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【精品】可持续演进的混合宽带接入网建设模式及应用实施

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发表于 2017-9-20 18:26:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
  随着互联网业务的快速发展,用户对互联网接入带宽的需求持续增长,对HFC网络的承载能力要求也随之提高。用户数量不断增长、接入带宽持续增加、基础设施等因素的制约,对传统DOCSIS宽带网络架构提出了更多挑战。另一方面,各级、基础电信运营商大力推进FTTH 全光接入网络,基于PON 技术的接入速率达100M级的宽带产品迅速推广,对广电运营商造成了很大的市场竞争压力。所以,如何在现有网络基础上,研究网络升级的快速部署方案,抢占市场份额,持续发展,显得非常重要。本文通过对现有终端、机房、光缆、频点等技术资产的充分评估,兼顾可实施性、经济性、持续发展等原则,研究制定了集中式CMTS+分布式CMC+FTTH混合宽带接入网建设模式;通过公司实际案例,实现了接入带宽的快速提升和向光纤接入逐步演进的目标,解决了快速部署高带宽业务的接入难题。
  随着国家“宽带中国”和“三网融合”战略的深入发展,城市家庭宽带接入能力基本达到20Mbps,部分发达城市达到100Mbps,到2020年,发达城市部分家庭用户将达1Gbps。“提网速、降网费”成为政策导向和市场,宽带接入速率成为深圳市信息化考核指标。另一方面,基础电信运营商全面布局视频业务,截至2016年年底,电信运营商IPTV用户接近1亿;业务IP化加速,网络视频流量占比不断增加,未来随着高清、4K的进一步普及,对网络IP业务支撑能力将进一步提升。因此,研究建设一个具有高带宽承载能力并可持续演进的宽带接入网络,尤为必要。
  为满足用户日益增长的带宽和流量需求,应对深圳宽带市场的激烈竞争,我公司根据市场竞争的形势,在2015年制定了一系列的接入网建设目标:首先计划在2016年实现全网普遍100M宽带接入,其次到2018年具备千兆宽带接入能力,未来力争能在2020年提供全网普遍300M宽带接入,实现深圳市宽带建设目标,同时在网内进一步提升千兆接入的比例,以提高公司宽带市场竞争力。
  这一系列目标的制定,对接入网的建设则提出了更高的要求,关于接入网的建设模式的研究和探索也成为了公司一个非常重要的课题。
  我公司宽带业务虽然开展时间较早,但早期的网络规划已无法满足现有及未来网络发展的需求。当前网络基础设施,主要存在以下几个方面的问题:
  1. 全网接入层设备主要为DOCSIS2.0/3.0集中式CMTS,其可支持的上行通道频点数无法满足大带宽上行流量的增长需求;
  2. 早期规划的光节点规模覆盖用户较大,所以网络内存在大量光节点规模大且覆盖率高,用户渗透率高,带宽共享机制下的网络带宽提升空间极度有限;
  3. 部分机房空间拥挤,可用机柜空间紧缺,且供电资源匮乏,网络升级、新的业务设备部署空间受限;
  4. 光纤资源匮乏,接入光缆资源分布不均衡,以前没有对商业客户统一进行光纤资源规划,无法快速实现商企接入以及新增小区FTTH 业务的快速部署,光节点划小工程量大且难度高,对业务运营造成了较大影响;
  5. 频点资源匮乏,HFC 网络仅剩极少空余频点,宽带现使用的下行频点只有8 个,频点数了基于DOCSIS的频宽扩展;
  在此情况下,接入网络的建设该何方,如何高效的利用现有网络资产,进行网络建设规划,快速部署实现建设目标,并接入网络平台的可持续性发展,成为了广电行业一个典型的宽带接入难题。
  在宽带建设目标和网络现状严重不匹配的情况下,在接入网的规划和建设上、在技术线的选择上,必须要开始新的思考,探索新的思,建立符合公司网络现状的接入网建设新模式。是继续走现有传统的技术线,还是需将原有的技术线全部重新选择,是我们需要仔细分析的。因此选择一条新的技术线,建立一个新的接入网建设模式,是需要重新思考的首要课题。
  6. 新的接入网建设模式可持续演进、渐进式发展。在现有网络平台的基础上,通过持续的演进升级,实现公司接入网建设目标。
  2.2 可选择的技术线Gbps总线速业务的主流网络技术方向有两种:基于PON的FTTH和集中式DOCSIS3.1技术。天威视讯结合公司现有终端、机房、光缆、频点等技术资产的现状,分别对这两种技术方向进行了分析:
  基于PON的FTTH的优势在于具有标准化的规范,可持续演进且线图清晰;可实现上/下行对称带宽;业务承载能力强,是固网高带宽接入的最终选择。但如果选用FTTH进行全网,则会存在以下的问题:
  集中式DOCSIS 3.1 技术的优势在于具有标准化的规范,具有高带宽接入能力;可有效利用同轴网,现有基础网络无需大的改动。但如果选用DOCSIS 3.1 技术进行全网,则会存在以下的问题:
  充分利用和挖掘同轴资源的价值、延长同轴生命周期、快速争取市场竞争优势才是现阶段的正确选择。因此,通过对上述两种主流宽带接入技术进行分析,同时考虑公司现有网络情况,将两种主流宽带接入技术进行融合发展,最后提

  集中式CMTS向分布式CMC演进:使用分布式CMC头端设备置换集中式CMTS,CMC接入设备置换集中式CMTS模式中的野外光接收机,机房到野外光接收机的光纤无需,可快速实现平滑演进。
  1.符合技术发展趋势,在未来同轴向FTTH 全面转换时,已建设的光纤基础网络无须进行,利用预留的光纤到户能力,可从两种接入技术并存快速演进到光纤到户,持续提升宽带接入速率;
  4.充分利用现有资产,可以快速改善网络承载能力,实现技术扩展和空间扩展灵活转换:后期可对分布式CMC平台增长较快的光节点进行拆分,根据拆分后流量灵活选择接入分布式CMC 或集中式DOCSIS 平台,可重复利用集中式DOCSIS平台和分布式CMC平台,实现技术扩展和空间扩展的互通,充分利用和挖掘同轴资源的价值、延长同轴生命周期。
  1. 模拟现网架构搭建实验室测试,使用接CM 的测试笔记本电脑模拟客户端,DHCP服务器模拟数据服务器;
  2. 通过DHCP 服务器和笔记本电脑上的测速软件模拟TCP应用,进行下行传输速率测试;

  据有关文献,TCP应用下,上下行传输数据比例的理论值为2.73%。即理论上100M的下行带宽至少要2.73M上行带宽。实际网络中还存在设备及连接线引起的损耗、IP数据包封装开销和交互电视业务信令开销等。因此我们确立了符合现有电视宽带接入的宽带流量模型:下行带宽配置为100Mbps,上行带宽配置为3Mbps。
  为了全面推广100M业务,选取了五个业务流量大的机房作为试点,将试点机房覆盖的全部宽带终端带宽升级为100M接入,进行为期一个半月的宽带100M业务压力测试。测试前三周流量明显增长,从第四周开始业务流量趋于稳定,收集第四周到第六周高峰期的流量及用户数信息,得到表2所列数据。通过表2数据,可分别计算出五个机房在每周高峰期的单用户上下行静态带宽,如表3所示数据。

  通过以上数据可知,试点机房全面开通100M业务后,单用户下行静态带宽最大为617kbps,单用户上行静态带宽最大为101kbps。因此结合未来一年业务流量增长因素,并考虑未来用户使用习惯改变所带来的流量增长等情况,以以往几年的业务流量数据作为参考计算得出用户流量年增长率为60%。再在60%的年增长率计算的基础上,确立了100M业务全面上线后的静态带宽模型为:单用户下行静态带宽1Mbps,单用户上行静态带宽160kbps。

  目前在网运行的DOCSIS设备单MAC域现使用8个下行频点,按欧标、频宽8MHz、调制方式256QAM、α=0.25计算,单个下行通道流量带宽为8×8/1.25=51.2Mbps,8个下行通道理论带宽为409.6Mbps,预留100Mbps 带宽空间用户体验,并将59.6Mbps 作为实际损耗,即还有250Mbps可用于承载用户静态带宽;上行通道方面,单MAC域使用4个频点,按频宽3.2M、调制方式2个16QAM 加2个64QAM、α=0.25 计算,回传四通道理论总带宽为51.2Mbps,预留11.2Mbps带宽空间用户体验和实际损耗,即还有40Mbps可用于承载用户静态带宽。
  目前公司宽带渗透率为15%,考虑到未来业务发展,未来宽带渗透率按25%计算。通过以上流量模型分析,结合业务发展,单用户静态带宽下行按1Mbps、上行按160kbps 计算,可得出以下结果:
  公司现有光节点规模主要分两种情况:一种为近几年规划设计规模在250 户以下;另一种为前期光节点设计规模大于500户,其中目前最大规模的光节点覆盖用户接近900户。本次项目中光节点规模大于500户的均采用分布式CMC设备进行承载,光节点与MAC 域接入比例1 :1,分布式CMC单个MAC域承载的总覆盖用户数不超过900户。光节点规模在250户以下且业务流量不大的由集中式CMTS 承载,光节点与MAC域接入比例不大于4 :1,即集中式CMTS单个MAC域承载的总覆盖用户数不超过1000户。

  选取一台CMC作为样本,如图3所示,在线个,回传四个通道频宽/ 调制方式分别为:3.2M/16QAM ;3.2M/16QAM ;3.2M/64QAM ;3.2M/64QAM(α=0.25), 如图4所示。回传四个通道理论总带宽共51.2Mbps,一周流量峰值共36.03Mbps,如图5所示。由此看出100M/3M流量模型是可以满足100M业务上行流量需求,并且不会造成上行端口流量饱和的情况。
  5.1 探索出“集中式CMTS+ 分布式CMC+FTTH”混合宽带接入网建设模式
  项目实施前接入方式为“HFC+CMTS”的网络架构,其中CMTS设备主要为DOCSIS 3.0集中式CMTS设备。为了突破瓶颈,制定合适业务现状的技术线M业务达到预期目标,作为总局C-DOCSIS 1.0项目的牵头单位,公司开展了分布式CMC技术的研究和试验。提出并实施“集中式CMTS+ 分布式CMC+FTTH”混合组网模式,在保留原有接入网体制基本不变的情况下,快速实现了全网100M带宽接入,充分利用了现有网络资源,并与未来网络演进目标相结合,兼顾了经济性和可持续性的发展。
  基于此次混合组网的建设实施经验,我们总结梳理了分布式接入DOCSIS设备调试安装流程,编写了《分布式接入DOCSIS在线割接施工及运行管理规范》,内容涉及OLT调试安装、CMC调试置换、割接工作流程、网管系统对接等部分,涵盖了分布式接入DOCSIS系统新装上线的所有环节,用于指导今后分布式接入DOCSIS 相关的工程实施工作。
  电视网络工程施工操作人员的现场操作,提高施工操作人员的操作水平,加强电视双向电视网络工程的质量管理,电视网络工程的建设质量和规范工程验收,制定了《电视FTTH网络设计、施工、验收规范》。规范适用于电视网络的新建、扩建、改建工程,是电视网络工程现场施工操作的指导性文件。
  天威视讯下一代OSS系统建设的重点是搭建一套基于Bras的接入认证系统,构建DOCSIS与FTTH并行的运行支撑体系。下一代OSS系统一期工程主要建设思是:以FTTH为基础,通过建设BRAS接入控制硬件平台、认证计费系统、DHCP系统、交互数据库系统、业务授权开通系统、BOSS 系统接口开发等,构建一个双边缘架构的下一代网络业务支撑平台,即“GPON+Bras+DHCP+Radius+FTTH”的个人业务网络支撑平台和“GPON+SR”的商务专线网络平台,对公司宽带接入业务的运营和运维进行深度融合,并提供业务的多样化和差别化服务。
  双平台认证体系如图6所示,个人用户和商企用户共用一台OLT,采用QinQ技术,通过对用户数据添加外层和内层VLAN标识来区分不同类型的用户。普通家庭用户数据通过BRAS设备承载,其业务VLAN终结于BRAS。最终实现普通上网用户数据通过OLT与汇聚交换机互联的链转发到汇聚交换机后再转发到BRAS 进行PPPOE认证。商企大客户的业务通过SR承载,商企用户通过不同的SVLAN标识转发到汇聚由器的对应VLAN完成数据交互。
  OSS系统的双认证体系架构建成后,可实现基于FTTH的网络与基于DOCSIS的网络相融合和共存,如图7所示,用户既可以通过光纤实现上网、看电视、语音通话等各类功能服务,也可以选择通过HFC网络完成相对应的业务需求,后期通过不断的升级和完善,最终实现全网多业务的融合。实现未来公司对业务的灵活部署和快速安全开通,提高公司宽带业务的市场竞争能力。


  通过基于C-DOCSIS在CMC上整合IPQAM功能的技术,来进行交互视频边缘接入系统。启用分布式CMC的IPQAM功能,将IPQAM功能下沉到宽带接入设备,以实现硬件模块共享,并大大降低射频合成的复杂度和成本,使得运营商能够以较低的成本在HFC网络同时部署交互电视业务和高速数据业务,形成了一套可灵活配置点播通道的交互视频统一接入系统。
  本项目是在三网融合以及宽带中国、降费提速战略的大背景下,按照总局NGB 网络发展规划,在国内率先提出了“集中式CMTS+分布式CMC+FTTH” 的混合宽带部署方式,并研究了光纤到户和光纤同轴混合组网的持续研究部署策略,制定了相应的工程规范,有效的解决了传统电视网络不能快速部署高带宽、多业务类型的宽带接入难题。经过公司全网100M升级的实际商业应用,系统稳定可靠,有效的提升了广电三网融合业务的竞争力,减少了宽带用户的流失。
  随着时间的发展,我们还会在此建设模式下,持续进行网络优化和演进,逐步形成一个能提供更高带宽承载和高质量的广电宽带接入网络,未来更的市场竞争。
  喻勇,男,1980年生,深圳市天威视讯股份有限公司运维部经理助理,中级职称,CCIE网络工程师,主要负责广电宽带城域网络平台和接入网络平台的规划建设工作。
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