虛擬OLT實現(xiàn)方式和發(fā)展趨勢

扶奉超，王鵬，毛宇，黃湧梅，高小兵，張愛華，林國強(qiáng)

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虛擬OLT實現(xiàn)方式和發(fā)展趨勢

扶奉超，王鵬，毛宇，黃湧梅，高小兵，張愛華，林國強(qiáng)

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）和云計算技術(shù)已成為當(dāng)前的研究熱點。研究如何利用SDN、NFV技術(shù)和云計算實現(xiàn)vOLT（虛擬OLT），以解決傳統(tǒng)PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）OLT運(yùn)維難度高、資源發(fā)放不靈活、業(yè)務(wù)開通流程復(fù)雜等問題?？偨Y(jié)了業(yè)內(nèi)4種不同的vOLT實現(xiàn)方式，同時從電信運(yùn)營商的立場出發(fā)，從應(yīng)用場景和引入難度等角度對比分析了這4種方法，并給出了vOLT的演進(jìn)路線。該研究成果對運(yùn)營商有一定的參考價值和借鑒意義。

寬帶接入網(wǎng)；vOLT；SDN；NFV；虛擬化

1 引言

SDN（software defined networking）、NFV（network function virtualization）和云計算技術(shù)已成為業(yè)內(nèi)討論和研究的熱點。SDN針對的是網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)的改變，其核心思想是分離網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面，利用軟件編程實現(xiàn)集中控制，開放網(wǎng)絡(luò)的北向接口，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)靈活編排和業(yè)務(wù)靈活部署[1]。NFV技術(shù)是針對單個網(wǎng)元的虛擬化，其核心思想是用通用x86服務(wù)器實現(xiàn)傳統(tǒng)的專用電信設(shè)備功能，實現(xiàn)軟硬件解耦，從而降低設(shè)備成本，提高設(shè)備的靈活性[2]。NFV技術(shù)的實現(xiàn)依賴于云計算技術(shù)的成熟。以目前通用服務(wù)器的性能來分析，NFV適用于計算能力高而對轉(zhuǎn)發(fā)能力要求不高的網(wǎng)絡(luò)邊緣，如城域網(wǎng)、接入網(wǎng)、5G核心網(wǎng)等[3]。SDN、NFV和云計算技術(shù)的快速發(fā)展為固網(wǎng)接入網(wǎng)OLT的虛擬化提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

OLT是PON系統(tǒng)的核心設(shè)備，位于接入網(wǎng)機(jī)房內(nèi)，負(fù)責(zé)移動用戶、家庭寬帶客戶和政企客戶的接入功能，并提供語音、視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。OLT是“最后一公里”的核心設(shè)備，其設(shè)備能力和智能化關(guān)系到整個接入網(wǎng)的質(zhì)量?，F(xiàn)網(wǎng)OLT存在以下問題：首先是運(yùn)維成本過高的問題，廣東電信OLT數(shù)千臺，但OLT廠商部分協(xié)議私有，實現(xiàn)跨廠商運(yùn)維難度較大，造成運(yùn)營商OLT運(yùn)維成本高，投入資源大。其次是資源發(fā)放問題，目前OLT采用專網(wǎng)專用的方式，容易造成資源浪費和過多的機(jī)房資源消耗。且業(yè)務(wù)擴(kuò)容只能通過增設(shè)OLT專用設(shè)備的方式實現(xiàn)，不夠靈活。最后，目前接入網(wǎng)業(yè)務(wù)開通流程復(fù)雜、差異化配置復(fù)雜，難以保證業(yè)務(wù)的QoS（quality of service，服務(wù)質(zhì)量），難以為用戶提供差異化運(yùn)營服務(wù)?？傊?，目前運(yùn)營商的接入管道不智能[4]。

在寬帶通信網(wǎng)中，接入網(wǎng)較城域網(wǎng)及骨干網(wǎng)來說，結(jié)構(gòu)較為簡單，涉及的二層協(xié)議較多，三層協(xié)議較少。因此SDN和NFV技術(shù)在光接入網(wǎng)的應(yīng)用較城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)少。但即便如此，也可以充分發(fā)揮SDN技術(shù)和NFV技術(shù)的優(yōu)勢，聚焦目前接入網(wǎng)的痛點問題，使得接入網(wǎng)更加智能。在接入網(wǎng)核心設(shè)備OLT中引入SDN技術(shù)和NFV技術(shù)進(jìn)行虛擬化可以解決傳統(tǒng)PON（passive optical network）中OLT面臨的上述問題。引入vOLT（virtualized optical line terminal）后，運(yùn)營商可統(tǒng)一管理省內(nèi)OLT，實現(xiàn)OLT的跨廠商運(yùn)營，降低運(yùn)維成本。通過引入SDN控制器和業(yè)務(wù)編排器，可實現(xiàn)接入網(wǎng)與城域網(wǎng)、傳送網(wǎng)跨域編排，業(yè)務(wù)的快速部署和自動開通。同時可提供差異化服務(wù)，提升運(yùn)營商價值。通過引入NFV技術(shù)，可以實現(xiàn)OLT靈活彈性擴(kuò)縮容，并可節(jié)約機(jī)房資源。

利用SDN技術(shù)和NFV技術(shù)實現(xiàn)vOLT的方式多種多樣，運(yùn)營商該選擇何種實現(xiàn)方式以及未來vOLT該如何發(fā)展是個問題。近年來，OLT的虛擬化引起了業(yè)界的關(guān)注，標(biāo)準(zhǔn)化組織、廠商和運(yùn)營商開展了相關(guān)研究。標(biāo)準(zhǔn)化組織在現(xiàn)階段關(guān)注的是整體接入網(wǎng)架構(gòu)、功能需求和場景定義，就目前所知，并未涉及接口定義、業(yè)務(wù)流程等具體實現(xiàn)層面[5-7]。進(jìn)展較快的OLT廠商已開發(fā)出具備SDN功能的OLT，但還處于試驗階段，暫不具備商用條件。本文基于對OLT虛擬化演進(jìn)技術(shù)的長期跟蹤和研究，總結(jié)了業(yè)內(nèi)4種vOLT實現(xiàn)方式，從多維度分析4種方式的利弊，并給出了vOLT發(fā)展趨勢。現(xiàn)有成果中還未詳述過vOLT的演進(jìn)技術(shù)，因此本文具有一定的新穎性，并對運(yùn)營商具有一定的實用參考價值。

2 傳統(tǒng)OLT接入網(wǎng)模型

傳統(tǒng)OLT在接入網(wǎng)中的位置如圖1所示。OLT是PON系統(tǒng)的核心設(shè)備，位于接入網(wǎng)機(jī)房內(nèi)，負(fù)責(zé)移動用戶、家庭寬帶客戶和政企客戶的接入功能，分別提供語音、視頻和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)[8]。在上行方向上，OLT將來自終端用戶的信號分別送入不同的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。在下行方向上，OLT要將承載各種業(yè)務(wù)的信號在本地匯聚，并經(jīng)由ODN送入終端ONU。EMS（網(wǎng)元管理系統(tǒng)）負(fù)責(zé)OLT的配置和管理。BNG（broadband network gateway，寬帶網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)），一般指BRAS（broadband remote access server，寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器）、SR（service router，業(yè)務(wù)路由器）、MSE（multi-service edge）等設(shè)備。

圖1 傳統(tǒng)OLT在接入網(wǎng)中的位置

3 基于SDN及NFV的vOLT實現(xiàn)方案

3.1 基于CORD的vOLT實現(xiàn)方案

CORD（central office re-architected as a datacenter，中心端局重構(gòu)）是AT&T在發(fā)布Domain 2.0后提出的，旨在結(jié)合SDN、NFV和云計算技術(shù)重構(gòu)中央機(jī)房（central office，CO），并在業(yè)界掀起一股重構(gòu)的浪潮?；贑ORD的vOLT實現(xiàn)方法如圖2所示。CORD的主要思想是用通用服務(wù)器、白盒交換機(jī)和少量必要的專用硬件（如PON線卡）來重構(gòu)電信的CO機(jī)房。采用此種方法，可以改變?nèi)坑脤Ｓ糜布?gòu)建CO機(jī)房的模式。不僅可以降低運(yùn)營商的硬件成本，而且可以開放運(yùn)營商接入網(wǎng)絡(luò)，使其變得更加智能、敏捷和靈活。CORD的重構(gòu)不僅僅針對OLT，還有CPE和BRAS。

3.2 基于NFV的通用服務(wù)器架構(gòu)vOLT實現(xiàn)方案

基于NFV的vOLT實現(xiàn)方法如圖3所示。此方法的核心思想是利用NFV技術(shù)，實現(xiàn)OLT的軟硬件分離，采用在通用服務(wù)器插上PON線卡的方式實現(xiàn)傳統(tǒng)OLT功能，其中與傳統(tǒng)OLT相關(guān)的管理功能和業(yè)務(wù)功能由功能軟件VNF實現(xiàn)。VNF的擴(kuò)縮容管理和軟件生命周期管理均由MANO（management and orchestration，管理和編排）系統(tǒng)負(fù)責(zé)實現(xiàn)，并與其他NFV系統(tǒng)對接，實現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度與編排。采用此種方法，可實現(xiàn)OLT軟硬件解耦，實現(xiàn)彈性的擴(kuò)縮容能力。此種方法不改動接入網(wǎng)整體架構(gòu)及業(yè)務(wù)處理流程，只針對OLT本身進(jìn)行重構(gòu)。

圖2 基于CORD的vOLT實現(xiàn)方法

圖3 基于NFV的服務(wù)器架構(gòu)vOLT實現(xiàn)方法

3.3 基于SDN的網(wǎng)管集中vOLT實現(xiàn)方案

基于SDN的網(wǎng)管集中vOLT實現(xiàn)方案如圖4所示，該方法的核心思想是保留OLT原有形態(tài)和原有功能，僅開放OLT的NETConf接口或者使OLT支持OpenFlow等協(xié)議，并受SDN控制器的統(tǒng)一控制。通過定義統(tǒng)一的NETConf接口，實現(xiàn)異廠商的OLT統(tǒng)一管理和控制。SDN控制器可逐步取代原有各廠商的EMS，形成一個統(tǒng)一的具有SDN功能的網(wǎng)管，統(tǒng)一管理省內(nèi)OLT。

圖4 基于SDN的網(wǎng)管集中vOLT實現(xiàn)方法

3.4 基于網(wǎng)絡(luò)切片的vOLT實現(xiàn)方案

另一種業(yè)界提的vOLT為OLT網(wǎng)絡(luò)切片，如圖5所示。與前3種技術(shù)不同，目前此種vOLT切片實現(xiàn)方法本質(zhì)上不涉及SDN和NFV等相關(guān)虛擬化技術(shù)，僅為邏輯上劃分OLT，實現(xiàn)一虛多的功能，即一個OLT邏輯上劃分成多個OLT，且在同一個OLT上可同時承載政企、家庭寬帶客戶、移動用戶，克服傳統(tǒng)方式中需要為專網(wǎng)建設(shè)專用OLT的弊端。

圖5 基于網(wǎng)絡(luò)切片的vOLT實現(xiàn)方法

3.5 方案對比

從應(yīng)用前景、性能優(yōu)劣和引進(jìn)難度等多維度對比上述4種vOLT方案。

CORD方式只需要通用服務(wù)器、交換機(jī)和PON線卡就可以重構(gòu)整個端局，包括CPE、OLT以及傳統(tǒng)的BRAS。隨著白盒設(shè)備的發(fā)展，未來白盒設(shè)備有望比專用設(shè)備便宜。CORD采用三級CLOS架構(gòu)，形成無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)，不存在交換能力和處理及轉(zhuǎn)發(fā)能力的性能瓶頸。基于NFV的通用服務(wù)器架構(gòu)vOLT實現(xiàn)方案可以實現(xiàn)軟硬件解耦，但也會帶來一些問題。首先是性能瓶頸問題，用通用服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)容易造成性能瓶頸。其次，運(yùn)營商OLT采購成本已經(jīng)大幅下降，OLT的成本主要是PON線卡的光模塊帶來的，采用服務(wù)器改造的模式不僅不能降低成本，可能還會造成成本的提升。基于SDN的網(wǎng)管集中vOLT實現(xiàn)方案可以實現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度與編排，并可以實現(xiàn)將異廠商的OLT通過統(tǒng)一的SDN控制器管理平臺實現(xiàn)統(tǒng)一管理，可以大幅降低OLT維護(hù)管理成本，具有很強(qiáng)的實用性?；诰W(wǎng)絡(luò)切片的vOLT實現(xiàn)方式可解決運(yùn)營商目前在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中需要專網(wǎng)專用的痛點問題，具有很強(qiáng)的實用價值。

從引入難度上來說，CORD方式顛覆了傳統(tǒng)接入網(wǎng)架構(gòu)，也改變了接入網(wǎng)業(yè)務(wù)提供模式，比如認(rèn)證方式由PPPoE認(rèn)證變?yōu)镮EEE802.1x認(rèn)證。這些變化會加大CORD落地的難度?；贜FV的通用服務(wù)器架構(gòu)vOLT實現(xiàn)方案和基于網(wǎng)絡(luò)切片的vOLT實現(xiàn)方式對網(wǎng)絡(luò)改動較小，引入難度較小?；赟DN的網(wǎng)管集中vOLT實現(xiàn)方案由于涉及不同廠商的協(xié)議統(tǒng)一，因此實現(xiàn)難度也較大。

綜上所述，4種技術(shù)的優(yōu)缺點見表1。

3.6 vOLT發(fā)展趨勢和引入建議

從運(yùn)營商的角度來說，能更好地規(guī)劃和完成用戶接入是接入網(wǎng)虛擬化的首要工作。OLT網(wǎng)絡(luò)切片是目前最符合運(yùn)營商需求并且可行性最高的vOLT技術(shù)，不會影響網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)。珠三角存在較多商住樓位于同一街道的場景。如果能利用vOLT網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，實現(xiàn)在同一個PON口下或者同一塊OLT板卡中同時接入企業(yè)客戶和家庭客戶，那么可以為運(yùn)營商節(jié)省光纖資源、OLT資源，同時簡化規(guī)劃難度。經(jīng)過測試，虛擬OLT切片已能實現(xiàn)相關(guān)功能，而且初步具備商用條件，因此可以優(yōu)先引入?；赟DN集中網(wǎng)管的vOLT方案可以解決運(yùn)營商的OLT運(yùn)維痛點，具有很強(qiáng)的實用價值，但引入難度較高，目前正處于研發(fā)階段，建議在具備商用條件時，逐步引入。而重構(gòu)方案中，基于NFV的通用服務(wù)器架構(gòu)vOLT存在性能瓶頸和價格優(yōu)勢不突出的問題，建議作為科研方案和POC（proof of concept，驗證性測試）方案，不推薦運(yùn)營商大規(guī)模引入。CORD屬于開源方式，是革命式和顛覆式演進(jìn)接入網(wǎng)的方式。CORD將大大提高接入網(wǎng)的靈活性并大幅降低接入網(wǎng)的成本。目前與CORD相關(guān)的ONF和OpenCORD組織活躍，但目前CORD還不夠成熟，正處于研發(fā)測試階段，短時間內(nèi)不具備商用部署能力，需要隨著白盒設(shè)備、SDN技術(shù)的發(fā)展而同步發(fā)展。但隨著整個接入網(wǎng)的重構(gòu)和虛擬化，CORD方案會是未來的研究熱點和演進(jìn)方向，建議運(yùn)營商長期跟進(jìn)并參與貢獻(xiàn)。

表1 4種vOLT實現(xiàn)方法比較

4 結(jié)束語

虛擬化OLT可以實現(xiàn)OLT的集中管理和維護(hù)，解決多年來運(yùn)營商在接入網(wǎng)運(yùn)維上的痛點，同時可以加快自動業(yè)務(wù)開通和實現(xiàn)差異化運(yùn)維服務(wù)。作為運(yùn)營商引入SDN和NFV的嘗試，接入網(wǎng)vOLT的成功與否將為未來大規(guī)模部署SDN和NFV提供重要的借鑒意義。本文提出了4種vOLT實現(xiàn)方案，并從多維度分析了4種方案的利弊以及運(yùn)營商的演進(jìn)路線。未來將側(cè)重于vOLT的實踐工作。

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Realization of vOLT and development trend

FU Fengchao, WANG Peng, MAO Yu, HUANG Yongmei, GAO Xiaobing, ZHANG Aihua, LIN Guoqiang

Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China

SDN technology, NFV technology and cloud computing technology have been studied widely recently.How to realize vOLT based on these three techniques mentioned above was studied in order to solve theproblems that the OLTs of traditional PON faced, such as the OLTs of the PON were too difficultto operate and maintain, the resources allocation including ports, VLAN, MAC and others were not flexible, and theservice provisioning process was complicated. Four vOLT schemes were proposed. From the perspectiveof telecom operators, these four methods were compared and analyzed from the perspectives of application scenariosand the difficulty of introduction. Finally, the evolution route and the development trend of vOLT were conclued.

broadband access network, virtualized optical line terminal, software defined networking, network function virtualization, virtualization

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2018207

2017?11?27；

2018?06?29

扶奉超（1991?），女，中國電信股份有限公司廣州研究院數(shù)據(jù)通信工程師，主要從事寬帶接入網(wǎng)技術(shù)研究工作。

王鵬（1974?），男，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，主要從事寬帶接入網(wǎng)研究和測試工作。

毛宇（1977?），男，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，主要從事寬帶接入網(wǎng)規(guī)劃和研究工作。

黃湧梅（1976?），女，現(xiàn)就職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事寬帶接入網(wǎng)規(guī)劃和研究工作。

高小兵（1969?），男，現(xiàn)就職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事寬帶接入網(wǎng)技術(shù)研究工作。

張愛華（1977?），男，現(xiàn)就職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事寬帶接入網(wǎng)運(yùn)維和測試工作。

林國強(qiáng)（1983?），男，現(xiàn)就職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事寬帶接入網(wǎng)運(yùn)維和測試工作。