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软件定义光层,构建深度融合光网络

  当前10M~20Mbps的接入网速率已经达到了普及的程度(普及率45%),而未来数年,50Mbps以上的速率将很快成为市场的主流(预计普及率在25%以上)。主流运营商普遍规划了接入设备到2018年可以满足50%~100%的用户开通100Mbps+以上带宽的能力。

  视频应用是流量增长的重要推手,并且因为更多用户的使用习惯向在线点播、下载观看转变,更多的流量从组播向单播转变。CDN将在城域网被广泛部署。接入网显现出比长途骨干网更快的流量增长。接入网设备至少规划2018年能应对3~4倍的未来流量增长。

  主流运营商普遍建设的综合接入节点将是接入层光纤的汇聚之地,这些光纤可以作为PON的主干光纤、IP RAN移动回程的光纤、企业专网的专线光纤。但这些光纤资源当前还很少是被上述不同使用场景共享的。

  移动宽带当前就需要利用经济可靠的PON光纤资源,承载小基站来提升移动网络的覆盖深度。未来无线基带资源池化的C-RAN方案,BBU将更进一步的向综合接入节点位置集中,RRU将更多且更靠近手机用户,其大带宽、低时延、低抖动的移动前传业务要求,将需要更多的综合接入节点的接入光纤资源。

  当前固网接入的主流技术是单波长2.5G/1G的GE PON。单波长10G/2.5G的10G PON技术已经开始部署,后续将演进到NGPON2。运营商面临不同使用场景下,几代PON技术的长期共存需求。

  SDN技术的核心是对资源的全局观,可以集中协调不同应用之间的资源竞争,狭义的Openflow控制器主要是对转发路径、流量工程等集中计算,仅涉及MAC转发和路由转发。而OLT所在的综合接入节点,面对如此多的不同光纤使用场景,我们建议通过软件定义光层(SDO)技术,将软件可编程的特性扩展到MAC层以下,对PMD、PHY、波长都可以软件编程设置其工作模式,从而实现对光纤资源的充分利用。可控制的物理实体主要是OLT和ONU的光层和MAC层。

  SDO的主要特性如下:

  1.任意波长,可配置P2P或P2MP的MAC工作模式;

  2.任意波长线路速率,PMD层的工作模式可设置(GE/10GE/2.5G GPON/10G PON等);

  3.FEC、加密等算法可配置,未来可配调制制式。

  SDO技术带给运营商的好处有:

  1.同一ODN可以同时承载家庭用户接入,及对延迟敏感高的移动业务、高安全要求的企业用户业务,实现多张网的深度融合;

  2.OLT业务板卡归一化,简化备品备件和运维;

  3.可以对TWDM-PON的ONU进行动态波长管理,当ONU流量较低时,可以聚集到少量波长上工作,降低OLT功耗。

  固网接入控制器,实现网络能力开放

  当前城域网一般是接入网设备的一个管理边界,比如国内运营商以省一级单位管理下辖的所有接入设备,随着OTT业务的冲击,很多OTT服务都是跨省和跨运营商的,运营商越来越需要集约化管理网络资源。而依靠逐级的OSS系统提供省级,乃至全国级别的业务控制,效果并不理想。

  运营商引入SDN技术,当OLT实现了控制转发分离后,可以在接入域设置接入控制器vOLT对物理OLT进行集中控制,然后在控制器上实现网络虚拟化。

  运营商利用固网接入控制器虚拟多个业务专网,运营商想建设一张全国性的Wi-Fi承载网用于流量经营,采用SDN和NFV技术,可以将网络基础设施虚拟成多个逻辑网络,企业Wi-Fi专网和普通固网业务隔离,多层控制器实现分域情况下的端到端控制。云化部署的省级VNF实现Wi-Fi终端并发数量控制、认证、鉴权、APP消息推送等网络功能虚拟化。运营商可设立全国性的OTT对接中心,统一开放后向接口给OTT服务商;终端植入运营商APP作为策略执行体。

  另外,运营商的业务连接通常是跨管理域的,所以固网接入控制器vOLT,必然需要有更高一级的业务编排层或控制器对其进行控制,网络控制器的部署必然是个长期的过程,不会一蹴而就,各级SDN控制器/编排器会和当前已经建立的OSS系统长期共存。

  接入网演进策略

  接入网从长期看不会改变用户接入点数量众多,接入介质因地制宜的特点。在各种介质中,光纤具备优异传输特性,和提供更高带宽的潜力,运营商会继续推进Fiber Deeper的战略,使光纤无限接近用户接入点。但在广覆盖的同时,网络的控制点需要减少和集中,以降低网络运营成本。网络弹性和自动化配置能力需要增强,以匹配互联网业务的开发部署周期。利用SDN控制转发分离、控制集中的特性,采取下面的演进步骤,最终可达成上述目标。

  第一步聚合:沿用接入网汇聚后再交换的业务控制逻辑,将转发和控制的能力先向OLT集中。OLT通过vONU汇聚简单接入管道,通过SDO实现ODN带宽资源的充分挖掘和弹性分配;实现接入网络的转发和管控OLT聚合和固移网络的深度聚合。

  第二步虚拟:在OLT上实现控制转发分离,特别是L4—L7层可NFV实现的相关功能逐步上移到接入域控制器及其上的网络编排层实现。比如VoIP的SIP ALG功能、DHCP Server/Relay功能,IGMP proxy功能,IP动态路由功能,统计数据及用户行为分析功能等;实现接入网络的多虚一和一虚多。

  第三步开放:借助SDN控制器的运用,实现更灵活的开放Overlay的网络,运营商负责从OLT到OLT或OLT到IDC的下层多业务复用的WAN连接,用户负责上层主机之间的业务连接。这种架构也兼容现有的QinQ(外层运营商SVLAN,内层用户CVLAN)的传统VLAN规划方式。只是SDN控制器有更全局的把控,除了SVLAN,也可以根据转发设备的能力,使用LSP隧道、VxLAN隧道等其他方式。且整个连接是控制器自动配置的,不再需要运维人员手动地去逐段网络配置VLAN。最终实现网络灵活开放。