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摘要:FTTB是FTTx的主流建网模式。在建网过程中,FTTB面临着多业务承载以及QoS的挑战。本文针对FTTB的GPON技术,详细阐述了多业务承载以及保证QoS的实现方案。
关键词:QoS;多业务;GPON;FTTB
中图分类号:文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)22-pppp-0c
近年来,随着高宽带需求的互联网增值业务的迅速发展,宽带化成为了电信产业发展的潮流所向。就宽带接入而言,传统的铜线接入方式由于传输距离和带宽的限制已经无法满足当前及后续新业务发展的需求,光接入日益成为运营商建网的首选模式。 光接入网络根据光纤到用户的距离来分类,可分成FTTCab(Fiber To The Cabinet)、FTTCurb(Fiber To The Curb)、FTTB(Fiber To The Building)及FTTH(Fiber To The Home)等形态,统称FTTx。由于新建成本、现网资源以及CLEC的竞争,国内和海外大多运营商都选择以FTTB作为当前主流的建网模式。
FTTx成功实施的关键在于对着各种各样的业务提供良好的承载[1]。一方面,由于窄带业务仍然是运营商利润的重要来源,FTTx网络仍需对传统铜线时代的窄带业务提供良好承载。另一方面,对于带宽需求大的新业务,如IPTV、高清电视等,也必须在同一个网络内实现。因此,这不仅要求接入网络能够实现各种接入技术,更要很好地承载各类业务,并保证其QoS。下面就以FTTB模式下一种典型的接入技术GPON[2]为例,阐述多业务承载方式及其QoS解决方案。
1 多业务承载方式
宽带接入网络可以使用VLAN TAG、802.1P、TOS等多种方式来区分不同业务类型,其中VLAN可区分业务类型和安全隔离用户信息,是组网时关注的重点问题之一,实际应用中常采用内外层VLAN的方式。一种典型的多业务承载模式是:ONU完成不同业务的VLAN映射,针对同一ONU下不同用户不同业务都分别采用不同的VLAN标识。比如针对用户1的VOIP和用户2的VOIP业务分别用VOIP1VLAN和VOIP2VLAN来表示,高速上网也分别用HSI1VLAN和HSI2VLAN来区分用户1和用户2。由于组播业务的特殊性,对所有用户的组播采用相同的VLAN。OLT侧针对不同ONU的不同用户的同类业务增加一层外部VLAN代表业务类型,内层VLAN用来表示用户信息。不同类型的业务流在上级网络中可以通过外层VLAN来针对不同的业务类型进行不同路由处理或Qos控制等。这种模式对于业务分流和用户定位都非常方便,当业务出现故障时,很容易根据内层VLAN进行用户定位,进行快速定位,并恢复业务。但这种模式对ONU设备要求高,必须支持足够多的VLAN数量,在实际的业务布放中每增加一个用户或一种业务都要增加VLAN配置,维护成本比较高。
另一种典型的多业务承载方式针对ONU下同一个用户的不同业务采用相同CVLAN来标示,如图1所示。同时通过COS来区别不同的业务类型。由于组播业务的特殊性,对所有用户的组播采用相同的VLAN。OLT根据COS来区分不同的业务类型,并相应增加外层VLAN,不同用户的信息在内层VLAN来体现。上级设备通过外层VLAN来进行业务的分流。这种承载模式最大的好处是节省VLAN资源,VLAN的规划比较简单。同时,在ONU和OLT之间针对所有的用户业务通过VLAN实现完全隔离,安全性比较高。
在实际的业务运营中,随着布放用户的增加,第一种方案对VLAN的总数需求庞大,资源消耗大。相比而言,更推荐图1的方案,节省VLAN资源,一步到位实现,后续增加新业务,VLAN无需重新规划,网络侧VLAN配置无需改动,可
扩展性更好。
2 多业务承载的QoS探讨
宽带接入网中,除了多业务承载方式,需重点关注QoS保证这一问题。语音、数据、视频等业务对传输时延、带宽要求、丢包等有不同要求。为了能更好地支持各种不同服务的QoS要求,宽带网络首先要能够设别区分不同的业务类型,进而为之提供相应的服务质量[3]。针对IP网络,已经有很多传统的QoS方式,比如IntServ、IP优先级、TOS优先级以及DSCP等方式,这些方式都是IP网的通用技术。除了这些方式,还有几种在网络设备中非常重要的QoS技术,比如CAR,队列调度等。下面就以OLT ONU系统为例,分析这几种QoS在设备上的实现思路,其中OLT和ONU之间采用GPON技术。
ONU上针对不同优先级业务的CAR和优先级调度
CAR是最重要的QoS方式之一,其中TRTCM(双速率三色标记器)是一种典型的CAR算法。双速率三色标记用于流量监管和标记,以进行有效的带宽管理。TRTCM中有几个重要的概念。CIR表示承诺速率,PIR表示峰值速率。TRTCM算法针对不同流量下的报文通过不同的着色策略后进行不同的处理。当用户流量小于承诺速率时(CIR)标记为绿色,全部通过;当超出峰值速率时(PIR)标记为红色,全部丢弃,处于CIR和PIR之间的流量标记为黄色,这部分流程将在网络拥塞的时候被丢弃。针对每种不同的业务类型可以设置不同的CIR和PIR,以达到对不同业务的区分服务。实际上可在ONU上支持3种或更多的业务类型,每种业务类型的数据经过CAR以后,进入自己的队列当中。
对于上行的业务报文,在进入GPON模块前,还可以通过不同的调度算法来实现对不同优先级业务的发送控制,当前最典型的调度方法主要有SP(严格优先级),WRR(加权循环)或SP WRR的方式。在队列调度时,SP 严格按照优先级从高到低的次序优先发送较高优先级队列中的分组,当较高优先级队列为空时,再发送较低优先级队列中的分组。这对于对时延要求非常高的语音业务非常有用。WRR 在计算报文调度次序时增加了优先权方面的考虑,优先权可以包括等待时间,报文大小等。WRR保证每个队列都得到一定的服务时间,当然也可以同时采用SP WRR的方式,集中两者的优势。对于下行报文ONU可以针对每个用户端口不同业务类型设定不同的优先级队列,同样采取SP/WRR调度的方式实现下行的QoS控制。
GPON模块针对不同业务类型采用不同的承载策略
GPON通过DBA实现精细化带宽分配机制,而TCONT是GPON流量调度的基本单位。同时GPON规定了5种T-CONT,不同类型的T-CONT具有不同的带宽分配方式,可以满足不同业务流对时延、抖动、丢包率等。针对不同的业务,通过采用不同的TCONT或者设置为不同的TCONT类型,配合GPON的DBA调度策略就可以在OLT和ONU之间实现不同QoS控制效果。因此在OLT和ONU之间的TCONT的对业务的承载方式也是一种重要的QoS策略。
TCONT主要的承载模式有:ONU为每个用户采用不同的TCONT来承载,ONU需要支持的TCONT数量等于ONU的用户数;针对每种COS设置不同的TCONT,这种模式下ONU对TCONT的支持数量等于COS类型的数量。当然还可以有更进一步的方式,比如针对每个用户的每种不同的业务类型设置一个TCONT承载,这样通过GPON的DBA调度可能得到更精细的的QoS调度效果,但同时对ONU的TCONT支持能力提出了很高的要求,具体采用什么模式可以根据实际业务的需要进行选择。
OLT针对不同业务类型进行队列调度
ONU的报文到达OLT以后,OLT可以根据VLAN TAG/COS等对报文进行流分类,然后对不同的流进行CAR及调度处理,类似ONU上的处理方式。通过这种方式,实现在OLT上的QoS控制。
不管是ONU上的CAR队列调度、ONU和OLT之间的TCONT承载以及OLT上的CAR队列管理,整个PON接入系统最终需要在各个节点上采取统一的QoS策略,实现整体系统的最优QoS效果。
3 结束语
实现“光进铜退”是宽带网今后发展的主要趋势。当前的光接入进程中,考虑到直接光纤到户的成本较高、新业务对带宽的需求尚未十分紧迫以及充分利用原有铜线资源等因素,运营商们更倾向以FTTB模式为主、其他FTTx模式为辅来推进建设FTTx网络。在FTTB的建设过程中,势必要面临多业务承载以及QoS保证等问题的挑战。本文以GPON为例分析了FTTB下多业务承载方式和QoS的几种可选方案。事实上,多业务承载和QoS控制可以有多种多样的策略,最终选择哪种策略是基于现有资源、维护习惯、业务布放便利性、业务特点等情况作出的综合考虑。
参考文献
[1] 郝宁. 融合趋势下FTTx的多业务承载. 2006,32(13).
[2] ITU-T G.984. Gigabit-capable passive optical networks (GPON), 2004.
[3] 陈洁. Pon系统承载多业务的技术探讨. 电信网技术,2008,(6).
关键词:QoS;多业务;GPON;FTTB
中图分类号:文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)22-pppp-0c
近年来,随着高宽带需求的互联网增值业务的迅速发展,宽带化成为了电信产业发展的潮流所向。就宽带接入而言,传统的铜线接入方式由于传输距离和带宽的限制已经无法满足当前及后续新业务发展的需求,光接入日益成为运营商建网的首选模式。 光接入网络根据光纤到用户的距离来分类,可分成FTTCab(Fiber To The Cabinet)、FTTCurb(Fiber To The Curb)、FTTB(Fiber To The Building)及FTTH(Fiber To The Home)等形态,统称FTTx。由于新建成本、现网资源以及CLEC的竞争,国内和海外大多运营商都选择以FTTB作为当前主流的建网模式。
FTTx成功实施的关键在于对着各种各样的业务提供良好的承载[1]。一方面,由于窄带业务仍然是运营商利润的重要来源,FTTx网络仍需对传统铜线时代的窄带业务提供良好承载。另一方面,对于带宽需求大的新业务,如IPTV、高清电视等,也必须在同一个网络内实现。因此,这不仅要求接入网络能够实现各种接入技术,更要很好地承载各类业务,并保证其QoS。下面就以FTTB模式下一种典型的接入技术GPON[2]为例,阐述多业务承载方式及其QoS解决方案。
1 多业务承载方式
宽带接入网络可以使用VLAN TAG、802.1P、TOS等多种方式来区分不同业务类型,其中VLAN可区分业务类型和安全隔离用户信息,是组网时关注的重点问题之一,实际应用中常采用内外层VLAN的方式。一种典型的多业务承载模式是:ONU完成不同业务的VLAN映射,针对同一ONU下不同用户不同业务都分别采用不同的VLAN标识。比如针对用户1的VOIP和用户2的VOIP业务分别用VOIP1VLAN和VOIP2VLAN来表示,高速上网也分别用HSI1VLAN和HSI2VLAN来区分用户1和用户2。由于组播业务的特殊性,对所有用户的组播采用相同的VLAN。OLT侧针对不同ONU的不同用户的同类业务增加一层外部VLAN代表业务类型,内层VLAN用来表示用户信息。不同类型的业务流在上级网络中可以通过外层VLAN来针对不同的业务类型进行不同路由处理或Qos控制等。这种模式对于业务分流和用户定位都非常方便,当业务出现故障时,很容易根据内层VLAN进行用户定位,进行快速定位,并恢复业务。但这种模式对ONU设备要求高,必须支持足够多的VLAN数量,在实际的业务布放中每增加一个用户或一种业务都要增加VLAN配置,维护成本比较高。
另一种典型的多业务承载方式针对ONU下同一个用户的不同业务采用相同CVLAN来标示,如图1所示。同时通过COS来区别不同的业务类型。由于组播业务的特殊性,对所有用户的组播采用相同的VLAN。OLT根据COS来区分不同的业务类型,并相应增加外层VLAN,不同用户的信息在内层VLAN来体现。上级设备通过外层VLAN来进行业务的分流。这种承载模式最大的好处是节省VLAN资源,VLAN的规划比较简单。同时,在ONU和OLT之间针对所有的用户业务通过VLAN实现完全隔离,安全性比较高。
在实际的业务运营中,随着布放用户的增加,第一种方案对VLAN的总数需求庞大,资源消耗大。相比而言,更推荐图1的方案,节省VLAN资源,一步到位实现,后续增加新业务,VLAN无需重新规划,网络侧VLAN配置无需改动,可
扩展性更好。
2 多业务承载的QoS探讨
宽带接入网中,除了多业务承载方式,需重点关注QoS保证这一问题。语音、数据、视频等业务对传输时延、带宽要求、丢包等有不同要求。为了能更好地支持各种不同服务的QoS要求,宽带网络首先要能够设别区分不同的业务类型,进而为之提供相应的服务质量[3]。针对IP网络,已经有很多传统的QoS方式,比如IntServ、IP优先级、TOS优先级以及DSCP等方式,这些方式都是IP网的通用技术。除了这些方式,还有几种在网络设备中非常重要的QoS技术,比如CAR,队列调度等。下面就以OLT ONU系统为例,分析这几种QoS在设备上的实现思路,其中OLT和ONU之间采用GPON技术。
ONU上针对不同优先级业务的CAR和优先级调度
CAR是最重要的QoS方式之一,其中TRTCM(双速率三色标记器)是一种典型的CAR算法。双速率三色标记用于流量监管和标记,以进行有效的带宽管理。TRTCM中有几个重要的概念。CIR表示承诺速率,PIR表示峰值速率。TRTCM算法针对不同流量下的报文通过不同的着色策略后进行不同的处理。当用户流量小于承诺速率时(CIR)标记为绿色,全部通过;当超出峰值速率时(PIR)标记为红色,全部丢弃,处于CIR和PIR之间的流量标记为黄色,这部分流程将在网络拥塞的时候被丢弃。针对每种不同的业务类型可以设置不同的CIR和PIR,以达到对不同业务的区分服务。实际上可在ONU上支持3种或更多的业务类型,每种业务类型的数据经过CAR以后,进入自己的队列当中。
对于上行的业务报文,在进入GPON模块前,还可以通过不同的调度算法来实现对不同优先级业务的发送控制,当前最典型的调度方法主要有SP(严格优先级),WRR(加权循环)或SP WRR的方式。在队列调度时,SP 严格按照优先级从高到低的次序优先发送较高优先级队列中的分组,当较高优先级队列为空时,再发送较低优先级队列中的分组。这对于对时延要求非常高的语音业务非常有用。WRR 在计算报文调度次序时增加了优先权方面的考虑,优先权可以包括等待时间,报文大小等。WRR保证每个队列都得到一定的服务时间,当然也可以同时采用SP WRR的方式,集中两者的优势。对于下行报文ONU可以针对每个用户端口不同业务类型设定不同的优先级队列,同样采取SP/WRR调度的方式实现下行的QoS控制。
GPON模块针对不同业务类型采用不同的承载策略
GPON通过DBA实现精细化带宽分配机制,而TCONT是GPON流量调度的基本单位。同时GPON规定了5种T-CONT,不同类型的T-CONT具有不同的带宽分配方式,可以满足不同业务流对时延、抖动、丢包率等。针对不同的业务,通过采用不同的TCONT或者设置为不同的TCONT类型,配合GPON的DBA调度策略就可以在OLT和ONU之间实现不同QoS控制效果。因此在OLT和ONU之间的TCONT的对业务的承载方式也是一种重要的QoS策略。
TCONT主要的承载模式有:ONU为每个用户采用不同的TCONT来承载,ONU需要支持的TCONT数量等于ONU的用户数;针对每种COS设置不同的TCONT,这种模式下ONU对TCONT的支持数量等于COS类型的数量。当然还可以有更进一步的方式,比如针对每个用户的每种不同的业务类型设置一个TCONT承载,这样通过GPON的DBA调度可能得到更精细的的QoS调度效果,但同时对ONU的TCONT支持能力提出了很高的要求,具体采用什么模式可以根据实际业务的需要进行选择。
OLT针对不同业务类型进行队列调度
ONU的报文到达OLT以后,OLT可以根据VLAN TAG/COS等对报文进行流分类,然后对不同的流进行CAR及调度处理,类似ONU上的处理方式。通过这种方式,实现在OLT上的QoS控制。
不管是ONU上的CAR队列调度、ONU和OLT之间的TCONT承载以及OLT上的CAR队列管理,整个PON接入系统最终需要在各个节点上采取统一的QoS策略,实现整体系统的最优QoS效果。
3 结束语
实现“光进铜退”是宽带网今后发展的主要趋势。当前的光接入进程中,考虑到直接光纤到户的成本较高、新业务对带宽的需求尚未十分紧迫以及充分利用原有铜线资源等因素,运营商们更倾向以FTTB模式为主、其他FTTx模式为辅来推进建设FTTx网络。在FTTB的建设过程中,势必要面临多业务承载以及QoS保证等问题的挑战。本文以GPON为例分析了FTTB下多业务承载方式和QoS的几种可选方案。事实上,多业务承载和QoS控制可以有多种多样的策略,最终选择哪种策略是基于现有资源、维护习惯、业务布放便利性、业务特点等情况作出的综合考虑。
参考文献
[1] 郝宁. 融合趋势下FTTx的多业务承载. 2006,32(13).
[2] ITU-T G.984. Gigabit-capable passive optical networks (GPON), 2004.
[3] 陈洁. Pon系统承载多业务的技术探讨. 电信网技术,2008,(6).