GPON高效承载IP数据业务方法的探讨

2013-02-28邱俊悦

电信科学 2013年2期

张俊，邱俊悦

（中国电信股份有限公司广州分公司广州 510055）

1 引言

GPON系统通常由OLT、用户侧ONU和ODN组成，采用点到多点的网络结构。GPON作为PON技术的一种，相较于传统铜线技术，具有更高带宽、更远传输距离和更灵活的组网方式；相较于同是无源光网的EPON技术，提供了更高带宽，能提供更完善的QoS全业务保障，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。GPON协议规定了完整的OAM功能，为运营商统一网管的二次开发提供便利。GPON承载业务示意如图1所示。

在实现“光进铜退”网络发展战略时，GPON技术标准扮演了重要角色。在中国电信股份有限公司广州分公司（以下简称广州电信）新建资源中，GPON占到新增光网络资源的95%以上。各种IP数据业务都已经或正在改用GPON。光纤到客户端的典型场景有FTTO和FTTH两种。

FTTO场景，即光纤到办公室，面向公司、企业或政府部门的业务，涵盖IP城域网互联网专线、拨号光纤、ITV、VoIP和MPLS/VPLS VPN；FTTH场景，即光纤到户，面向普通家庭业务，涵盖普通互联网专线、拨号光纤、ITV和VoIP。FTTO（H）场景将占到新增网络的绝大部分。

下面从逻辑资源管理、业务质量保证、业务拓展等几个角度探讨如何更好地运营FTTO（H）场景中的GPON，以适应IP数据业务和其他一些转型业务的发展。

2 GPON逻辑资源规划和参数池管理

2.1 逻辑参数VLAN的规划

为有效利用网络资源，实现网络数据的统一规划、统一部署，精确识别业务和用户，在GPON提供的综合业务接入环境下必须做好VLAN资源的规划和管理。

IP数据业务从接入终端至业务汇聚点BRAS/SR以下，通过基于VLAN的二层网络进行业务承载。IP业务VLAN规划应能达到精确识别业务/用户以及安全隔离的要求，因此综合接入业务采用PUPSPV方式，网络层面采用PSPV。

图1 GPON承载业务示意

综合业务层面PUPSPV：网络为每用户的每类业务分配一个VLAN，每个用户的拨号上网、组网专线等业务均采用独立的VLAN进行承载。实现每个用户的每种业务的精确隔离。这种模式下用户所需要的VLAN ID数量也是最多的。

网络管理、自营业务和封闭业务都采用PSPV：PSPV模型下，网络为每一类业务规划特定的VLAN，仅按业务类型区分，不能精确到客户的程度。GPON中网管、IPTV和ITMS等业务都如此规划使用PSPV，可以节省大量VLAN资源。

在GPON中针对7类业务分别规定相关的VLAN使用范围。单个OLT下客户数可能超过4 096个，并且为了和现有的FTTB和DSLAM接入场景衔接，在GPON中采用双层VLAN——QinQ方式承载IP数据业务。CVLAN，即内层VLAN，用于区分不同客户和不同业务。表1为CVLAN分配示例。

FTTO场景的CVLAN使用基于PON口，FTTH基于若干（1～6）个PON口组成的PON口组。每PON口（组）都独立划分VLAN空间，不同PON口（组）之间互不影响，使用CVLAN可以相同。CVLAN分配以PON口（组）为单位，按同类业务逐个顺序分配使用。

SVLAN，即外层VLAN作为接入设备标识进行规划，在多边缘网络架构下，一台接入设备对应多个外层VLAN标签，分别终结于BRAS和SR等设备。SVLAN主要有两个作用：其一用于区分不同的汇聚端口（PON口组），其二用于区分不同的上行设备类型。表2为SVLAN分配示例。

GPON中VLAN管理和分配的方式考虑了近期的业务拓展和扩充，也保留了远期做较大调整的余地。

表1 CVLAN分配示例

表2 SVLAN分配示例

2.2 逻辑资源的参数池化管理

GPON要满足多业务接入，ONU上可能同时存在6～7种不同的业务，每种业务使用的逻辑参数——主要是SVLAN、CVLAN和OLT上联设备信息——都是独立规划、分开使用的。逻辑参数存在分配规则复杂、逻辑资源管理难度较大等问题。为了有效管理这些逻辑资源，需在资源管理系统增加管理多组参数的参数池功能，并能根据业务类型正确分配逻辑资源，区别于以往DSLAM接入方式只需要管理一组逻辑参数的简单功能。

SVLAN、CVLAN取值范围与适用网络、下发策略等标识的对应关系举例，如图2所示。

“下发策略”有ONU、ONU端口两方式：“ONU”策略表示一个ONU对应一个CVLAN，“ONU端口”策略表示一个ONU端口对应一个CVLAN，即前者适用现网的FTTH规划，后者适用于FTTO规划。

在FTTO（H）拨号业务中，资源管理系统在业务开通阶段根据PON口（组）确定的SVLAN，分配其对应最小值的可用CVLAN，在业务竣工后负责管理（BRASIP，BRAS槽位，BRAS端口，SVLAN，CVLAN）五元组信息。

在组网和互联网专线业务中，资源管理系统在业务开通阶段根据PON口（组）确定的SVLAN，分配其对应最小值的可用CVLAN，在业务竣工后负责管理（SRIP，SVLAN，CVLAN）三元组信息。

图2 SVLAN、CVLAN取值范围与适用网络、下发策略等标识的对应关系

在ITV和VoIP业务中，资源管理系统只需确定PON口对应的SVLAN信息，CVLAN为固定值，在业务竣工后负责管理（BRASIP，BRAS槽位，BRAS端口，SVLAN，CVLAN）五元组信息。

在参数池系统规划阶段，需预留对参数组修改和增补的空间，以应对现有业务的变化和新业务的出现。

3 GPON综合接入网络中提供有质量保证（QoS）的服务

GPON承载的综合业务中，约90%都是经由其上联的IP城域网和IP城域网二平面进入Internet或者中国电信自营网络，这些流量除了常规的互联网访问流量，还有政企客户VPN组网、VoIP、ITV视频等高质量要求流量。GPON需延伸IP城域网的QoS机制，实现重要流量的业务保障。

3.1 QoS业务等级规划

GPON部署的前提条件是上层骨干网络已全面部署QoS，目前广州的城域网已完成相关部署。GPON的QoS策略与IP城域网/IP城域网二平面骨干网统筹考虑，标记与之保持一致，只按照IP PRE/EXP/802.1P进行划分。在接入网设备划分不同的VLAN，实现业务的区分、标记。表3为QoS业务等级。

3.2 GPON的QoS部署要点

GPON选择DiffServ体系架构，和整个IP城域网骨干网组为一个独立的DiffServ域实现网内的QoS保障。有如下部署要点：其一，在网络边界设备ONU上进行分类和标识，原则上根据端口（物理端口或逻辑端口）或标记字段实现业务分类和标记。OLT设备需要将内层VLAN的CoS标记映射成外层VLAN的CoS。OLT根据DBA机制，实现对每个GEM的上行带宽分配和上行业务流限速功能，OLT针对用户VLAN、GEM端口或不同分类流的速率控制功能，使用L2 Traffic Shaping或Policing机制。其二，对于AG和PON接入的软交换话音业务，在ONU的入端口上进行标记DSCP 56。对于高质量政企大客户，在ONU的入端口上进行标记DSCP 24。其三，GPON对IPTV和普通上网上行流量不做区分，直接转发（因IPTV业务只需对下行流量进行分类和标记）。最后，对骨干网络传来的数据分组（下行流量），OLT可以根据数据分组携带的IEEE 802.1P的值做基于优先级的队列调度功能。

GPON的QoS队列调度机制可采用带优先级队列的加权轮询方式，提供1个绝对优先级队列和1～3个加权轮询队列，配合WRED丢弃机制，实现基于QoS等级的IP分组转发，由于PQ队列绝对优先，为防止PQ队列中的流量完全占据整条链路带宽，导致其他高等级业务拥塞，所以需要对PQ带宽进行限制，暂时分配固定带宽，话音分配10%～15%，网络控制流量分配为5%～10%等。

表3 QoS业务等级

4 结合新的IP骨干网，实现GPON业务拓展

2012年IP城域网二平面已经建成，通过新建的二平面骨干网，GPON可以承载VoIP、VPN组网业务，可以提升业务的服务水平和资源利用率等。

4.1 充分利用接入段和骨干网的各种备份机制，提供高可靠性VoIP业务

广州电信IP城域网目前开展的NGN业务主要分为公众IAD、大客户IAD和AG业务，IAD和AG在城域网上分别通过IAD VPN和AG VPN承载，2个VPN相互隔离。

语音设备至SW层，AG设备光纤接入，静态配置AG VPN地址，公众入户IAD语音VPN接入静态配置IP地址；AG和OLT（IAD上行）采用双链路接入，一个端口up，另一个端口down的方式接入。

从SR安全性考虑，SW之间采用链路捆绑技术作为AG/IAD接入网关，使用单层VLAN，开启VRRP，做设备故障情况下的冗余。SW根据可信和非可信接入分成2个VPN实例，并分别绑定不同的逻辑接口（多实例CE、MCE）。SW之间开启OSPF路由协议，当一侧SW上行链路全部断开时，VRRP网关不切换时可以做到路由冗余。SW在VPN实例的逻辑接口下配置静态默认路由；PE配置静态业务网段，并按一定优先级重分发到MP-BGP中；同时开启静态路由+BFD方式检测SR-SW之间链路。

高可靠性VoIP业务组网架构如图3所示。

VoIP话音数据分组经过的OLT、SW、SR和ASBR，这些设备上采用了PON口保护组、GE口保护组、VRRP、浮动静态路由、BFD检测、BGP备份路由6种提高冗余备份和检测的技术方法，加之前文所述的QoS特性，可以让VoIP业务在GPON上获得极高的可靠性，使客户获得良好的业务体验，这套方法也可使用到政企大客户的IP数据业务上。

4.2 GPON全面替代传统的IP数据业务接入方式

FTTO场景下的GPON已有链路连接到IP城域网业务路由器（SR）、宽带接入服务器（BRAS）、二平面业务路由器（二平面SR）。因此可以很容易地将IP城域网互联网专线、MPLS-VPN组网专线、VPLS-VPN组网专线、ITV业务迁移到GPON上。但是对普通互联网专线和直接CN2接入MPLS-VPN两种业务的迁移难度较大。

4.2.1 普通互联网专线业务

普通互联网专线配置在专线BRAS上的，而IP城域网互联网专线配置在SR上。两者使用的IP地址不相同，迁移过程中必须在BRAS和SR上抑制和发布大量路由策略，迁移完成后，存在迁移前后互访问题，可以通过更改路由实现。迁移后路由条目激增，路由结构杂乱，为避免路由问题的累积，需通过调整OLT上联结构实现。

4.2.2 直接CN2接入MPLS-VPN业务

长途MPLS-VPN业务最常见的接入方式有两种。第一种方式是通过IP城域网接入，客户端路由器作为CE，IP城域网业务路由器作为PE，而IP城域网与CN2网络之间通过Option A的跨域方式互联，将客户路由信息传递到CN2网络中;第二种方式是客户端设备CE通过光纤直接接入CN2网络在地市的接入交换机，客户端路由器仍作为CE，而PE则是CN2的业务路由器。

图3 高可靠性VoIP业务组网架构

图4 VPLS VPN连接GPON和CN2网络

这两种方式改造成以GPON接入，可以充分利用现有光覆盖资源，节省大量的光缆资源。第一种方式改为用GPON承载，只需要简单地改变接入方式，骨干网络侧基本保持原有特性和配置;第二种方式如改用GPON承载，则需要将整个IP城域网作为二层通道使用，实现机制较复杂。

VPLS VPN连接GPON和CN2网络示意如图4所示。

直接将CN2接入MPLS-VPN业务进行改造，需在两台路由器SR和ASBR之间建立VPLS VPN通道，SR和ASBR作为PE启动VPLS功能。客户端通过GPON接入，使用双层QinQ VLAN，上联到SR设备上，ASBR上联到CN2，使用单层VLAN。客户端的网关做在CN2路由器上。SR到ASBR采用LDP作为VPLS信令建立PW，配置VPLS，实现客户端与CN2的二层互通。现有的GPON OLT到IP城域网二平面都是双链路到两台SR，可以将两台SR分别开通VPLS VPN通道，并启用冗余备份机制以提高业务可用性。

5 GPON承载IP数据业务下一步需关注的问题

多业务接入环境决定GPON对逻辑参数的管理要求很高，需要在资源管理系统上进一步完善地址池管理功能，并将IP地址管理功能融入其中。目前ONU和OLT供应厂商数量多，运营商层面应做好现有OLT，ONU甚至骨干网设备统一管理的应用，进一步统一并简化配置规范。需将ONU/PON端口监测等纳入日常管理范畴，并建立GPON客户应用感知系统，做到网络隐患早发现早处理，提高网络可用性。