面向千兆寬帶光纖接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

蔡繼康，戚清嶺，陳 帥

（山東省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引 言

隨著數(shù)字化和信息化的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們生活和工作中不可或缺的一部分。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)的普及和應(yīng)用越來(lái)越廣泛，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和速度的要求也越來(lái)越高。因此，千兆寬帶光纖接入網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)成為了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)。千兆寬帶光纖接入網(wǎng)具有傳輸速度快、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量高及覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高人們的生活質(zhì)量和工作效率有著重要的意義[1]。因此，文章研究面向千兆寬帶光纖接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1 性能、可靠性及安全性作為設(shè)計(jì)原則

性能、可靠性及安全性是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)的重要原則。在面向千兆寬帶光纖接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的性能、可靠性及安全性。

網(wǎng)絡(luò)的性能是設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)考慮的因素之一。千兆寬帶光纖接入網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能要求非常高，需要保證數(shù)據(jù)的快速傳輸和低延遲。因此，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選型、配置與現(xiàn)網(wǎng)的融合，如萬(wàn)兆無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（10G Passive Optical Network，10G PON）中光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）、光配線網(wǎng)（Optical Distribution Network，ODN）以及光網(wǎng)絡(luò)終端（Optical Network Terminal，ONT）等各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，OLT 中10G 光模塊等選型配置，以保證網(wǎng)絡(luò)的高速和穩(wěn)定性。

與現(xiàn)網(wǎng)的融合方案中可以增加10 G PON OLT，并與現(xiàn)網(wǎng)OLT 采用外置波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）合波器（設(shè)置在OLT 與分光器之間）合路。該方案新增器件會(huì)增加故障點(diǎn)、光功率損耗，同時(shí)會(huì)增加后續(xù)維護(hù)的費(fèi)用。因此，需要選擇高可靠WDM 合波器，并縮短ODN 網(wǎng)絡(luò)鏈路距離[2]。OLT 外置WDM 合波器拓?fù)淙鐖D1 所示。

圖1 OLT 外置WDM 合波器拓?fù)?/p>

此外，可以更換現(xiàn)網(wǎng)OLT 上聯(lián)板、光模塊，并采用內(nèi)置WDM 器件的PON 口光模塊進(jìn)行合分波，實(shí)現(xiàn)10G PON 和PON 光信號(hào)的分別收發(fā)。該方案可實(shí)現(xiàn)帶寬平滑升級(jí)，但對(duì)光模塊選型配置要求較高，價(jià)格不低，維護(hù)改造難度也較大。

與上面2 個(gè)融合方案相比，目前實(shí)際運(yùn)營(yíng)商部署大多采用新增千兆OLT 設(shè)備與原有OLT 并行使用的方式，或?qū)⒃脩粽w割接至新OLT。該部署增加了對(duì)傳輸資源的需求，需要對(duì)原有波分系統(tǒng)擴(kuò)容或新建100G 波分，也可結(jié)合實(shí)際情況對(duì)傳輸設(shè)備做下沉處理[3]。100G 波分對(duì)10G OLT 承載拓?fù)淙鐖D2 所示。

圖2 100G 波分對(duì)10G OLT 承載拓?fù)?/p>

網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求非常高，需要保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可用性。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性和備份策略，以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠性和故障處理能力。

網(wǎng)絡(luò)的鏈路安全非常重要，OLT 設(shè)備需滿足雙上聯(lián)，市區(qū)短距離可通過雙路光纖直驅(qū)至寬帶接入服務(wù)器（Broadband Remote Access Serve，BRAS）/全業(yè)務(wù)路由器（Service Router，SR），長(zhǎng)距離需經(jīng)波分傳輸上聯(lián)。

1.2 強(qiáng)調(diào)靈活性和擴(kuò)展性

靈活性是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)的重要原則之一。在千兆寬帶光纖接入網(wǎng)中，為應(yīng)對(duì)未來(lái)的需求和變化，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要具備一定的靈活性。靈活性體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選型和配置等方面。

在千兆寬帶光纖接入網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和用戶數(shù)量不斷增加，因此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要具備一定的擴(kuò)展性。考慮大容量10G PON 設(shè)備，ODN 網(wǎng)絡(luò)中分光器采用大分光比，用戶端采用10G PON ONT。擴(kuò)展性體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選型和配置以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的部署等方面。

因此，強(qiáng)調(diào)靈活性和擴(kuò)展性可以幫助網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)適應(yīng)未來(lái)的需求和變化，保證網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和可持續(xù)性。

1.3 考慮未來(lái)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求

首先，未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)新的技術(shù)和應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要具備兼容性和可擴(kuò)展性，以適應(yīng)新的技術(shù)和應(yīng)用需求。從百兆無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（1G Passive Optical Network，1G PON）到萬(wàn)兆無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的兼容和網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)中，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）已在波長(zhǎng)分配、多點(diǎn)控制等方面制定標(biāo)準(zhǔn)，支持1G PON、10G PON 2 個(gè)系統(tǒng)在ODN 網(wǎng)絡(luò)上的兼容，并具備平滑演進(jìn)至下一代無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Next Generation Passive Optical Network，NG PON）的條件。

其次，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要具備自適應(yīng)性和智能化。未來(lái)，設(shè)備終端更智能化，家庭網(wǎng)關(guān)、智慧終端、全屋光網(wǎng)以及智慧安防等業(yè)態(tài)會(huì)越來(lái)越豐富，云存儲(chǔ)、高清視頻以及實(shí)時(shí)交互等帶寬需求持續(xù)增加。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要具備自適應(yīng)性和智能化，以適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的需求和變化[4]。

最后，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要具備可管理性和可監(jiān)控性。未來(lái)，網(wǎng)絡(luò)將會(huì)更加復(fù)雜和龐大，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要具備可管理性和可監(jiān)控性，以便管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

因此，考慮未來(lái)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求可以幫助網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)適應(yīng)未來(lái)的需求和變化，保證網(wǎng)絡(luò)的可用性和競(jìng)爭(zhēng)力。

2 面向千兆寬帶光纖接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如表1 所示，采用樹形結(jié)構(gòu)，將OLT 作為根節(jié)點(diǎn)，接入多個(gè)ODN，每個(gè)ODN 再接入多個(gè)ONT，每個(gè)ONT 連接用戶終端設(shè)備。

表1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

需要注意的是，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能會(huì)因?yàn)榫唧w的應(yīng)用場(chǎng)景、業(yè)務(wù)需求以及技術(shù)選型等有所差異。

2.2 鏈路設(shè)計(jì)

鏈路設(shè)計(jì)如表2 所示，鏈路主要分OLT 和ODN、ODN 和ONT 之間的光纖傳輸，同時(shí)使用光纖收發(fā)模塊發(fā)送和接收光信號(hào)。

表2 鏈路設(shè)計(jì)

2.3 服務(wù)質(zhì)量設(shè)計(jì)

服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）是一種網(wǎng)絡(luò)性能保障機(jī)制，可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行流量管理和動(dòng)態(tài)帶寬分配，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。ODN 網(wǎng)絡(luò)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)架構(gòu)，上行、下行傳輸不對(duì)稱，上行采用時(shí)分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）、下行采用廣播方式。同時(shí)，由于ODN 網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，流量管理、動(dòng)態(tài)帶寬分配很有必要。

一些可能的QoS 設(shè)計(jì)方法具體如下。第一，基于端口的限速。根據(jù)端口號(hào)或端口類型，可以為不同類型的服務(wù)分配帶寬，防止高流量服務(wù)占用過多網(wǎng)絡(luò)資源，影響其他服務(wù)的性能。第二，基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址的限速。根據(jù)IP 地址或IP 地址段，可以為不同的客戶或用戶分配帶寬，提高不同用戶之間的公平性，防止少數(shù)用戶占用過多網(wǎng)絡(luò)資源。第三，基于應(yīng)用程序的限速。根據(jù)應(yīng)用程序或協(xié)議類型，可以為不同的應(yīng)用或協(xié)議分配帶寬，提高關(guān)鍵應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量，防止非關(guān)鍵應(yīng)用占用過多網(wǎng)絡(luò)資源。第四，優(yōu)先級(jí)隊(duì)列調(diào)度。根據(jù)服務(wù)類型或用戶類型，可以為不同的流量數(shù)據(jù)分配優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)流量數(shù)據(jù)優(yōu)先被處理和轉(zhuǎn)發(fā)，提高關(guān)鍵業(yè)務(wù)的響應(yīng)速度和服務(wù)質(zhì)量。需要注意的是，實(shí)際QoS 設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景、業(yè)務(wù)需求以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。同時(shí)，QoS 機(jī)制需要配合其他技術(shù)手段，共同實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能保障的目標(biāo)[5]。

2.4 網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控

對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和監(jiān)控可以提高網(wǎng)絡(luò)的可用性和管理效率，減少網(wǎng)絡(luò)故障和安全威脅，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)密性、完整性以及可用性。具體措施如下。

（1）集中管理。網(wǎng)絡(luò)管理員可以通過集中管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一的配置、監(jiān)控、管理以及維護(hù)。集中管理可以提高網(wǎng)絡(luò)管理效率，減少管理成本，同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。

（2）遠(yuǎn)程管理。網(wǎng)絡(luò)管理員可以通過遠(yuǎn)程方式管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)以及應(yīng)用，從而快速實(shí)現(xiàn)故障處理和安全管理，同時(shí)減少管理成本和人力投入。

（3）性能監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)管理員可以通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)以及應(yīng)用的性能參數(shù)，如帶寬利用率、流量情況以及延遲等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障和性能問題，從而快速處理問題。

（4）安全監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)管理員可以監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)以及應(yīng)用的安全狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理安全威脅，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)入侵檢測(cè)、攻擊防御以及數(shù)據(jù)保護(hù)，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。因此，網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控是面向千兆寬帶光纖接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要的一部分。

2.5 安全性設(shè)計(jì)

面向千兆寬帶光纖接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮網(wǎng)絡(luò)的安全性，具體措施如下。

（1）訪問控制。訪問控制可以限制網(wǎng)絡(luò)資源的訪問范圍和權(quán)限，保證只有授權(quán)用戶和設(shè)備可以訪問網(wǎng)絡(luò)資源，并實(shí)現(xiàn)用戶身份驗(yàn)證、設(shè)備認(rèn)證以及權(quán)限控制，進(jìn)而保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)密性和可控性。

（2）入侵檢測(cè)和攻擊防御。入侵檢測(cè)和攻擊防御可以監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的異常活動(dòng)和攻擊行為，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行防御和反擊。

（3）防火墻和虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）。防火墻可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的隔離和限制，防止網(wǎng)絡(luò)攻擊和威脅。VPN 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問和數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用芎驼J(rèn)證，保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性和機(jī)密性。

（4）數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)。數(shù)據(jù)備份可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定期備份和存儲(chǔ)，以防止數(shù)據(jù)的丟失和損壞。數(shù)據(jù)恢復(fù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速恢復(fù)和重建，以保證網(wǎng)絡(luò)的可用性和恢復(fù)能力。面向千兆寬帶光纖接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮以上措施，以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)密性、完整性和可用性。

3 結(jié) 論

一個(gè)優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)可以提高網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性，減少網(wǎng)絡(luò)故障和安全威脅的同時(shí)，提高網(wǎng)絡(luò)的管理效率和可控性。在設(shè)計(jì)面向千兆寬帶光纖接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)，需要綜合考慮核心傳輸系統(tǒng)、ODN網(wǎng)絡(luò)鏈路以及安全性設(shè)計(jì)等方面，并根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以保證網(wǎng)絡(luò)的性能、可靠性、安全性、靈活性和擴(kuò)展性滿足未來(lái)的發(fā)展和變化的需求。