DSLAM设备对IPTV支持能力的分析

1、DSLAM 设备对 IP-TV 业务支持能力的分析一、DSLAM 设备类型介绍目前，在现网应用的 DSLAM 设备主要有两种类型，即 ATM-DSLAM 和 IP-DSLAM 其中， ATM-DSLAM 是指传统的基于 ATM 核心架构，提供 ATM 网络侧（上联）接口的 DSLAM 设备； IP-DSLAM 是指网络侧（上联）提供 FE/GE 等以太网接口，具有以太网或 路由等二 /三层功能的 DSLAM 设备。 对于 IP-DSLAM 来说， 又存在两种架构，一种是采用 ATM 交换结构，在上联接口板中集中终结 ATM PVC ，集中实现 ATM 信元与以太网帧之间 的转换（即 SAR ）

2、,称之为 ATM 内核的 IP-DSLAM ；另一种是采用以太网交换结构，分别 在 DSL 线路板中终结 ATM PVC ，分布式实现 SAR 功能的 IP-DSLAM ，称之为以太网内核 的 IP-DSLAM 。二、IP-TV 业务介绍目前的 IP-TV 业务基本上可分为两种类型，一种是视频点播业务，简称为 VoD ；另一 种为类似于电视的直播业务，主要通过 IP 组播技术实现。对于 VoD 业务来说， DSLAM 设 备仅需要对视频流进行转发，其支持能力主要体现在带宽能力。对于直播业务来说，有两种业务模式：一种是 BRAS 实现组播复制的业务模式，另一 种是 DSLAM 设备实现组播复制的

3、业务模式。因此，下面将分别讨论 IP-TV 业务不同业务类型和模式对 DSLAM 设备支持能力的要 求及广东电信现网 DSLAM 设备的支持能力情况。三、DSLAM 设备对 VoD 业务的支持能力分析对于单个用户来说， 其 VoD 业务可以与现有的普通上网业务共用同一条 PVC 通道， 因 此， DSLAM 设备对 VoD 业务的支持能力主要体现在转发带宽方面。假设一个用户同时只 点播一个视频流，这样，对 DSLAM 设备来说，所需要的带宽如下：VoD带宽=单个节点的 VoD视频用户数X单个 VoD带宽X集线比 按照单个节点的平均用户规模为400 ，VoD 用户比例为 1：4，一条 VoD 视

4、频流需要2Mbps 的 ADSL 带宽，同时在线用户的集线比为1：3。这样单个节点所需要的VoD 带宽能力为67Mbps 左右。目前的DSLAM设备大多数是采用 ATM 155和FE上联接口的，VoD 业务带宽需要占用一半以上的 DSLAM 上联口带宽。另外，如果考虑其他用户的高速上网业务，100Mbps的FE接口 /ATM 155 接口的带宽能力就不能很好的支持VoD和高速上网业务了。因此，如果开展 VoD 方式的 IP-TV 业务，建议通过扩展 DSLAM 设备上联接口的方式 使 VoD 视频流和普通上网流承载在不同的上联接口上（同时需要DSLAM 和终端采用两条不同的PVC）。另外，Al

5、catel的ASAM7300 的总线带宽只有155Mbps ，即使通过扩展上 联接口方式也不能很好地同时支持 VoD 业务和普通上网业务。四、DSLAM 设备对 BRAS 组播复制方式的直播业务的支持能力分析对于 BRAS 组播复制方式的直播业务来说，复制点在 BAS 或者边缘路由器，业务的控 制点和 IGMP 报文的终结也在 BAS 或边缘路由器上。如果采用 ATM-DSLAM 的组网方式，每个用户需要两条 PVC 跨越整个 ATM 城域网， 一条 PVC 用于承载组播视频流和 IGMP 控制报文；另一条 PVC 用于承载上网业务。 BAS 终结用户的 IGMP 报文，处理用户加入 /离开频

6、道请求， 视频源将所有频道推送到 BAS， BAS 通过逐条 PVC 复制实现对每个视频用户的视频转发和复制。 DSLAM 设备采用单播方式来 转发组播流， 这样， ATM-DSLAM 设备的带宽能力要求与 VoD 业务是等同的， 而且 DSLAM 设备必须支持两倍于用户量的 PVC 资源。如果采用 IP-DSLAM （包括 ATM 内核和以太网内核）的组网方式，无论是 PPPoE 认 证方式还是 DHCP+WEB 认证方式，对于 DSLAM 设备来说，其带宽能力要求也是与 VoD 业务等同的。但是，对于 DHCP+WEB 认证方式来说， IP-DSLAM 设备还必须支持 IGMP Snoop

7、ing/IGMP Proxy 的组播功能，否则，在同一 VLAN 域内会产生组播流“泛洪”现 象。另外， DSLAM 至用户终端之间如果采用一条 PVC 同时承载 IP-TV 和普通上网业务， BRAS 和 DSLAM 设备下行方向区分 IP-TV 流和单播流比较困难，需要根据三层以上的 IP 地址或端口号来识别并作相应的优先级处理。因此，建议DSLAM设备两条PVC，一条PVC用于承载组播视频流和 IGMP 控制报文；另一条 PVC 用于承载上网业务， IP-DSLAM 至 BRAS 之间也需要通过不同的 VLAN 域来区分普通上网业务和组播视频流， IP-DSLAM 设 备必须具有针对同一

8、用户端口建立不同 PVC 与 VLAN 之间映射关系的功能。因此， DSLAM 设备对 BRAS 组播复制方式的直播业务的支持能力也主要是体现在转发 性能方面。另外，对于 BRAS 组播复制方式的直播业务，无法精确实现对用户组播和频道 权限的控制，无法防止非法用户。五、DSLAM 设备对 DSLAM 组播复制方式的 IP-TV 业务的支持能力分析1 、ATM-DSLAM组网方式对于ATM-DSLAM 的组网方式，每个用户需要3条PVC，其中2条需跨越整个 ATM城域网：（1）视频PVC :用于单向承载组播视频流（ BAS ADSL终端）；（2）普通上网 PVC :用于承载上网业务（BASADS

9、L终端）;（3）IGMP PVC :用于承载IGMP报文，该PVC只存在于DSLAM和ADSL CPE之 间。对于IGMP报文和视频PVC，在DSLAM设备内部应具有较高的优先等级，这可以通 过设置不同的 ATM业务类型来实现（如 UBR、CBR和rt-VBR等）。ATM交换机通过P2MP PVC将所有节目视频流全部静态推送到每个ATM-DSLAM 上，而DSLAM需要终结IGMP PVC，在内部通过逐条 PVC复制的方式实现对每个用户的视频 转发。对于现有的 ATM-DSLAM 来说，由于大部分厂家设备不支持PVC的终结，因此，需要设备进行相应的硬件升级。另外，根据ATM-DSLAM 设备具

10、体实现情况，其视频流的PVC复制方式也不同。目前的ATM-DSLAM 一般采用共享总线的时分交换结构，共享总线结构如下图所示，它由总线和总线仲裁模块构成，各个接口模块都挂在总线上，当一个接口模块有信元要交换时，由接口模块首先发出总线申请，由总线仲裁模块决定是否允许发送，如果允许，则接口模块把信元发送到总线上，总线上各个接口模块根据信元携带的路由信息判断是否接收该信 元，如果信元的目的地址为本模块，则从总线上把该信元拷贝下来，这样就完成了一个信元交换。接口 1 接口2接口N共享总线交换结构的特点是结构简单，容易实现点到多点通信。 但是，各厂家具体实现ATM的点到多点（P2MP ）复制方式有所不同

11、，主要体现在用户单板是否具有实现点到多 点（P2MP ）的组播复制能力。如果用户单板不具有点到多点的组播复制能力，则需要在主控板至用户端口之间实现逐条PVC复制。这种方式是 ATM-DSLAM 设备实现组播复制功能的最简单方法，在DSLAM设备内部只需要保存一份组播转发表。但是，对于不同端口用户接收相同视频流的情况，需要占用大量的总线带宽资源。具体如下图所示：DSLAM设备内部针对端口的逐PVC复制ATM-DSLAM如果用户单板具备点到多点的组播复制能力，则需要在主控板至用户端口之间实现两级PVC复制。这种方式实现比较复杂，首先要将组播信元复制到总线上，用户单板根据信元的路由信息接收，然后再在

12、用户单板内部完成对组播信元的逐PVC复制。这样，DSLAM设备内部就需要保存两份组播转发表， 一份是主控板到用户单板的组播转发表； 另一份是用 户单板至各个用户端口的组播转发表。从主控板至ADSL用户端口之间需要实现两次 ATM信元交换。对于不同端口用户接收相同视频流的情况， 只需要在总线上占用一份视频流带宽 资源。具体如下图所示:DSLAM设备内部完成两次PVC复制ATM-DSLAM从目前了解到 ATM-DSLAM 设备现状来看， Alcatel ASAM7300 ATM-DSLAM 是通过在机框中增加ISAM板卡在DSLAM设备内部来实现两级 PVC复制的，但是，其用户单 板的复制能力并没

13、有得到验证和测试。而中兴、华为和Nokia还不能在ATM-DSLAM 中实现视频组播功能。2、ATM 内核的IP-DSLAM 组网方式对于ATM内核的IP-DSLAM 的组网方式，每个用户的组播流与单播流既可以采用不 同的PVC，也可以采用相同的 PVC，而且，其PVC连接只需要建立在 DSLAM 至ADSL CPE 之间。所有节目视频流既可以静态推送到每个DSLAM 上（此时，DSLAM 需要终结IGMP报文），也可以动态送抵每个 DSLAM 设备（此时DSLAM 需要实现IGMP Proxy/Snooping 协议）。DSLAM设备内部组播流的复制方式也有两种：一种是针对用户端口的逐 PV

14、C复制;另一种是组播流在 DSLAM设备内部完成两次 PVC复制。与ATM-DSLAM 的组网模式一 样，也取决于DSLAM设备的用户单板是否具有组播复制能力。与ATM-DSLAM 组网模式不同的是，对 PVC资源的要求降低。但是，在这种情况下， 由于ATM信元与以太网之间的转换是通过集中SAR实现的，组播数据流也需要实现相应的 SAR 转换。因此，对 SAR 的性能要求相对较高。无论是通过单 PVC 还是通过多 PVC 来承载组播和普通上网业务流， DSLAM 设备都必 须具有对组播流具有高优先级的 QoS 保证策略。另外， 为了不影响其它业务， 并能够增加组播网络的安全性， 一般情况下需要

15、为组播业 务分配一个独立的 VLAN 域使组播数据流的传播范围得到控制。这就需要 DSLAM 设备必 须具备将组播 VLAN 域的业务流转发到位于不同的用户 VLAN 域中的用户端口，实现跨 VLAN 域的组播功能。从目前了解到的 ATM 内核的 IP-DSLAM 设备现状来看：华为 MA5100 和 Alcatel ASAM7300 FENT 在 DSLAM 设备内部实现了两级 PVC 复 制方式，但是，其用户单板的组播复制能力并没有得到验证和测试；而中兴 DSL8220 和 Nokia D500 实现的是一级 PVC 复制方式。在 QoS 处理策略方面， 如果是采用多 PVC 承载方案，

16、所有厂家设备均能够支持不同优 先级的 QoS 保证策略。如果是采用单 PVC 承载方案，中兴 DSL8220 也可以支持不同优先 级的 QoS 策略；华为 MA5100 是通过限制单播流大小的带宽预留的方法来实现 QoS 保证 的，这样就会导致不能共享 PVC 带宽，由于 ADSL 本身下行带宽偏低，会对普通上网业务 质量影响较大；而 Alcatel ASAM7300 FENT 和 Nokia D500 则不支持在单 PVC 情况下的 QoS 策略。在设备的整体 SAR 转发性能方面， MA5100 下行可达 500Mbps ；D500 为 498Mbps ； DSL8220 为 300Mbp

17、s ；7300 FENT 则只有 72.4Mbps （单个 FE 上联） /144.8Mbps （两 个 FE 上联）。3 、以太网内核的 IP-DSLAM 组网方式对于以太网内核的 IP-DSLAM 的组网方式，与 ATM 内核的 IP-DSLAM 的组网方式相 比较，两个最大的不同点在于：一是采用分布式SAR ，由各用户单板分别实现 ATM 信元至以太网之间的转换，大大降低了对 SAR 处理能力的要求；二是 DSLAM 设备内部对组播流 采用两级复制方式，并根据 IGMP 报文在上联主控板和用户单板中构建两级组播转发表。另外，在组播协议的支持方面，用户单板最好能够支持IGMP Proxy

18、，而上联板则可以支持 IGMP Snooping 或 IGMP Proxy 。从目前了解到的 ATM 内核的 IP-DSLAM 设备现状来看：大部分以太网内核的 IP-DSLAM 设备的用户单板下行转发性能在 100Mbps 左右，如 华为的 MA5300 、 UT 的 AN2000B-900 ，而上海贝尔 ISAM7302 为 670Mbps 左右，中 兴的 ZXDSL9210 为 190Mbps 左右（ 32 线用户板） 。另外，在 QoS 保证策略方面，以太网内核的 IP-DSLAM 设备均能够支持多 PVC 和单 PVC 不同情况下的组播 QoS 处理策略。六、DSLAM 组播复制方式

19、的 IP-TV 业务对 DSLAM 设备其他方面的要求1、频道切换时间IP-TV 业务要求承载网提供与普通 TV 业务一样的切换延迟，同时要求在很多用户并发 频道切换的情况下仍能具有较高的切换成功率。 用户的频道切换延迟是指从用户发出切换请 求后到收看到下一个频道节目的时间间隔。频道切换延迟由线路延迟、用户端设备（ STB 和 Modem ）处理延迟、 接入设备处理延迟， 以及汇聚设备处理延迟等各个环节的组成。用 户在切换频道时发送一个 IGMP Leave 报文离开前一个频道，再发送一个 IGMP Join 报文 加入下一个频道。对于 DSLAM 而言，切换延迟指从 DSLAM 接收到用户的

20、 IGMP Leave 报文到新的业务数据从用户端口发出的间隔。 在组播业务直接送抵 DSLAM 的情况下， 频道 切换延迟主要取决于 DSLAM 设备对 IGMP 报文的处理能力，在这方面，需要通过实际的 测试才能验证 DSLAM 设备的频道切换处理性能。2、基于端口的组播权限控制IP-DSLAM 作为组播业务最终的复制和分发点， IPTV 业务要求 DSLAM 应该具有用户 访问业务资源的控制能力。针对每个用户的每个频道的请求应具有允许（无限制访问） 、预览（受限制访问）和拒绝（禁止访问）三种权限控制。 “预览”代表用户频道访问中一种特 殊的权限， 允许用户在没有购买某些节目的情况下进行受

21、限制的观看。预览管理建立和维护每个用户对各个预览节目的预览状态， 预览管理主要控制依据是管理者指定的每个频道的最 大预览时间、最大预览次数，以及两次预览间的时间间隔。对于 DSLAM 上的用户组播权限配置，目前一般是通过 DSLAM 网管进行集中管理的。 但是，如果要做到电信级的业务运营， 网管系统必须提供北向逻辑接口有效的融合到运营商 的 IP-TV 业务管理平台中。七、小结从前面的简要分析中，可以看出，对于 VoD 方式或 BRAS 组播方式的 IP-TV 业务，其 对 DSLAM 设备的转发带宽能力要求很高，建议通过扩展 DSLAM 设备上联接口的方式使VoD 视频流和普通上网流承载在不同的上联接口上（同时需要 DSLAM 和终端采用两条不 同的 PVC ）。另外，个别厂家的总线带宽能力有限，即使通过扩展上联接口方式也不能很好 地同时支持 VoD/BRAS 组播方式的 IP-TV 业务和普通上网业务。 对于 DSLAM 组播方式的 IP-TV 业务， 不同类型的 DSLAM 有不同的要求， 对于 ATM-DSLA