未來寬帶駐地網共享模式的探析

李家京　中國聯通北京電信規劃設計院寧夏網絡技術支撐中心總監，高級工程師

黃小兵　中國聯通北京電信規劃設計院工程師

代彬　中國聯通北京電信規劃設計院工程師

未來寬帶駐地網共享模式的探析

李家京中國聯通北京電信規劃設計院寧夏網絡技術支撐中心總監，高級工程師

黃小兵中國聯通北京電信規劃設計院工程師

代彬中國聯通北京電信規劃設計院工程師

分析現有的光纖寬帶建設共享模式所存在的問題，研究軟定義和虛擬化的接入網系統架構，實現多運營商共享駐地網寬帶網絡資源的方法。通過將無源光網絡PON設備資源進行軟件化定義和虛擬化重構，同時定制一系列協議判斷策略和資源控制程序，將OLT網元共享給多個運營商，以更便捷、高效、安全地實現駐地網資源的共建共享，降低駐地網建設成本，同時可以使駐地網資源進行更易于的管理，提高效率，并有效降低網絡管理的維護成本。

光纖寬帶；光纖到戶；駐地網；資源共享；虛擬化

1　引言

近年來，隨著國家“寬帶中國”和“互聯網+”戰略的計劃和實施，政府和電信企業越來越重視光纖寬帶基礎設施的建設，投入大量人力物力開展全光纖網絡城市的改造升級，提速降費也得到了不斷地推進。然而排他性惡意競爭和嚴重的重復建設現象仍廣泛存在，2013年國家頒布了新標準以保障新建小區電信企業平等接入和用戶自主選擇權，但仍存在實施難度，且既有區域仍沒有很好的解決方案。因此有必要進一步探索研究，采用更便捷、高效的新模式和技術手段實現駐地網資源的共建共享，降低駐地網建設和運營成本。

2　研究背景

2.1現階段寬帶發展概述

隨著以Internet為代表的信息通信技術的迅猛發展和普及，社會信息化程度的不斷提高，以及各種新型多媒體業務，如4K/8K高清視頻、VR/AR及物聯網等不斷涌現，寬帶用戶數仍呈持續增長趨勢，同時用戶對寬帶速率和質量的需求也在不斷地提升。

光纖接入網是我國信息化發展戰略的重要組成部分，也是電信運營商全業務競爭的基礎實力。基于無源光網絡PON技術的光纖到戶FTTH是光纖接入網的主要接入方式之一，其特點是將光網絡終端（ONT）放在用戶家中，主干段、配線段和引入段全程采用全光接入。光纖到戶具有用戶接入帶寬高、全程無源、部署靈活等優點，具備百兆接入能力并可通過簡單設備升級達到千兆的擴展能力，被業內普遍認定為當前接入網主導接入模式。根據權威專家預測，未來FTTH/O用戶數將從2016年1.7億戶增長到2020年2.9億戶。

2.2加強光纖寬帶共享的必要性

長期以來，我國電信業重復建設嚴重、資源利用率普遍偏低。雖然近幾年共建共享工作得到不斷深化，但固定寬帶接入網的總體產能過剩和局部建設混亂現象依然突出。2015年，國辦印發《關于加快高速寬帶網絡建設推進網絡提速降費的指導意見》，提出三年網絡建設投資超過1.1萬億元，若各運營商各自為政進行建設，將浪費數以千億的資金。隨著中國寬帶業務進入持續大提速階段，各運營商的競爭已經進入白熱化，存在著大量排他性惡意競爭和嚴重的重復建設現象。后續固網寬帶運營牌照范圍還將進一步擴大，基礎資源的大幅增投和行業收入逐步下滑形成巨大剪刀差，寬帶接入網資源共享問題已成為行業關注焦點。加強光纖寬帶網絡的資源共享和有效利用，統籌基礎設施建設，提高資源利用率，持續促進運營商由網絡資源競爭模式向業務和服務競爭模式轉變是非常必要的。

2.3現有駐地網光纖寬帶資源共享技術手段

為落實國家“加快寬帶中國建設”、“加快普及光纖入戶”的要求，推進光纖到戶建設的同時，實現各家公平進入、資源共享、用戶自由選擇的目標，工信部通信發展司組織編制發布《住宅區和住宅建筑內光纖到戶通信設施工程設計規范》和《住宅區和住宅建筑內光纖到戶通信設施工程施工及驗收規范》兩項國家標準，已于2013年4月1日起正式實施。其中強制條文要求：

（1）在公用電信網絡已實現光纖傳輸的縣級及以上城區，新建住宅區和住宅建筑的通信設施應采用光纖到戶方式建設。

（2）新建住宅區和住宅建筑內的地下通信管道、配線管網、電信間、設備間等通信設施，必須與住宅區及住宅建筑同步建設。

（3）住宅區和住宅建筑內光纖到戶通信設施工程的設計，必須滿足多家電信業務經營者平等接入、用戶可自由選擇電信業務經營者的要求。

其具體的技術實現方式是采用光纖分界的措施，紅線內的光纖網絡資源等信息化基礎設施由建筑開發商統一投資建設，運營商負責各自的配線箱及以上的上聯資源，各方在“用戶接入點”進行光纖交接，實現運營商配線與公共光配線相連接，貫通光纖接入網絡（見圖1）。

2.4光纖交接存在的問題

2.4.1低效和資源浪費

基于光纖共享的資源配置不靈活，初期運營商側建設光纜、光配線設施等資源的規模和規格難以預估，容易出現重復建設或浪費，資源利用率低。

由于電信業務經營者和住宅建設方分別負責自己的建設，所以當用戶開通業務時，每次都需要在運營商與公共配線箱之間進行跳纖，然而跳纖的實施復雜，頻繁地在用戶接入點跳纖，容易出現跳纖連接錯誤，產生信息安全風險，從而降低了網絡可靠性。也使得網絡管理更加復雜、缺乏靈活性、且故障定位難，維護效率低。

2.4.2既有區域駐地網難以借鑒

由于既有區域受現有進線情況、業務和資源現狀、網絡改造情況及改造方式等因素影響，使之成為資源開放共享的難點。采用光纖分界的方案難以滿足實際需求，難以實現既有資源開放共享的落地執行。

3　創新模式分析

3.1以OLT分界的資源共享思路

光分配網ODN部分仍借鑒住宅區兩項國家規范的思路，但將共享分界點上移到OLT。設置駐地網運營商或由現有的駐地網主導運營商負責OLT及以下資源建維。上聯資源與駐地資源的交接在OLT設備上實現（見圖2）。

采用OLT為界的網絡資源共享，優點是網絡資源由OLT至ONU以上全部可共用，不需手工跳接，租用方可完全利用駐地方的全部覆蓋資源。能大幅縮短業務開通時限，降低建維成本，避免誤接故障。

3.2接入網SDN/NFV架構的引入

圖1　國標定義的光纖交接共享方式寬帶接入網結構示意圖

圖2　OLT分界共享方式寬帶網結構示意圖

以OLT分界的共享方式簡化了ODN的建設和管理，但對于傳統的PON設備需要考慮做大量的設置工作：ONU至OLTPON口間的網絡需采用二層邏輯來隔離用戶業務流量，OLT上行端口要根據用戶業務流量類型與歸屬，將其加以區分并轉發至相關運營商的城域網；調整IP城域網業務控制層BRAS等設備設置與接入網配合實現對接配置；資源共享方需為其他運營商分配獨立的外層VLAN通道；租用方需與共享方協作完成大量業務適配；各運營商AAA系統需獨立完成業務認證等。

可見若采用傳統的PON設備實現多運營商共享，在建設、裝維方面比較復雜，多運營商對同一臺OLT設備進行操作維護也是不現實的，需要對PON設備引入軟定義和虛擬化等創新技術來滿足簡單可靠的一網多用的發展方向。

3.3創新模式效益核算

目前，各大、中型運營商均以5～10年內基本實現光纖寬帶全覆蓋為目標，并以此基礎進行核算。

根據全國7.5億城鎮人口，約3.05億商住戶（小型商戶按住宅10％計取），業務滲透率約70％計算。傳統模式光分配網約300％重復建設。

●傳統模式：30556（萬戶）×0.7（滲透率）×300端口造價×300％重復建設，約1925億元。

●創新模式：30556（萬戶）×0.7（滲透率）/48（均分光比）×1200（OLT端口造價），考慮少量設備間電源配套，約55億元。

可見，采用創新模式與傳統建設模式相比，投資比例是1：35，可節省1850億元。

4　接入網SDN/NFV架構及關鍵技術的探討

4.1SDN/NFV簡述

SDN是一種新型的網絡架構，它的設計理念是將網絡的控制平面與數據轉發平面進行分離，并實現可編程化控制。從層次上看，SDN包含應用層、控制層和基礎設施層。其中，應用層包括各種不同的業務和應用；控制層主要負責處理數據平面資源的編排，維護網絡拓撲、狀態信息等；基礎設施層（數據轉發層）負責基于流表的數據處理、轉發和狀態收集。

網絡功能虛擬化（NFV）技術是為了解決通過標準的IT虛擬化技術，把網絡設備統一到工業化標準的高性能、大容量的服務器、交換機和存儲平臺上。該平臺可以位于數據中心、網絡節點及用戶駐地網等。NFV將網絡功能軟件化，使其能夠運行在標準服務器虛擬化軟件上，以便能根據需要安裝/移動到網絡中的任意位置而不需要部署新的硬件設備。NFV不僅適用于控制面功能，同樣也適用于數據包處理，適用于有線和無線網絡。

4.2接入網SDN/NFV架構探討

基于SDN/NFV的接入網絡概念一經提出，就得到了業界廣泛關注，各國際標準化組織如寬帶論壇（BBF）、ITU-T、ETSI、開放網絡論壇（ONF）等都紛紛成立研究組，推出自己的架構模型。這些架構相互之間差異比較大，首當其沖的是SDN與NFV主從關系分為如下幾類：

（1）SDN架構

以SDN為主架構，對于SDN控制器來說，VNF只是SDN資源之一，在框架中作為連接點和可控轉發功能的網絡節點。SDN控制器在客戶的請求下建立UNI 到NNI的網絡服務，控制和編排業務穿過其下的多個SDN子域控制器控制的虛擬資源。各子域之間的數據交接由多域SDN控制器負責。SDN子域中網絡資源是由虛擬化的網絡功能組件提供的。

（2）NFV架構

以NFV為主架構，SDN作為可以讓用戶直接計劃、協調、控制和管理的網絡資源的技術組件，更方便動態地、可擴展地設計、交付和管理網絡業務。SDN的三層參考模型，從下到上包括SDN資源、SDN控制和SDN應用，存在于NFV架構中的一些重點位置。

（3）融合型SDN/NFV接入網架構

SDN和NFV架構各有優勢，可進一步探討出融合SDN和NFV的接入網的架構，融合架構更適合于銜接現網資源的過渡。架構中主要包含資源平面、控制平面和應用平面三層，以及管理和協調功能（見圖3）。

●資源平面：在SDN的架構中，能夠用來傳遞業務數據的構件都稱為資源。在SDN/NFV接入網的SDN/NFV域中，資源包括軟件定義接入節點（SDAN）、虛擬化的接入網網元功能（VANF）以及支撐VANF實例運行的網絡虛擬化基礎設施組成。其中軟件定義接入節點為支持SDN控制器南向接口協議控制，以可編程方式進行數據處理的物理網元；虛擬化的接入網網元功能為運行在網絡功能虛擬化基礎設施（NFVI）上的虛擬接入網網絡功能。此外，接入網內的管道、光纖、光纜以及傳統接入網網元等均可以抽象為SDN接入網中的資源，存在于接入網SDN控制器的資源視圖中。

●控制平面：控制層容納接入網SDN控制器的構件。每一個接入網SDN控制器對下“管控”一組接入網資源，對上形成對這些資源的抽象，向上層SDN控制器或應用層提供服務。SDN控制器的核心功能則是依據優化的策略連續地適應資源狀態的改變，來服務于上層客戶（控制器或應用）的業務需要。

圖3　融合SDN/NFV的接入網的架構示意圖

NFV管理和協調功能（NFV-MANO）：負責對接入網中的虛擬化設施、資源和業務進行管理和協調，包括NFV協調功能（NFVO）、虛擬網絡功能管理（VNFM）和虛擬基礎設施管理3個部分。其中，NFVO模塊負責跨多個VIM實現跨域的NFVI資源調度。通過網絡業務的生命周期管理完成網絡業務編排功能，并與傳統OSS系統接口；VNFM功能負責FANF功能的管理，每個VANF實例都有對應的VNFM實例。除了傳統網元管理功能外，VNFM要完成VANF生命周期管理，包括：VANF的創建、容量調整、更新或升級及VNF的終止等。

VIM功能負責控制和管理NFVI中的計算資源、存儲資源和網絡資源。例如，VIM可以通過NFVI網絡域SDN控制器管理NFVI中的網絡硬件資源，通過Hyperviser管理NFVI管理NFVI中的計算和存儲資源。并對虛擬化后的資源進行編排和分配。

4.3SDN/NFV接入網實現資源共享

4.2.1接入網引入SDN/NFV技術

將單一物理OLT設備邏輯分為多個虛擬設備，并采用虛擬設備來獨立承載各運營商業務甚至多業務，從而滿足多運營商、多業務在業務規劃、業務運行、業務維護等多種場景下的隔離和差異化要求，也可滿足各方應用的差異化要求。

軟件定義的接入網的轉發與控制分離，接入節點的控制面集中到控制器中，實現會話轉發可編程。控制器根據業務需求生成和下發粒度可編程的轉發表，其功能還包括控制通道建立、接入網物理拓撲發現、端口注冊映射等。具體如下：

（1）設定運營商標識，根據電信運營商標識重定義虛擬PON系統。根據駐地運營商控制面所設定的電信運營商標識，將系統根據所設定的電信運營商數量重新定義為多個虛擬的系統，端口、通道等資源的大小隨各電信運營商發展用戶的多少決定，而中間的ODN部分則是全部共享的。

軟件系統設置映射關系表，轉發表中存儲有電信運營商標識和上聯端口組的對應關系，同時存儲有電信運營商標識與ONU硬件編號以及在各用電信運營商虛擬系統中軟定義編號的映射關系。

同樣，將ONU重新進行軟定義編號，并形成映射關系表。

（2）實時將PON系統硬件資源情況（含OLT和ONU）和映射關系表發送駐地運營商的控制面。

（3）實時將虛擬資源情況通過各電信運營商的上聯端口組上報到對應的電信運營商的控制器或管理系統。

（4）所有ONU均設置加載電信運營商標識，各運營商可在用戶開通業務時輸入ONU虛擬地址標識。

4.2.2業務數據流

（1）上行數據

業務數據從ONU上行時，查詢映射關系表，判斷將業務轉發到哪個上聯端口組，之后根據電信運營商的業務策略進行處理，發送到上聯端口組內具體的某端口。

（2）下行數據

當業務數據從某電信運營商端口下行到共享PON系統時，ONU根據映射關系表和設備標識只接收與自身相關的數據，電信運營商標識不匹配的則予以丟棄。

4.2.3系統的管理

（1）駐地運營商控制面具有最高權限范圍，可管理和監控PON系統內所有OLT和ONU的硬件及軟件化定義的資源，并管理映射關系表。

（2）共享PON系統的OLT設備比對映射關系表，將軟定義的資源信息提交到各電信運營商的控制器或管理系統，即電信運營商只能接收到與自身相關的軟定義資源信息，且不能獲取PON系統中的OLT相關上聯板卡、PON接口板、PON接口、配套板卡等硬件資源。只顯示符合匹配本電信運營商的相關重定義后的軟資源，以及相關業務優先級等軟資源，并只能在自身可視的資源范圍內進行配置操作。

4.2.4池組化的實現

（1）將兩臺或多臺OLT設備通過互聯接口相連接。

（2）將多臺OLT進行統一的軟件化重定義編號，可組成更大的軟定義的池組化PON系統，擴展容量。

（3）將不同OLT物理系統的鏈路資源作為同一系統進行調度或互為備份，實現安全冗余功能，并能實現通過既有網絡與目標網絡在物理設備和鏈路上的并存，實現無縫過渡。

5　分場景的共享模式

5.1新建區域的共享模式

第一種方式：新建區域寬帶接入網的ODN部分基本根據國標進行建設，與國標的區別是OLT以下不設光纖分界點，引入獨立的駐地網運營商全面負責紅線內資源建設，含OLT及以下部分的所有資源。

第二種方式：由一家運營商根據國標要求進行建設，全面負責紅線內資源建設，含OLT及以下部分的所有資源，OLT以下不設光纖分界點，投資由各家運營商分攤。

5.2既有區域的共享模式

第一種方式：既有區域獨家進線的共享策略

單獨進線的區域，由既有運營商作為駐地運營商，負責調整并具備開放資源共享的條件，一體化出租OLT及ODN等駐地網資源。

第二種方式：既有區域多家進線的共享策略

基于既有小區接入管線資源的占用情況，擁有資源優勢的運營商作為該小區寬帶接入網建設的主導方，應開放共享小區管線資源，并負責資源的擴容、改造、維護等后續工作，使其達到共享條件。其他運營商采用租用方式完成寬帶覆蓋，并享有平等接入權利。

無論是新建區域還是既有區域，主要思路是需要有一家駐地側的主導運營商，網絡結構如圖4所示。

圖4　SDN/NFV的接入網共享資源網絡結構示意圖

6　監管政策及保障措施

發揮政府在整體規劃、應用推進、政策保障等方面的作用，完善政策法規、規范標準、市場監管體系，加強企業在信息基礎設施建設、發展上的主體責任。

（1）由政府倡導，電信企業和廠商共同推動SDN/ NFV化PON設備研發，加快新技術推廣應用。

（2）明確信息基礎設施作為國家戰略性公共基礎設施的法律地位；清晰界定各單位、各部門在信息基礎設施規劃、建設以及發展中的作用和職責；提出信息基礎設施保護以及監督的具體辦法；建立和完善適應信息基礎設施建設的監管機制，健全監管制度；規定相關行為的法律責任及相應的懲罰措施等。

（3）組織進行專項清查與整治，確定各小區駐地或主導運營商，統一規范網絡的擴容改造建設。

（4）推動新型駐地網資源共建共享模式試點工作。試點工作應綜合考慮各運營商在當地的資源能力、布局及用戶規模等因素，選擇典型小區，以便相互間能有效地開展資源共享，并逐步推動新型駐地網資源共建共享模式在全國范圍內的開展。

（5）出臺配套機制。建立駐地網資源信息管理平臺，各家運營商及時上報駐地網資源情況，隨著共享改造實時更新資源數據，保障開放效果與平等接入；建立完善的運營維護機制，保障業務服務質量。

7　結束語

提速降費促進“大眾創業、萬眾創新”，為進一步提高競爭實力，并支撐“雙創”、“互聯網+”發展，下一步電信運營商將全面推進覆蓋城鄉的光纖寬帶網絡建設，加強光纖寬帶網絡的共建共享和有效利用是需要關注的重點。資源共享新方式、新技術的研究和推廣應用，既需要加大政府在光纖建設的統籌和協調力度，也需要充分發揮企業的積極性和主體作用。本文拋磚引玉，以期共同探尋更好的共建共享和資源開放的解決方案。

［1］工業和信息化部.住宅區和住宅建筑內光纖到戶通信設施工程設計規范：GB 50846-2012［S］.北京：中國計劃出版社，2012.

［2］工業和信息化部.住宅區和住宅建筑內光纖到戶通信設施工程施工及驗收規范：GB 50847-2012［S］.北京：中國計劃出版社，2012.

Analysis of future broadband network sharing model

LI Jinghui，HUANG Xiaobing，DAI Bin

The thesis is mayor mainly analyzes the existing problems of the existing fiber broadband construction and sharing mode，studies the soft definition and virtualization of the access network architecture，to achieve multiple operators to share the network broadband network resources.By software definition and virtual reconstruction of passive optical network equipment resources，also customized a series of agreements judgment strategies and resource control procedures，share the OLT network element to multiple operators，to more convenient，efficient and safe to implement in network resource construction and sharing，reduce CPN construction cost，also can make the CPN resource management more easily，improve efficiency，and reduce the maintenance cost of network management.

fiber optic broadband；FTTH；resource sharing；virtualization

2016-08-30）