SDN/NFV技術在有線電視寬帶接入網的應用探討

姜萌

【摘要】以推動有線電視行業(yè)發(fā)展為前提，針對SDN/NFV技術在有線電視寬帶接入網的應用，從研究背景、SDN/NFV接入網架構、SDN/NFV技術以及具體應用四個方面進行論述，認識到SDN/NFV技術的優(yōu)勢，提高管控靈活性。最后得出結論，SDN/NFV技術是有線電視寬帶接入網改革的重要切入點。

【關鍵詞】SDN技術;NFV技術;有線電視;寬帶接入網

隨著人們生活水平的提升，有線電視已經在各家各戶實現(xiàn)普及，據統(tǒng)計2017年全國有線電視用戶數(shù)量已經達到2.45 億，除此之外還包括有線雙向網覆蓋用戶及雙向網滲透用戶，分別達到1.65億和8251.4萬，使雙向網絡覆蓋范圍不斷拓展?；ヂ?lián)網行業(yè)的飛速發(fā)展以及互聯(lián)網業(yè)務形態(tài)的轉變，這便推動了網絡架構改革，網絡數(shù)據轉發(fā)的容量以及速率也有更高的要求，控制管理需要具備智能性、靈活性，能夠實現(xiàn)用戶交互，最大程度的節(jié)省能耗。接入網是用戶進入網絡的“第一道門”，受技術創(chuàng)新的影響，有線電視寬帶接入網也朝著智能化、開放化的方向不斷發(fā)展。為此，有線電視寬帶接入網結構、技術都需要進一步創(chuàng)新。

1 研究背景

現(xiàn)階段比較常用的有線電視寬帶接入技術以 FTTH、同軸電纜寬帶接入技術為主，其中同軸電纜寬帶接入技術涉及范圍比較廣，其中包括3種NGB 寬帶接入技術以及 EoC 技術，例如C-DOCSIS、HINOC、HomePlug AV以及WiFi 降頻等。實際工作過程中，有線電視寬帶接入網的建設模式并不局限于一種，并且具有高度異構的特點，為運營商網絡架構以及管理模型等提出了諸多要求[1]。在這一背景下，加快用戶接入速度，快速明確故障位置并且及時修復，高效配置用戶終端，為用戶提供更加便捷的服務，節(jié)省運營成本成為當前接入網主要工作。

為了提高網絡配置靈活性，實現(xiàn)管理職能化與資源共享，目前行業(yè)發(fā)展的重點集中在軟件定義網絡以及網絡功能虛擬上，也就是SDN技術與NFV技術，為了做到這一點，通過諸多部門的努力，SDN技術與NFV 技術已經在數(shù)據中心以及城域網等得到廣泛應用。

SDN技術、NFV 技術與以往應用的技術存在很大差異，真正突破了以專有網元為核心的封閉式控制機制，使接入網得到創(chuàng)新。運營商以及設備生產廠家也針對SDN、NFV技術在有線電視寬帶接入網的應用展開探究。直至2015年，已經有企業(yè)在SDN/NFV技術的基礎上研發(fā)了GPONvOLT，并且在現(xiàn)網中得到使用，vOLT 樣機的密度顯著提升，降低了成本。

2 SDN/NFV接入網架構概述

接入網與SDN技術相結合，可以為接入網賦予控制、轉發(fā)分離以及集控等性能，使運營商所有接入網設備都能夠具備智控、集成等數(shù)字化服務，同時也將原本的運營程序加以簡化，提升網絡運行、維護效率。SDN 接入網應用架構見圖1。

SDN接入網具體涉及到應用層、控制層以及基礎設施層，具體分析如下：

第一，基礎設施層包括相關網絡設備，與控制層相連接，形成雙向服務，對數(shù)據平面接口進行控制，比如Open Flow;第二，控制層主要是通過SDN控制軟件提供網絡服務，并且與應用層、基礎設施層聯(lián)系;第三，應用層主要是上層應用。

應用NFV技術創(chuàng)建接入網架構，則是利用軟件獲得網絡功能，如此便可以在虛擬環(huán)境下對通用標準硬件進行合理布置，確保網絡服務、硬件分離，提高了網絡服務設計、部署、管理等環(huán)節(jié)的靈活性。在NFV接入網層級架構中，接入網有諸多網絡虛擬功能，例如數(shù)據幀處理、業(yè)務流分類以及調度等，這些功能可以在通用服務器中發(fā)揮作用，通用服務器的作用則是計算與資源存儲，接入網轉發(fā)適用于SOC[2]。

以SDN/NFV 技術為核心的接入網架構，在SDN/NFV技術不斷應用的現(xiàn)代，具體業(yè)務與SDN架構業(yè)務編排、控制器等虛擬功能全部在數(shù)據中心服務器中運行，對其展開集中式管理，使網絡配置、資源管理以及業(yè)務調度得到統(tǒng)一，進而獲得最佳業(yè)務運營管理效果。以往在接入網絡設備的選擇與應用方面，都是使用帶有轉發(fā)功能的PON設備以及同軸接入SOC 硬件，當應用SDN/NFV 技術之后，極大的節(jié)省了網絡硬件成本，并且完善了網絡結構。

3 SDN/NFV技術

3.1 NGB寬帶接入技術

從2012年開始，新聞出版廣電總局針對廣電行業(yè)出臺了寬帶接入標準，即 GY/T 266-2012《 NGB 寬 帶 接 入 系 統(tǒng) C-DOCSIS 技術規(guī)范》。在相關工作中為了提升 C-DOCSIS 組網以及相關技術實際使用的靈活性，針對C-DOCSIS 技術的系統(tǒng)功能進行了模塊化處理，且系統(tǒng)架構也改變?yōu)榉植疾渴稹⒓锌刂频男滦图軜嫛?/p>

通過對C-DOCSIS 新系統(tǒng)的觀察，可以發(fā)現(xiàn)C-DOCSIS系統(tǒng)的頭端功能主要是依靠匯聚設備以及CMC，其中CMC 只具備射頻接口模塊，系統(tǒng)控制和分類轉發(fā)兩個模塊通過集成全部體現(xiàn)在匯聚設備中。

分布式典型系統(tǒng)內部的CMC ，其中射頻接口模塊具備PHY 層以及 MAC層的新功能，為了最大程度的節(jié)省網絡組網成本，射頻接口模塊中的 PHY 層、 MAC 層功能可以分開處理，PHY層所具備的功能主要是依靠CMC設備，MAC 層所具備的功能通過集成全部傳輸?shù)絽R聚設備中。匯聚設備便具備了C-DOCSIS 頭端系統(tǒng)控制、分類轉發(fā)以及射頻接口三個模塊MAC 層的所有功能，而CMC 設備卻只有 PHY層原本的功能，所以將該改造計劃命名為Remote PHY。該計劃中的CMC 設備僅具備PHY 層的功能，1個 MAC 模塊可以對若干個CMC設備進行控制，這樣一來便達到了降低成本的目的。

對于C-DOCSIS 系統(tǒng)架構的變更，可以將C-DOCSIS控制、轉發(fā)分離作為突破口，如此便可以實現(xiàn)分布部署與集中控制，這一點和網絡SDN/NFV 的發(fā)展形勢相符。C-DOCSIS 的分布部署與集中控制，使網絡部署更加靈活，網絡運行效率更高，并且賦予了兼容性的特點，可以同時兼容 HINOC 協(xié)議、C-HPAV 協(xié)議等PHY 層協(xié)議[3]。

3.2 DOCSIS 技術

CableLabs與SDN/NFV 技術相結合，可以構成CCAP分布式架構，其中CMA、CCAP Core、L2/L3 Aggregate 等，都是CMTS、xPON 軟件功能的體現(xiàn)，在通用平臺中都可以有效運用，具體可以通過RPD、RMD以及Remote OLT等DOCSIS/xPON 轉發(fā)設備來實現(xiàn)。

4 SDN/NFV技術在有線電視寬帶接入網的應用

4.1 基于SDN/NFV搭建有線電視寬帶接入網架構

應用SDN/NFV技術搭建有線電視寬帶接入網的架構，其中的SDN 控制器是網絡通過抽象處理方式轉變?yōu)榻y(tǒng)一形式的開放架構以及網絡模型，而上層業(yè)務/應用按照業(yè)務的具體特點對網絡配置、業(yè)務發(fā)放的要求進行描述。業(yè)務/應用可以直接聯(lián)系終端，完成相關業(yè)務的高效配置，SDN控制器同時也可以由不同業(yè)務路由網元來配置。除此之外，有線電視寬帶接入網絡在搭建SDN/NFV 架構時，必須要對相應接入技術在有線電視接入網中應用的實際情況進行考慮，因為技術整體來說比較復雜，所以針對不同的接入技術可以使用相應的SDN/NFV 應用模式，具體展開以下分析：

第一，有線電視存量雙向接入網在運行的過程中，主要是應用PON+MoCA、PON+HomePlug AV、PON+WiFi降頻技術。將SDN/NFV 技術應用在這一部分，接入網只可以利用網元管理系統(tǒng)的北向接口將網絡能力提供給SDN控制器，SDN對能力進行抽象處理，由此一來便可以實現(xiàn)統(tǒng)一配置、集中管理的目標。因為存量網絡技術整體來說比較繁瑣，相關資源、功能虛擬化等實現(xiàn)起來有一定難度，更不用說統(tǒng)一配置和集中管控。用戶接入帶寬不斷增長的現(xiàn)在，超過100Mbps的寬帶產品數(shù)量越來越多，存量網絡以往所使用的EoC 技術已經不符合高帶寬業(yè)務承載力規(guī)定，今后必然會全面淘汰。所以，SDN/NFV 接入網可結合實際狀況決定是否需要存量PON+EoC 網絡[4]。

第二，現(xiàn)如今有線電視雙向網絡建設以及改造工作，主要是應用有線電視網絡光纖到戶技術以及HINOC 2.0、C-DOCSIS 2.0 技術等，這些技術的承載能力極佳，并且可以向上層業(yè)務開放網絡能力，實際運用的過程中要對網絡管理/配置平臺進行優(yōu)化，以便為SDN技術的使用提供服務。

第三，今后有線電視寬帶接入網將會以 SDN/NFV 技術為主，無論是數(shù)據幀處理，還是業(yè)務流的處理工作，都會在NFVI中得到應用，并且利用SDN 控制器與接入網相連接，實現(xiàn)統(tǒng)一配置和集中管控。

3.2 基于SDN/NFV搭建有線電視寬帶接入網

今后，NGB寬帶接入網絡必然會朝著SDN/NFV的方向不斷發(fā)展，為了盡快達到這一目標，目前搭建寬帶接入網絡的過程中，建議對以下為問題進行考慮，從而夯實接入網基礎。

第一，提高開放架構統(tǒng)一性，對網絡模型進行抽象處理。SDN/NFV 架構內的應用、相關服務會結合業(yè)務模型的描述進行網絡維護配置以及發(fā)放業(yè)務，同時網絡也會按照業(yè)務描述進行網絡配置的優(yōu)化，提高業(yè)務承載力。鑒于此，現(xiàn)如今有線電視寬帶接入網所使用的接入技術必須要具備統(tǒng)一性的開放架構。在有線電視寬帶接入網搭建中，HINOC 2.0以及C-HPAV 2.0 已經逐漸普及，這為有線寬帶接入網能力模型賦予了一致性，與SDN/NFV 技術網絡模型抽象要求相符。FTTH 所使用的EPON/GPON 系統(tǒng)以及C-DOCSIS、HINOC 2.0技術等，則要按照既定要求進行配置[5]。

第二，網絡運維程序的統(tǒng)一處理。網絡逐漸朝著SDN/NFV的方向不斷發(fā)展，針對上層業(yè)務必須要完全公開，并且要按照業(yè)務承載能力進行自動化配置網絡，終端創(chuàng)新之后要具備零配置、自動上線的功能。

第三，網絡管理一致性。業(yè)務編排配置終端結束后，SDN控制器需要自動展開業(yè)務路由網元的配置。為了做到這一點，有線電視雙向接入網的搭建和創(chuàng)新必須要具備統(tǒng)一網管這一項功能。

結束語：

綜上所述，在有線電視寬帶接入網發(fā)展的道路中，為了最大程序的滿足用戶要求，突破傳統(tǒng)網絡結構限制，SDN/NFV技術的應用越來越普遍。這對于今后互聯(lián)網行業(yè)發(fā)展奠定了扎實的基礎，并且明確了發(fā)展方向，真正實現(xiàn)高效定位與修復故障，實現(xiàn)用戶終端優(yōu)化配置，節(jié)省運營成本的同時，也提升了經濟效益。

參考文獻：

[1]韓冰.NFV與SDN基礎上的接入網虛擬化技術[J].電子技術與軟件工程，2018（21）：1.

[2]金康正.基于SDS理念利用SDN&NFV技術云安全實踐[J].網絡安全和信息化，2018（10）：109-111.

[3]劉益岑，盧昱，陳興凱，喬文欣.SDN/NFV協(xié)同部署技術在軍事信息網絡中的應用探討[J].飛航導彈，2018（04）：67-73.

[4]黃志軍，馮銘能，劉璐.基于SDN/NFV技術的IP城域網演進方案研究[J].移動通信，2018，42（01）：91-96.

[5]宮良.SDN/NFV技術在未來城域網中的應用[J].廣播與電視技術，2018，45（01）：16-20.