“光进铜退”热潮中二层汇聚网与光接入网的融合

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1、“光进铜退光进铜退”热潮中二层汇聚网与光接入网的融合热潮中二层汇聚网与光接入网的融合 沈成彬，曹 敏，蒋 铭，毛东峰 (中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122）摘要 在基于 PON 的“光进铜退”建设热潮中，如何优化整个二层网络的结构是关系到投 资效率、业务能力与质量、运维成本的重要问题。本文重点从技术能力、建网和维护成本、 网络扁平化的发展趋势、网络可靠性等方面综合分析了光接入网与 L2（二层）汇聚网络融 合的必要性和可行性，并给出了将来光接入网与 L2 汇聚网络融合的路线。针对这种融合 的趋势，结合当前 OLT 和汇聚交换机的发展现状，提出了 OLT 和汇聚交换机的发展方向 和

2、急需解决的问题。最后，结合当前的网络现状，从充分利用现网资源，节约近期投资的 角度，提出了近期光接入网的 OLT 上联组网模式。 关键词 光进铜退；以太网无源光网络；网络融合；光线路终端；汇聚交换机1 前言随着互联网及互联网增值业务（特别是 IPTV、视频监控等高带宽业务）的迅速发展， 用户对接入带宽的需求也迅速提高。根据对高速上网、IPTV（特别是高清 IPTV） 、VoIP、 视频监控等业务的分析和预测，近期接入网络应具备为大多数用户提供 16 Mbit/s 的下行接 入能力，中期应具备为大多数用户提供 20 Mbit/s 下行带宽的能力。由于基于铜缆的 DSL 技术在传输距离、传输带宽等

3、方面都无法满足将来三重播放 （Triple-Play）业务的需求（即使新一代 VDSL2 技术可以达到很高的带宽，但只能在短距 离范围内（800 m）满足上述带宽要求） ，现有的以铜缆为传输媒质、基于 ADSL 技术的 宽带接入建设模式将不能满足未来开展视频等高速率业务的需求，而且铜缆价格飙升也使 得铜缆的建设成本优势不再明显。光纤接入具有高带宽、长距离、高可靠性等优点，可以 满足相当长一段时间内的业务发展需求，是接入网发展的必然趋势。特别是从 2005 年以来，无源光网络技术（EPON 和 GPON）的快速发展使得“光进 铜退”在技术上具备了可行性，运营商为了提升网络对业务的支撑能力，降低建

4、网和维护 成本，优化企业资产结构，迅速形成了“光进铜退”的接入网建设热潮，即改变现有的以 铜缆接入为主的建设模式，将光纤尽可能向用户端延伸。从目前各地的“光进铜退”接入网建设情况来看，很多本地网都是直接借鉴甚至照 搬了 DSL 网络的组网方式，存在网络层次过多、业务开通复杂、设备能力闲置等问题。因 此，如何优化网络结构，降低组网和维护成本，提高业务提供能力，改善业务质量，是关 系到“光进铜退”效果的关键问题，也是直接关系到未来产业发展方向的重要问题。本文 力图从多方面对未来整个二层网络（包括接入网和汇聚网）结构和演进趋势进行系统的分 析，提出未来网络演进的模型和路线。 2 光接入网与二层汇聚网

5、融合的必要性和可行性 2.1 DSL 与光接入网的结构 2.1.1 当前 DSL 接入网的结构DSL 设备的端口密度的限制，使得 DSLAM 设备的单板接口数量一般在 32 线左右， 单个 DSLAM 设备的总容量一般在 1 000 左右。此外，目前 IPTV 等视频业务普及率较低， 每个用户的平均流量还不大。因此，DSLAM 的上联流量一般不大。如果 DSLAM 直接上 联到 BRAS/SR，则会浪费大量相对昂贵的 BRAS/SR 端口。所以一般都在 DSLAM 和 BRAS/SR 之间引入汇聚层，利用 L2 汇聚交换机对 DSLAM 的流量进行收敛。L2 汇聚网络 一般为 12 层。LAN

6、 一般也需要通过汇聚层进行流量收敛。另一方面，DSL 系统的传输距离与速率之间存在反比关系。为了满足 Triple-Play 业务发展的需求，必须通过 DSLAM 下移的方式实现接入速率的提高，这也使得 DSLAM 物 理位置较低，整个接入与汇聚网的层次较多。图 1 为目前典型的 DSL 接入网的结构。当前，国内的电信运营商正在大力推进基于 EPON 的接入网建设，EPON 接入网的 网络结构如何演进，如何优化网络层次，降低建网和维护成本，这些都是非常关键的问题。2.1.2 光接入网的主流组网模式以 EPON 为代表的光纤接入系统具有 DSL 技术无法比拟的组网能力：OLT 和 ONU 之间没

7、有任何有源设备，使得网络结构大大简化，可靠性提高；每个 OLT 覆盖的距离可以达到 10 km 左右，且用户接入速率与距离无关；每个 ONU 的接入带宽可以在 512 kbit/s1 Gbit/s 间灵活调整；EPON 系统具有很好的 QoS 保证能力，是综合业务接入平台。EPON 的这些特点使得其组网模式与传统的 DSL 网络有很大的不同。结合当前 DSL 的主流网络结构，根据 OLT 的物理位置、连接方式和功能层次，可以将当前的主流组网模 式分为 3 种：OLT 等同于 DSLAM/园区交换机的方式；OLT 等同于 B 类汇聚交换机的方 式； OLT 直联 BRAS/SR 方式。不同的运营

8、商在不同的场合会采用不同的组网模式。由于 地区发展的不平衡和机房位置的差异，在同一个城域网内部也可能同时存在两种甚至 3 种 组网模式并存的现象。上述 3 种不同的组网模式的主要区别在于 OLT 与汇聚交换机的关系，也就是接入网 与汇聚网如何连接的问题。从共同点来讲，无论哪种组网方式，光接入网与 L2 汇聚网构 成的二层网络所呈现的外部功能是相同的，即多业务接入、交换与流量汇聚、用户与业务 管理、网络管理与维护等。因此，整个网络可以分为 3 大部分：IP 层（包括 IP 路由器和 IP 网边缘的 BRAS/SR 设备） 、接入汇聚层（包括具有接入和汇聚功能的网络实体，称之为 A2N，acces

9、s aggregation network）和终端设备（即 CPE，包括 ONU、Modem、家庭网关 等） 。 2.2 光接入网与 L2 汇聚网融合的必要性从目前来看，CPE、A2N、IP Edge 的网络技术正在同步、各自独立地发展。CPE 在 未来数字家庭网络中处于核心地位，向着更加开放、能力更强的方向发展，而且与接入技 术和接入网的耦合关系越来越松，可以适应开展丰富的业务和应用的需求。IP 边缘设备（BRAS）作为用户和业务控制的核心，也向着更大的用户接入能力、更强的业务和用户 管理功能等方向发展。位于两者之间的二层接入汇聚网（A2N） ，向着更佳的多业务接入及 QoS 保证能力，更大

10、的交换和汇聚功能，更强的用户与业务管理能力，更低的接入成本等 方向发展。在相当长的一段时间内，网络格局仍将延续目前“CPE-A2N-IP Edge”的建设 模式。从网元构成关系来看，作为在网络中起着重要的接入和承载功能的 A2N 有以下 2 种 可能的方式。仍然利用汇聚交换机对 OLT 的上联流量进行汇聚。也就是通过 OLT 和汇聚 交换机独立发展，进一步提高汇聚交换机的汇聚能力，保持类似于对 DSLAM 的组网模式。 但是，OLT 的上联接口为 GE 和 10 GE，上联流量一般为数吉比特，将来还会发展到 10 Gbit/s 甚至更大，除非汇聚交换机和 BRAS 在交换技术和接口带宽均有重大

11、突破（汇聚交 换机和 BRAS/SR 目前均不支持高于 10 Gbit/s 的接口，而且目前 40 Gbit/s 以太网接口尚未 标准化，100 Gbit/s 以太网的标准化刚刚开始） ，否则汇聚交换机对 OLT 较大的上联流量进 行汇聚的意义不大。因此，这条路线基本不具备可行性。汇聚交换机与 OLT 融合。 融合使得光接入网和二层汇聚网实现网络的整合，以一个网络甚至一台设备完成接入和汇 聚双重功能。这种整合会带来网络结构的简化，建网成本和维护成本的降低，网络可靠性 的提高等一系列好处，是发展的必然趋势。下面从技术、成本、可靠性等方面对 OLT 与汇聚交换机融合的可行性与必要性进行 分析。 2

12、.2.1 技术和设备能力相对于 DSL 技术，光纤接入的长距离、接入带宽与距离基本无关的特性使得 OLT 的集中放置成为可能，也成倍地扩大了 OLT 的覆盖范围。另外，国内城市内的用户密度很 高，一般为 1 万人/2 左右。这两个因素使得光接入设备的覆盖用户数相对于 DSLAM 提 高了至少一个数量级。从当前的设备能力来看，OLT 的端口密度大大高于 DSLAM。典型的 DSLAM 设备 的单板仅支持 32 个用户的接入，而 PON 设备采用无源分光器结构，使得局端单个 PON 接 口至少可以接入 32 个用户，单板至少支持 128 个用户，在 FTTB 模式下单板甚至可以接入 1 000 个

13、用户，因此，OLT 设备的接入能力较 DSLAM 提高了一个数量级，与二层汇聚交 换机基本接近。这种能力决定了 OLT 的网络层次与汇聚交换机存在一定的重叠。两者融合 可以充分发挥各自的优势，也是解决功能重复、成本浪费问题的最佳出路。 2.2.2 建网模式目前，FTTB 模式以较高的组网经济性，较小的工程实施难度，较强的可扩展性等 优点获得运营商的青睐，成为近期接入网的主流建设模式。FTTH 模式业务能力强，是未 来发展方向，但建网成本较高，一般用于高档住宅和商业客户的接入。目前典型的 OLT 设备能够提供 50 个左右的 PON 接口。按照 FTTB 模式下每个 PON 口覆盖 256 个用

14、户计算，每个 OLT 可以覆盖超过 1 万个用户。部分中低档小区可能 按照每个 PON 口覆盖 512 个用户进行建设，则每个 OLT 可能覆盖超过 2 万个用户。按照 FTTH 模式下每个 PON 口覆盖 32 个用户计算，则每个 OLT 可覆盖 1 2002 000 个用户。 如果是 FTTB 和 FTTH 混合模式，则每个 OLT 覆盖 1 00020 000 个用户。同时，我们还应看到，OLT 设备的 PON 接口密度和数量正在显著提高，容量为 100 个 PON 口的 OLT 设备已经出现。因此，不久的将来，OLT 可能覆盖 3 00040 000 个用 户。无论是当前的 OLT 设

15、备还是将来的 OLT 设备，其覆盖的用户数已经接近 A 类汇聚 交换机覆盖的用户数。这种情况下，对 OLT 设备功能提出了更高的要求，也使得利用覆盖 用户数为数万的汇聚交换机对 OLT 的业务进行汇聚的价值不复存在。2.2.3 上联带宽综合考虑高速上网、IPTV（包括标清和高清） 、VoIP 等业务的发展，面向不同客户 群，对不同业务的普及率及并发比进行了预测，其结果见表 1。根据上述预测，结合当前某运营商 DSL 网络的流量统计数据，对近期特定用户数下 的 OLT 上联流量情况进行了类推，进而得到近期和远期不同客户群不同组网模式下的 OLT 上联带宽预测结果，如图 2 所示，FTTB 模式下

16、，OLT 上联近期需要 1.72.8 Gbit/s 带宽，远期需要 1520 Gbit/s 带宽，采用 10 GE 上联口成为必然趋势（IPTV 业务普及率 是决定未来带宽需求的关键因素） 。在汇聚交换机的交换技术（目前已达太比特级）和接口带宽（交换机的上联带宽和 BRAS/SR 的下联带宽）均没有重大突破的情况下，利用汇聚交换机对 OLT 上联业务进行 汇聚（OLT 和汇聚交换机独立发展）的价值和可行性不大。 2.2.4 综合成本分析成本是决定 OLT 与汇聚交换机是否融合的关键因素。成本包括建网成本 （CAPEX）和维护成本(OPEX)两部分。就 CAPEX 而言，OLT 与汇聚交换机融合可以带来如下好处。现有 OLT 和汇聚交换机在交换和用户与业务管理等方面的功能存在较多重叠，两者融合一方面将减少设备采购的数量，另一方面在设备成本上两个分离的设备要高于融 合的设备，因此可以大大降低设备的采购成本。通过与汇聚交换机融合，OLT 设备的网络层次和物理位置都上移，有利于实 现设备的集中放置，从而节约机房、电源、空