一种基于SDN技术的GPON接入网改造方案

（1.中国移动广西公司柳州分公司客响中心，柳州 545005；2.中国移动广西公司信息技术管理部，南宁 530000；3.中国移动广西公司网运中心，南宁 530000）

1 GPON存在的问题

目前，宽带运营的方式主要以带宽出租为主，这种粗放的运营方式既无法提供高附加值的增值业务，也无法进行端到端的差异化运营，更无法满足用户在网络质量、业务体验等方面的需求，主要问题如下：

（1）GPON组网结构复杂，设备部署分散，类型繁多，网络运维成本高。

（2）GPON作为宽带接入网，与骨干网扁平化和融合程度不足，网间协议转换复杂，缺乏统一的资源管控和调度能力。

（3）GPON对大流量、高保障等业务承载能力弱，缺少有效的端到端QoS保障机制。

（4）GPON在业务运营方面自动化程度不足，需大量人力物力支撑，操作周期长，用户体验差。

（5）GPON设备量大，分布广，能耗高，对运营商降本增效形成巨大挑战。

鉴于以上问题，亟待一种手段突破技术瓶颈，实现网络资源与业务热点的协同，提升网络效率和用户满意度。

2 SDN技术特点

软件定义网络技术（SDN）是一种比较先进的网络虚拟化方式，是下一代网络演进的一个重要方向。它通过将网络抽象化，将网络控制与数据转发进行分离，同时面向应用层提供开放的软件接口，支撑应用对网络能力的直接调用，实现网络可编程。此外，SDN通过硬件的标准化、通用化，摆脱了对传统网络架构的限制，使控制策略具备全局视角，使数据转发更加高效。SDN技术的控制与转发分离、虚拟灵活、共享开放、全局管控等特点，为网络的设计、部署和管理带来了极大的灵活性和便捷性，有效解决了新业务接入、网络安全、运营支撑等问题。

3 应用SDN改造GPON

通过SDN控制器、配置代理等方法将不同架构的GPON设备虚拟化，并将设备管理、业务编排等功能统一集中运行在管理服务器上，实现设备配置、资源管理、数据采集等设备管理功能，和业务调度、业务配置等业务管理功能的“双集中”，将现有GPON网络改造成为一张弹性、敏捷、智能的宽带网络，简化网络结构，降低硬件成本，主要步骤如下：

3.1 OLT功能虚拟化

（1）实现单台OLT设备的虚拟化。应用NFV方法，将OLT主控板的控制功能移植到X86服务器上运行，用专用软件模拟主控板，用白盒交换机模拟交换板，从而将OLT拆分成多个功能模块，然后通过SDN虚拟化技术，将L4-L7层功能交由控制器及网络编排层实现，从而实现OLT的控制功能和转发功能的分离。

（2）实现OLT设备的“多对一”和“一对多”虚拟。在接入域设置接入控制器vOLT，根据业务需求，将物理设备逻辑虚拟成多台设备，并通过多视图技术，对物理OLT实现集中控制。

（3）在OLT流量转发方面，通过Openflow机制，对转发路径、Qos等参数进行统一计算，并根据流表，实现二层MAC转发和三层路由转发。

（4）在网络简化方面，可通过OLT直连BAIS的方式，并通过vOLT集中控制的方式，减少网络层次和逻辑结构。

3.2 引入虚拟ONU

实现ONU虚拟化，并将vOLT作为vONU的集中控制器，从而建立从OLT直达用户的逻辑管道，达到管控用户通过ONU实现接入的目的，包括两种方式：

（1）代理控制方式。vONU统一按照FTTH的方式接入OLT代理，vONU用户业务的VLAN、GEM-PORT等参数规划和业务开通流程全归一化为FTTH方式，简化网络结构。

（2）直接控制方式。由控制器直接控制MDU、ONT等设备，vONU通过去除单个MDU、ONT的带宽收敛、数据交换等特性，将这些功能交由vOLT统一实现，由vOLT统一处理不同MDU、ONT之间的资源竞争。

3.3 搭建GPON网络的SDN架构

按照SDN四层架构重新搭建GPON功能模块，如图1所示。

图2 基于SDN技术的集中管控和运维机制

定义各层的功能如下：

（1）应用层利用北向接口开放的API开发程序，进行业务发放，并通过数据平面处理能力和可编程能力，执行GPON业务的快速分发、隔离等功能。

（2）协同层进行业务编排和协同，向应用层提供API程序开发接口，并支持GPON承载业务的抽象和跨域协同，同时按照GPON功能和性能要求组建逻辑业务网络。

（3）控制层是SDN架构的核心，它通过屏蔽ONU、ONT等接入设备的参数、功能、性能等技术差异，将GPON网络进行抽象和虚拟，形成标准的开放架构和网络模型，负责网络全局管理和对转发平面设备的统一控制。

（4）转发层对GPON接入业务进行感知、调度和监测，并实现用户MAC寻址、以太转发以及本地维护功能，转发平面的设备接收GPON网络管理平台等上层系统的指令并依据指令进行数据转发，业务数据在转发层中被分发和传输，用户对资源的访问也将以最短路径和最短时间实现。

3.4 建立端到端集中管控和运维机制

基于SDN虚拟技术，将GPON接入网和城域网、骨干网进行融合，可以通过建立端到端的转发路径和管控机制，避免多次协议转换，实现基于网络整体的统一管理和端到端的QoS保障机制，使得网络变得更加可视化、可评估、可预测，如图2所示。

通过建立集中管控和运维机制，可对网络资源的集中管理和分配，对业务热点、用户偏好以及网络状况的深度监测和准确掌控。运维人员也可以通过可视化界面，直观的评估网络运行状态，在网络运维、资源调度、QoS保证、节能环保、第三方调用等方面，进行更加灵活、更加多元地操作。

4 结束语

SDN技术是电信网络未来演进的一个重要方向，它必将重新定义GPON网络基础架构，这有助于突破GPON接入网设备通用性不足、网络基础能力弱、运维难度大等问题的制约。基于SDN的GPON网络也必将具备跨层的全网视野，这使其能够快速调度全网资源，集中控制数据转发，实现网络的可编程、可管控和业务的自动部署。从这个角度上说，SDN技术或将引发下一次互联网技术革命，为未来的GPON网络发展带来无限可能。