多重業(yè)務的寬帶承載

摘要：多重業(yè)務的迅速發(fā)展和其擁有的多媒體、互動等新特征，使寬帶網(wǎng)絡難以有效地實現(xiàn)統(tǒng)一承載，并進而成為多重業(yè)務發(fā)展的障礙。要實現(xiàn)在寬帶網(wǎng)絡中可運營、可管理、可增值地承載多重業(yè)務，需要全面采用新技術(shù)。在各種新技術(shù)中，高寬帶的網(wǎng)絡技術(shù)使網(wǎng)絡資源更豐富；服務質(zhì)量(QoS)技術(shù)實現(xiàn)多重業(yè)務的差異化服務，從而保證業(yè)務的服務質(zhì)量；強大的組播技術(shù)有效地控制和保障多媒體業(yè)務的開展；安全保障技術(shù)為多重業(yè)務提供高質(zhì)量、完善的安全運營機制；高可靠性技術(shù)為寬帶網(wǎng)絡承載多重業(yè)務提供可靠、不間斷地運營機制。

關(guān)鍵詞：寬帶網(wǎng)絡；三重播放；多重業(yè)務；服務質(zhì)量；組播；業(yè)務路由器

Abstract: With the rapid development of multi-play services with new characteristics like multimedia and interactivity， it is difficult for the present broadband networks to carry them effectively. The bearer has become a bottleneck for the further development of multi-play services. All-around new technologies are necessary to be used in the broadband network for its operable， manageable and value addable bearing of multi-play services. The network technologies for broad bandwidth help enrich network resources. QoS technologies guarantee QoS by implementing differentiated services. Powerful multicast technologies effectively control and guarantee applications of multimedia services. Security technologies provide a high quality and perfect security operation system for multi-play services. High reliability technologies provide a reliable and uninterrupted operation system for the broadband network to bear multi-play services.

Key words: broadband network; triple play; multi-play service; QoS; multicast; service router

Internet的起源是為了通過統(tǒng)一的、簡單的IP分組協(xié)議構(gòu)建一個簡潔高效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的計算機通信網(wǎng)絡，最大化地滿足人們交互信息的需求。Internet的廣泛流行使得大量的新應用及業(yè)務應運而生，每種應用和業(yè)務都獨立運行，盡力而為，共同競爭IP網(wǎng)絡的傳送資源。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和演進，承載除數(shù)據(jù)外的語音、視頻、多媒體業(yè)務成為Internet新的發(fā)展契機。但這些業(yè)務均要占用較高的網(wǎng)絡流量，需要寬帶網(wǎng)絡來承載。因此電信運營商，尤其是固網(wǎng)運營商投入巨資進行數(shù)據(jù)網(wǎng)和寬帶接入的建設，使基于互聯(lián)網(wǎng)的新業(yè)務發(fā)展很快，如電子商務、即時通訊、搜索引擎等等。

但由于眾多的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務并不受運營商的控制，運營商提供給用戶的只是互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務，或者叫寬帶接入業(yè)務，運營商只向用戶收取網(wǎng)絡接入費用。而且在業(yè)務傳送過程中很多環(huán)節(jié)缺乏管理和控制，業(yè)務帶寬、服務質(zhì)量、安全性等問題得不到解決，業(yè)務開展并不順利，同時也使運營商的收入和投入不成比例。另外，目前傳統(tǒng)語音業(yè)務由于受到移動電話、IP語音(VoIP)、短信等替代業(yè)務的影響，不論在話務量還是在收入上都呈逐年下降的趨勢。電信運營商均面臨從傳統(tǒng)基礎網(wǎng)絡運營商向現(xiàn)代綜合信息服務提供商轉(zhuǎn)型的壓力。

隨著家庭網(wǎng)絡采用的以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、電力線通信(PLC)等技術(shù)及設備的成熟和多樣化，家庭網(wǎng)絡已完全變成為一個局域?qū)拵ЬW(wǎng)絡，可以很好地承載多重業(yè)務[1]。如何在全網(wǎng)中開展多重業(yè)務的重心已變?yōu)槿绾谓Y(jié)合家庭網(wǎng)絡在寬帶網(wǎng)絡中實現(xiàn)有效承載了。因此，結(jié)合家庭網(wǎng)絡的建設，如何在寬帶網(wǎng)絡中可運營、可管理、可增值地承載多重業(yè)務，向用戶提供多樣化、智能化、協(xié)作化、移動化、多媒體化的新業(yè)務，并通過業(yè)務的轉(zhuǎn)型來推動網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)型，是電信運營商關(guān)注的重點。

1 多重業(yè)務的發(fā)展趨勢及基本特征

多重業(yè)務的發(fā)展經(jīng)歷了不同的階段，基于個人計算機終端的寬帶業(yè)務初具規(guī)模，這些業(yè)務主要有：互聯(lián)星空、網(wǎng)絡電視、在線游戲、即時通訊、新視通、全球眼等。這些寬帶多重業(yè)務有力地推動了中國寬帶網(wǎng)絡的快速蓬勃發(fā)展。但這些業(yè)務存在基于PC業(yè)務的技術(shù)壁壘和狹窄的用戶群體問題，即使用這些業(yè)務的用戶必須擁有計算機，而且要具有一定的計算機基本知識。這也就限制了用戶數(shù)量永遠不會突破計算機用戶群體，導致發(fā)展前景和潛力的局限性。

近兩年，基于非PC類終端的多重業(yè)務已經(jīng)啟動，這些業(yè)務主要有：IPTV、網(wǎng)絡互動游戲、視頻通信個人錄播電視(PVR)、時移電視(TSTV)、音樂、互動廣告等等[2]。這些新型業(yè)務避開了以前基于PC業(yè)務的技術(shù)壁壘和狹窄的用戶群體問題，面向的是更為廣泛的潛在用戶群體，即龐大的電視用戶群體。因此基于非PC類終端的業(yè)務將是寬帶多重業(yè)務的發(fā)展必然方向。

隨著寬帶多重業(yè)務的不斷發(fā)展，多重業(yè)務發(fā)展趨勢為：

·以多媒體、互動形態(tài)為主。

·提供多樣化的組合業(yè)務、打包業(yè)務，實行捆綁銷售。

·業(yè)務統(tǒng)一基于IP(視頻、語音、數(shù)據(jù)融合)。

·提供個性化的點對點通信(P2P)應用。

·用戶可按需獲得充足的動態(tài)帶寬資源。

因此，寬帶多重業(yè)務最終將表現(xiàn)為多媒體、互動、點對點、基于IP的全業(yè)務，實現(xiàn)語音、視頻、數(shù)據(jù)業(yè)務的完全融合。寬帶業(yè)務的發(fā)展趨勢及其特征將驅(qū)動當前的網(wǎng)絡走向由粗放運營模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詷I(yè)務為核心的運營模式，逐步向持續(xù)滿足不斷涌現(xiàn)新型業(yè)務的下一代網(wǎng)絡演進。

2 承載多重業(yè)務所需的技術(shù)

針對寬帶多重業(yè)務的特征及發(fā)展趨勢，寬帶網(wǎng)絡的建設不僅要支持當前的各種寬帶多重業(yè)務，而且要支持未來不斷涌現(xiàn)的新型寬帶多重業(yè)務，達到全業(yè)務的綜合承載能力。因此承載多重業(yè)務需要寬帶網(wǎng)絡擁有面向全業(yè)務的開放式架構(gòu)，高帶寬的寬帶接入能力，強大的組播控制能力，高QoS的服務保證能力，高質(zhì)量的安全保障能力和高可靠能力，實現(xiàn)視頻、數(shù)據(jù)和語音業(yè)務的統(tǒng)一承載。

這些技術(shù)要達到的目標是：有效地保證多重業(yè)務從業(yè)務網(wǎng)通過寬帶網(wǎng)絡傳輸?shù)郊彝ゾW(wǎng)絡，為用戶提供有業(yè)務管理、QoS保證、安全保障和高可靠性的多重業(yè)務。很多技術(shù)，如QoS技術(shù)、組播技術(shù)等，同時也需要在家庭網(wǎng)絡中實施，使得家庭網(wǎng)絡能有效地配合寬帶網(wǎng)絡，實現(xiàn)業(yè)務端到端的服務保障。

2.1 高寬帶的網(wǎng)絡技術(shù)

通過對寬帶多重業(yè)務的分析和對下一代網(wǎng)絡發(fā)展趨勢的認識，下一代寬帶承載網(wǎng)的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)為：

(1)網(wǎng)絡架構(gòu)扁平化及廣覆蓋化

網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)扁平化，接入模塊盡量靠近用戶，保障帶寬。采用多種接入手段，廣泛接入各類用戶。

(2)帶寬需求大幅增加

從業(yè)務發(fā)展現(xiàn)狀來看，高帶寬消耗型業(yè)務逐步涌現(xiàn)，提速要求日趨迫切，不久的將來，每用戶需求帶寬為10～30 Mb/s。

(3)接入方式多樣化

為了達到每用戶的高業(yè)務帶寬需求，采用的接入方式將多樣化，更加豐富，如數(shù)字用戶線(DSL)的接入方式從原來的對稱高密度用戶數(shù)字線(SHDSL)、不對稱數(shù)字用戶線(ADSL)等方式，發(fā)展到能提供更高帶寬的ADSL2/2+，甚高速數(shù)字用戶線(VDSL)等方式。

(4)光纖逐步規(guī)模化

由于能夠提供極高的傳輸帶寬，因此接入層規(guī)模采用光纖是必然趨勢，并將經(jīng)歷一個漸進的過程。以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡/千兆比無源光網(wǎng)絡(EPON/GPON)是接入層光纖化的熱點技術(shù)。

(5)固定-無線融合

無線提供了接入方便性，無線接入可以應用于多種場景，并為用戶快速提供寬帶業(yè)務。WiMAX將成為無線接入的熱點技術(shù)。

(6)逐步實現(xiàn)全業(yè)務接入

基于各種網(wǎng)絡技術(shù)的業(yè)務接入逐步走向融合，要求在統(tǒng)一平臺上實現(xiàn)專線、虛擬專用網(wǎng)(VPN)、視頻流、VoIP、數(shù)據(jù)等業(yè)務接入，能夠很好地承載各類業(yè)務，并保證業(yè)務質(zhì)量。

(7)管理和控制能力提升

能為VoIP、3G、VPN等應用做好端到端QoS質(zhì)量保證和安全措施。支持實施帶寬資源的精確管理；支持提供IPTV業(yè)務所需的組播和交換能力；支持提供寬帶用戶端口定位等一系列安全保障功能；能配合骨干網(wǎng)，根據(jù)網(wǎng)絡資源的使用情況，完成用戶業(yè)務申請的接納控制機制。

(8)與下一代網(wǎng)絡融合

在業(yè)務、控制和承載各平面，可滿足下一代網(wǎng)絡的要求。

因此，在寬帶多重業(yè)務的驅(qū)動下，寬帶網(wǎng)絡將采用多種接入技術(shù)，如更先進的DSL接入技術(shù)、更高帶寬的EPON/GPON光纖接入技術(shù)、更靈活的WiMAX無線接入技術(shù)等，向下一代網(wǎng)絡逐步演進。

2.2 QoS保證技術(shù)

QoS保證技術(shù)致力于達到實現(xiàn)區(qū)分服務、保證服務質(zhì)量的目的。旨在針對各種應用的不同需求，為其提供不同的服務質(zhì)量。

在IP網(wǎng)絡中實現(xiàn)端到端QoS能力的標準化方面，ITU-T在Y.1291標準中制訂的IP QoS網(wǎng)絡架構(gòu)包括3個平面，即控制平面、數(shù)據(jù)平面和管理平面。其中控制平面包含了與業(yè)務流傳輸路徑相關(guān)的機制，這些機制包括了訪問控制、QoS路由及資源預留；數(shù)據(jù)平面包含了與用戶數(shù)據(jù)流處理相關(guān)的機制，這些機制包括緩存器管理、擁塞避免、報文標簽、隊列和調(diào)度、流分類、流策略和流量整形；管理平面包含了與運營、管理相關(guān)的機制，這些機制包括服務等級協(xié)議(SLA)、業(yè)務恢復、計量和策略管理。

在IP QoS網(wǎng)絡架構(gòu)的基礎上，因特網(wǎng)工程任務組(IETF)建議了很多服務模型和機制，以滿足QoS的需求。比較常見的有：盡力而為服務模型、綜合業(yè)務模型(IntServ)、區(qū)分業(yè)務模型(DiffServ)、多協(xié)議標記交換(MPLS)、流量工程(TE)等。

目前在可運營的電信級IP寬帶網(wǎng)絡中實施QoS服務機制時，在核心/骨干網(wǎng)絡中提供QoS服務質(zhì)量有兩種方法：一種是采用流量工程，一種是部署區(qū)分服務模型。在匯聚/接入網(wǎng)絡層次，為了能快速、簡單、有效地部署和實現(xiàn)QoS，一般采用區(qū)分服務的思想，即通過流量分類和優(yōu)先級處理。

由于匯聚/接入層次設備的多樣性、復雜性，在部署QoS的區(qū)分業(yè)務模型時，要力求簡單、有效、實用[3]。因此參考IP QoS的網(wǎng)絡架構(gòu)，匯聚/接入設備中應該首先考慮實現(xiàn)以下QoS功能：數(shù)據(jù)平面的緩存器管理、擁塞避免、報文標簽、隊列和調(diào)度、流分類、流策略和流量整形，管理平面的計量管理和策略管理。

寬帶網(wǎng)絡實施QoS的最終目標是實現(xiàn)業(yè)務端到端的QoS保證。

2.3 組播技術(shù)

組播相對于廣播和單播而言，是點到多點投遞或者多點到多點投遞。其基本思想是多個接受者可以同時接收同一個或者一組源所發(fā)出的相同數(shù)據(jù)的一個拷貝。

組播技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)有：

(1)組播管理協(xié)議

互聯(lián)網(wǎng)組播管理協(xié)議(IGMP)發(fā)展到目前已經(jīng)有3個協(xié)議標準：IGMPv1、IGMPv2[4]和IGMPv3。

(2)組播路由協(xié)議

組播路由協(xié)議可分為3類：密集模式協(xié)議(如DVMRP、PIM-DM)、稀疏模式協(xié)議(如PIM-SM、CBT)和鏈路狀態(tài)協(xié)議(MOSPF)。

(3)組播代理

在一些特定的網(wǎng)絡拓撲下不運行組播路由協(xié)議，只要學習到組播成員，依據(jù)登記的信息進行簡單組播轉(zhuǎn)發(fā)就可以實現(xiàn)組播分發(fā)，被稱為組播代理。

(4)組播偵聽

IGMP協(xié)議運行在網(wǎng)絡層，而IGMP偵聽運行在鏈路層，當設備收到主機和路由器之間傳遞的IGMP報文時，IGMP偵聽分析其攜帶的信息，建立和維護媒體訪問控制(MAC)組播地址表，以后從路由器下發(fā)的組播報文就根據(jù)該MAC組播地址表進行轉(zhuǎn)發(fā)。

目前正在大力開展的寬帶業(yè)務IPTV一般可分為點播類業(yè)務和直播類業(yè)務，對直播類業(yè)務，需要采用組播技術(shù)。相對于視頻服務網(wǎng)絡不加控制的傳送，寬帶接入網(wǎng)絡在實現(xiàn)傳送功能同時，要賦予網(wǎng)絡更多的可運營特性。

為了支持IPTV等增值業(yè)務，網(wǎng)絡設備需要具有強大的組播控制及交換能力，不僅要支持組播的IGMP偵聽、IGMPv1/v2、IGMP代理、組播虛擬局域網(wǎng)(MVLAN)等基本功能，而且也要支持承載IPTV業(yè)務可運營的頻道訪問控制(CAC)、頻道預覽(PRV)、呼叫統(tǒng)計(CDR)、業(yè)務管理等功能[5]。

2.4 安全保障技術(shù)

為了高質(zhì)量、安全地承載多重業(yè)務，要求寬帶網(wǎng)絡及設備必須具有的安全技術(shù)包括：

·端口學習數(shù)目限定。限定端口上能夠?qū)W習到的MAC地址數(shù)目。

·端口隔離。保證在二層的同一虛擬局域網(wǎng)(VLAN)不同端口之間的隔離。

·地址綁定。防止借助非法手段盜用賬號、身份欺騙。

·廣播包抑制。阻擋沖擊波等廣播病毒的攻擊。

·二層幀過濾。過濾基于源和目的MAC地址、回環(huán)包、超長包，限制二層非法幀。

·端口鏡像。設定鏡像，允許操作人員監(jiān)控其他端口數(shù)據(jù)流。

·可控組播。防止非法組播頻道、組播組、組播用戶。

·訪問控制列表。對協(xié)議層以上信息進行過濾，保證網(wǎng)絡安全。

·安全日志。將操作人員對配置的更改進行記錄，并形成日志。

·網(wǎng)管安全。限制各管理員操作權(quán)限，防止非法違規(guī)操作。

因此，寬帶網(wǎng)絡及設備是通過以上一系列各種安全措施，形成一個有效整體實現(xiàn)高質(zhì)量、完善的安全保證機制，以保證各種業(yè)務的安全、順利開展。

2.5 高可靠性技術(shù)

為了高可靠、不間斷地運營多重業(yè)務，要求寬帶網(wǎng)絡及設備必須具有的可靠性技術(shù)包括：

(1)環(huán)網(wǎng)保護技術(shù)

在組網(wǎng)應用時，可利用以太環(huán)網(wǎng)保護技術(shù)、彈性分組環(huán)(RPR)技術(shù)、多業(yè)務傳送節(jié)點(MSTP)技術(shù)、SDH技術(shù)等實現(xiàn)網(wǎng)絡承載多重業(yè)務的可靠性和高帶寬，滿足各種業(yè)務的可靠順利開展。

(2)故障自恢復

運營多重業(yè)務需要在發(fā)生故障時，寬帶網(wǎng)絡能在幾十毫秒內(nèi)快速實時地自恢復，實現(xiàn)各種業(yè)務的可靠不間斷運行。

3 三重播放業(yè)務的承載

三重播放業(yè)務是一種融合了話音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務的服務模式。三重播放業(yè)務具有兩層含義：一是業(yè)務捆綁，二是業(yè)務融合。大多數(shù)的電信運營商通過業(yè)務融合的方式提供三重播放業(yè)務，在IP網(wǎng)絡上提供VoIP、寬帶和IPTV業(yè)務的融合。三重播放業(yè)務有3個重要的特點：三重播放業(yè)務會給寬帶接入網(wǎng)絡帶來大量的IP數(shù)據(jù)流，每個家庭峰值的帶寬可能高達20～30 Mb/s；三重播放業(yè)務的數(shù)據(jù)流由多種業(yè)務數(shù)據(jù)組成，各種業(yè)務在時延、抖動、丟包率以及冗余的要求上各不相同；三重播放業(yè)務具有突發(fā)性。

因此三重播放業(yè)務對寬帶接入網(wǎng)絡提出了嚴格的技術(shù)要求。為了能夠很好地支持三重播放業(yè)務，寬帶網(wǎng)絡及設備必須具備以下能力：

(1)多業(yè)務的統(tǒng)一接入能力

要求寬帶網(wǎng)絡設備必須是一個多業(yè)務的統(tǒng)一承載平臺，具有對話音業(yè)務、數(shù)據(jù)業(yè)務和視頻業(yè)務的同時接入能力。

(2)高帶寬能力

逐步采用EPON/GPON技術(shù)為用戶提供更高的帶寬。

(3)強大的QoS保證能力

支持流分類、流策略等能力，實現(xiàn)對三重播放業(yè)務的業(yè)務感知和業(yè)務識別，保證業(yè)務正常運營。

(4)強大的可管理組播能力

要求具備強大的可管理組播能力和組播復制、分發(fā)能力。

承載三重播放業(yè)務的寬帶網(wǎng)絡如圖1所示。

在圖1中，寬帶網(wǎng)絡同時承載數(shù)據(jù)流、視頻流和語音流，視頻流分為點播方式的視頻點播(VoD)視頻流和直播方式的BTV視頻流。3種業(yè)務流從家庭網(wǎng)絡中通過調(diào)制解調(diào)器連接到寬帶接入網(wǎng)的不對稱數(shù)字用戶線接入復用器(DSLAM)，用不同的永久虛電路(PVC)或VLAN隔離每種業(yè)務，用二層的業(yè)務類型(CoS)優(yōu)先級來保證各業(yè)務的QoS。3種業(yè)務流通過DSLAM設備的多個快速以太網(wǎng)/千兆比以太網(wǎng)(FE/GE)上聯(lián)接口連接相應的寬帶接入遠程服務器(BRAS)、SR等，對于大規(guī)模開展IPTV業(yè)務中的BTV業(yè)務時，可以通過構(gòu)建專門的業(yè)務傳輸網(wǎng)來承載。在IP骨干網(wǎng)邊緣，通過BRAS、SR等設備將3種業(yè)務流打上對應的三層優(yōu)先級并使用虛擬專用網(wǎng)等通道技術(shù)傳輸?shù)綄纳蠈訕I(yè)務網(wǎng)中。

4 結(jié)束語

結(jié)合家庭網(wǎng)絡的建設，在寬帶網(wǎng)絡中可運營、可管理、可增值地承載多重業(yè)務，向用戶提供多樣化、智能化、協(xié)作化、移動化、多媒體化的新業(yè)務，并通過業(yè)務的轉(zhuǎn)型來推動網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)型，是當前電信運營商提高競爭力和運營效益的關(guān)鍵。

5 參考文獻

[1] 家庭網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢及影響[R]. 北京:信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院通信信息研究所， 2006.

[2] 中國通信標準化協(xié)會IP與多媒體通信技術(shù)工作委員會. IPTV業(yè)務需求(征求意見稿)[S]. 2006.

[3] RFc3670 Information model for describing network device QoS datapath mechanisms[S]. 2004.

[4] RFc2236 Internet group management protocol， Version 2[S]. 1999.

[5] 中國通信標準化協(xié)會IP與多媒體通信技術(shù)工作委員會. IPTV對DSLAM設備的技術(shù)要求(征求意見稿)[S]. 2006.

收稿日期：2006-4-30

作 者 簡 介

馬潤斌，南京理工大學畢業(yè)。中興通訊股份有限公司網(wǎng)絡事業(yè)部高級系統(tǒng)分析師，主要研究領域為寬帶接入網(wǎng)絡。已發(fā)表論文5篇。