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EPON的网络规划与实现

刘少华| 以太网无源光网络,逻辑链路标识,虚拟局域网,光线路终端| 2010-11-29
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【中心议题】

  • 介绍了EPON的系统结构和工作原理
  • 重点论述EPON技术在电信网络中实现的方式

【解决方案】

  • OLT通过城域网宽带远程接入服务器(BRAS)和业务路由器(SR)完成不同类型用户的接入
  • QoS总体策略将城域骨干层划分为3个业务等级

伴随着光纤到户(FTTH)接入方式在全球的快速发展和应用,以太网无源光网络(EPON )技术已成为我国现阶段“最后一公里”主流光接入手段。

EPON利用无源光网络(PON)的拓扑结构实现以太网的接入,它综合了以太网成本低、兼容性好以及PON技术介质共享的优点,以远远高于现有接入技术的带宽向终端用户提供可靠的数据、语音和视频通信。

对于运营商来讲,如何应用EPON、如何在现有网络中引入EPON、如何让EPON与现有业务、未来业务相融合,如何把这种先进的技术转化成先进生产力是目前的关键课题。

1 EPON的结构和工作原理

EPON的接入采用点到多点光接入体系结构。

通过在网络中采用高性价比的以太端口以及低成本、可靠性高的无源部件,可实现EPON的经济性和快速性。与基于ATMSONET的网络相比,EPONIP/Ethernet包的形式起止,不需要花费时间进行协议转换或电路建立。由图1可以看出,一个典型的EPON系统由光线路终端(OLT)、光分配网络(ODN)、光网络单元/光网络终端(ONU/ONT)和网元管理系统(EMS)组成。

 

EPON系统采用波分复用(WDM)技术,实现了单纤双向传输。

下行采用广播方式:ONU注册成功后被分配一个唯一的逻辑链路标识(LLID);在每一个以太网帧前添加一个LLID,替代以太网前导符的最后两个字节(不改变原有帧结构);ONU接收数据时,仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。其传播机制如图2所示。

 

上行采用TDMA方式:任一时刻只能有一个ONU发送上行信号,系统才能正常工作;不同的ONU分配不同的时间片,轮流发送上行数据;每个ONU发送上行数据的时间片可以是动态的,时间片的大小和多少在宏观上表现为带宽的大小。由于数据速率非常高,ONU的距离不同而产生的细微的时延应该在发送上行数据的时候予以考虑,即需要通过测距予以补偿。其传输机制如图3所示。

2 EPON的实现

EPON的应用可以分为以下几种:FTTH、光纤到节点(FTTN)和光纤到大楼(FTTB)

EPON技术作为新的接入技术应用于电信级网络中,是个逐步发展的过程,EPON厂家和电信运营商正在逐步摸索一套适合自己的电信级EPON实现方式。下面将以城域网实现灵活QinQ(每用户每VLAN(虚拟局域网),每业务每VLAN)的电信级网络为例,介绍电信级EPON的实现过程。

2.1 业务部署

EPON系统能够为用户提供综合的多业务解决方案。主要涉及宽带数据业务、语音业务和IPTV业务。

OLT通过城域网宽带远程接入服务器(BRAS)和业务路由器(SR)完成不同类型用户的接入,根据不同业务,城域网交换机、BRASSR以及NGNBAC(边缘接入控制设备)完成相应的功能部署,示意图如图4所示。

 

(1) VLAN规划与实现———内层VLAN(C-VLAN)

ONU形成C-VLAN ,C-VLAN的规划以园区为单位,不同园区的VLAN ID可重复使用。按照用户类别进行分段规划,包括普通用户上网业务、公众客户综合接入设备(IAD)接入业务以及二层设备管理VLAN,具体规划如下:

·VLAN 1保留, VLAN 2~50用于网管VLAN,51~100预留;

·VLAN1 100~1 600用于拨号业务(EPON接入),终结到BRAS,101往后分;

·VLAN2 601~2 800用于EPON接入的互联网专线业务,终结到SR,2 901往后分;

 

·VLAN2 801 ~ 2 900用于WLAN业务(EPON接入),终结到BRAS,3 400往前分;

·VLAN2 901~3 000用于IAD(EPON接入的公众客户IADEPON接入的大客户IAD),对于公众入户IAD,统一取3 000;对于EPON接入的公众楼道IAD和大客户IAD,统一取2 999,对应到外层VLAN 1 001~1 500

(2) VLAN规划与实现———外层VLAN(S-VLAN)

BRAS终结的业务:拨号业务(EPON接入)IPTV(EPON接入)WLAN(EPON接入)业务;

SR终结的业务:EPON接入的互联网专线。

设备网管VLAN终结到BRAS

OLT设备上4PON口使用一个S-VLAN,共享C-VLAN资源。

以三层设备下(即业务控制层)各独立的二层网络为单位进行VLAN规划,相互隔离的二层网络VLAN编号可重复。具体规划如下:

OLT形成外层VLAN,构成普通QinQ:

·VLAN 2~50用于网管VLAN;

·VLAN 51~200用于设备互联(汇聚交换机及其他设备上连);

·VLAN201 ~ 300用于EPON接入的WLAN,形成QinQ,并在BRAS处终结(QinQ),300开始往前连续分配;

·VLAN2 201~2 300用于EPON接入的公众客户、EPON网管业务以及EPON专线/EPONVPN等业务。

OLT直联交换机修改普通QinQ外层VLAN,构成灵活QinQ:

 

·VLAN1 001~1 500用于EPON接入的公众客户、EPON网管业务,OLT直联交换机修改普通QinQ外层VLAN,进行灵活QinQ部署,终结在BRAS,1 500开始往前连续分配;公众入户IAD C-VLAN对应到3 000;EPON接入的公众楼道IAD和大客户IAD业务C-VLAN对应到2 999;

·VLAN 1 501~2 000用于EPON专线/EPON接入VPN业务起QinQ终结在SR或在SR上运行VPLS,2 000开始往前连续分配。

(3) IP地址规划

上网业务IP地址沿用城域网的规划,采用公网IP;

IPTV业务采用受限公网IP(不出城域网);

IAD语音业务(EPON接入)采用私网地址10.0.0.0/12或者172.16.0.0/12,统一规划。

2.2 QoS的实现

(1) QoS总体策略

城域网QoS总体策略是将城域骨干层划分为3个业务等级:NGN语音(网管)IPTV、普通上网业务,保障语音和IPTV

上行:EPON接入场景下ONU接入端口分别对上网、IPTV和语音进行限速,并对语音进行802.1p标记和PQ(优先级队列)调度,OLT支持内外层802.1p标记映射并对语音进行PQ调度,汇聚交换机对语音进行PQ调度。

下行:BRAS部署H-QoS,在物理端口做一级调度,对语音进行PQ调度并限速,同时保障IPTV的带宽。例如:4 M接入的拨号、IPTV、普通语音用户,对该类用户限制拨号上网和IPTV业务总带宽为3.8 M,同时保障IPTV 3 M带宽,剩余的200 k留给语音和家庭网关网管信息,BRAS部署H-QoS后可以保证二层接入网不会拥塞,因此二层接入网交换机、OLTDSLAM设备下行方向无需部署QoS

(2) QoS实现策略

·等级设计:城域骨干层划分3个业务等级、3个标记和3个队列:NGN语音业务和网管等级标记(802.1p/IP Pre/MPLS EXP)4,对应PQ(绝对优先)队列;IPTV业务等级标记为5,对应轮询队列;普通上网业务等级标记为0,对应轮询队列。其他标记和队列预留。

 

·带宽分配:城域网为语音(网管)业务预留的带宽按每用户200 k、并发比16计算;IPTV业务预留的带宽在BRAS以上层面按每个频道3 M计算,BRAS以下层面按每用户3 M、并发比12计算。初期建议为语音(网管)业务预留链路带宽的10%,IPTV业务预留30%

·分类标记及队列调度。

上行流量:EPON接入公众客户IAD/大客户IAD(终结在BRAS)场景下:

·ONU在语音接入端口划分VLAN并标记802.1p4,在上行口对语音进行PQ调度;

·OLT信任802.1p标记并在上行口对语音进行PQ调度;

·汇聚交换机、BRAS、汇聚/核心路由器策略同上。

下行流量:语音流量由SR在连接软交换BAC的端口(配置私网IP的端口)标记IP Precedence值为4,IPTV流量由城域网核心路由器/汇聚兼SR/BRAS在连接IPTV平台的端口标记IP Precedence值为5

EPON接入公众客户IAD/大客户IAD(终结在BRAS)场景下:

·SR/SR兼汇聚/核心路由器下行方向的调度策略与上行方向一致。

·BRAS下行物理端口根据IP Precedence/EXP标记进行队列调度,将语音放入PQ队列并限速为链路带宽的10%,同时完成MPLS EXP-IPPrecedence-802.1p标记转换,并对语音下行流量的两层VLAN均标记802.1p4

·汇聚交换机、OLTONU不作标记和调度。

3 EPON实现中的问题

尽管EPON技术伴随着FTTx的发展日渐成熟,然而在大批量使用过程中仍然存在多种问题,EPON设备、网络拓扑结构、网间数据处理等方面, 都需要较长时间的磨合。

 

3.1 与OSS系统接口

EPON规模化部署后需要一个高效、完善的业务管理和运营支撑平台(OSS系统),以实现整个业务发放和维护流程的自动化和信息化。改造现有的OSS系统以支持EPON或者建设新的面向EPONOSS系统是当前各固网运营商网络建设的重要内容。一个完善的EPON OSS系统应包括如下功能系统:

·客户服务系统:提供客户服务界面,包括97营业系统和帐务系统等子系统;

·计费及结算系统:支持ONU的认证(MAC地址、802.1X)、用户的PPPoEDHCP802.1X认证、支持Radius协议计费(要支持固定费时长、流量等灵活计费方式和多种优惠策略),还要支持与ICP等的企业间结算;

·业务管理系统:实现对业务参数的管理(产品、资费、优惠、套餐)和客户数据的管理;

·认证和计费结算系统:包括BRASRadius和结算模块等;

·网络资源管理和统计报表系统:实现网络资源管理和统计报表功能;

·决策支持系统:为运营商的网络建设和运行维护提供有用的分析和建议;

·基于Web的用户自服务。

随着前几年基于xDSL的宽带OSS系统建设的逐步完成,各固网运营商基本具有OSS。但如何面对EPON规模部署的情况,完善现有的OSS系统,是当前的关键问题,特别是建立OSS系统与EPON网管系统(EMS)之间的接口。

3.2 与NGN承载网的互通

EPON除了可以满足宽带上网的需求外,还可以作为其他业务网络的承载手段以降低成本。随着软交换网络的发展,运营商已经逐步采用软交换AG设备或IAD设备来解决新建小区或商务楼宇的语音需求。但是不同厂家的NGN设备对语音承载的信令模式不同,因此EPON在与NGN承载网的互通上存在一定的问题。

4 结束语

综上所述,尽管EPON的实现仍存在一些问题,但在IP网络高速发展的今天,采用EPON接入技术,各网之间可以实现无缝连接,不需要任何格式转换,这将大大提高运行效率,方便管理,降低成本,并且可以提供端到端的连接,满足用户日渐增长的带宽需求。EPON的实现模式,在利旧改造的基础上节约了骨干光缆资源,同时为通信运营商的IP新业务拓展了市场。随着EPON的大力发展和ONU厂家的互通互用的有力推动,拥有这种降低了维护成本的EPON,必将是现阶段综合业务接入网的一种理想选择,具有十分广阔的发展前景。

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