接入网新一轮演进的变革研究

蒋大鹏 刘飞浪 晏 涛

湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430023

1 接入网技术发展背景

光纤宽带接入历经10年高速发展，从传统的家庭宽带接入，逐步扩展到其他领域，并以大视频、5G承载、SDN&NFV演进为核心驱动力，进入了一个新的发展阶段。以4K/8K高清视频为特征的视频业务，驱动家庭宽带业务从传统的100 M时代进入1 G时代，10GPON成为当前建设重点。未来VR/AR业务对于需求超过1G带宽，同时随着公有云的普及，业务接入带宽对于10G的需求已经出现。25G/50G/100GPON在未来十年也会逐步成熟，新一代OLT产品不仅仅要满足10GPON建设需要，还要支持平滑演进到100GPON。

另外，运营商网络越来越扁平化，业务的融合必然推进设备的融合，实现集约化管理的需求。而SDN &NFV技术的成熟也驱动网络架构进行深刻变革，5G网络已经完全SDN & NFV化，包括光接入在内的有线网络也将顺应这个趋势。新一代OLT将是一个云化的OLT，具备完善的网络切片功能，另外部分业务将 NFV化，并和业务编排实现联动。同时原有OLT上的部分控制面也会上移，通过SDN控制器实现对OLT业务的管理和部署，实现新业务的快速部署和运维自动化。

2 接入网新一轮演进的重点

目前，基于 DC为中心的网络重构以及 SDN & NFV技术的成熟，为了实现业务的快速发展，光接入网络SDN化演进是必然趋势。接入网新老设备型号多，而且覆盖范围广，直接进行SDN & NFV改造难度较大。接入网的SDN & NFV改造重点主要针对新业务新网络，当前国内10GPON建设便是很好的时机[1]。

运营商目前拥有多种不同类型的用户群体，既有高价值企业专线用户，也有家庭、校园等普通用户。为解决用户规模不断扩张导致的机房空间不足、功耗上升等问题，接入网规划设计时可以通过网络切片共用OLT硬件，各切片之间不产生干扰，有效确保业务的可靠性与网络安全，同时显著降低机房空间占用和能耗，物理资源可按用户需求进行灵活配置和独立管理。

3 OLT切片技术的探讨

3.1 原有OLT技术要点

传统的 OLT架构，基于商用二、三层交换芯片采用集中式架构，存在交换容量难以提升、功耗偏大、包缓存不够、视频体验差、三层功能受限等不足[2]，仅仅可以满足传统上网业务的带宽有限提升，不能适应新一轮光接入建设对于带宽和网络演进的要求。

3.2 新一代OLT技术要点

新一代 OLT综合考虑了未来大带宽、低时延、业务精细化管理、网络融合和SDN & NFV业务趋势，采用了基于路由器架构的分布式交换转发架构，其交换网采用基于信元方式，不仅仅实现每槽位400 G以上的带宽，满足平滑演进到100 G PON的能力，另外还避免了集中式架构主控交换的功耗过大的问题，同时信元交换机制保证了内部业务流量转发更加均衡，用户业务流量管理更加精细[3]。

信元交换架构特有的VoQ（虚拟队列）功能不仅仅消除了交换网的线头堵塞问题，还可以实现基于切片的 QoS保证，实现真正意义上的网络切片。传统集中式架构OLT交换板和线卡之间只有固定8个队列，不同切片共享8个队列，不同切片的流量由于这8个队列共享造成流量互相影响，其交换架构无法实现真正的切片，实现业务基于切片的精细化管理。新一代OLT基于信元交换的交换架构，支持VoQ功能，可以实现不同切片有独立队列，实现了基于切片的流量隔离，也实现了基于切片的QoS保证。

3.3 新一代OLT的切片管理

新一代 OLT支持完善的网络切片功能，不仅支持基于PON口的网络切片，还支持基于 ONU UNI口的网络切片，未来支持基于 ONU的网络切片，以及上联口共享的网络切片。参见图1。

新一代OLT软件系统具备未来SDN & NFV化演进能力，部分业务系统组件化和NFV化，并通过业务编排统一管理，动态加载，实现业务按需快速部署。新一代OLT为这些NFV分配计算/存储/转发资源，实现了业务隔离，也保证了业务运行的QoS保证。基于IT化强大硬件能力，在网络切片场景下，每个切片可以是一个NFV，而且每个NFV根据业务不同，在编排器编排下，加载不同的协议组件和转发组件，实现针对不同的业务有不同的转发能力，同时也实现切片数量的大幅提升。

4 网络建设中需要注意的问题

接入网的虚拟化主要包括网络虚拟化和网络功能虚拟化两个方面。网络虚拟化：实现接入网络的切片，每个切片都是一个定制的虚拟网络，可以是预配置的、生命周期较长的网络，如基础运营商批发给虚拟运营商的虚拟接入网络；也可以是按用户体验要求，动态创建和删除的虚拟网络，如工业控制发生时要求的是低时延、小带宽，VR发生时要求的是低抖动、大带宽。这类网络切片要能跟随需求发生变化，快速通过SDN控制器分配匹配的网络资源。通过网络切片，物理的接入网可以被多个虚拟接入网共享，达成资源的充分利用，而不用为每种使用场景建设独立的网络。网络功能虚拟化：VNF，纯软件功能模块，功能的开发和验证不依赖于专用的硬件平台，实际运营时的计算和存储资源取自于x86等虚拟化平台，网络资源可以取自直接的物理网络连接，这时网络的流量需要导入该功能模块处理；也可以从SDN获取物理网络的镜像，通过SDN去驱动实际的物理网络，实际的用户流量可以不经过VNF。

在超宽带时代，除了家庭宽带以外，还会有对网络要求各不相同的多种接入业务，诸如企业专线、平安城市、工业物联网、行业视频等。如果针对不同业务分开建网，成本太高，不能发挥建网规模效益；采用一张PON网络混合接入则面临各种业务资源抢占、安全以及运维冲突等各种问题。新一代OLT所支持的虚拟接入网很好地解决了这些难题，一张物理网络按业务切片为多张虚拟接入网，各虚拟网络共享OLT设备和ODN线路，且各自具备物理上隔离的MAC/路由/VLAN等软硬件资源，并独立运维管理，从而在一张PON网络上满足不同的业务需求，实现全业务虚拟接入，既降低了网络建设投资，又节省了机房空间。

5 结束语

迎接新时代的来临，需综合 PON技术发展、全网SDN/NFV演进和网络重构、场景和设备融合、运营管理集约等关键需求和要素，突破传统观念，领先洞察未来，重新定义极速、云化、融合的新一代光接入网。新一代 OLT网络切片技术的出现将有力推动千兆宽带网络的发展。采用超大容量 OLT形态，配合网络切片技术，还可实现家庭、政企、5 G基站承载等全场景的统一融合接入和差异化的业务质量保障。

[1]沈成彬，王成巍，蒋铭，等.下一代PON技术的进展与应用[J].电信科学，2010，26（8）：1-7.

[2]徐俭.浅议GPON光纤接入网技术与应用[J].有线电视技术，2013，20（3）：28-31.

[3]刘青江.浅谈10G EPON技术进展和应用[J].江西通信科技，2012（3）：17-20.