PON系统承载多业务的技术探讨

1、PON系统承载多业务的技术探讨引言从 2007 年开始，国内各大固网运营商均宣布开始实施“光进铜退”发展策略，即缩短网络中的铜缆长度，将光纤进一步向用户延伸，通过建设 FTTx （光纤到某处） 逐步使用光缆替代传统铜缆接入网中的干线段、 馈线段、 分线段 和入户线段，把目前以铜缆为主要传输媒质的接入网演进为以光纤为主要传输媒 质的宽带光接入网，最终实现 FTTH（光纤到户）。图 l 为宽带接入网中的光缆 工程模型。FTTx（光纤到某处） 是对宽带光接入网各种形态的一种统称， 宽带光接入网 中光纤可以是惟一的传输媒质或者为主干传输媒质。 根据光纤所到达的物理位置 不同， FTTx存在多种应用类型

2、，一般可分为以下几种：（1）光纤到交接箱（ FibertotheCabinet ，FTTCab）；（2）光纤到楼宇分线盒（ FibertotheBuilding Curb ，FTTBC）；（3）光纤到公司办公室（ FibertotheOffice ，FTTO）；（4）光纤到家庭用户（ FibertotheHome ，FTTH）。在“光进铜退”策略的实施过程中， PON技术被认为是建设 FTTx的最主要 的宽带接入技术， 这使得以 EPON（EthernetPassiveOpticalNetwork ，以太网无 源光网络）和 GPO（N Gigabit-Capable Passive Optic

3、al Network，吉比特无源光网络）为代表的宽带 PON技术终于开始摆脱“雷声大、雨点小”的尴尬状态， 并在国内开始得以一定规模的网络部署。2 宽带多业务的需求“光进铜退”策略的提出和实施， 究其原因， 除了铜缆网络建设成本急剧上 升使运营商难以承受外， 最主要的原因是来自宽带多业务， 特别是以标清高清 视频业务为代表的高带宽业务对接入带宽需求的快速增长。 目前，我国宽带业务 仍以高速互联网接人为主， 但在核心网络的演进、 各种应用的不断开发、 家庭网 络的启动部署等因素的推动下， 宽带业务必将从单一的互联网接人向复合型的组 合业务演化。按照客户类型的不同，接入网的用户大致可分为商业客户和

4、家庭用户两大 类，二者对业务类型、带宽需求存在极大区别。对于商业客户，业务需求以 IP 专线或 TDM专线业务（如 El 专线）为主，业务类型比较单一，带宽需求一般相 对较高，如 IP 专线业务的典型带宽需求为 10M，甚至 100M。对于家庭用户，从 目 前的互联网应用发展趋势来看， IPTV（流媒体），视频通信， VoIP ， 高速上 网， lPVPN等是互联网发展中极具潜力的应用类型。在这些业务中，提供MPGE4编码方式的标清 IPlV ，业务需要 23M左右的带宽，提供一套 高清 IPTV 业务 将需要 5 6M以上的带宽，将来如果需要具备同时提供两套高清节目的能力则需 要 lob 1

5、2M的带宽。因此，家庭用户接入带宽需求增长的主要贡献将来自于视频 业务的发放。目前，业界达成的基本共识是：在 3 年内，网络应具有提供每个家 庭用户下 行 4 18M和上行 24M实际带宽的能力；在远期，应具备提供下行 1030M和上行 410M实际带宽的能力。3 PON系统承载宽带多业务的技术面对未来复合型组合业务的接入需求， PON技术以其天然具有的高带宽、全 业务接入能力成为发展 FTTx 的主流技术。（1）ONU设备形态PON系统中的用户端设备称为 ONU（Optical NetworkUnit ，光网络单元）， FTTx应用场景的复杂性，直接导致了 FTTx 网络中 ONU设备形态的

6、多样性。按照 业务接口类型和数量的不同， 0NU可分为 SFU， SBU，MDU和 MTU等类型。当采用 FTTBC方式建设光接入网时，每个 0NU 需接人多个独立用户，此 时的 ONU被称为 MDUMTU（Multi DwellingUnit Multi-TenantUnit ，多住户 单元多租户单元）。 MDUMTU可提供 8 1624 个 FE接口，或者提供 24 4896 个 DSL接口，入户线为 5 类线或双绞线。为了满足用户对语音业务的需 求， MDUMTU还可以提供 POTS接口，按 l ：1 比例同时提供宽带数据业务和窄 带语音业务。此外，为了满足商业客户对 TDM业务的需求，

7、有些 MDU MTU还可 以提供 248 个 El 接口。当采用 FTTHFTT0方式建设光接入网时，每个 ONU仅接入一个用户，此时 的 ONU被称为 SFUSBU （ SingleFamilyUnit SingleBusinessUnit ，单个家庭 用户单元单个商业用户单元）。 SFUSBU一般提供 l42 个 FE接 El ，还可以 提供 l 2 个 POTS接口来提供窄带语音业务。当为商业客户提供服务时， SBU还 可以提供少量 El 接口。（2）组播业务的提供按照 PON协议，虽然 OLT和 ONU之间的下行通道采用广播方式传递数据， 但 每条数据传输逻辑通道 （EPON中的 LL

8、ID，GPON中的 GEMPort）仅属于某一个 0NU， 当 0NU接收到标识为其他 ONU的数据时应丢弃该数据， 从而保证了用户数据的正 确转发和安全隔离。在单播传输方式 下， OLT会把下行广播报文复制 N份并分 发到多个数据传输逻辑通道传送到 ONU。但为了更高效地传输组播业务， 节省系 统带宽， PON系统提供了一种特有的数据传输方式，即 SCB （ SingleCopyBroadcast ，单拷贝广播）。SCB技术是在 OLT和 ONU之间建立一条特殊的允许所有 ONU从中合法接收数 据的数据传输逻辑通道。在转发组播业务时，即使多个 ONU点播了同一节 目， OLT仍然只发送一份组

9、播媒体流数据拷贝进入 SCB 逻辑通道，所有 ONU均接收同 一份数据，即 l 份业务带宽可为 N个用户提供服务，由此节省了大量的系统带宽。 对于高清视频等高带宽需求的业务来说， SCB技术带来的带宽节省效果愈加显 著。为了便于管理， PON系统要求在每个 PON口下仅有惟一的一个 SCB 数据传输 逻辑通道，所有组播媒体流数据均在同一个逻辑通道中传输， 如果需要区分隔离， 可通过使用不同的 VLANID来标识和区分。此外，需要注意的 是，SCB数据传输 逻辑通道是一条单向（仅下行）通道，仅用于传输下行组播媒体流，上行组播协 议报文仍然利用单播通道进行传输。运营商在推送 IPTV 组播业务时，

10、节目权限管理是必须的，无点播权限的用 户应该无法获取相应节目。目前，提供 IPTV 组播业务有两种可能的方式。一种方式是接入设备仅提供物理传输通道，并通过 IGMPProxy或 IGMP Snoopin9 协议实现组播组成员的管理，用户节目权限管理则由 STB （ Set TopBox机顶盒）和口 TV 业务平台来实现。另外一种方式是接人设备基于 IGMP控制报文携带的用户标识信息进行用户 鉴权，并通过 PON系统内的控制消息控制 ONU对组播数据报文的转发。 对于传 统 的 DSL设备，用户权限数据保存在 DSLAM上 ， DSLAM对 IGMP报文进行用户鉴权 后决定是否复制分发媒体流到各

11、用户独享的 DSL线路，无节目权限的用户即使点 播了该节目， DSLAM也不会向其 转发节目流，通过物理链路隔离的方式杜绝了 用户接收无权限节目的可能性， 由此实现组播业务的权限管理。 但 PON系统共享 传输媒质和利用 SCB技术传输组播 业务的技术特性，导致所有 ONU（包括点播 了无权限节目的 ONU，或者根本没有点播节目的 ONU）均能从 MAC层接收到组播 媒体流，这给组播节目权限控制 带来了新的问题。下面描述了 PON系统实现组 播业务权限管理的一种方式：OLT维持一个用户组播业务权限控制表， 集中管理用户的组播业务访问权 限；OLT基于 IGMP控制报文携带的用户标识信息进行用户

12、识别，并基于组播 权限控制表判断该端口（用户）是否具有所申请组播业务的访问权限及其参数；OLT通过系统内部的管理消息将端口（用户）对该组播频道的访问权限下 发到 ONU，并由 ONU执行对该端口（用户）组播业务流的转发或关断操作。对于 MDUMTU类型的 ONU，上面所描述的由 OLT 执行的组播权限管理功能 将下移至 ONU上实现。此时， PON系统自身的管理协议（如 OMC，l OAM消 息）已 经不能支持如此大量的 ONU配置管理信息， SNMP协议可能是更好的一种方式。（3）语音业务的提供PON系统通过在 ONU上内置 AG或 lAD 功能模块来提供窄带语音业务，支持 的协议可以是 S

13、IP， MGCP或 H.248 等协议。（4）TDM业务的提供TDM业务在商业客户中仍有着较高的市场吸引力， 这是由 TDM业务的高等级 服务质量决定的。 PON系 统一般采用 CESoP（ Circuit Emulation Service over Packet ，分组网电路仿真业务） 方式来提供 TDM业务的接人， 具体实现技术有两 种，分别是 IETF（Intemet EngineeringTaskForce ）的 PWE（3 PseudoWireEmula tion ，伪线仿真）方式和 MEF（MetroEthemetForum，城域以太论坛）的 MEF8方 式。 GPON系统还支持

14、一种特有的 Native 方式 来接入 TDM业务，该方式也称为 TDMoverGEM方式，是一种把 TDM数据直接封装到 GEM帧净荷中进行传输的方式。（5）多业务差异化服务能力PON网络可同时承载包括 TDM数据专线， VolP 语音， IPTV 视频和 Intemet 上网业务在内的多种业务，这些不同类型的业务对服务质量的要求存在极大差 异。毫无疑问，对于 TDM业务，要求承载网络能够绝对保证其低延时、无误码， PON系统通过预留固定带宽、短帧封装的技术来满足 TDM业务的这种要求。对于 IP 业务，目前 PON设备主要是通过保证数据传输逻辑通道的 QoS来间 接为不同业务类型提供差异化

15、服务功能。由于逻辑通道仅存在于0LT和 ONU之间，因此为了实现全网的 QoS，ONU会根据业务类型的不同通过 802.1P 技术为数 据帧添加不同的优先级标识，此时需要 ONU具有业务感知和区 分的能力，并具 有针对不同业务类型进行 QoS标记能力。PON对多业务的承载，目前主要有多逻辑通道和单逻辑通道两种解决方案， 逻辑通道在 EPON系统中是 LLID，在 GPON系统中是 GEMPort T-CONT。多逻辑通 道方案需要为每种业务分配不同的逻辑通道； 单逻辑通道方案是多种业务共享一 个逻辑通道。 在多逻辑通道方案中， 每类业务被标识上不同的 802.1P 标记后分 别通过不同的逻辑通

16、道进行传送。 PON系统为每个逻辑通道绑定一定的 QoS等级 标识，并通过 SP（ StrictPriority ，严格优先级）和 WR（RWeightedRotmd Robin， 加权轮询）等调度策略来保证 QoS。在单逻辑通道方案中，各种业务应用承载于 同一逻辑通道中，在 PON层上无法区分业务服务等级，只能通过 802.1P 技术在 Layer2 上提供差异化服务能力。4 多业务承载与 VLAN规划 VLAN规划是运营商组网应用时重点关注的问题之一，除了能够保证用户信 息的安全隔离， VLAN 在很多情况下还起着区分标识业务类型的作用。下面给出 FTTB应用中几种可能的 VLAN规划方式

17、。（1）场景 1：FFTB+MD单U 边缘多业务接入场景如图 2 所示，在 FTTB+MD单U 边缘多业务接入场景下的 VLAN处理原则为： 家庭网关基于业务类型划分 VLAN；ONU执行 VLAN转换功能，处理单播业务时基于用户划分 VLAN； 组播协议报文和媒体流分别划分到不同 PONOLT PONMDU图 2 FTTB+MDU单边缘多业务接入场景下的 VLAN规划VLAN中，所有用户使用相同的组播媒体流 VLAN； OOLT为上行单播业务添加 STAG。（2）场景 2：FTTB+MD多U 边缘多业务接入场景 a 如图 3所示，在 FTTB+MD多U边缘多业务接入场景 a下的 VLAN处理原则为： 家庭网关基于业务类型划分 VLAN；IONU执行 VLAN转换功能，并基于业务划分 VLAN； 组播协议报文和媒体流分别划分到不同 VLAN中所有用户使用相同的组 播媒体流 VLAN；图 3 FTTB+MDU多边缘多业务接入场景 a 下的 VLAN规划OLT透传 VLAN。（3）场景 3：FTTB+MD多U 边缘多业务接入场景 b如图 4所示，在 FTTB+MD多U边缘多业务接人场景 b下的 VLAN处理原则为： 家庭网关基于业务类型划分 VLAN；ONU执行 VLAN转换功能，对上网业务基于用户划分 VL