一種基于SDN技術的GPON接入網改造方案

（1.中國移動廣西公司柳州分公司客響中心，柳州 545005；2.中國移動廣西公司信息技術管理部，南寧 530000；3.中國移動廣西公司網運中心，南寧 530000）

1 GPON存在的問題

目前，寬帶運營的方式主要以帶寬出租為主，這種粗放的運營方式既無法提供高附加值的增值業務，也無法進行端到端的差異化運營，更無法滿足用戶在網絡質量、業務體驗等方面的需求，主要問題如下：

（1）GPON組網結構復雜，設備部署分散，類型繁多，網絡運維成本高。

（2）GPON作為寬帶接入網，與骨干網扁平化和融合程度不足，網間協議轉換復雜，缺乏統一的資源管控和調度能力。

（3）GPON對大流量、高保障等業務承載能力弱，缺少有效的端到端QoS保障機制。

（4）GPON在業務運營方面自動化程度不足，需大量人力物力支撐，操作周期長，用戶體驗差。

（5）GPON設備量大，分布廣，能耗高，對運營商降本增效形成巨大挑戰。

鑒于以上問題，亟待一種手段突破技術瓶頸，實現網絡資源與業務熱點的協同，提升網絡效率和用戶滿意度。

2 SDN技術特點

軟件定義網絡技術（SDN）是一種比較先進的網絡虛擬化方式，是下一代網絡演進的一個重要方向。它通過將網絡抽象化，將網絡控制與數據轉發進行分離，同時面向應用層提供開放的軟件接口，支撐應用對網絡能力的直接調用，實現網絡可編程。此外，SDN通過硬件的標準化、通用化，擺脫了對傳統網絡架構的限制，使控制策略具備全局視角，使數據轉發更加高效。SDN技術的控制與轉發分離、虛擬靈活、共享開放、全局管控等特點，為網絡的設計、部署和管理帶來了極大的靈活性和便捷性，有效解決了新業務接入、網絡安全、運營支撐等問題。

3 應用SDN改造GPON

通過SDN控制器、配置代理等方法將不同架構的GPON設備虛擬化，并將設備管理、業務編排等功能統一集中運行在管理服務器上，實現設備配置、資源管理、數據采集等設備管理功能，和業務調度、業務配置等業務管理功能的“雙集中”，將現有GPON網絡改造成為一張彈性、敏捷、智能的寬帶網絡，簡化網絡結構，降低硬件成本，主要步驟如下：

3.1 OLT功能虛擬化

（1）實現單臺OLT設備的虛擬化。應用NFV方法，將OLT主控板的控制功能移植到X86服務器上運行，用專用軟件模擬主控板，用白盒交換機模擬交換板，從而將OLT拆分成多個功能模塊，然后通過SDN虛擬化技術，將L4-L7層功能交由控制器及網絡編排層實現，從而實現OLT的控制功能和轉發功能的分離。

（2）實現OLT設備的“多對一”和“一對多”虛擬。在接入域設置接入控制器vOLT，根據業務需求，將物理設備邏輯虛擬成多臺設備，并通過多視圖技術，對物理OLT實現集中控制。

（3）在OLT流量轉發方面，通過Openflow機制，對轉發路徑、Qos等參數進行統一計算，并根據流表，實現二層MAC轉發和三層路由轉發。

（4）在網絡簡化方面，可通過OLT直連BAIS的方式，并通過vOLT集中控制的方式，減少網絡層次和邏輯結構。

3.2 引入虛擬ONU

實現ONU虛擬化，并將vOLT作為vONU的集中控制器，從而建立從OLT直達用戶的邏輯管道，達到管控用戶通過ONU實現接入的目的，包括兩種方式：

（1）代理控制方式。vONU統一按照FTTH的方式接入OLT代理，vONU用戶業務的VLAN、GEM-PORT等參數規劃和業務開通流程全歸一化為FTTH方式，簡化網絡結構。

（2）直接控制方式。由控制器直接控制MDU、ONT等設備，vONU通過去除單個MDU、ONT的帶寬收斂、數據交換等特性，將這些功能交由vOLT統一實現，由vOLT統一處理不同MDU、ONT之間的資源競爭。

3.3 搭建GPON網絡的SDN架構

按照SDN四層架構重新搭建GPON功能模塊，如圖1所示。

圖2 基于SDN技術的集中管控和運維機制

定義各層的功能如下：

（1）應用層利用北向接口開放的API開發程序，進行業務發放，并通過數據平面處理能力和可編程能力，執行GPON業務的快速分發、隔離等功能。

（2）協同層進行業務編排和協同，向應用層提供API程序開發接口，并支持GPON承載業務的抽象和跨域協同，同時按照GPON功能和性能要求組建邏輯業務網絡。

（3）控制層是SDN架構的核心，它通過屏蔽ONU、ONT等接入設備的參數、功能、性能等技術差異，將GPON網絡進行抽象和虛擬，形成標準的開放架構和網絡模型，負責網絡全局管理和對轉發平面設備的統一控制。

（4）轉發層對GPON接入業務進行感知、調度和監測，并實現用戶MAC尋址、以太轉發以及本地維護功能，轉發平面的設備接收GPON網絡管理平臺等上層系統的指令并依據指令進行數據轉發，業務數據在轉發層中被分發和傳輸，用戶對資源的訪問也將以最短路徑和最短時間實現。

3.4 建立端到端集中管控和運維機制

基于SDN虛擬技術，將GPON接入網和城域網、骨干網進行融合，可以通過建立端到端的轉發路徑和管控機制，避免多次協議轉換，實現基于網絡整體的統一管理和端到端的QoS保障機制，使得網絡變得更加可視化、可評估、可預測，如圖2所示。

通過建立集中管控和運維機制，可對網絡資源的集中管理和分配，對業務熱點、用戶偏好以及網絡狀況的深度監測和準確掌控。運維人員也可以通過可視化界面，直觀的評估網絡運行狀態，在網絡運維、資源調度、QoS保證、節能環保、第三方調用等方面，進行更加靈活、更加多元地操作。

4 結束語

SDN技術是電信網絡未來演進的一個重要方向，它必將重新定義GPON網絡基礎架構，這有助于突破GPON接入網設備通用性不足、網絡基礎能力弱、運維難度大等問題的制約。基于SDN的GPON網絡也必將具備跨層的全網視野，這使其能夠快速調度全網資源，集中控制數據轉發，實現網絡的可編程、可管控和業務的自動部署。從這個角度上說，SDN技術或將引發下一次互聯網技術革命，為未來的GPON網絡發展帶來無限可能。