“三重播放”IP網承載架構的演進探討

劉麗莉

（上海貝爾股份有限公司，重慶 400020）

0 引言

中國的互聯網寬帶業務飛速發展，截止2009年12月底，中國上網人數已經達到3.84億，在全球排名第一，網民的普及率達到28.9%。并且，2010年通過互聯網和寬帶網絡提供的交互式網絡電視（IPTV）用戶數量將增到850萬個，預計到2011年中國IPTV用戶總數將達到2200萬。在如此強烈需求的趨動下，電信IP網絡也將面臨從原先單一承載普通上網數據業務轉向真正的“三重播放”（Triple play）即語音、視頻、數據等全業務承載[1]上。IPTV作為目前非常熱門的“三重播放”重頭業務，對建設電信全業務網絡承載架構提出了新的挑戰。

三重播放對傳統電信網絡的沖擊并不是簡單的光進銅退[2]，引進無源光網絡（PON）系統[3]，還涉及到整個IP城域網絡架構的優化與轉型[4]。電信運營商面臨最突出的問題在于接入層視頻業務的爆炸式增長引發對現有 IP城域網絡優化建設的迫切需求。IP城域網新的建設目標將是“具備業務感知能力的網絡”。

1 電信全業務IP承載架構演進

1.1 整體演進目標

“三重播放”對用戶體驗質量的要求與寬帶上網截然不同，必須采用新的網絡架構和新的技術[5]。網絡演進應提高用戶體驗質量，并最大程度地保持網絡架構的靈活性，支持以下特性：

①可擴展的基于每個用戶的帶寬控制和流量記賬具有很高的性價比；

②通過在整個網絡范圍內全程開啟組播功能，能夠在近期優化網絡的組播效率，遠期來看應確保逐步具有開展100% 的視頻點播（VoD）業務的網絡擴展能力；

③最大程度地降低部署用戶業務的復雜度；

④在同時支持現有模式提供高速 Internet業務的同時，優化視頻（Video）和IP語音（VoIP）業務的市場推廣和部署能力。

1.2 整體演進思路

為實現以上目標，IP網承載架構主要演進思路如下。（1）引入IPoE認證方式

在業務控制層，由于業務已由單一的普通高速上網演進到差異化的全業務，需要改變業務認證方式。 IPTV適合采用 IPoE認證，支持永遠在線，普通上網業務仍然采用在以太網上傳輸PPP的方法（PPPoE）方式認證。

如果由業務路由器(SR)作為局端（POP）點，采用IPoE方式提供，動態主機分配協議（DHCP）分配IP地址。這樣就可以將組播復制點下移至靠近用戶的二層設備，從而節省網絡帶寬，克服組播復制點限制在寬帶接入服務器（BRAS）上的性能瓶頸。

（2）采用優化的分布式用戶策略

在組播復制點下移至靠近用戶的二層設備后，業務控制層設備不再負擔為幾萬甚至幾十萬用戶執行基于每個用戶的策略。這一功能被分布在匯聚交換機上執行，并且這些基于每個用戶的策略可在面向接入節點如數字用戶線接入復用器（DSLAM）或局域網接入交換機（LAN access switch），光纖線路終端（OLT）的接口上實施。

（3）二層網采用VPLS

二層匯聚設備由普通的二層匯聚交換機演進到新型VPLS以太匯聚網，實現在二層匯聚網的業務可控，可感知。

2 引入IPoE認證方式

2.1 IPoE的認證過程

IPoE的認證過程如下：

①客戶端發起1個DHCP Discover（DHCP發現請求），要求得IP地址；

②請求到DSLAM/OLT，插入Option82（參數）；

③DSLAM/OLT——寬帶網絡網關（BNG）；

④BNG——Radius AAA Server（遠程認證撥號用戶服務的認證、授權、計費服務器），發認證請求，判斷是否合法，告訴可以接入，返回BNG授權；

⑤BNG——DHCP Server（DHCP服務器），分配IP地址下發。

Option82選項：實現用戶和線路的精確綁定，通常由DSLAM/二層交換機/OLT將用戶端口信息和設備信息插入用戶的DHCP報文。

2.2 IPoE可將組播復制點下移

組播報文若在IPoE通道上承載，不需要對組播報文進行以太網幀封裝（PPP）封裝處理，因此組播復制工作不用限定在終結PPPoE的BRAS上進行，可以根據業務靈活部署在接入節點OLT（DSLAM或LAN access switch），就可以克服組播復制點限制在BRAS上的性能瓶頸，組播復制點越靠近用戶越節省網絡帶寬。IPoE認證，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設備和用戶之間建立點對點連接，現網二層設備不支持基于 PPPoE的互聯網組管理協議探聽（IGMP snooping），導致采用PPPoE封裝時在二層設備上無法進行組播復制，只能在BRAS上進行組播復制。

3 優化的分布式用戶策略執行

3.1 優化傳送效率

針對IP城域網接入層，優化傳送效率的主要措施為：將節目內容根據點播的頻率，逐級推送到各插入點。點播頻率最高的節目推送到最靠近用戶的 DSLAM，OLT，以及園區二層交換機上。極大緩解了從接入設備到業務控制層的帶寬壓力，以及業務控制層核心設備的性能壓力。如圖1示。

圖1 優化IPTV/VoD內容插入點

3.2 業務控制層的優化部署

業務控制層將精品業務與普通業務在物理承載網絡上進行區分：

①對精品業務(大客戶虛擬個人網絡VPN、VoIP、IPTV等)進行更精細化控制，采用IPoE的認證方式，用支持IPoE的SR終結；或者用專門的DHCP Server平臺分配IP地址，SR開DHCP Relay；

②對現有的HSI業務用戶保持PPPoE模式，并且終結其PPPoE流量。

3.3 二層網絡的QoS分布式策略

通過高性能的二層匯聚層網絡，將針對每個用戶的服務質量（QoS）策略分布到匯聚交換機上執行，充分地簡化了對業務控制層至匯聚交換機之間的QoS要求，這樣將業務可感知可區分的壓力從原先單一的控制層分解轉移到二層匯聚層，接入層[2]。事實上業務控制層設備不再負擔為幾萬甚至幾十萬用戶執行基于每個用戶的策略。這一功能被分布在匯聚交換機上執行，并且這些基于每個用戶的策略可在面向接入節點（DSLAM或LAN access switch）的接口上實施。

從QoS來看，業務控制層根據與內容相關的服務等級承諾執行對業務的轉發，而不再針對每個具體的用戶。在二層網絡的交換機的網絡側接口上采用基于服務等級的排隊以確保 Video業務的控制流具有最小的傳送時延，并且優先處理的數據/HSI業務，以確保比“盡力而為”服務等級的普通上網數據業務能夠獲得更好的性能。

4 VPLS技術引入二層匯聚網

如果二層網絡需要執行分布式用戶策略，那么傳統以太網交換機橋接解決方案將顯得力不從心。基于多協議標簽交換（MPLS）的VPLS[6]構建寬帶接入二層匯聚網絡可實現分布式管理，減輕SR的壓力，業務擴展和部署較容量。具有以下優勢：

①基于IP/MPLS技術的架構，提高了網絡的可靠性、穩定性和安全性，快速重路由技術保證小于50 ms的故障收斂時間；

②支持MPLS流量工程；

③網絡架構具有強大的網絡可擴展性(擴展覆蓋用戶數量的能力)及業務可擴展性(擴展支持其他新的全業務的能力)，具有端到端QoS能力、強大的操作管理與維護（OAM）手段。

VPLS技術將MPLS標簽放在2層與2層之間，把用戶的 2層信息作為業務傳遞到對端，不作任何修改。PE將客戶的以太網幀封裝在MPLS包內，外層封裝MPLS標記交換路徑（LSP），內層封裝不同的虛擬電路（VC）。在目的端由運營商邊緣路由器（PE）終結LSP，彈出外層標記，將會根據虛擬電路標簽（VC Label）來確定是屬于哪個VPLS實例的流量。即VPLS在3層網絡上模擬2層隧道，OAM[7]、QoS，組播等都比2層網絡健壯，因此它是最適合二層匯聚網的電信級以太網技術之一。

5 結語

綜上，電信IP城域網向“三重播放”全業務承載架構應是從接入層到業務控制層全面的演進，在投資最小化的前提下實現IP網絡全業務承載最優化。

[1] 葉鵬,趙慶敏. 三網融合及其相關寬帶接入技術的研究[J].通信技術，2009,42(10)：42-46.

[2] 求麗軍, 潘智杰. 全業務運營環境下接入網建設策略探討[J].郵電設計技術，2009,42(01)：86-88.

[3] 陳濤, 孫旭, 王幸. GPON技術的應用模式研究[J].通信技術，2009,42(09)：58-61.

[4] 劉伯濤. 如何打造全業務精品城域網[J].電信技術，2009,42(09)：27-30.

[5] 曾愛華 劉捷 冼進. IPTV系統架構及主要技術[J].通信技術,2010,43(03)： 135-138.

[6] 秦一鳴 侯韶華. 光網絡中實現 VPLS的新方案[J].通信技術,2007,40(11)：32-35.

[7] 郭祥本，羅瑩. 以太OAM原理與實現[J].通信技術，2009,42(12)：42-45.