GPON高效承載IP數據業務方法的探討

張 俊，邱俊悅

（中國電信股份有限公司廣州分公司 廣州 510055）

1 引言

GPON系統通常由OLT、用戶側ONU和ODN組成，采用點到多點的網絡結構。GPON作為PON技術的一種，相較于傳統銅線技術，具有更高帶寬、更遠傳輸距離和更靈活的組網方式；相較于同是無源光網的EPON技術，提供了更高帶寬，能提供更完善的QoS全業務保障，有很好的提供服務等級、支持QoS保證和全業務接入的能力。GPON協議規定了完整的OAM功能，為運營商統一網管的二次開發提供便利。GPON承載業務示意如圖1所示。

在實現“光進銅退”網絡發展戰略時，GPON技術標準扮演了重要角色。在中國電信股份有限公司廣州分公司（以下簡稱廣州電信）新建資源中，GPON占到新增光網絡資源的95%以上。各種IP數據業務都已經或正在改用GPON。光纖到客戶端的典型場景有FTTO和FTTH兩種。

FTTO場景，即光纖到辦公室，面向公司、企業或政府部門的業務，涵蓋IP城域網互聯網專線、撥號光纖、ITV、VoIP和MPLS/VPLS VPN；FTTH場景，即光纖到戶，面向普通家庭業務，涵蓋普通互聯網專線、撥號光纖、ITV和VoIP。FTTO（H）場景將占到新增網絡的絕大部分。

下面從邏輯資源管理、業務質量保證、業務拓展等幾個角度探討如何更好地運營FTTO（H）場景中的GPON，以適應IP數據業務和其他一些轉型業務的發展。

2 GPON邏輯資源規劃和參數池管理

2.1 邏輯參數VLAN的規劃

為有效利用網絡資源，實現網絡數據的統一規劃、統一部署，精確識別業務和用戶，在GPON提供的綜合業務接入環境下必須做好VLAN資源的規劃和管理。

IP數據業務從接入終端至業務匯聚點BRAS/SR以下，通過基于VLAN的二層網絡進行業務承載。IP業務VLAN規劃應能達到精確識別業務/用戶以及安全隔離的要求，因此綜合接入業務采用PUPSPV方式，網絡層面采用PSPV。

圖1 GPON承載業務示意

綜合業務層面PUPSPV：網絡為每用戶的每類業務分配一個VLAN，每個用戶的撥號上網、組網專線等業務均采用獨立的VLAN進行承載。實現每個用戶的每種業務的精確隔離。這種模式下用戶所需要的VLAN ID數量也是最多的。

網絡管理、自營業務和封閉業務都采用PSPV：PSPV模型下，網絡為每一類業務規劃特定的VLAN，僅按業務類型區分，不能精確到客戶的程度。GPON中網管、IPTV和ITMS等業務都如此規劃使用PSPV，可以節省大量VLAN資源。

在GPON中針對7類業務分別規定相關的VLAN使用范圍。單個OLT下客戶數可能超過4 096個，并且為了和現有的FTTB和DSLAM接入場景銜接，在GPON中采用雙層VLAN——QinQ方式承載IP數據業務。CVLAN，即內層VLAN，用于區分不同客戶和不同業務。表1為CVLAN分配示例。

FTTO場景的CVLAN使用基 于PON口，FTTH基 于 若干（1～6）個PON口組成的PON口組。每PON口（組）都獨立劃分VLAN空間，不同PON口（組）之間互不影響，使用CVLAN可以相同。CVLAN分配以PON口（組）為單位，按同類業務逐個順序分配使用。

SVLAN，即外層VLAN作為接入設備標識進行規劃，在多邊緣網絡架構下，一臺接入設備對應多個外層VLAN標簽，分 別 終 結 于BRAS和SR等設備。SVLAN主要有兩個作用：其一用于區分不同的匯聚端口（PON口組），其二用于區分不同的上行設備類型。表2為SVLAN分配示例。

GPON中VLAN管理和分配的方式考慮了近期的業務拓展和擴充，也保留了遠期做較大調整的余地。

表1 CVLAN分配示例

表2 SVLAN分配示例

2.2 邏輯資源的參數池化管理

GPON要滿足多業務接入，ONU上可能同時存在6～7種不同的業務，每種業務使用的邏輯參數——主要是SVLAN、CVLAN和OLT上聯設備信息——都是獨立規劃、分開使用的。邏輯參數存在分配規則復雜、邏輯資源管理難度較大等問題。為了有效管理這些邏輯資源，需在資源管理系統增加管理多組參數的參數池功能，并能根據業務類型正確分配邏輯資源，區別于以往DSLAM接入方式只需要管理一組邏輯參數的簡單功能。

SVLAN、CVLAN取值范圍與適用網絡、下發策略等標識的對應關系舉例，如圖2所示。

“下發策略”有ONU、ONU端口兩方式：“ONU”策略表示一個ONU對應一個CVLAN，“ONU端口”策略表示一個ONU端口對應一個CVLAN，即前者適用現網的FTTH規劃，后者適用于FTTO規劃。

在FTTO（H）撥號業務中，資源管理系統在業務開通階段根據PON口（組）確定的SVLAN，分配其對應最小值的可用CVLAN，在業務竣工后負責管理（BRASIP，BRAS槽位，BRAS端口，SVLAN，CVLAN）五元組信息。

在組網和互聯網專線業務中，資源管理系統在業務開通階段根據PON口（組）確定的SVLAN，分配其對應最小值的可用CVLAN，在業務竣工后負責管理（SRIP，SVLAN，CVLAN）三元組信息。

圖2 SVLAN、CVLAN取值范圍與適用網絡、下發策略等標識的對應關系

在ITV和VoIP業務中，資源管理系統只需確定PON口對應的SVLAN信息，CVLAN為固定值，在業務竣工后負責管理（BRASIP，BRAS槽位，BRAS端口，SVLAN，CVLAN）五元組信息。

在參數池系統規劃階段，需預留對參數組修改和增補的空間，以應對現有業務的變化和新業務的出現。

3 GPON綜合接入網絡中提供有質量保證（QoS）的服務

GPON承載的綜合業務中，約90%都是經由其上聯的IP城域網和IP城域網二平面進入Internet或者中國電信自營網絡，這些流量除了常規的互聯網訪問流量，還有政企客戶VPN組網、VoIP、ITV視頻等高質量要求流量。GPON需延伸IP城域網的QoS機制，實現重要流量的業務保障。

3.1 QoS業務等級規劃

GPON部署的前提條件是上層骨干網絡已全面部署QoS，目前廣州的城域網已完成相關部署。GPON的QoS策略與IP城域網/IP城域網二平面骨干網統籌考慮，標記與之保持一致，只按照IP PRE/EXP/802.1P進行劃分。在接入網設備劃分不同的VLAN，實現業務的區分、標記。表3為QoS業務等級。

3.2 GPON的QoS部署要點

GPON選擇DiffServ體系架構，和整個IP城域網骨干網組為一個獨立的DiffServ域實現網內的QoS保障。有如下部署要點：其一，在網絡邊界設備ONU上進行分類和標識，原則上根據端口（物理端口或邏輯端口）或標記字段實現業務分類和標記。OLT設備需要將內層VLAN的CoS標記映射成外層VLAN的CoS。OLT根據DBA機制，實現對每個GEM的上行帶寬分配和上行業務流限速功能，OLT針對用戶VLAN、GEM端口或不同分類流的速率控制功能，使用L2 Traffic Shaping或Policing機制。其二，對于AG和PON接入的軟交換話音業務，在ONU的入端口上進行標記DSCP 56。對于高質量政企大客戶，在ONU的入端口上進行標記DSCP 24。其三，GPON對IPTV和普通上網上行流量不做區分，直接轉發（因IPTV業務只需對下行流量進行分類和標記）。最后，對骨干網絡傳來的數據分組（下行流量），OLT可以根據數據分組攜帶的IEEE 802.1P的值做基于優先級的隊列調度功能。

GPON的QoS隊列調度機制可采用帶優先級隊列的加權輪詢方式，提供1個絕對優先級隊列和1～3個加權輪詢隊列，配合WRED丟棄機制，實現基于QoS等級的IP分組轉發，由于PQ隊列絕對優先，為防止PQ隊列中的流量完全占據整條鏈路帶寬，導致其他高等級業務擁塞，所以需要對PQ帶寬進行限制，暫時分配固定帶寬，話音分配10%～15%，網絡控制流量分配為5%～10%等。

表3 QoS業務等級

4 結合新的IP骨干網，實現GPON業務拓展

2012年IP城域網二平面已經建成，通過新建的二平面骨干網，GPON可以承載VoIP、VPN組網業務，可以提升業務的服務水平和資源利用率等。

4.1 充分利用接入段和骨干網的各種備份機制，提供高可靠性VoIP業務

廣州電信IP城域網目前開展的NGN業務主要分為 公 眾IAD、大 客 戶IAD和AG業 務，IAD和AG在 城域網上分別通過IAD VPN和AG VPN承載，2個VPN相互隔離。

語音設備至SW層，AG設備光纖接入，靜態配置AG VPN地址，公眾入戶IAD語音VPN接入靜態配置IP地址；AG和OLT（IAD上行）采用雙鏈路接入，一個端口up，另一個端口down的方式接入。

從SR安全性考慮，SW之間采用鏈路捆綁技術作為AG/IAD接入網關，使用單層VLAN，開啟VRRP，做設備故障情況下的冗余。SW根據可信和非可信接入分成2個VPN實例，并分別綁定不同的邏輯接口 （多實例CE、MCE）。SW之間開啟OSPF路由協議，當一側SW上行鏈路全部斷開時，VRRP網關不切換時可以做到路由冗余。SW在VPN實例的邏輯接口下配置靜態默認路由；PE配置靜態業務網段，并按一定優先級重分發到MP-BGP中；同時開啟靜態路由+BFD方式檢測SR-SW之間鏈路。

高可靠性VoIP業務組網架構如圖3所示。

VoIP話音數據分組經過的OLT、SW、SR和ASBR，這些設備上采用了PON口保護組、GE口保護組、VRRP、浮動靜態路由、BFD檢測、BGP備份路由6種提高冗余備份和檢測的技術方法，加之前文所述的QoS特性，可以讓VoIP業務在GPON上獲得極高的可靠性，使客戶獲得良好的業務體驗，這套方法也可使用到政企大客戶的IP數據業務上。

4.2 GPON全面替代傳統的IP數據業務接入方式

FTTO場景下的GPON已有鏈路連接到IP城域網業務路由器（SR）、寬帶接入服務器（BRAS）、二平面業務路由器（二平面SR）。因此可以很容易地將IP城域網互聯網專線、MPLS-VPN組網專線、VPLS-VPN組網專線、ITV業務遷移到GPON上。但是對普通互聯網專線和直接CN2接入MPLS-VPN兩種業務的遷移難度較大。

4.2.1 普通互聯網專線業務

普通互聯網專線配置在專線BRAS上的，而IP城域網互聯網專線配置在SR上。兩者使用的IP地址不相同，遷移過程中必須在BRAS和SR上抑制和發布大量路由策略，遷移完成后，存在遷移前后互訪問題，可以通過更改路由實現。遷移后路由條目激增，路由結構雜亂，為避免路由問題的累積，需通過調整OLT上聯結構實現。

4.2.2 直接CN2接入MPLS-VPN業務

長途MPLS-VPN業務最常見的接入方式有兩種。第一種方式是通過IP城域網接入，客戶端路由器作為CE，IP城域網業務路由器作為PE，而IP城域網與CN2網絡之間通過Option A的跨域方式互聯，將客戶路由信息傳遞到CN2網絡中;第二種方式是客戶端設備CE通過光纖直接接入CN2網絡在地市的接入交換機，客戶端路由器仍作為CE，而PE則是CN2的業務路由器。

圖3 高可靠性VoIP業務組網架構

圖4 VPLS VPN連接GPON和CN2網 絡

這兩種方式改造成以GPON接入，可以充分利用現有光覆蓋資源，節省大量的光纜資源。第一種方式改為用GPON承載，只需要簡單地改變接入方式，骨干網絡側基本保持原有特性和配置;第二種方式如改用GPON承載，則需要將整個IP城域網作為二層通道使用，實現機制較復雜。

VPLS VPN連接GPON和CN2網絡示意如圖4所示。

直接將CN2接入MPLS-VPN業務進行改造，需在兩臺路由器SR和ASBR之間建立VPLS VPN通道，SR和ASBR作為PE啟動VPLS功能。客戶端通過GPON接入，使用雙層QinQ VLAN，上聯到SR設備上，ASBR上聯到CN2，使用單層VLAN。客戶端的網關做在CN2路由器上。SR到ASBR采用LDP作為VPLS信令建立PW，配置VPLS，實現客戶端與CN2的二層互通。現有的GPON OLT到IP城域網二平面都是雙鏈路到兩臺SR，可以將兩臺SR分別開通VPLS VPN通道，并啟用冗余備份機制以提高業務可用性。

5 GPON承載IP數據業務下一步需關注的問題

多業務接入環境決定GPON對邏輯參數的管理要求很高，需要在資源管理系統上進一步完善地址池管理功能，并將IP地址管理功能融入其中。目前ONU和OLT供應廠商數量多，運營商層面應做好現有OLT，ONU甚至骨干網設備統一管理的應用，進一步統一并簡化配置規范。需將ONU/PON端口監測等納入日常管理范疇，并建立GPON客戶應用感知系統，做到網絡隱患早發現早處理，提高網絡可用性。

6 結束語

IP數據業務的高速發展對GPON的設計、規劃和管理提出了更高的要求。在GPON管理中，應結合網絡的特點，在邏輯資源、服務保障及業務拓展的工作中不斷創新，使GPON可以穩定承載種類更多、數量更大的數據業務。未來要進一步加強支撐系統、監控系統等的建設，繼續提高GPON的可用性和可靠性。

1 中國電信集團公司.中國電信GPON設備技術要求V2.0，2011

2 張俊.淺析政企客戶城域網業務向GPON遷移的方法.電信科學，2012（5A）

3 中國電信集團公司.中國電信城域網寬帶業務VLAN管理指導意見，2010