一種基于SDN技術(shù)的GPON接入網(wǎng)改造方案

（1.中國移動(dòng)廣西公司柳州分公司客響中心，柳州 545005；2.中國移動(dòng)廣西公司信息技術(shù)管理部，南寧 530000；3.中國移動(dòng)廣西公司網(wǎng)運(yùn)中心，南寧 530000）

1 GPON存在的問題

目前，寬帶運(yùn)營的方式主要以帶寬出租為主，這種粗放的運(yùn)營方式既無法提供高附加值的增值業(yè)務(wù)，也無法進(jìn)行端到端的差異化運(yùn)營，更無法滿足用戶在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、業(yè)務(wù)體驗(yàn)等方面的需求，主要問題如下：

（1）GPON組網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備部署分散，類型繁多，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本高。

（2）GPON作為寬帶接入網(wǎng)，與骨干網(wǎng)扁平化和融合程度不足，網(wǎng)間協(xié)議轉(zhuǎn)換復(fù)雜，缺乏統(tǒng)一的資源管控和調(diào)度能力。

（3）GPON對大流量、高保障等業(yè)務(wù)承載能力弱，缺少有效的端到端QoS保障機(jī)制。

（4）GPON在業(yè)務(wù)運(yùn)營方面自動(dòng)化程度不足，需大量人力物力支撐，操作周期長，用戶體驗(yàn)差。

（5）GPON設(shè)備量大，分布廣，能耗高，對運(yùn)營商降本增效形成巨大挑戰(zhàn)。

鑒于以上問題，亟待一種手段突破技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源與業(yè)務(wù)熱點(diǎn)的協(xié)同，提升網(wǎng)絡(luò)效率和用戶滿意度。

2 SDN技術(shù)特點(diǎn)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（SDN）是一種比較先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化方式，是下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的一個(gè)重要方向。它通過將網(wǎng)絡(luò)抽象化，將網(wǎng)絡(luò)控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行分離，同時(shí)面向應(yīng)用層提供開放的軟件接口，支撐應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)能力的直接調(diào)用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程。此外，SDN通過硬件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，擺脫了對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制，使控制策略具備全局視角，使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)更加高效。SDN技術(shù)的控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、虛擬靈活、共享開放、全局管控等特點(diǎn)，為網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、部署和管理帶來了極大的靈活性和便捷性，有效解決了新業(yè)務(wù)接入、網(wǎng)絡(luò)安全、運(yùn)營支撐等問題。

3 應(yīng)用SDN改造GPON

通過SDN控制器、配置代理等方法將不同架構(gòu)的GPON設(shè)備虛擬化，并將設(shè)備管理、業(yè)務(wù)編排等功能統(tǒng)一集中運(yùn)行在管理服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備配置、資源管理、數(shù)據(jù)采集等設(shè)備管理功能，和業(yè)務(wù)調(diào)度、業(yè)務(wù)配置等業(yè)務(wù)管理功能的“雙集中”，將現(xiàn)有GPON網(wǎng)絡(luò)改造成為一張彈性、敏捷、智能的寬帶網(wǎng)絡(luò)，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低硬件成本，主要步驟如下：

3.1 OLT功能虛擬化

（1）實(shí)現(xiàn)單臺OLT設(shè)備的虛擬化。應(yīng)用NFV方法，將OLT主控板的控制功能移植到X86服務(wù)器上運(yùn)行，用專用軟件模擬主控板，用白盒交換機(jī)模擬交換板，從而將OLT拆分成多個(gè)功能模塊，然后通過SDN虛擬化技術(shù)，將L4-L7層功能交由控制器及網(wǎng)絡(luò)編排層實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)OLT的控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能的分離。

（2）實(shí)現(xiàn)OLT設(shè)備的“多對一”和“一對多”虛擬。在接入域設(shè)置接入控制器vOLT，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，將物理設(shè)備邏輯虛擬成多臺設(shè)備，并通過多視圖技術(shù)，對物理OLT實(shí)現(xiàn)集中控制。

（3）在OLT流量轉(zhuǎn)發(fā)方面，通過Openflow機(jī)制，對轉(zhuǎn)發(fā)路徑、Qos等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算，并根據(jù)流表，實(shí)現(xiàn)二層MAC轉(zhuǎn)發(fā)和三層路由轉(zhuǎn)發(fā)。

（4）在網(wǎng)絡(luò)簡化方面，可通過OLT直連BAIS的方式，并通過vOLT集中控制的方式，減少網(wǎng)絡(luò)層次和邏輯結(jié)構(gòu)。

3.2 引入虛擬ONU

實(shí)現(xiàn)ONU虛擬化，并將vOLT作為vONU的集中控制器，從而建立從OLT直達(dá)用戶的邏輯管道，達(dá)到管控用戶通過ONU實(shí)現(xiàn)接入的目的，包括兩種方式：

（1）代理控制方式。vONU統(tǒng)一按照FTTH的方式接入OLT代理，vONU用戶業(yè)務(wù)的VLAN、GEM-PORT等參數(shù)規(guī)劃和業(yè)務(wù)開通流程全歸一化為FTTH方式，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（2）直接控制方式。由控制器直接控制MDU、ONT等設(shè)備，vONU通過去除單個(gè)MDU、ONT的帶寬收斂、數(shù)據(jù)交換等特性，將這些功能交由vOLT統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)，由vOLT統(tǒng)一處理不同MDU、ONT之間的資源競爭。

3.3 搭建GPON網(wǎng)絡(luò)的SDN架構(gòu)

按照SDN四層架構(gòu)重新搭建GPON功能模塊，如圖1所示。

圖2 基于SDN技術(shù)的集中管控和運(yùn)維機(jī)制

定義各層的功能如下：

（1）應(yīng)用層利用北向接口開放的API開發(fā)程序，進(jìn)行業(yè)務(wù)發(fā)放，并通過數(shù)據(jù)平面處理能力和可編程能力，執(zhí)行GPON業(yè)務(wù)的快速分發(fā)、隔離等功能。

（2）協(xié)同層進(jìn)行業(yè)務(wù)編排和協(xié)同，向應(yīng)用層提供API程序開發(fā)接口，并支持GPON承載業(yè)務(wù)的抽象和跨域協(xié)同，同時(shí)按照GPON功能和性能要求組建邏輯業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

（3）控制層是SDN架構(gòu)的核心，它通過屏蔽ONU、ONT等接入設(shè)備的參數(shù)、功能、性能等技術(shù)差異，將GPON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象和虛擬，形成標(biāo)準(zhǔn)的開放架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)模型，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)全局管理和對轉(zhuǎn)發(fā)平面設(shè)備的統(tǒng)一控制。

（4）轉(zhuǎn)發(fā)層對GPON接入業(yè)務(wù)進(jìn)行感知、調(diào)度和監(jiān)測，并實(shí)現(xiàn)用戶MAC尋址、以太轉(zhuǎn)發(fā)以及本地維護(hù)功能，轉(zhuǎn)發(fā)平面的設(shè)備接收GPON網(wǎng)絡(luò)管理平臺等上層系統(tǒng)的指令并依據(jù)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)發(fā)層中被分發(fā)和傳輸，用戶對資源的訪問也將以最短路徑和最短時(shí)間實(shí)現(xiàn)。

3.4 建立端到端集中管控和運(yùn)維機(jī)制

基于SDN虛擬技術(shù)，將GPON接入網(wǎng)和城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)進(jìn)行融合，可以通過建立端到端的轉(zhuǎn)發(fā)路徑和管控機(jī)制，避免多次協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)整體的統(tǒng)一管理和端到端的QoS保障機(jī)制，使得網(wǎng)絡(luò)變得更加可視化、可評估、可預(yù)測，如圖2所示。

通過建立集中管控和運(yùn)維機(jī)制，可對網(wǎng)絡(luò)資源的集中管理和分配，對業(yè)務(wù)熱點(diǎn)、用戶偏好以及網(wǎng)絡(luò)狀況的深度監(jiān)測和準(zhǔn)確掌控。運(yùn)維人員也可以通過可視化界面，直觀的評估網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、資源調(diào)度、QoS保證、節(jié)能環(huán)保、第三方調(diào)用等方面，進(jìn)行更加靈活、更加多元地操作。

4 結(jié)束語

SDN技術(shù)是電信網(wǎng)絡(luò)未來演進(jìn)的一個(gè)重要方向，它必將重新定義GPON網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，這有助于突破GPON接入網(wǎng)設(shè)備通用性不足、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力弱、運(yùn)維難度大等問題的制約。基于SDN的GPON網(wǎng)絡(luò)也必將具備跨層的全網(wǎng)視野，這使其能夠快速調(diào)度全網(wǎng)資源，集中控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可編程、可管控和業(yè)務(wù)的自動(dòng)部署。從這個(gè)角度上說，SDN技術(shù)或?qū)⒁l(fā)下一次互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)革命，為未來的GPON網(wǎng)絡(luò)發(fā)展帶來無限可能。