城域網(wǎng)組播復(fù)制點(diǎn)位置設(shè)定分析

黃 晉

(中國電信股份有限公司蘇州分公司 蘇州 215004)

1 引言

ITV業(yè)務(wù)在城域網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用以來，發(fā)展勢頭良好。目前ITV業(yè)務(wù)用戶數(shù)量已經(jīng)接近寬帶用戶數(shù)的20%，其中觀看頻道節(jié)目的用戶約占50%。城域骨干網(wǎng)部署組播后，對(duì)平臺(tái)和骨干網(wǎng)絡(luò)的帶寬起到了很好的節(jié)約作用。

在ITV網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，用戶量相對(duì)較少，將組播復(fù)制點(diǎn)選擇在BRAS上，BRAS具備較強(qiáng)大的組播復(fù)制能力，可以基于用戶VLAN和PPPoE會(huì)話進(jìn)行大量的復(fù)制，此時(shí)接入?yún)R聚網(wǎng)絡(luò)不需要使用組播VLAN，用戶的組播流量和普通流量一樣在各自的VLAN或PPPoE會(huì)話中承載。

但隨著ITV業(yè)務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展，BRAS下行全部維持單播給接入網(wǎng)帶來了巨大的流量壓力。當(dāng)有200個(gè)用戶觀看標(biāo)清節(jié)目（2.5 Mbit/s碼流）時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生500 MB的業(yè)務(wù)流量，按照一臺(tái)BRAS設(shè)備并發(fā)4 000個(gè)ITV用戶計(jì)算，能夠產(chǎn)生10 GB的流量，考慮到接入網(wǎng)的安全冗余，則需要為接入網(wǎng)準(zhǔn)備20 Gbit/s的ITV業(yè)務(wù)帶寬。因此隨著ITV業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，針對(duì)是否需要將組播復(fù)制點(diǎn)由目前的BRAS上下移到二層設(shè)備上，進(jìn)行討論和考量。

2 組播復(fù)制點(diǎn)設(shè)定的技術(shù)原理

2.1 組播復(fù)制點(diǎn)設(shè)置在BRAS上

當(dāng)組播復(fù)制點(diǎn)設(shè)置在BRAS上時(shí)，用戶的機(jī)頂盒和BRAS設(shè)備進(jìn)行IGMP協(xié)議交互。首先BRAS接收用戶的IGMP請(qǐng)求，把用戶的頻道請(qǐng)求轉(zhuǎn)換成PIM協(xié)議的加入消息發(fā)給平臺(tái)；其次平臺(tái)將頻道視頻流以組播流的形式傳送到BRAS，BRAS復(fù)制成單播流下傳給用戶。

同一個(gè)頻道的節(jié)目不管有多少用戶觀看，BRAS只會(huì)從平臺(tái)引入一份組播流，但是會(huì)復(fù)制多份單播流給不同的用戶，因而占用較多的接入網(wǎng)帶寬。頻道視頻流量示意1如圖1所示。

2.2 組播復(fù)制點(diǎn)設(shè)置在接入網(wǎng)設(shè)備上

當(dāng)組播復(fù)制點(diǎn)設(shè)置在接入網(wǎng)設(shè)備 （DSLAM、OLT、交換機(jī)）上時(shí)，如果用戶的機(jī)頂盒采用和以前一樣的PPPoE接入方式，則無法和接入網(wǎng)設(shè)備直接進(jìn)行通信。因此需要將機(jī)頂盒的接入方式改成IPOE，即DHCP方式，這樣機(jī)頂盒就可以和接入網(wǎng)設(shè)備、BRAS/SR進(jìn)行IGMP的協(xié)議交互。

圖1 頻道視頻流量示意1

圖2 頻道視頻流量示意2

組播復(fù)制點(diǎn)設(shè)置在接入網(wǎng)設(shè)備上，意味著組播流將直接下發(fā)到接入網(wǎng)設(shè)備，為此需要從BRAS/SR開通一路專門的組播VLAN將組播流下發(fā)到接入網(wǎng)設(shè)備。

為了減少從BRAS/SR到接入網(wǎng)設(shè)備的組播流量，在接入網(wǎng)設(shè)備上必須啟用IGMP Proxy功能，使接入網(wǎng)設(shè)備能夠接收用戶發(fā)出的IGMP請(qǐng)求，并轉(zhuǎn)化成接入網(wǎng)設(shè)備的IGMP請(qǐng)求發(fā)往BRAS/SR；BRAS/SR設(shè)備收到接入網(wǎng)設(shè)備的IGMP請(qǐng)求后，從專門的組播VLAN將組播流下發(fā)到接入網(wǎng)設(shè)備，接入網(wǎng)設(shè)備通過跨VLAN（從組播VLAN到用戶VLAN）的復(fù)制把組播流變成單播流下傳給用戶。

同一個(gè)頻道的節(jié)目不管有多少用戶觀看，接入網(wǎng)設(shè)備只會(huì)從BRAS/SR引入一份組播流，但是會(huì)復(fù)制多份單播流給不同的用戶，占用的是用戶帶寬，從而節(jié)省了接入網(wǎng)的帶寬。頻道視頻流量示意2如圖2所示。

3 組播復(fù)制點(diǎn)下移的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

組播復(fù)制點(diǎn)下移到接入網(wǎng)設(shè)備，最大的好處是可以節(jié)省接入網(wǎng)的帶寬資源，但是有如下2個(gè)前提條件。

首先，在ITV用戶中，看頻道節(jié)目的用戶應(yīng)當(dāng)占多數(shù)，不能少于50%。看點(diǎn)播的用戶多，就無法凸顯組播復(fù)制點(diǎn)下移的優(yōu)勢。

其次，從極端情況考慮，每臺(tái)接入網(wǎng)設(shè)備上看頻道節(jié)目的用戶看的頻道不同，當(dāng)每臺(tái)接入網(wǎng)設(shè)備上的并發(fā)頻道用戶數(shù)量大于頻道數(shù)量時(shí)，這臺(tái)設(shè)備上的組播流量就不再增加，最多保持在頻道數(shù)×碼流上，這時(shí)組播復(fù)制點(diǎn)下移才能夠節(jié)約帶寬資源。但是考慮到熱門頻道相對(duì)集中，如江蘇省有160個(gè)頻道，近40%的用戶看的頻道集中在12個(gè)熱門頻道上，即有超過30個(gè)用戶看頻道節(jié)目，理論上就可以節(jié)省帶寬了。并發(fā)用戶數(shù)越多，節(jié)省的可能性就越大。

為此，進(jìn)行初步預(yù)測，不同并發(fā)用戶的帶寬節(jié)省情況見表 1。

全標(biāo)清流量按照2.5 Mbit/s的碼流計(jì)算，全高清流量按照8 Mbit/s碼流計(jì)算，高標(biāo)混合流量按照標(biāo)清占80%計(jì)算。

預(yù)測顯示，在有160個(gè)頻道、40%的用戶觀看頻道集中在12個(gè)熱點(diǎn)頻道的前提下，當(dāng)超過30個(gè)并發(fā)頻道用戶時(shí)，可以節(jié)省帶寬；超過250個(gè)并發(fā)頻道用戶時(shí)，接入網(wǎng)設(shè)備復(fù)制的組播流大小達(dá)到頂峰，不再增加；超過300個(gè)并發(fā)頻道用戶時(shí)，可以節(jié)省近一半的帶寬。

組播復(fù)制點(diǎn)下移到接入網(wǎng)設(shè)備，還可以減輕BRAS/SR設(shè)備的負(fù)載壓力。當(dāng)接入網(wǎng)設(shè)備開啟了IGMP Proxy功能時(shí)，一臺(tái)承載8 000個(gè)并發(fā)ITV用戶的BRAS/SR設(shè)備面對(duì)的IGMP協(xié)議交互對(duì)象從8 000降低到了400，全部的組播復(fù)制負(fù)載消失，BRAS/SR只需要維持組播VLAN中的頻道流，對(duì)BRAS尤其是SR設(shè)備的CPU和內(nèi)存負(fù)載是很大的減壓。

3.2 缺點(diǎn)

組播復(fù)制點(diǎn)下移到接入網(wǎng)設(shè)備后，改變了接入網(wǎng)設(shè)備只管簡單轉(zhuǎn)發(fā)流量的模式。接入網(wǎng)設(shè)備開始代理和處理IGMP數(shù)據(jù)、進(jìn)行跨VLAN的組播復(fù)制，設(shè)備配置復(fù)雜了，CPU和內(nèi)存的消耗加大，影響設(shè)備處理能力的指標(biāo)也發(fā)生變化。

組播復(fù)制點(diǎn)下移到接入網(wǎng)設(shè)備后，增加了專門的組播VLAN，在二層網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，增加了形成網(wǎng)絡(luò)環(huán)路、產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的風(fēng)險(xiǎn)。

組播復(fù)制點(diǎn)下移到接入網(wǎng)設(shè)備后，不能采用PPPoE認(rèn)證方式，網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)精確度降低，控制能力削弱，網(wǎng)絡(luò)改造成本較高，與現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營模式不匹配，相關(guān)的IT系統(tǒng)支撐還不能及時(shí)跟進(jìn)。

4 現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際案例

在城域網(wǎng)中，同一臺(tái)匯聚交換機(jī)2塊板卡，分別匯聚了9臺(tái)DSLAM和9臺(tái)OLT。

表1 不同并發(fā)用戶寬帶節(jié)省情況

9臺(tái)DSLAM所在板卡有一條GE鏈路上行到ITV業(yè)務(wù)SR，對(duì)應(yīng)忙時(shí)有203個(gè)ITV終端在線，其中活躍用戶(更新時(shí)間小于100 ms)165個(gè)，估算看頻道的用戶83個(gè)，平均每臺(tái)DSLAM有9個(gè)。這塊板卡上行到SR的鏈路時(shí)流量為402.254 MB，165個(gè)用戶平均2.43 MB，基本相當(dāng)于每人占用一個(gè)標(biāo)清碼流。顯然帶寬沒有明顯節(jié)省。

9臺(tái)OLT所在板卡有一條GE鏈路上行到ITV業(yè)務(wù)SR，對(duì)應(yīng)忙時(shí)有555個(gè)ITV終端在線，其中活躍用戶(更新時(shí)間小于100 ms)444個(gè)，估算看頻道的用戶222個(gè)，平均每臺(tái)DSLAM有24個(gè)。這塊板卡上行到SR的鏈路時(shí)流量為416.729 MB，444個(gè)用戶平均0.93 MB，顯然，帶寬有超過50%的節(jié)省。進(jìn)一步分析可以看出，這444個(gè)活躍用戶在不同 OLT 上的分布是 31、133、47、66、6、30、26、41、64，有3臺(tái)的活躍用戶超過60，對(duì)節(jié)省帶寬的貢獻(xiàn)較大。

5 結(jié)束語

通過上述分析，組播下移到接入網(wǎng)在DSLAM設(shè)備上優(yōu)勢不明顯。一臺(tái)500線的DSLAM設(shè)備，寬帶實(shí)裝率85%，ITV用戶滲透率20%，并發(fā)50%，頻道用戶占比70%，核算下來并發(fā)的頻道用戶數(shù)是30個(gè)，基本不節(jié)省DSLAM設(shè)備的上行鏈路帶寬。當(dāng)DSLAM上ITV用戶滲透率升高時(shí)，DSLAM設(shè)備的上行鏈路帶寬開始節(jié)省。而對(duì)于PON設(shè)備，尤其是大容量PON設(shè)備，則優(yōu)勢明顯。一臺(tái)超過2 000個(gè)寬帶并發(fā)用戶的OLT，并發(fā)頻道用戶數(shù)約為280個(gè)，可以節(jié)省近50%的OLT上行帶寬。

其次，不管是全標(biāo)清、全高清還是混放的情況，帶寬節(jié)省的比例隨并發(fā)頻道用戶增長的趨勢基本不變。

再次，在業(yè)務(wù)發(fā)展政策中，吸引用戶看電視頻道，更集中地看熱門電視頻道，可以大幅度地節(jié)省接入網(wǎng)帶寬，使組播下移到接入網(wǎng)的效果更好。若政策偏向點(diǎn)播、回看類節(jié)目，則會(huì)導(dǎo)致接入網(wǎng)帶寬占用增加，削弱組播下移到接入網(wǎng)的效果。