端到端家庭宽带网络建设策略

毛蕊利，赵鹏飞，魏晟恺

(1 中国移动通信集团河南有限公司，郑州 450008；2 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

端到端家庭宽带网络建设策略

毛蕊利1，赵鹏飞2，魏晟恺2

(1 中国移动通信集团河南有限公司，郑州 450008；2 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

伴随国家政策环境的利好，互联网视频业务迎来宝贵的发展机遇期，大视频时代即将到来，也将带动通信行业新一轮的发展。为了能够更好的满足家庭客户带宽需求，加快家宽基础网络建设，提升网络承载能力，提高用户粘性，必须做好家宽网络的规划建设。本文通过对家庭宽带网络端到端的分析，明晰了用户终端、出口带宽、内容网络等关键环节的问题，并提出了相应的网络建设策略。

端到端；视频业务；建设策略

1 背景分析

在国家结构调整和经济转型升级的大背景下，“宽带中国”、“互联网+”、“三网融合”等一批国家级政策的推出，极大地促进了信息消费和通信行业的发展，网络视频业务也迎来了重要的发展机遇期。

图1为视频业务发展情况，固定4K、移动2K逐步成熟，8K崭露头角，VR成最大热点，国内运营商及乐视、腾讯等互联网公司纷纷开展互联网电视业务，争相推出4K内容（购买版权+自制剧）。未来10年，视频相关业务收入将突破1万亿美金，市场空间巨大，将成为运营商的三大业务之一。

中国联通：2016年计划发展IPTV用户1 500万，IPTV渗透率目标30%，未来3年达到52%。

图1 视频业务发展情况

中国电信：2016年计划发展IPTV用户2 500万，智能机顶盒集中采购数量突破1 100万。

中国移动：2016年计划发展魔百盒用户1 500万、智能网关用户500万，互联网机顶盒集中采购数量突破1 000万。

2 问题分析

2016年，中国移动推动自有品牌智能家庭网关的发展，以有线宽带和网络视频为抓手，有重点、有方向的打开家客市场突破口，形成移固融合能力，加快提升市场份额和行业发展话语权。

截至2016年12月，中国移动有线宽带总数已经达到了7 762.4万户，逼近8 000万户大关，宽带价值逐渐提升。但同时，在用户体验与网络能力方面与竞争对手差距明显。根据实测，网页打开时延、视频加载时间、视频缓冲次数、游戏登录时间、游戏卡帧次数等指标与竞争对手差距较大。通过分析，造成这种差距的主要原因有以下几个方面。

互联网资源本地化率较低，主要依赖第三方出口访问外网资源，而在互联互通出口带宽方面，移动远远落后于电信、联通，所以业务体验较差。

承载网络没有发生分组丢失情况，但在内容网络内部出现链路拥塞。可能的原因是内容网络设备负载较重或者本身性能较差，内容网络接入带宽受限。

OLT设备接收光功率异常，而光功率异常也会严重影响用户体验，可能的原因包括光模块异常、光纤连接器损坏、光缆质量问题。

用户终端使用异常，可能的原因包括用户自购设备质量较差、Wi-Fi信号覆盖较弱、视频和上网业务共享通道，容易相互影响，质量无法保证。

综上所述，对家庭有线宽带网络从用户终端、出口带宽、承载网络、内容源等方面，按照端、管、云的思路进行端到端的问题分析，针对各种问题，进一步明晰各个环节的建设策略是非常有必要的。

2.1 用户终端

由于在互联网视频领域发展较晚，目前中国移动在用户终端方面存在不小的差距，主要问题体现在如下几点：

出于成本考虑，目前SFU(Single Family Unit，单家庭单元)使用占比高，无法实现未来的业务控制和技术演进。SFU仅能实现基于端口的业务分类，只支持宽带上网和VoIP等简单业务，无法实现基于IP地址等更精细化的业务流分类，QoS保障能力有限。

管理运维体系尚不完善，无法发挥互通型HGU (Home Gateway Unit，家庭网关单元)型终端的业务和管理优势。目前部分省份已部署远程管理平台RMS (Remote Monitoring System，远程监控系统)，正在与其他系统对接，但没有上线时间表。如RMS管理平台无法迅速投入使用，则无法实现对HGU有效管理，无法实现业务控制和远程诊断。

视频和上网业务无隔离，共享同一通道，容易相互影响，质量无法保证。

2.2 OLT设备

从全国范围来看，OLT上联采用3种方式：PTN、OTN、裸纤，如表1所示。移动主要采用PTN承载，而电信、联通由于光纤资源较为丰富，主要采用裸纤方式上联。

表1 OLT上联方式对比

受到近期网络提速以及互联网视频大发展的影响下，以PTN承载为主的OLT上联方式的诸多问题逐渐凸显。

目前各地家宽业务需求旺盛，大量GPON网络建设需要城域网支撑大量OLT上联需求。但是，目前全国部分地区的波分节点覆盖率较低，尤其是农村地区，部分地市无县乡波分系统，大量农村OLT只能通过建设大量光缆或占用接入层PTN系统容量完成上联，造价较高且占用大量网络基础资源。

随着PTN网络中家宽业务流量的增长，网络带宽压力不断增大，受光缆、设备等资源限制，部分地区接入网承载的家宽业务无法完成及时迁移，造成当地接入网长时间维持在高利用率状态，给PTN网络流量指标带来不良影响，同时给网络安全带来巨大隐患。

2.3 BRAS设备

BRAS设备作为宽带网络接入的门户，是多业务融合的宽带网络网关设备，承载着业务融合功能，同时也是CMNet网络的入口。目前，BRAS设备部署方面还存在如下几个问题：

BRAS设备部署位置高（部署在核心机房），导致汇聚机房到核心机房的传输压力较大；其他运营商都已经实现了BRAS下沉到区县；

某些流量重点区域BRAS设备还是单机部署，存在单点故障风险，安全隐患较大；

目前公网IPv4地址资源已经耗尽，但IPv4应用仍是较长时期主流，所以随着家庭宽带业务的发展，NAT设备转换能力将严重不足。

2.4 CMNet省网

受到近期网络提速以及互联网视频大发展的影响下，家庭宽带市场不断发展，用户数量迅速增加，CMNet省网的各种问题逐渐凸显，主要表现在以下几个方面：

省网、城域网出口流量分布不均匀，局部链路拥塞；

部分地市出省流量较大，给省网核心节点带来很大压力；

全网网络设备在逐渐增加，流量越来越大，对网络安全要求越来越高，现网域名解析系统、流量清洗设备能力不足；

未来核心层带宽需求将会很大，10GE链路将很难满足需求。

2.5 内容网络

互联网的网络价值取决于用户、网络和内容三大因素，其中用户是根本，内容是核心，网络是基础，3个因素需协调发展，才能实现互联网规模和质量的整体提升。目前，中国移动在内容网络建设方面还存在不少问题，主要体现在以下几点：

CDN&Cache、IPTV还是传统烟囱式的独立系统，资源无法共享，缺少统一的管理和调度，系统维护不方便；

IDC互联网内容引入受制于现有机房和带宽的因素，没有可以销售的IDC出口带宽资源；

CDN&Cache节点部署在省会核心节点侧，终端用户需要通过远距离的传输才能访问，这样会给传输、承载网等带来巨大的压力，用户体验也不佳，延时较大；

地市机房基础设施及配套资源不足，CDN&Cache、IPTV下沉条件不具备；

受制因素包括机房空间不足、传输和电源等配套资源不足；

随着互联网流量增加，互联网流量分析系统DPI（Deep Packet Inspection， 深度分组检测）采集能力不足。

3 建设策略

3.1 用户终端

针对以上问题，应当迅速加快用户终端的换代速度，加强用户终端的设备管理，提升用户终端的各项网络能力。

全面部署HGU，控制应用SFU，为向智能网关演进打好基础，适应现阶段上网、视频、智慧家庭等业务发展需求， 在采购需求中大幅提高HGU占比；

加快建立以智能网关和RMS平台为核心的智能管道入口，具备对终端的自动化检测能力、提高故障处理响应效率；

新增视频用户：采用多口HGU，视频和上网通过不同VLAN业务隔离，对高优先级业务进行针对性保障；

对于存量用户：视频和上网业务使用同一端口，过渡期通过适当的带宽保障方式，保障自有视频业务体验。后续结合业务推广，逐步更换为多口HGU。

3.2 OLT设备

通过上文的分析，对于OLT上联方式的选择，应当根据不同场景采用不同的建设策略。上联场景如下：

PTN上联：适用OLT位于接入机房，及上联流量较小场景，未来结合业务流量升级接入机房和PTN容量；

OTN上联：适用PTN容量无法满足业务需求，且光纤资源不丰富，机房条件较好的场景；

光纤直连：适用机房条件差，OTN无法下沉，PTN容量不足，同时光纤资源丰富的场景；

针对OLT设备大量占用PTN资源的问题，应当加快基础设施建设，进一步推动OTN设备下沉工作的开展，加快家宽类业务由PTN网络向PON网络的迁移，确保PTN网络承载业务的安全。

3.3 BRAS设备

针对以上问题分析， BRAS设备的建设策略如下：

家庭宽带接入用户数达到2万及以上，原则上应将BRAS下沉到城域传送网骨干汇聚机房；初期采用单BRAS下沉的方式，用户增长到4万及以上，应逐步实现同机房成对设置BRAS方式；

流量重点区域BRAS设备双机部署；

采用集中部署与分布部署相结合的方式，在城域网核心路由器旁挂设置集中的NAT设备，或在BRAS上增加NAT板卡，NAT部署方式示意图如图2所示。

3.4 CMNet省网

根据以上对CMNet省网的问题分析，相应的建设策略如下：

当省网和城域网出省带宽分别达到1 000 Gbit/s和200 Gbit/s时，城域网增加直连骨干网链路以减少拥塞。

图2 NAT部署方式示意图

增加异网域名解析DNS功能：使上网用户请求尽可能多的命中网内资源，从而提升用户感知，并达到提升流量本网率和降低运营成本的效果。

满足政府部门对互联网出口部署异常流量清洗设备（DDoS）的网络安全检查要求：针对现网省网核心出口上的流量清洗设备进行端口和链路扩容，实现对整个互联网流量的攻击防护。

在骨干网、省核心节点部署100GE链路，100GE链路的规模部署不仅能够满足日益增加的带宽需求，还能够大幅度降低网络建设成本。

3.5 内容网络

根据以上对内容网络的问题分析，相应的建设策略如下：

现有Cache系统可与内容网络的边缘服务节点进行融合。现有厂家系统不再扩容，现有软件逐步替换为融合版本，硬件酌情利旧纳入融合的硬件平台。

推进融合建设，构建CDN网络省市两级架构，全面完善互联网内容承载基础，加快推进Cache/CDN和IPTV业务功能融合，全面提升用户互联网内容访问质量及效率。

对于机房及其相关配套设施，应根据业务需求及时作出规划，尽早考虑，做出长远计划，满足用户的高速发展需求；

推进Cache/CDN存储节点地市下沉建设，满足用户热点内容本地访问需求；

推进IPTV内容节点全覆盖，满足互联网电视用户本地视频播放能力。

4 总结

家庭宽带业务是中国移动长期发展的战略，视频是家庭信息化的重要载体，也是填充高速网络的主要内容，它将成为运营商2020年的基础业务。为了提高视频质量，缩小与竞争对手的差距，全面提升用户的交互体验和观看体验，就需要通过对家庭宽带网络进行端到端的问题分析，明晰各个部分存在的问题以及相应的建设策略，系统解决用户终端、网络接入速度、出口带宽、内容网络等关键环节的不足，提升网络承载能力，加快提升市场份额和行业发展话语权。

本文根据中国移动在宽带网络建设中存在的问题，从用户终端、OLT、BRAS、CMNet省网、CDN等几个方面进行了分析，并分别给出了相应网络建设策略建议。目前，在部分省份已经开始采用端到端的建设思路进行家庭宽带网络的建设，在造成用户感知差异巨大的时延方面已经有所改善。

[1] 施唯佳，蒋力，贾立鼎. OTT TV和IPTV的技术比较分析[J]. 电信科学， 2014，30(5)：15-19.

Construction strategy of the end-to-end home broadband network

MAO Rui-li1, ZHAO Peng-fei2, WEI Sheng-kai2
(1 China Mobile Group Henan Co., Ltd., Zhengzhou 450008, China; 2 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

With the benefit of the national policies, the video service has a great development period, which will drive the telecom industry to make a new round of improvement. In order to fulfill the bandwidth request better, accelerate the basic networking construction, and enhance the networking capability, the planning and construction of the home broadband network should be taken into sufficient consideration. Through the analysis of the E2E home broad network, this paper shows the key problems in the network construction, and some related strategies are presented to solve.

end to end; video service; construction strategy

TN915

A

1008-5599（2017）03-0039-05

2017-02-03