光纖城市中FTTH組網關鍵技術研究

吳承英，張英華，任寶春

（中國聯合網絡通信有限公司天津市分公司 天津 300052）

1 引言

2010年中國聯合網絡通信有限公司天津、北京等分公司大規模進行FTTH建設，2011年在全國規模部署FTTH。在寬帶網絡和光進銅退建設中，大量EPON/GPON ONU接入本地軟交換和城域網以實現FTTH業務，在接入軟交換過程中，由于接入方式和市場需求的變化，軟交換應相應地進行擴容、升級改造。在實施過程中，通過測試、分析解決了如下關鍵技術問題，保證FTTH業務的順利開展。

·FTTH網關接入軟交換問題分析，針對FTTH模式下媒體網關（MGW）數量多、單位網關用戶數量少的特點，提出計算方法和解決方案，根據不同協議接入時網絡的承載能力建設。

·針對現網多廠商、多類型ONU的應用現實，組織了多廠商接入軟交換的兼容性問題測試，規范了FTTH網關系統數據接入。

·通過測試和分析，規范數圖（DigitMap）號碼采集規則，提高用戶撥號質量和使用感受。

2 FTTH網關接入軟交換相關問題

2.1 接入軟交換網關數和用戶數倒掛

目前固定電話網已實現了網絡智能化，軟交換的接入網關（AG）多為1個AG接入數百到數千個用戶，但是隨著FTTC、FTTB、FTTH模式的演進，特別是FTTH模式的推進，AG數量急劇上升，而單個網關接入的用戶數則不斷下降。

由于NGN軟交換在早期主要考慮融合電路交換機，用戶主要采用AG接入軟交換，軟交換控制參數按照1個軟交換端口控制數百或上千用戶的模式設計，而現實的FTTH接入特點則是1～2個用戶占用1個軟件端口資源，這就導致網關數和用戶數倒掛的現實問題。如某廠商軟交換提供70萬用戶接入業務需求，分別使用AG與使用FTTH下ONU接入，其實際能接入的用戶數有很大差異。不同的業務和協議接入時消耗呼叫處理機的處理能力是不同的，處理機的處理能力給定后，其所能接入的最大用戶數取決于最大下帶網關數和可分配用戶號碼的用戶數據表格數。

（1）不同接入業務模式下，單位呼叫處理器處理能力對比

例如，呼叫處理機模塊處理能力為：最大下帶網關20 000個，可分配用戶號碼的用戶數據表格數40 000個。如果使用FTTH業務接入模式，則最多可接入20 000個網關，亦即用戶20 000戶；如果使用AG接入用戶，則最多可接入40 000戶。由此可見，由于接入模式的不同，單位呼叫處理器可接入的用戶數相差一倍。如果接入相同的用戶數，FTTH業務所需的處理機個數約為接入FTTB的一倍。上述結果來自于2個主要的軟交換廠商的軟交換設備在天津聯通多年的應用經驗和技術參數。

（2）MGC和MGW之間使用H.248協議[1,2]和SIP協議[3,4]對軟交換呼叫處理機處理能力的影響

在接入FTTH業務時，使用不同的協議呼叫的處理能力是不同的，實用結果見表1。

表1 H.248協議和SIP協議下軟交換呼叫處理機處理能力

FTTH網關采用H.248協議接入軟交換時，將明顯出現網關數和用戶數倒掛的現象。在軟交換及網絡智能化建設初期，網關和每個網關接入用戶數之比為1∶4，而隨著形勢的發展，市場需求發生改變，現在變成了1∶1的模式，所以推進FTTH建設必須考慮軟交換的處理能力。從表1中可見，在相同的呼叫處理能力下，使用SIP協議可以接入更多的用戶。

天津聯通在FTTH業務發展中未雨綢繆，提前規劃和調整軟交換的H.248與SIP協議的處理能力，相應增配SIP協議處理能力，確保接入容量滿足FTTH業務高速發展的需要，建議在相關技術標準中對FTTH業務接入能力予以規范。

2.2 MGC和MGW之間使用H.248和SIP協議的差異

根據中國聯通規范要求[1]，語音業務要求對支持語音功能的SFU/HGU，應通過內置語音網關功能方式采用SIP協議，可選支持H.248協議實現語音業務；MDU采用H.248協議實現語音業務。本文通過對多廠商ONU設備測試驗證得出表2。

IMS系統的網絡結構如圖1所示[4]，受布局所限，圖1中未體現出IMS系統所有網元及接口。只有MGCF中使用H.248協議實現MGC對MGW的控制以及與TDM的移動和固定電話網的對接，其他與應用層服務器和多媒體終端的接入均使用SIP協議。實際上IMS使用的SIP與現網使用的版本不同，但是屬于同協議族，而H.248與SIP是不同的協議族，同時在IMS結構中定位不同。從表3對現網的分析也可看出，SIP對于多媒體的支撐和低成本的優勢應在FTTH業務中推廣使用。

對華為、中興、烽火、愛立信的GPON/EPON設備使用H.248和SIP協議進行了業務兼容性測試，測試項目40項。測試結果表明，SIP協議支持的業務除了遇忙回叫業務和極性反轉功能外，基本和H.248協議覆蓋的語音業務相同。從業務功能角度分析，SIP基本可替代H.248協議。

表2 H.248和SIP協議業務承載綜合分析

考慮到現網的業務使用情況，建議兩種協議同時部署，即對于對傳統補充業務操作方式比較敏感的用戶和FTTB用戶，采用H.248終端；如果只是申請普通FTTH業務的用戶，則采用SIP終端。為了減小工程量，現網已部署的FTTH ONU保持不變，在新增的FTTH用戶中使用SIP終端；對于公共計費電話（如計費表、公共電話亭）仍可使用H.248協議提供語音業務。

2.3 MGC與MGW之間引入SIP協議的必要性

FTTH模式下，在xPON-IP承載網-軟交換SS的架構中，每個家庭xPON用戶至少需要1個IP地址，IP地址很容易成為瓶頸。目前天津聯通的家庭xPON用戶正在迅速增加，預計1年內將達100萬戶左右。而中國聯通集團指定給天津聯通FTTH業務使用的IPv4地址約為70萬個，因此解決IP地址短缺問題迫在眉睫，直接關系到FTTH戰略能否順利實施。

綜合考慮目前各種解決地址不足問題的技術手段，SBC（會話邊界控制器）成為最可能的答案，在此不再介紹SBC是如何工作的，僅就實際測試情況加以說明。

SBC旁掛在IP承載網的PE路由器之下，在建設之初可以僅建設一對SBC，并在邏輯上配置成數對虛擬SBC，分別承擔不同區域私有地址xPON用戶的接入，隨著FTTH用戶數量的增加，逐步擴建新的物理SBC，并平滑遷移。

本次測試了2個廠商的SBC產品，結果發現在FTTH用戶使用H.248協議通過SBC與軟交換互通時，基本上只能與自己廠商的軟交換對接，幾乎無法與其他軟交換對接，原因在于SBC本身沒有統一的業界標準，同時各個廠商對H.248的解釋、使用上有一些差異。

鑒于此，在采用SBC解決IP地址不足的瓶頸時，最好的選擇是采用SIP協議作為FTTH ONU與軟交換的對接協議，目前也正在著手這方面的測試工作。

3 規范FTTH網關接入軟交換系統數據的必要性

由于FTTH網關接入軟交換的媒體網關數和用戶數倒掛，管理的網關數量和模式發生了很大變化。網關從局端進入家庭，網關的管理模式從集中到分散。針對此變化，在管理方面除了采用傳統的網管管理局端設備OLT(光線路終端)之外，采用遠程管理系統（RMS）使用TR069協議控制FTTH網關，主要控制業務加載，系統功能通過傳統xPON網管管理。目前ONU供應商多，同一種型號ONU會有2～4種版本。廠商為了降低成本，采用套牌的方法供貨，增加了對ONU管理的難度，所以規范出廠設置非常重要。本文主要討論網絡層系統數據的設定，設定參數見表3。

4 規范號碼采集規則必要性

本節是規范FTTH網關接入MGC的具體應用實例之一。

4.1 采用FTTH業務后用戶撥號失敗和延時現象描述

現象1：用戶撥號時，速度快可接通，速度稍慢撥號即失敗需重撥，如老年人撥了若干位號碼后停頓時間過長（數秒）造成撥號失敗，TDM交換機撥號間隔定時為20 s。

現象2：用戶撥號完畢后延時一段時間接通，有的廠商要求用戶加撥“#”以提高接通速度。用戶使用體驗不好，同時容易引起用戶放棄呼叫。

4.2 撥號失敗原因

原因1：H.248標準的不完善沒有設立專用的數字間的定時器

H.248標準規定了3類定時器用于保護根據DigitMap所收集的號碼，分別為：起始定時器（T）、短定時器（S）和長定時器（L）。DigitMap中的定時器為可配置參數。數字間沒有設立專用的數字間的定時器，根據下發的數圖情況，分別使用短定時器和長定時器替代。

表3 FTTH網關接入軟交換系統數據規范

若MGW確認號碼串至少還需要一位號碼匹配DigitMap中的任意撥號方案，則數字間的定時器值應設置為L。根據表3中規定的定時器規則，滿足“.”符號的事件之間的定時器缺省采用S。如果數圖設計不完善，當用戶已撥完號碼，但號碼串在數圖中卻可能與其他模式匹配時，則會發生等待定時器超時后，MGW才上報號碼，從而導致用戶感覺接續緩慢的問題。

原因2：軟交換控制MGW的方式不合理

目前FTTH中，有的MGC僅負責數字預翻譯及路由，而收號完全由MGW負責，MGC不支持后續互控模式，當用戶撥號未完成，但導致MGW上某種上報號碼的條件觸發（如撥號位間定時器超時）時，MGW立刻將已經收到的部分號碼串上報給MGC，但由于MGC不支持互控，無法繼續要求MGW收號，從而不能路由，導致撥號失敗。

原因3：初始定時器設置不合理

軟交換在接收數字時設置的初始定時器時長過短，對MGW來說，此定時器相當于撥號總時長，造成用戶尚未撥號完成（特別是老年人撥長號碼時），因沒有達到MGW上報號碼串的任一觸發條件，MGW還沒有上報任何數字，而軟交換的初始定時器已超時，軟交換強行釋放本次呼叫，導致撥號失敗。

4.3 解決方法

（1）修改軟交換側撥號初始定時器設置

某些軟交換設置初始定時器T，如果T超時，則造成呼叫失敗，所以要求MGW撥號時間小于T，如果T值過小，則造成撥號時間短使呼叫失敗。

根據測試，建議軟交換撥號初始定時器T設置為50 s，MGC控制撥號定時間隔為20 s（國標規定的撥號定時），實際使用的效果非常理想。

（2）使用MGC配合MGW控制位間隔定時

通過測試獲得MGC控制規則如下：在下述2種情況發生時，啟動MGC控制撥號間隔，撥號間隔設為20 s。

·條件1：位間隔定時超時，如果尚未完成接收從而不能路由，需進一步匹配，啟動MGC控制撥號定時。

·條件2：對于0xxxxxx匹配完成，啟動MGC控制撥號定時，同時根據軟交換數字翻譯表啟動邊收邊發/收齊號碼轉發，后續接收數字位數由數字翻譯結果確定，從而簡化了MGW的數圖控制方式。例如，用戶撥手機號或長途、國際電話使用數圖 “1[358]xxxxxxxxx|0xxxxx”，撥“1860220107”等待長定時超時后，上報號碼，method=PM，MGC控制撥號定時20 s內再撥1位數字，如撥“6”則接通，超過 20 s不撥號，則撥號失敗。具體見表4。

可以看出，通過MGC控制撥號定時功能，輔助解決了用戶撥號速率的匹配問題，可適應不同用戶的撥號速度，提高用戶撥號成功率。實踐應用證明，設置正確的數圖、啟用并使用MGC配合MGW控制位間隔定時，可以解決用戶撥號失敗和延時現象。

表4 MGW的數圖控制方式

特別說明，如果是修改現網在用的數圖，應慎重實施，否則可能會造成用戶撥號失敗投訴。可考慮分步實施，先增加一個新的完善的數圖，對應新安裝的用戶；在網用戶則按照設備類型（AG、MDU、SFU等）、設備廠商的不同，在充分測試驗證的基礎上，分批平穩過渡到新數圖，工程實施時盡量減少中斷用戶通信時間。

5 結束語

本文介紹的方法是通過綜合測試獲得的，目前已投入應用，效果顯著。本文只涉及語音接入情況，對于寬帶接入同樣也需要考慮此類問題，如組播點選擇時相關定時的設定、VLAN的規劃和設備端口的關系等。

1 QB/CU 025.中國聯通EPON設備技術要求,2010

2 YDT 1292-2003.基于H.248的媒體網關控制協議技術要求.ITU T Rec,2003

3 YD/T1938.1.會話初始協議（SIP）測試方法第2部分：基于軟交換網絡呼叫控制的SIP協議,2009

4 QB/CU 030.中國聯通IMS系統設備技術規范v2.0,2008

5 H.248.16.增強的數字收集包和程序,2002

6 YD/T 1522.31.會話初始協議（SIP）技術要求第3部分：ISDN用戶部分（ISUP）和會話初始協議（SIP）的互通（補充件1）,2009