PON系統承載多業務的技術探討(一）

    1 引言

    從2007年開始，國內各大固網運營商均宣布開始實施“光進銅退”發展策略，即縮短網絡中的銅纜長度，將光纖進一步向用戶延伸，通過建設FTTx（光纖到某處）逐步使用光纜替代傳統銅纜接入網中的干線段、饋線段、分線段和入戶線段，把目前以銅纜為主要傳輸媒質的接入網演進為以光纖為主要傳輸媒質的寬帶光接入網，最終實現FTTH（光纖到戶）。圖l為寬帶接入網中的光纜工程模型。

    FTTx（光纖到某處）是對寬帶光接入網各種形態的一種統稱，寬帶光接入網中光纖可以是惟一的傳輸媒質或者為主干傳輸媒質。根據光纖所到達的物理位置不同，FTTx存在多種應用類型，一般可分為以下幾種：

    （1）光纖到交接箱（FibertotheCabinet，FTTCab）；

    （2）光纖到樓宇／分線盒（FibertotheBuilding／ Curb，FTTB／C）；

    （3）光纖到公司／辦公室（FibertotheOffice，FTTO）；

    （4）光纖到家庭用戶（FibertotheHome，FTTH）。

    在“光進銅退”策略的實施過程中，PON技術被認為是建設FTTx的最主要的寬帶接入技術，這使得以 EPON（EthernetPassiveOpticalNetwork，以太網無源光網絡）和GPON（Gigabit-Capable Passive Optical Network，吉比特無源光網絡）為代表的寬帶PON技術終于開始擺脫“雷聲大、雨點小”的尷尬狀態，并在國內開始得以一定規模的網絡部署。

    2 寬帶多業務的需求

    “光進銅退”策略的提出和實施，究其原因，除了銅纜網絡建設成本急劇上升使運營商難以承受外，最主要的原因是來自寬帶多業務，特別是以標清／高清視頻業務為代表的高帶寬業務對接入帶寬需求的快速增長。目前，我國寬帶業務仍以高速互聯網接人為主，但在核心網絡的演進、各種應用的不斷開發、家庭網絡的啟動部署等因素的推動下，寬帶業務必將從單一的互聯網接人向復合型的組合業務演化。

    按照客戶類型的不同，接入網的用戶大致可分為商業客戶和家庭用戶兩大類，二者對業務類型、帶寬需求存在極大區別。對于商業客戶，業務需求以IP專線或TDM專線業務（如El專線）為主，業務類型比較單一，帶寬需求一般相對較高，如IP專線業務的典型帶寬需求為10M，甚至100M。對于家庭用戶，從目前的互聯網應用發展趨勢來看，IPTV（流媒體），視頻通信，VoIP，高速上網，lPVPN等是互聯網發展中極具潛力的應用類型。在這些業務中，提供MPGE4編碼方式的標清IPlV，業務需要2～3M左右的帶寬，提供一套高清IPTV業務將需要5～6M以上的帶寬，將來如果需要具備同時提供兩套高清節目的能力則需要lob 12M的帶寬。因此，家庭用戶接入帶寬需求增長的主要貢獻將來自于視頻業務的發放。目前，業界達成的基本共識是：在3年內，網絡應具有提供每個家庭用戶下行4～18M和上行2～4M實際帶寬的能力；在遠期，應具備提供下行10～30M和上行4～10M實際帶寬的能力。

    3 PON系統承載寬帶多業務的技術

面對未來復合型組合業務的接入需求，PON技術以其天然具有的高帶寬、全業務接入能力成為發展 FTTx的主流技術。

    （1）ONU設備形態

    PON系統中的用戶端設備稱為ONU（Optical NetworkUnit，光網絡單元），FTTx應用場景的復雜性，直接導致了FTTx網絡中ONU設備形態的多樣性。按照業務接口類型和數量的不同，0NU可分為SFU， SBU，MDU和MTU等類型。

    當采用FTTB／C方式建設光接入網時，每個0NU 需接人多個獨立用戶，此時的ONU被稱為 MDU／MTU（Multi．DwellingUnit／Multi-TenantUnit，多住戶單元／多租戶單元）。MDU／MTU可提供8／16／24 個FE接口，或者提供24／48／96個DSL接口，入戶線為 5類線或雙絞線。為了滿足用戶對語音業務的需求， MDU／MTU還可以提供POTS接口，按l：1比例同時提供寬帶數據業務和窄帶語音業務。此外，為了滿足商業客戶對TDM業務的需求，有些MDU／MTU還可以提供2／4／8個El接口。

    當采用FTTH／FTT0方式建設光接入網時，每個 ONU僅接入一個用戶，此時的ONU被稱為SFU／SBU （SingleFamilyUnit／SingleBusinessUnit，單個家庭用戶單元／單個商業用戶單元）。SFU／SBU一般提供l42 個FE接El，還可以提供l～2個POTS接口來提供窄帶語音業務。當為商業客戶提供服務時，SBU還可以提供少量El接口。

    （2）組播業務的提供

    按照PON協議，雖然OLT和ONU之間的下行通道采用廣播方式傳遞數據，但每條數據傳輸邏輯通道（EPON中的LLID，GPON中的GEMPort）僅屬于某一個0NU，當0NU接收到標識為其他ONU的數據時應丟棄該數據，從而保證了用戶數據的正確轉發和安全隔離。在單播傳輸方式下，OLT會把下行廣播報文復制N份并分發到多個數據傳輸邏輯通道傳送到 ONU。但為了更高效地傳輸組播業務，節省系統帶寬， PON系統提供了一種特有的數據傳輸方式，即SCB （SingleCopyBroadcast，單拷貝廣播）。

    SCB技術是在OLT和ONU之間建立一條特殊的允許所有ONU從中合法接收數據的數據傳輸邏輯通道。在轉發組播業務時，即使多個ONU點播了同一節目，OLT仍然只發送一份組播媒體流數據拷貝進入 SCB邏輯通道，所有ONU均接收同一份數據，即l份業務帶寬可為N個用戶提供服務，由此節省了大量的系統帶寬。對于高清視頻等高帶寬需求的業務來說， SCB技術帶來的帶寬節省效果愈加顯著。為了便于管理，PON系統要求在每個PON口下僅有惟一的一個 SCB數據傳輸邏輯通道，所有組播媒體流數據均在同一個邏輯通道中傳輸，如果需要區分隔離，可通過使用不同的VLANID來標識和區分。此外，需要注意的是，SCB數據傳輸邏輯通道是一條單向（僅下行）通道，僅用于傳輸下行組播媒體流，上行組播協議報文仍然利用單播通道進行傳輸。

    運營商在推送IPTV組播業務時，節目權限管理是必須的，無點播權限的用戶應該無法獲取相應節目。目前，提供IPTV組播業務有兩種可能的方式。

    一種方式是接入設備僅提供物理傳輸通道，并通過IGMPProxy或IGMP Snoopin9協議實現組播組成員的管理，用戶節目權限管理則由STB（Set．TopBox．機頂盒）和口TV業務平臺來實現。

    另外一種方式是接人設備基于IGMP控制報文攜帶的用戶標識信息進行用戶鑒權，并通過PON系統內的控制消息控制ONU對組播數據報文的轉發。對于傳統的DSL設備，用戶權限數據保存在DSLAM 上，DSLAM對IGMP報文進行用戶鑒權后決定是否復制分發媒體流到各用戶獨享的DSL線路，無節目權限的用戶即使點播了該節目，DSLAM也不會向其轉發節目流，通過物理鏈路隔離的方式杜絕了用戶接收無權限節目的可能性，由此實現組播業務的權限管理。但PON系統共享傳輸媒質和利用SCB技術傳輸組播業務的技術特性，導致所有ONU（包括點播了無權限節目的ONU，或者根本沒有點播節目的ONU）均能從MAC層接收到組播媒體流，這給組播節目權限控制帶來了新的問題。下面描述了PON系統實現組播業務權限管理的一種方式：

    ●OLT維持一個用戶組播業務權限控制表，集中管理用戶的組播業務訪問權限；

    ●OLT基于IGMP控制報文攜帶的用戶標識信息進行用戶識別，并基于組播權限控制表判斷該端口（用戶）是否具有所申請組播業務的訪問權限及其參數；

    ●OLT通過系統內部的管理消息將端口（用戶）對該組播頻道的訪問權限下發到ONU，并由ONU執行對該端口（用戶）組播業務流的轉發或關斷操作。

    對于MDU／MTU類型的ONU，上面所描述的由 OLT執行的組播權限管理功能將下移至ONU上實現。此時，PON系統自身的管理協議（如OMCl，OAM 消息）已經不能支持如此大量的ONU配置管理信息， SNMP協議可能是更好的一種方式。

    （3）語音業務的提供

    PON系統通過在ONU上內置AG或lAD功能模塊來提供窄帶語音業務，支持的協議可以是SIP， MGCP或H.248等協議。

    （4）TDM業務的提供

    TDM業務在商業客戶中仍有著較高的市場吸引力，這是由TDM業務的高等級服務質量決定的。PON 系統一般采用CESoP（Circuit Emulation Service over Packet，分組網電路仿真業務）方式來提供TDM業務的接人，具體實現技術有兩種，分別是IETF（Intemet EngineeringTaskForce）的PWE3（PseudoWireEmula tion，偽線仿真）方式和MEF（MetroEthemetForum，城域以太論壇）的MEF8方式。GPON系統還支持一種特有的Native方式來接入TDM業務，該方式也稱為 TDMoverGEM方式，是一種把TDM數據直接封裝到 GEM幀凈荷中進行傳輸的方式。

    （5）多業務差異化服務能力

    PON網絡可同時承載包括TDM數據專線，VolP 語音，IPTV視頻和Intemet上網業務在內的多種業務，這些不同類型的業務對服務質量的要求存在極大差異。

    毫無疑問，對于TDM業務，要求承載網絡能夠絕對保證其低延時、無誤碼，PON系統通過預留固定帶寬、短幀封裝的技術來滿足TDM業務的這種要求。

    對于IP業務，目前PON設備主要是通過保證數據傳輸邏輯通道的QoS來間接為不同業務類型提供差異化服務功能。由于邏輯通道僅存在于0LT和 ONU之間，因此為了實現全網的QoS，ONU會根據業務類型的不同通過802.1P技術為數據幀添加不同的優先級標識，此時需要ONU具有業務感知和區分的能力，并具有針對不同業務類型進行QoS標記能力。

    PON對多業務的承載，目前主要有多邏輯通道和單邏輯通道兩種解決方案，邏輯通道在EPON系統中是LLID，在GPON系統中是GEMPort／T-CONT。多邏輯通道方案需要為每種業務分配不同的邏輯通道；單邏輯通道方案是多種業務共享一個邏輯通道。在多邏輯通道方案中，每類業務被標識上不同的802.1P標記后分別通過不同的邏輯通道進行傳送。PON系統為每個邏輯通道綁定一定的QoS等級標識，并通過SP （StrictPriority，嚴格優先級）和WRR（WeightedRotmd Robin，加權輪詢）等調度策略來保證QoS。在單邏輯通道方案中，各種業務應用承載于同一邏輯通道中，在 PON層上無法區分業務服務等級，只能通過802.1P技術在Layer2上提供差異化服務能力。