“三重播放”IP網(wǎng)承載架構(gòu)的演進(jìn)探討

劉麗莉

（上海貝爾股份有限公司，重慶 400020）

0 引言

中國的互聯(lián)網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，截止2009年12月底，中國上網(wǎng)人數(shù)已經(jīng)達(dá)到3.84億，在全球排名第一，網(wǎng)民的普及率達(dá)到28.9%。并且，2010年通過互聯(lián)網(wǎng)和寬帶網(wǎng)絡(luò)提供的交互式網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）用戶數(shù)量將增到850萬個(gè)，預(yù)計(jì)到2011年中國IPTV用戶總數(shù)將達(dá)到2200萬。在如此強(qiáng)烈需求的趨動(dòng)下，電信IP網(wǎng)絡(luò)也將面臨從原先單一承載普通上網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向真正的“三重播放”（Triple play）即語音、視頻、數(shù)據(jù)等全業(yè)務(wù)承載[1]上。IPTV作為目前非常熱門的“三重播放”重頭業(yè)務(wù)，對建設(shè)電信全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)承載架構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)。

三重播放對傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的沖擊并不是簡單的光進(jìn)銅退[2]，引進(jìn)無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）系統(tǒng)[3]，還涉及到整個(gè)IP城域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化與轉(zhuǎn)型[4]。電信運(yùn)營商面臨最突出的問題在于接入層視頻業(yè)務(wù)的爆炸式增長引發(fā)對現(xiàn)有 IP城域網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建設(shè)的迫切需求。IP城域網(wǎng)新的建設(shè)目標(biāo)將是“具備業(yè)務(wù)感知能力的網(wǎng)絡(luò)”。

1 電信全業(yè)務(wù)IP承載架構(gòu)演進(jìn)

1.1 整體演進(jìn)目標(biāo)

“三重播放”對用戶體驗(yàn)質(zhì)量的要求與寬帶上網(wǎng)截然不同，必須采用新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和新的技術(shù)[5]。網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)應(yīng)提高用戶體驗(yàn)質(zhì)量，并最大程度地保持網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活性，支持以下特性：

①可擴(kuò)展的基于每個(gè)用戶的帶寬控制和流量記賬具有很高的性價(jià)比；

②通過在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)全程開啟組播功能，能夠在近期優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的組播效率，遠(yuǎn)期來看應(yīng)確保逐步具有開展100% 的視頻點(diǎn)播（VoD）業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力；

③最大程度地降低部署用戶業(yè)務(wù)的復(fù)雜度；

④在同時(shí)支持現(xiàn)有模式提供高速 Internet業(yè)務(wù)的同時(shí)，優(yōu)化視頻（Video）和IP語音（VoIP）業(yè)務(wù)的市場推廣和部署能力。

1.2 整體演進(jìn)思路

為實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，IP網(wǎng)承載架構(gòu)主要演進(jìn)思路如下。（1）引入IPoE認(rèn)證方式

在業(yè)務(wù)控制層，由于業(yè)務(wù)已由單一的普通高速上網(wǎng)演進(jìn)到差異化的全業(yè)務(wù)，需要改變業(yè)務(wù)認(rèn)證方式。 IPTV適合采用 IPoE認(rèn)證，支持永遠(yuǎn)在線，普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)仍然采用在以太網(wǎng)上傳輸PPP的方法（PPPoE）方式認(rèn)證。

如果由業(yè)務(wù)路由器(SR)作為局端（POP）點(diǎn)，采用IPoE方式提供，動(dòng)態(tài)主機(jī)分配協(xié)議（DHCP）分配IP地址。這樣就可以將組播復(fù)制點(diǎn)下移至靠近用戶的二層設(shè)備，從而節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，克服組播復(fù)制點(diǎn)限制在寬帶接入服務(wù)器（BRAS）上的性能瓶頸。

（2）采用優(yōu)化的分布式用戶策略

在組播復(fù)制點(diǎn)下移至靠近用戶的二層設(shè)備后，業(yè)務(wù)控制層設(shè)備不再負(fù)擔(dān)為幾萬甚至幾十萬用戶執(zhí)行基于每個(gè)用戶的策略。這一功能被分布在匯聚交換機(jī)上執(zhí)行，并且這些基于每個(gè)用戶的策略可在面向接入節(jié)點(diǎn)如數(shù)字用戶線接入復(fù)用器（DSLAM）或局域網(wǎng)接入交換機(jī)（LAN access switch），光纖線路終端（OLT）的接口上實(shí)施。

（3）二層網(wǎng)采用VPLS

二層匯聚設(shè)備由普通的二層匯聚交換機(jī)演進(jìn)到新型VPLS以太匯聚網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)在二層匯聚網(wǎng)的業(yè)務(wù)可控，可感知。

2 引入IPoE認(rèn)證方式

2.1 IPoE的認(rèn)證過程

IPoE的認(rèn)證過程如下：

①客戶端發(fā)起1個(gè)DHCP Discover（DHCP發(fā)現(xiàn)請求），要求得IP地址；

②請求到DSLAM/OLT，插入Option82（參數(shù)）；

③DSLAM/OLT——寬帶網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)（BNG）；

④BNG——Radius AAA Server（遠(yuǎn)程認(rèn)證撥號用戶服務(wù)的認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)服務(wù)器），發(fā)認(rèn)證請求，判斷是否合法，告訴可以接入，返回BNG授權(quán)；

⑤BNG——DHCP Server（DHCP服務(wù)器），分配IP地址下發(fā)。

Option82選項(xiàng)：實(shí)現(xiàn)用戶和線路的精確綁定，通常由DSLAM/二層交換機(jī)/OLT將用戶端口信息和設(shè)備信息插入用戶的DHCP報(bào)文。

2.2 IPoE可將組播復(fù)制點(diǎn)下移

組播報(bào)文若在IPoE通道上承載，不需要對組播報(bào)文進(jìn)行以太網(wǎng)幀封裝（PPP）封裝處理，因此組播復(fù)制工作不用限定在終結(jié)PPPoE的BRAS上進(jìn)行，可以根據(jù)業(yè)務(wù)靈活部署在接入節(jié)點(diǎn)OLT（DSLAM或LAN access switch），就可以克服組播復(fù)制點(diǎn)限制在BRAS上的性能瓶頸，組播復(fù)制點(diǎn)越靠近用戶越節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。IPoE認(rèn)證，可以集中部署DHCP Server，為IP終端分配IP地址，SR啟用DHCP中繼（DHCP Relay）功能。

而PPPoE是在BNG設(shè)備和用戶之間建立點(diǎn)對點(diǎn)連接，現(xiàn)網(wǎng)二層設(shè)備不支持基于 PPPoE的互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議探聽（IGMP snooping），導(dǎo)致采用PPPoE封裝時(shí)在二層設(shè)備上無法進(jìn)行組播復(fù)制，只能在BRAS上進(jìn)行組播復(fù)制。

3 優(yōu)化的分布式用戶策略執(zhí)行

3.1 優(yōu)化傳送效率

針對IP城域網(wǎng)接入層，優(yōu)化傳送效率的主要措施為：將節(jié)目內(nèi)容根據(jù)點(diǎn)播的頻率，逐級推送到各插入點(diǎn)。點(diǎn)播頻率最高的節(jié)目推送到最靠近用戶的 DSLAM，OLT，以及園區(qū)二層交換機(jī)上。極大緩解了從接入設(shè)備到業(yè)務(wù)控制層的帶寬壓力，以及業(yè)務(wù)控制層核心設(shè)備的性能壓力。如圖1示。

圖1 優(yōu)化IPTV/VoD內(nèi)容插入點(diǎn)

3.2 業(yè)務(wù)控制層的優(yōu)化部署

業(yè)務(wù)控制層將精品業(yè)務(wù)與普通業(yè)務(wù)在物理承載網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行區(qū)分：

①對精品業(yè)務(wù)(大客戶虛擬個(gè)人網(wǎng)絡(luò)VPN、VoIP、IPTV等)進(jìn)行更精細(xì)化控制，采用IPoE的認(rèn)證方式，用支持IPoE的SR終結(jié)；或者用專門的DHCP Server平臺分配IP地址，SR開DHCP Relay；

②對現(xiàn)有的HSI業(yè)務(wù)用戶保持PPPoE模式，并且終結(jié)其PPPoE流量。

3.3 二層網(wǎng)絡(luò)的QoS分布式策略

通過高性能的二層匯聚層網(wǎng)絡(luò)，將針對每個(gè)用戶的服務(wù)質(zhì)量（QoS）策略分布到匯聚交換機(jī)上執(zhí)行，充分地簡化了對業(yè)務(wù)控制層至匯聚交換機(jī)之間的QoS要求，這樣將業(yè)務(wù)可感知可區(qū)分的壓力從原先單一的控制層分解轉(zhuǎn)移到二層匯聚層，接入層[2]。事實(shí)上業(yè)務(wù)控制層設(shè)備不再負(fù)擔(dān)為幾萬甚至幾十萬用戶執(zhí)行基于每個(gè)用戶的策略。這一功能被分布在匯聚交換機(jī)上執(zhí)行，并且這些基于每個(gè)用戶的策略可在面向接入節(jié)點(diǎn)（DSLAM或LAN access switch）的接口上實(shí)施。

從QoS來看，業(yè)務(wù)控制層根據(jù)與內(nèi)容相關(guān)的服務(wù)等級承諾執(zhí)行對業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)，而不再針對每個(gè)具體的用戶。在二層網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口上采用基于服務(wù)等級的排隊(duì)以確保 Video業(yè)務(wù)的控制流具有最小的傳送時(shí)延，并且優(yōu)先處理的數(shù)據(jù)/HSI業(yè)務(wù)，以確保比“盡力而為”服務(wù)等級的普通上網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能夠獲得更好的性能。

4 VPLS技術(shù)引入二層匯聚網(wǎng)

如果二層網(wǎng)絡(luò)需要執(zhí)行分布式用戶策略，那么傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)橋接解決方案將顯得力不從心?；诙鄥f(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）的VPLS[6]構(gòu)建寬帶接入二層匯聚網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)分布式管理，減輕SR的壓力，業(yè)務(wù)擴(kuò)展和部署較容量。具有以下優(yōu)勢：

①基于IP/MPLS技術(shù)的架構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，快速重路由技術(shù)保證小于50 ms的故障收斂時(shí)間；

②支持MPLS流量工程；

③網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性(擴(kuò)展覆蓋用戶數(shù)量的能力)及業(yè)務(wù)可擴(kuò)展性(擴(kuò)展支持其他新的全業(yè)務(wù)的能力)，具有端到端QoS能力、強(qiáng)大的操作管理與維護(hù)（OAM）手段。

VPLS技術(shù)將MPLS標(biāo)簽放在2層與2層之間，把用戶的 2層信息作為業(yè)務(wù)傳遞到對端，不作任何修改。PE將客戶的以太網(wǎng)幀封裝在MPLS包內(nèi)，外層封裝MPLS標(biāo)記交換路徑（LSP），內(nèi)層封裝不同的虛擬電路（VC）。在目的端由運(yùn)營商邊緣路由器（PE）終結(jié)LSP，彈出外層標(biāo)記，將會(huì)根據(jù)虛擬電路標(biāo)簽（VC Label）來確定是屬于哪個(gè)VPLS實(shí)例的流量。即VPLS在3層網(wǎng)絡(luò)上模擬2層隧道，OAM[7]、QoS，組播等都比2層網(wǎng)絡(luò)健壯，因此它是最適合二層匯聚網(wǎng)的電信級以太網(wǎng)技術(shù)之一。

5 結(jié)語

綜上，電信IP城域網(wǎng)向“三重播放”全業(yè)務(wù)承載架構(gòu)應(yīng)是從接入層到業(yè)務(wù)控制層全面的演進(jìn)，在投資最小化的前提下實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)全業(yè)務(wù)承載最優(yōu)化。

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