泰州广电双向接入网PON及接入控制层优化

张 禺

（泰州广播电视传媒集团（台），江苏 泰州 225300）

泰州广电双向接入网经过多年发展已经具备相当规模，现覆盖用户达到24万户，宽带用户6万户，互动用户近8万户，对双向接入网运行质态提出了更高的要求。但由于初期投入不足以及经验的匮乏，在PON网络建设上标准偏低，在网络层面的VLAN、业务控制接入层的规划上不合理，形成接入端传输容量瓶颈和接入网工作的低效，这些都对数据包的转发造成较大影响，表现为网络响应慢、机顶盒开机认证速度慢，对用户宽带和互动业务的使用体验造成不利影响。因此进行双向接入网的优化、提升网络传输品质和用户使用体验成为迫切问题。正是在这样的背景下，江苏有线泰州分公司启动了双向接入网的优化提质工程。为切实提升网络端到端的承载能力，在推动FTTB、FTTH工程的同时，泰州分公司将PON及接入控制层的优化工作作为一项极其重要的工作予以推进实施。

1 PON网络

1.1 PON网络现状

在泰州分公司双向接入网类型中EPON+EoC、EPON+LAN、FTTH、EPON+C-DOCSIS四种接入方式均以PON网络为基础，当前PON网络包括EPON、GPON两种技术，在PON网络启动建设时从网络需求、成本考虑，并根据省公司招标结果，选择EPON进行部署。目前全网共部署OLT65台，共计使用PON口1950个，其中用于EPON+EOC、EPON+LAN、EPON+C-DOCSIS接入的29台，用于FTTH接入的36台。PON口分光比EPON+EOC以1:16为主，部分使用1:32；EPON+LAN以1:32为主，部分使用1:16；EPON+C-DOCSIS分光比为1:16。

EPON+EOC在光纤到楼后，但EOC局端模块覆盖30户以内，EOC接入端户均带宽300÷30=10Mbps，单PON光模块1.25Gbps，以分光比1:16计算，1250÷16÷30=2.610Mbps，EPON层存在较大瓶颈。EPON+LAN，光纤到楼，ONU下联3台交换机，覆盖30户左右；单台交换机上联100M共享，以接入10户计算，LAN侧户均带宽10Mbps。EPON以分光比1:32计算，1250÷32÷30=1.305 Mbps，EPON层存在较大瓶颈。EPON+C-DOCSIS，光纤到光节点，每光节点覆盖平均约200户，C-DOCSIS目前开启四下行、四上行信道，单下行信道带宽36Mbps，C-DOCSIS接入端户均速率36×4÷200=0.72Mbps。EPON以分光比1:16计算，1250÷16÷200=0.39 Mbps，EPON层存在瓶颈。FTTH分光比1:64，户均带宽1250÷64=19.5Mbps。

从上面分析来看，EPON+EOC、EPON+LAN网络在解决EOC、LAN层接入能力后，EPON层存在较大瓶颈，EPON+C-DOCSIS EPON层相对CDOCSIS接入能力也存在一定不足。

1.2 PON网络规划与调整

考虑到当前全省及泰州地区各下属公司对EPON的普遍选择，从保护投资、技术延续性和维护便利性考虑，在今后的网络建设中依然选择EPON技术。

PON网络现阶段继续采用EPON技术，平台应尽量选用支持混插EPON、10GEPON和GPON板卡。采用容量适中的OLT设备，减少OLT设备的机框数量。PON+EOC、PON+LAN网络，单OLT PON口密度控制在32个；FTTH PON口密度控制在64个。ONU：EPON+EOC/EPON+LAN选用千兆ONU，FTTH选用百兆ONU。应尽量减少设备厂家并保持类型统一，局端OLT不超过2家。

从前一节网络分析情况来看，EPON+EOC（FTTB后）、EPON+LAN EPON分光比调整为1:4才能满足户均10Mbps，平均接入速率50 Mbps网络能力建设需求（1250÷4÷30=10.4Mbps）。但按照此方案上联纤芯的资源需求将大大增加，从现网网络结构、管道情况、骨干光缆情况来看，实施难度、投入成本非常大。初期计划按照1:8的分光比进行调整，考虑到当前高带宽业务渗透率、业务发展需求来看，能够满足一定时期的网络需求。后期根据业务发展情况，可考虑使用10GEPON或者使用野外型OLT下沉到小区进行扩容。EPON+C-DOCSIS在接入方式改造优化之前调整分光比1:8，以对网络承载能力进行一定的改善。

由于前期城区分机房未能进行合理的规划建设，网络集中在中心机房出局，致使主干光缆资源紧张，全面缩小分光比面临非常大的困难。除积极推进分机房规划建设外，当前考虑引入10GEPON、野外型OLT光放二合一设备来作为ODN改造的补充，提升网络容量。10GEPON PON口下行达到10G，在1:16分光比下，可实现与HINOC技术接入速率的匹配，满足户均20Mbps的带宽。

2 业务控制接入层规划与QinQ部署

2.1 现网规划与运行情况

随着网络规模的扩大、经验的积累，泰州分公司逐步认识到网络层面的合理规划、控制策略的部署和设备层面的有效配置对网络运行质态的重要性。由最初的全网一业务一VLAN到之后的VLAN细化和端口隔离环路检测的部署，再到之后的VLAN的进一步细化。

当前双向接入网实行单层业务VLAN的部署，每小区每业务一个VLAN，单个VLAN覆盖1000～2000户。宽带业务二层直接到BRAS，PPPOE拨号进行地址分配；互动业务在接入的三层汇聚交换机或路由器进行二层终结，每个VLAN对应一个子接口，配置子接口地址，对应一段地址划分，现网互动、宽带各有约340个VLAN的划分，互动每个VLAN地址段4个C。一方面，由于划分得比较细，造成了大量地址的浪费，以致地址资源不足，大大增加DHCP服务器维护管理的困难。另一方面，尽管划分得比较细，但一个VLAN内还是覆盖一两千个用户，从互动、宽带渗透率来看，相当一部分VLAN内终端数量达到一千多个。从抓包分析来看，网络内存在大量广播包、异常包，由于数据包量大，OLT、EOC局端、EOC终端、机顶盒、用户家的无线路由器性能均受影响，表现出来的现象为网络延时大、抖动大，一些性能较弱的终端设备容易死机，网络时不时会丢包，DHCP获取地址慢，网络使用和互动OTT业务受影响，在部分接入网技术瓶颈的情况下，加剧了网络劣化，用户使用体验感不佳。

2.2 业务接入控制层规划

根据省公司2016年下发的《江苏有线市县网络建设和指导意见》，IP城域网具备扁平化、高性能、高可靠、可控可管和平滑扩展的特征。IP城域网发展应遵循管理控制集中化的原则，由部署在地市分前端或区县中心机房多业务网关(MSE)、业务路由器（SR）构建清晰的业务接入控制层，实现集中的业务提供和控制。MSE融合了传统的业务路由器SR与宽带接入服务器Bras功能；SR主要使用在大型地市城域网，实现FTTx二层网络的互动电视接入网关、DOCSIS三层网络的全业务接入网关。

泰州于2016年实施了市县IP骨干建设工程，实现了接入控制层设备BRAS的下沉，全市形成一张IP城域网，在进行多业务承载的同时使公众客户二层网络的集中管理控制成为可能。根据长远规划，后续将逐步实现分前端、边缘机房BRAS/SR设备的部署，构建物理和逻辑层次清晰的三层路由网络和二层交换网络，实现二三层网络分离。随着移动互联网的发展和业务的丰富，当前广电网络经营压力增大，新用户开拓艰难，再加上宽带及其它双向业务用户保有量有限，在短时间内进行较大力度的建设不切实际。因此，很好地利用现有的网络条件，进行业务接入的调整优化，快速改善用户体验成为当前的工作重点。

BRAS已实现市及县区公司中心机房的部署（高港机房即将实施），设备（ME60、SR88）型号具有多业务接入控制能力。BRAS设备可配置外层TAG协议，兼容不同厂家QinQ互通；具备BRAS侧的QinQ能力，满足QinQ部署下的PPPOE拨号和WEB接入认证；设备QinQ终结子接口支持IPOE+DHCP Relay功能，支持Option82，可进行DHCP业务灵活的QinQ部署；设备具有动态QinQ功能，可扩展接入的内外层VLAN组合数量；设备具备DHCP snooping、URPF功能，可防范来自于终端主要的DHCP攻击、源地址欺骗攻击。因此，ME60/SR88能够满足宽带和互动业务的安全可靠接入和集中管控的需求。由BRAS设备对宽带和互动业务进行二层终结，其中宽带通过FTTx二层网络（含EoC、LAN、FTTH）的PPPoE拨号接入网关；互动业务接入BRAS不同的端口，IPOE+DHCP Relay方式分配地址。由于无论是IPoE协议接入互动业务，还是PPPoE接入宽带业务，其均需占用BRAS板卡的用户数，而BRAS每块母板所支持的最大用户数上限为3.2万，4台合计支持12.8万户，将不能满足泰州市区共计20.1万用户接入需要，因此规划进行BRAS的采购扩容，根据IP城域网的规划进行BRAS的下沉部署，以IP城域网全路由的网络架构为目标。与此相配合，对双向接入网做出规划，进行QinQ部署，以实现对所有用户和业务间的隔离，有效抑制广播包和相互间的影响，从而提升网络转发效率和网络品质。

2.3 QinQ部署规划

为更好地达到精确识别业务/用户及安全隔离的要求，根据泰州实际的网络架构、业务规模，选择PUPSPV（每用户每业务每VLAN）模式进行VLAN的规划及部署（对不能以终端为单位进行模板下发VLAN的EOC局端采用每局端每业务每VLAN），适用于PON+EoC、PON+LAN、FTTH等网络模式。部署规划：

首先应根据全网需求做出VLAN的整体规划，包括设备互联VLAN、接入网设备管理VLAN、集团客户VLAN（区分透传和三层终结VLAN）、公众客户部VLAN（外层VLAN，应根据业务做出区分）。VLAN部署模式：云媒体/互动电视业务和宽带上网业务，其业务VLAN终结于SR/BRAS。用户EOC终端端口、FTTH终端端口、楼道交换机端口按照一定的规律手动或模板下发的方式配置不同的互动和宽带内层VLAN，以PON口为单位规划外层互动和宽带VLAN，PON口配置二层灵活的QinQ，根据不同的内层tag而加上不同的外层tag。对于采用SR/BRAS进行QinQ终结的网络，不同SR/BRAS L3端口下的外层VLAN ID可复用；内层VLAN，不同PON口下可复用。应对OLT的QinQ能力明确要求和验证。

考虑到终端内层VLAN在手动配置时不能保证唯一性，为保证用户隔离并抑制广播包，应采用PVLAN技术实现各级L2设备的端口隔离。

对于常规网络设备采用静态配置VLAN方式，对于具备配置自动下发条件的网络设备（如EoC网络、OLT），可采用动态配置VLAN方式，通过VLAN配置池、业务模版的方式下发给终端设备，达到资源自动分配、配置自动下发的目的。对于EoC、OLT局端设备应明确要求支持VLAN池功能。

QinQ数据部署过程中，应按照统一规范部署相应的QoS策略对各类业务质量进行保障。

模糊的QinQ终结子接口：两层VLAN Tag为范围值，即：终结的内、外层Tag都为范围值，接入控制侧设备单个子接口对应若干个内外层VLAN组，可避免互动地址段的细分，提升IP地址资源的利用率。

2.4 QinQ具体实施方案

从建网之初开始，泰州分公司即注重VLAN的整体规划，对VLAN有明确的用途区分。随着网络的持续发展和网络规模的扩大，VLAN资源已得到较大的消耗，闲置VLAN资源量有限。全网由单层VLAN调整为QinQ的部署是逐步有序的，不是一朝一夕的。QinQ的部署过程中需充分考虑到现网情况，有效规划好外层、内层VLAN的使用，做到不同业务VLAN区分清晰，不与现网内已有VLAN冲突，便于OLT灵活QinQ和BRAS QinQ终结配置。经全网梳理，现成段闲置的VLAN约有900个，部署步骤如下：

（1）从900个VLAN中挑选部分作为外层VLAN对EPON+EOC网络进行QinQ的部署，为实现业务部署的平滑性，EPON+EOC现网使用的单层VLAN保留作为内层VLAN，部署时只需对OLT PON口以上设备进行调整，可实现快速部署到位。EOC部署完成后，城域网层面EOC网络所使用的业务VLAN就空余出来。（2）对可用的VLAN资源作出规划后，完成FTTH网络进行QINQ部署。（3）在前述两类网络作出部署后，统筹考虑VLAN资源情况，对EPON+LAN网络进行QinQ的部署。LAN用户宽带、互动业务属于同一个VLAN，未进行业务VLAN的区分，其中宽带PP-POE拨号，互动DHCP自动获取地址。在部署时EPON+LAN业务VLAN同时上联接入BRAS两个不同的三层端口，BRAS的两个端口分别开启BRAS PPPOE认证、DHCP Relay。DHCP server采用option60、Option82保证只向对应VLAN内机顶盒分配地址，宽带在PPPOE拨号认证成功后才能接入，从而达到控制接入和业务区分的目的。（4）QinQ部署到位后，为尽可能做到每用户每业务每VLAN，需根据规划对终端端口VLAN（内层VLAN）进行调整，内层VLAN的规划需充分考虑到现网VLAN的使用情况、外层VLAN的规划，确保互动和宽带业务间不冲突、EOC与LAN间不冲突、内层外层VLAN间不冲突，从而能够满足不同厂商QinQ功能需要，满足业务准确区分的需要。

3 结语

江苏有线泰州分公司根据既定的方案先后进行了BRAS设备采购、BRAS安装联调、IPOE认证和QINQ测试等一系列工作，在准备工作到位后分批进行了EPON+EOC、FTTH、EPON+LAN接入网类型的分光调整和QINQ部署工作，由于准备充分，所有割接调整均在非常平滑的状态下进行，避免了对用户的较大影响。部署工作圆满完成后，泰州分公司进行了较为全面的网络测试和跟踪分析，从结果来看无论是网络指标还是用户网络使用体验均得到了质的提高，网络品质得到有效改善。