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城域網組播復制點位置設定分析

2011-01-18 09:16
電信科學 2011年1期
關鍵詞:接入網板卡節(jié)省

黃 晉

(中國電信股份有限公司蘇州分公司 蘇州 215004)

1 引言

ITV業(yè)務在城域網規(guī)模應用以來,發(fā)展勢頭良好。目前ITV業(yè)務用戶數量已經接近寬帶用戶數的20%,其中觀看頻道節(jié)目的用戶約占50%。城域骨干網部署組播后,對平臺和骨干網絡的帶寬起到了很好的節(jié)約作用。

在ITV網絡建設初期,用戶量相對較少,將組播復制點選擇在BRAS上,BRAS具備較強大的組播復制能力,可以基于用戶VLAN和PPPoE會話進行大量的復制,此時接入匯聚網絡不需要使用組播VLAN,用戶的組播流量和普通流量一樣在各自的VLAN或PPPoE會話中承載。

但隨著ITV業(yè)務的進一步發(fā)展,BRAS下行全部維持單播給接入網帶來了巨大的流量壓力。當有200個用戶觀看標清節(jié)目(2.5 Mbit/s碼流)時,就會產生500 MB的業(yè)務流量,按照一臺BRAS設備并發(fā)4 000個ITV用戶計算,能夠產生10 GB的流量,考慮到接入網的安全冗余,則需要為接入網準備20 Gbit/s的ITV業(yè)務帶寬。因此隨著ITV業(yè)務的不斷發(fā)展,針對是否需要將組播復制點由目前的BRAS上下移到二層設備上,進行討論和考量。

2 組播復制點設定的技術原理

2.1 組播復制點設置在BRAS上

當組播復制點設置在BRAS上時,用戶的機頂盒和BRAS設備進行IGMP協議交互。首先BRAS接收用戶的IGMP請求,把用戶的頻道請求轉換成PIM協議的加入消息發(fā)給平臺;其次平臺將頻道視頻流以組播流的形式傳送到BRAS,BRAS復制成單播流下傳給用戶。

同一個頻道的節(jié)目不管有多少用戶觀看,BRAS只會從平臺引入一份組播流,但是會復制多份單播流給不同的用戶,因而占用較多的接入網帶寬。頻道視頻流量示意1如圖1所示。

2.2 組播復制點設置在接入網設備上

當組播復制點設置在接入網設備 (DSLAM、OLT、交換機)上時,如果用戶的機頂盒采用和以前一樣的PPPoE接入方式,則無法和接入網設備直接進行通信。因此需要將機頂盒的接入方式改成IPOE,即DHCP方式,這樣機頂盒就可以和接入網設備、BRAS/SR進行IGMP的協議交互。

圖1 頻道視頻流量示意1

圖2 頻道視頻流量示意2

組播復制點設置在接入網設備上,意味著組播流將直接下發(fā)到接入網設備,為此需要從BRAS/SR開通一路專門的組播VLAN將組播流下發(fā)到接入網設備。

為了減少從BRAS/SR到接入網設備的組播流量,在接入網設備上必須啟用IGMP Proxy功能,使接入網設備能夠接收用戶發(fā)出的IGMP請求,并轉化成接入網設備的IGMP請求發(fā)往BRAS/SR;BRAS/SR設備收到接入網設備的IGMP請求后,從專門的組播VLAN將組播流下發(fā)到接入網設備,接入網設備通過跨VLAN(從組播VLAN到用戶VLAN)的復制把組播流變成單播流下傳給用戶。

同一個頻道的節(jié)目不管有多少用戶觀看,接入網設備只會從BRAS/SR引入一份組播流,但是會復制多份單播流給不同的用戶,占用的是用戶帶寬,從而節(jié)省了接入網的帶寬。頻道視頻流量示意2如圖2所示。

3 組播復制點下移的優(yōu)缺點

3.1 優(yōu)點

組播復制點下移到接入網設備,最大的好處是可以節(jié)省接入網的帶寬資源,但是有如下2個前提條件。

首先,在ITV用戶中,看頻道節(jié)目的用戶應當占多數,不能少于50%??袋c播的用戶多,就無法凸顯組播復制點下移的優(yōu)勢。

其次,從極端情況考慮,每臺接入網設備上看頻道節(jié)目的用戶看的頻道不同,當每臺接入網設備上的并發(fā)頻道用戶數量大于頻道數量時,這臺設備上的組播流量就不再增加,最多保持在頻道數×碼流上,這時組播復制點下移才能夠節(jié)約帶寬資源。但是考慮到熱門頻道相對集中,如江蘇省有160個頻道,近40%的用戶看的頻道集中在12個熱門頻道上,即有超過30個用戶看頻道節(jié)目,理論上就可以節(jié)省帶寬了。并發(fā)用戶數越多,節(jié)省的可能性就越大。

為此,進行初步預測,不同并發(fā)用戶的帶寬節(jié)省情況見表 1。

全標清流量按照2.5 Mbit/s的碼流計算,全高清流量按照8 Mbit/s碼流計算,高標混合流量按照標清占80%計算。

預測顯示,在有160個頻道、40%的用戶觀看頻道集中在12個熱點頻道的前提下,當超過30個并發(fā)頻道用戶時,可以節(jié)省帶寬;超過250個并發(fā)頻道用戶時,接入網設備復制的組播流大小達到頂峰,不再增加;超過300個并發(fā)頻道用戶時,可以節(jié)省近一半的帶寬。

組播復制點下移到接入網設備,還可以減輕BRAS/SR設備的負載壓力。當接入網設備開啟了IGMP Proxy功能時,一臺承載8 000個并發(fā)ITV用戶的BRAS/SR設備面對的IGMP協議交互對象從8 000降低到了400,全部的組播復制負載消失,BRAS/SR只需要維持組播VLAN中的頻道流,對BRAS尤其是SR設備的CPU和內存負載是很大的減壓。

3.2 缺點

組播復制點下移到接入網設備后,改變了接入網設備只管簡單轉發(fā)流量的模式。接入網設備開始代理和處理IGMP數據、進行跨VLAN的組播復制,設備配置復雜了,CPU和內存的消耗加大,影響設備處理能力的指標也發(fā)生變化。

組播復制點下移到接入網設備后,增加了專門的組播VLAN,在二層網絡環(huán)境中,增加了形成網絡環(huán)路、產生網絡風暴的風險。

組播復制點下移到接入網設備后,不能采用PPPoE認證方式,網絡計費精確度降低,控制能力削弱,網絡改造成本較高,與現網傳統(tǒng)上網業(yè)務的運營模式不匹配,相關的IT系統(tǒng)支撐還不能及時跟進。

4 現網實際案例

在城域網中,同一臺匯聚交換機2塊板卡,分別匯聚了9臺DSLAM和9臺OLT。

表1 不同并發(fā)用戶寬帶節(jié)省情況

9臺DSLAM所在板卡有一條GE鏈路上行到ITV業(yè)務SR,對應忙時有203個ITV終端在線,其中活躍用戶(更新時間小于100 ms)165個,估算看頻道的用戶83個,平均每臺DSLAM有9個。這塊板卡上行到SR的鏈路時流量為402.254 MB,165個用戶平均2.43 MB,基本相當于每人占用一個標清碼流。顯然帶寬沒有明顯節(jié)省。

9臺OLT所在板卡有一條GE鏈路上行到ITV業(yè)務SR,對應忙時有555個ITV終端在線,其中活躍用戶(更新時間小于100 ms)444個,估算看頻道的用戶222個,平均每臺DSLAM有24個。這塊板卡上行到SR的鏈路時流量為416.729 MB,444個用戶平均0.93 MB,顯然,帶寬有超過50%的節(jié)省。進一步分析可以看出,這444個活躍用戶在不同 OLT 上的分布是 31、133、47、66、6、30、26、41、64,有3臺的活躍用戶超過60,對節(jié)省帶寬的貢獻較大。

5 結束語

通過上述分析,組播下移到接入網在DSLAM設備上優(yōu)勢不明顯。一臺500線的DSLAM設備,寬帶實裝率85%,ITV用戶滲透率20%,并發(fā)50%,頻道用戶占比70%,核算下來并發(fā)的頻道用戶數是30個,基本不節(jié)省DSLAM設備的上行鏈路帶寬。當DSLAM上ITV用戶滲透率升高時,DSLAM設備的上行鏈路帶寬開始節(jié)省。而對于PON設備,尤其是大容量PON設備,則優(yōu)勢明顯。一臺超過2 000個寬帶并發(fā)用戶的OLT,并發(fā)頻道用戶數約為280個,可以節(jié)省近50%的OLT上行帶寬。

其次,不管是全標清、全高清還是混放的情況,帶寬節(jié)省的比例隨并發(fā)頻道用戶增長的趨勢基本不變。

再次,在業(yè)務發(fā)展政策中,吸引用戶看電視頻道,更集中地看熱門電視頻道,可以大幅度地節(jié)省接入網帶寬,使組播下移到接入網的效果更好。若政策偏向點播、回看類節(jié)目,則會導致接入網帶寬占用增加,削弱組播下移到接入網的效果。

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