SDN为GPON网络发展带来无限可能

作者:中国移动广西公司 范清栋 王克铨 陈国信 曾秋慧 陈兢 责任编辑:甄清岚 2019.08.02 08:34 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)随着宽带业务的高速发展,高清视频、在线游戏、即时通信等业务对网络带宽和质量提出了更高的要求,GPON作为宽带业务接入网支撑技术,在网络架构、运营支撑等方面滞后于业务发展,迫切需要引入新的技术手段提升GPON网络承载能力。

GPON存在的问题

目前,宽带运营的方式主要以带宽出租为主,这种粗放的运营方式既无法提供高附加值的增值业务,也无法进行端到端的差异化运营,更无法满足用户在网络质量、业务体验等方面的需求,主要问题如下。

(1)GPON作为宽带接入网,与骨干网扁平化和融合程度不足,网间协议转换复杂,缺乏统一的资源管控和调度能力。

(2)GPON设备量大、种类多,缺少有效的端到端自动监测和保障机制,需大量人力物力支撑,导致运维管理困难。

鉴于以上问题,亟待一种手段突破技术瓶颈,实现网络资源与业务热点的协同,提升网络效率和用户满意度。

SDN技术特点

软件定义网络技术(SDN)是一种比较先进的网络虚拟化方式,是下一代网络演进的重要方向。它通过将网络抽象化,对网络控制与数据转发进行分离,同时面向应用层提供开放的软件接口,支撑应用对网络能力的直接调用,实现网络可编程。此外,SDN通过硬件的标准化、通用化,摆脱了对传统网络架构的限制,使控制策略具备全局视角,使数据转发更加高效。SDN技术的控制与转发分离、虚拟灵活、共享开放、全局管控等特点,为网络的设计、部署和管理带来了极大的灵活性和便捷性,有效解决了新业务接入、网络安全、运营支撑等问题。

应用SDN改造 GPON

近年来,SDN/NFV在核心网、数据中心等系统上开始应用,但在接入网层面,目前总体还处于起步阶段。现阶段各设备厂商、运营商、标准化组织主要是以ITU-T G.984标准、SDN/NFV模型为基础,对接入网架构、场景应用、功能需求进行定义。笔者在对接入网虚拟化技术的深入研究和跟踪基础上,提出了一种应用SDN技术改造GPON网络的方法,即通过SDN控制器、配置代理等方式将OLT、ONT等设备虚拟化,并将设备管理、业务编排等功能统一集中运行在管理服务器上,实现设备配置、资源管理、数据采集等设备管理功能,和业务调度、业务配置等业务管理功能的“双集中”,从而将现有GPON网络改造成为一张弹性、敏捷、智能的宽带网络,简化网络结构,降低硬件成本,主要步骤如下。

OLT功能虚拟化

(1)实现单台OLT设备的虚拟化。应用NFV方法,将OLT主控板的控制功能移植到x86服务器上运行,用专用软件模拟主控板,白盒交换机模拟交换板,从而将OLT拆分成多个功能模块,然后通过SDN虚拟化技术,将DHCP、IGMP proxy、SIP ALG、数据统计分析等功能交由控制器及网络编排层实现,从而实现OLT的控制功能和转发功能的分离。

(2)实现OLT设备的“多对一”和“一对多”虚拟化。在接入域设置接入控制器vOLT,根据业务需求,将物理设备逻辑虚拟成多台设备,并通过多视图技术,对物理OLT实现集中控制。

(3)在OLT流量转发方面,通过OpenFlow机制,对转发路径、QoS等参数进行统一计算,并根据流表,实现路由转发。

(4)在网络简化方面,可通过OLT直连BRAS的方式,以及vOLT集中控制的方式,减少网络层次和逻辑结构。

引入虚拟ONT和虚拟ONU

实现ONT、ONU虚拟化,并将vOLT作为vONT、vONU的集中控制器,建立从OLT直达用户的逻辑管道,达到管控用户通过ONU或ONT实现接入的目的,包括两种方式。

(1)直接控制方式。由vOLT控制器直接对vONT、vONU进行控制。vONT和vONU通过去除各自物理设备的带宽收敛、数据交换等特性,然后将这些特性交由vOLT统一实现,使vOLT能够统一处理ONT、ONU设备之间的资源竞争。

(2)代理控制方式。对于vONT,统一按照FTTH的方式接入vOLT代理,而对于vONU,先按照用户业务的VLAN、GEM-PORT等参数归一化为vONT,再以FTTH方式接入vOLT代理,进而达到简化网络结构的目的。

搭建GPON网络的SDN架构

按照SDN四层架构重新搭建GPON功能模块,如图1所示。

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图1  GPON基于SDN技术的演进架构         

定义各层的功能如下所示。

(1)应用层利用北向接口开放的API开发程序,进行业务发放,并通过数据平面处理能力和可编程能力,执行GPON业务的快速分发、隔离等功能。OLT、ONU等设备的DHCP Server/Relay、IGMP proxy、SIP ALG、统计分析等功能将以图形化方式在本层呈现。

(2)协同层进行业务编排和协同,向应用层提供API程序开发接口,并支持GPON承载业务的抽象和跨域协同,同时按照GPON功能和性能要求组建逻辑业务网络。

(3)控制层是SDN架构的核心,它通过屏蔽ONU、ONT等接入设备的参数、功能、性能等技术差异,将GPON网络进行抽象和虚拟,形成标准的开放架构和网络模型,负责网络全局管理和对转发平面设备的统一控制。vOLT作为集中控制器,通过本层以OMCI信令方式对vONU、vONT等设备实现控制。

(4)转发层对GPON接入业务进行感知、调度和监测,并实现用户MAC地址学习、数据包转发以及本地维护功能。原有的OLT、ONU、ONT等设备将只保留数据转发功能,接收GPON网络管理平台等上层系统的指令并依据指令进行数据转发,业务数据在转发层中被分发和传输,用户对资源的访问也将以最短路径和最短时间实现。

建立端到端集中管控和运维机制

基于SDN虚拟技术,将GPON接入网和城域网、骨干网进行融合,可以通过建立端到端的转发路径和管控机制,避免多次协议转换,实现基于网络整体的统一管理和端到端的QoS保障机制,使得网络变得更加可视化、可评估、可预测,如图2所示。

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图2  基于SDN技术的集中管控和运维机制

通过建立集中管控和运维机制,可对网络资源的集中管理和分配,对业务热点、用户偏好以及网络状况进行深度监测和准确掌控。运维人员也可以通过可视化界面,直观地评估网络运行状态,在网络运维、资源调度、QoS保证、节能环保、第三方调用等方面,进行更加灵活、更加多元的操作。

结束语

SDN技术是电信网络未来演进的重要方向,它将重新定义GPON网络基础架构,这有助于突破GPON接入网设备通用性不足、网络基础能力弱、运维难度大等问题的制约。基于SDN的GPON网络也必将具备跨层的全网视野,使其能够快速调度全网资源,集中控制数据转发,实现网络的可编程、可管控和业务的自动部署。从这个角度上说,SDN技术或将引发下一次互联网技术革命,为未来的GPON网络发展带来无限可能。


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