPoC的根本原因 同时 中国有线运营商把EPoC当作与FTTH竞争的一种重要手段 也许是唯一可能的手段 中国有线运营商在FTTH上没有多少机会 也没有竞争优势 因此对EPoC寄予极大的希望 EPoC 博通架构 EPoC是个完整的EPON架构 但在光分路之后的部分支路直接转换成了同轴介质 可以看成把一个ONU转换成了若干CNUEPoC的核心也叫CMC 同轴介质转换器 跟C DOCSIS不同的是 它只进行物理层转换 其中主要是线路编码转换和射频调制解调 EPoC采用下行1 0 1 1GHz及上行1 1 1 2GHz作为全双工频段 可选 10GEPOC频带需扩展 DOCSISMediationLayer DML OLT侧可以嵌入DML DOCSIS适配层 把基于DOCSIS建立的OSS BSS OAM体系移植到EPON 使EPoC适应各种HFC应用场景 DOCSIS体系和非DOCSIS体系 EPoC完整保留了EPON协议系统 但同样可以延续DOCSIS体系 其OLT可以嵌入DML DOCSIS MediationLayer DOCSIS适配层 可以把它理解为通过DOCSIS体系原有的OSS及OAM系统管理 支撑的EPON 通过嵌入DML实现ONU CMC CNU统一管理 使EPoC适应各种HFC应用场景 DOCSIS体系和非DOCSIS体系 这种技术既可以FTTH方式应用于分散的别墅区 又可在密集居住区以同轴电缆接入多住户 同时可以降低总体部署成本 减少了ODN部分投资 不需要一次性投入ODN建设1GEPoC支持256个CNU 10GEPoC支持1024个CNU 可以解决入户后的多终端接入需求 北京时间2011年11月11日 在美国亚特兰大举行的 2011IEEE局域网 城域网标准委员会全体会议 上 IEEE802 3工作组批准并成立了EPONPHYforCopper 现改为EPONProtocoloveraCoax EPoC PHYStudyGroup StudyGroup EPONMAC应用于同轴研究组 IEEE目标 多业务光纤同轴混合组网 架构 适应常见的HFC网络拓扑结构 EPoC协议栈 博通 几个问题 MPCP是否需要扩展 EPONMAC效率不高 也不是最适合同轴 EPoC得到支持是因为端到端的概念 因为简单CMC 有人提议叫ECB EPONCoaxBridge 或OCU Optical CoaxUnit 是个特殊的ONU 它本身不是一个终端 只起数据转发作用 因此OLT对它的管理肯定不同 这在EPON里是没有定义的CNU也不同于ONU 尽管我们希望完全相同 因为所有数据都要经过OCU转换 转发 每一次CNU接收或发送数据都要CMC协同 也就是说 CNU和OCU是同时工作的 OLT必须使二者协同工作 这更是EPON没有定义的 只控制光纤一段的时间分配是否满足同时控制两段的要求 特别是同轴域的延时一般大于光纤 同轴介质远不如光纤 必须考虑抗干扰 这就使得物理层比光要复杂得多 适配光物理层的帧结构无法适配同轴的PHY 需增加预测帧 训练序列等 光纤和同轴两段测距和功率控制显然不同于单纯的光纤段 如果两段速率等级不一致就会有更多问题 同轴速率很难恒定 需求光纤段速率大于同轴段 如何解决这些问题 实现端到端 OLT统一控制 调度 管理ONU和CNU 解决方案之一就是扩展EPONMPCP协议 在OCU变换一下帧格式 也许还要增加一些预测帧 同时对数据存储转发 但是保持OLT对CNU的控制 管理 调度 解决方案之二是扩展EPONMPCP协议 在OLT就开始修改MPCP 通过注册 发现可以区分ONU OCU CNU OLT对ONU执行原有的基本MPCP 对CNU执行扩展的MPCP 扩展的MMPCP是完全适合同轴的 因此到OCU转换时可以只进行PHY转换 关键问题是OLT扩展MPCP是否可行 如果可行 这是最简单 最容易做好的方案 最近的进展和争论 五项准则 广泛的市场 兼容性 独特性 技术适用性 经济适用性注册发现 MPCP DBA研究 体系架构 PHY转换等一系列研究取得进展桥还是中继 半桥 固定调制还是自适应调制 自适应 自协调 单载波还是多载波 多载波 要不要 可不可以支持TDD 肯定 一个PHY是否可以同时支持FDD和TDD TDD延时是否满足MEF服务 全双工的EPONMAC是否可以适应半双工TDD 按预定计划一步步向前 1 半透明架构 CoaxPHYadaptation CoaxPCS CoaxPMA CoaxPMD RF PCS PMA PMD EPONRSsub layer EthernetDataframe controlmessages EPOCPHY EPONPHY Fiber coax xGMII EPON协议没有同轴域的PHY 这是目前标准需要增加和研究的核心OCU可以采用半透明架构实现 在协议中引入新的层次实现Coax物理层分解和参数适配 实现EPONMAC与Coax物理层的解耦 简化过程 降低时延Coax物理层的信道协商估计 功率调制 测距等操作细节由OCU在Coax域解决 OLT无需介入CNU的多址接入仍由OLTMPCP控制 做到端到端的管理和QoS CNU注册由OLT控制还是OCU代理需要研究 注册是端到端的一部分 但代理可以缩短上线时间 协调层 CNU上层 EPON上层 OCU 可移至OLT 1 半透明架构 续 OCU 特殊ONU 相对于OLT是ONU 相对于CNU在物理层起CLT的作用CNU OCU的子ONUOCU CNU都由OLT控制 调度 管理OCU存储转发 并对同轴域物理层参数适配 包括时延 测距 OLT扩展OAM和MPCP 可识别ONU OCU CNU对ONU执行原有MPCP对CNU OCU执行扩展MPCPOLT分别控制 调度 管理ONU OCU CNU 1 半桥架构 续 OLT扩展OAM和MPCP 可识别ONU OCU CNU对ONU执行原有MPCP对CNU OCU执行扩展MPCPOLT分别控制 调度 管理ONU OCU CNU 2 TDD需求与可行性 中国多数地区没有DOCSIS 有DOCSIS则HFC已经改造为双向 可以利用原有双向放大 另外 1GHz以下不同应用技术FDD共存比较容易处理干扰 1GHz以上是最适合EPoC的频段 但频率没有规划 没有现成的双向放大 采用TDD简单 灵活已经采用EoC的地方FDD需要增加隔离带 这样的地区在中国占多数 静态配置上下行TDD 在采取静态分配 可配置 双向带宽 1 1或1 n 的前提下 TDD和FDD没有本质