張 奇

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司上海分公司 上海 200060）

1 概述

在用戶接入帶寬迅猛增長、有線寬帶接入方式逐步向FTTH過渡的時代，PON網(wǎng)絡(luò)作為“最后一公里”的高效解決方案已經(jīng)開始全面部署。其中除了光功率預(yù)算、接入用戶帶寬分配等方面限定PON網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模與性能外，VLAN資源的規(guī)劃方式作為對整個PON網(wǎng)絡(luò)乃至數(shù)據(jù)城域網(wǎng)起到重要影響的因素之一，常常容易被忽視。

在PON網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及發(fā)展的過程中，用戶接入方式的變化、數(shù)據(jù)城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點決定了VLAN規(guī)劃方式的不同。由FTTB+LAN方式為主的接入方式曾一度作為有線寬帶接入的主流方式。隨著Internet網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的豐富，用戶對帶寬體驗也提升至一個新的高度，F(xiàn)TTB+LAN的接入方式將逐漸過渡至FTTH/FTTO為主，并能提供給用戶更多、更方便的個人網(wǎng)關(guān)級服務(wù)[1]。

2 數(shù)據(jù)城域網(wǎng)及PON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

PON網(wǎng)絡(luò)作為普通有線寬帶業(yè)務(wù)的接入方式，以其靈活動態(tài)的帶寬分配機制、方便的部署、建設(shè)成本低廉等特點成為“最后一公里”接入方案的首選對象。一般數(shù)據(jù)城域網(wǎng)以及PON網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在圖1所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，PON系統(tǒng)作為二層接入網(wǎng)收斂寬帶接入業(yè)務(wù)至數(shù)據(jù)城域網(wǎng)二層匯聚設(shè)備[2]。二層邊緣匯聚設(shè)備根據(jù)VLAN信息分流業(yè)務(wù)，并上聯(lián)至3層PE網(wǎng)元。PE及P網(wǎng)元識別、終結(jié)VLAN，并以IP包形式進行業(yè)務(wù)處理[3]。

在二層PON網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中，每臺OLT均有其覆蓋范圍以及VLAN廣播域。在同一OLT的VLAN廣播域中應(yīng)保證每用戶VLAN信息的惟一性。同時根據(jù)OLT上聯(lián)匯聚交換機是否具備VLAN端口隔離功能，還需要確定二層匯聚交換機端口或網(wǎng)元下的VLAN信息惟一性。

對于以移動業(yè)務(wù)為主的電信運營商，由于傳統(tǒng)業(yè)務(wù)采用集中處理的方式，核心層（L3層）部署規(guī)模集中于運營商網(wǎng)絡(luò)的骨干局房范圍。因此，在上述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中L2層的建設(shè)規(guī)模大于L3層網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，屬于典型的“大2小3”結(jié)構(gòu)。由于處理網(wǎng)元的集中部署方式，使得二層匯聚設(shè)備覆蓋較大的區(qū)域，二層VLAN廣播域范圍較大，需要細致、靈活的VLAN資源分配方式。

對于以固網(wǎng)業(yè)務(wù)為主的電信運營商，由于已部署較大規(guī)模的屬地接入網(wǎng)，且為了提供靈活的調(diào)度方式，3層處理往往下沉至運營商匯聚甚至接入節(jié)點內(nèi)。因此，對于上述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，L3層部分將大于L2層，屬于 “大3小2”結(jié)構(gòu)。由于二層網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，單PON網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及接入用戶數(shù)量相對較小，二層VLAN廣播域較小，甚至VLAN資源在單獨PON網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有較大的使用空間及資源。因此，該方式下VLAN的管理及分配方式較簡單。

因此，對于以移動業(yè)務(wù)為主的“大2小3”網(wǎng)絡(luò)，VLAN資源合理規(guī)劃尤為重要，合理的規(guī)劃方式直接影響OLT以及匯聚交換機的覆蓋能力以及用戶接入能力。

3 VLAN資源規(guī)劃方式

在進行VLAN資源規(guī)劃方式前，有必要對數(shù)據(jù)城域網(wǎng)以及PON網(wǎng)絡(luò)作一些限定，并建立適當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，便于后文進一步討論與研究。

在模型中，設(shè)定多業(yè)務(wù)分流交換機不具備端口VLAN隔離功能，即單套SW下存在VLAN廣播域。

OLT上聯(lián)以雙端口負荷分擔(dān)方式單歸屬至SW，即SW以P2MP方式匯聚并收斂OLT，而OLT則以P2P方式上聯(lián)SW。OLT下聯(lián)ODN部分均以TypeB方式配置PON口主干路由保護，最大程度保障網(wǎng)絡(luò)的健壯性。

在VLAN使用方式上，采用IEEE 802.ah方式，即Q-in-Q的VLAN使用方式。ONU網(wǎng)元對業(yè)務(wù)凈荷打內(nèi)層CVLAN標(biāo)簽，外層SVLAN標(biāo)簽在OLT上實現(xiàn)。

3.1 FTTB+LAN方式下的VLAN規(guī)劃方式

以該模型為主的大型城域范圍內(nèi)，在固網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展初期，用戶接入數(shù)量、密集程度均比較稀疏。此外，住宅入戶端線纜以五類線為主。在該背景下，F(xiàn)TTB+LAN的寬帶用戶接入方式成為市場的主流模式。此時鑒于OLT設(shè)備能力（容量交叉能力、MAC地址容量等）以及單板 PON口密度均較少，OLT網(wǎng)元PON口有效使用數(shù)量在 24～32個，同時分光比以一級 1∶16、末端 MDU以16口FE為主。

在該模式下，為規(guī)范端口、用戶等對應(yīng)關(guān)系，典型的VLAN規(guī)劃方式如下[4]。

（1）SVLAN 標(biāo)簽

FTTB+LAN模式下的SVLAN格式如圖2所示。

·SVLAN 0～4 bit，OLT PON端口標(biāo)識，標(biāo)識 OLT設(shè)備中的PON口（最大32個）；

·SVLAN 5～8 bit，OLT設(shè)備標(biāo)識，標(biāo)識單套匯聚交換機匯聚OLT的數(shù)量（最多匯聚16臺OLT）；

·SVLAN 9～11 bit，業(yè)務(wù)標(biāo)識，標(biāo)識業(yè)務(wù)類型（最大承載8種業(yè)務(wù)）。

（2）CVLAN 標(biāo)簽

FTTB+LAN模式下的CVLAN格式如圖3所示。

·CVLAN 0～8 bit：用戶標(biāo)識，標(biāo)識單PON口下接入的用戶數(shù)量（最大可接入512個用戶）；

·CVLAN 9～11 bit：業(yè)務(wù)標(biāo)識，與 CVLAN標(biāo)簽的 9～11 bit相同。

該VLAN的分配方式能夠支持8種業(yè)務(wù)需求，并將PON口、用戶進行一一對應(yīng)，方便資源預(yù)分配，加快業(yè)務(wù)受理流程。但是，SVLAN的5～8 bit限制了匯聚交換機收斂OLT的數(shù)量，SVLAN的0～4 bit限制了單套OLT管理PON口的數(shù)量，CVLAN的 9～11 bit與 SVLAN的 9～11 bit功能重復(fù)，VLAN標(biāo)簽資源浪費。

3.2 FTTH方式下的VLAN規(guī)劃方式

隨著寬帶業(yè)務(wù)的逐步發(fā)展，伴隨寬帶市場的激烈競爭，加之用戶對帶寬需求的增加以及更好的用戶體驗，以五類線入戶的FTTB+LAN方式逐漸演進為FTTH方式。在FTTH方式下，PON網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)雖然未發(fā)生重大變化，但是所使用的收發(fā)光模塊類型以及ODN結(jié)構(gòu)存在變革。

由于ONU將直接入戶，導(dǎo)致PON網(wǎng)絡(luò)PON口分光比將擴大至 1∶64甚至更大，單PON口接入用戶數(shù)量從原先的256戶（1∶16分光，16口 MDU）減至約 64戶。因此，在FTTH模式下非常消耗PON口的數(shù)量資源。而FTTB+LAN模式下的VLAN分配方式卻只能支持單套OLT設(shè)備32個PON口。這對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、接入方式轉(zhuǎn)型等將造成瓶頸。若保持該資源分配方式，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的CAPEX及OPEX投入極不合理。因此，必須在現(xiàn)網(wǎng)VLAN資源分配方式基礎(chǔ)上進行優(yōu)化及改進，以最小代價支持更多PON口的接入支持。

此外，F(xiàn)TTB+LAN方式的ONU以及FTTH方式下的配置模式完全不同，由于考慮到用戶接入的即時性以及業(yè)務(wù)申請/開通的快速性，ONT的配置應(yīng)直接采用設(shè)備出廠默認配置，并使網(wǎng)絡(luò)具備VLAN資源靈活配置的功能。

基于上述瓶頸以及FTTH模式下的特殊性，一種改良型VLAN資源分配方式必須統(tǒng)一考慮上述因素，并以平滑過渡、對業(yè)務(wù)影響最小化為目標(biāo)。

3.2.1 PON口組

在FTTH模式下，為保持SVLAN的基本格式，將引入PON口組概念，即將原有SVLAN與PON口的對應(yīng)關(guān)系改變?yōu)閱我籗VLAN對應(yīng)一組PON口。PON口組及VLAN的規(guī)劃思路示意如圖4所示。

在圖4(a)中，原有FTTB+LAN方式下為每一個PON口均分配了一個SVLAN（假設(shè)接入業(yè)務(wù)的SVLAN/CVLAN范圍為 512～1 023），根據(jù) CVLAN字節(jié)的定義，每個 SVLAN下又有同樣數(shù)量（512～1 023）的 CVLAN可供使用，故單PON口下最大接入用戶數(shù)為512個，上述4個PON口共可接入用戶數(shù)量為2 048個。

在引入PON口組后（圖4(b)），同樣的4個PON口可以組成一個PON口組，而每個PON組只需要使用一個SVLAN（示例中舉例使用 SVLAN 512），而PON組下的每個PON口卻共用512～1 023個CVLAN，將單PON口存在VLAN廣播域擴展到4個PON口下。PON組劃分得越小，可供使用的CVLAN就越大，消耗的SVLAN也越多。因此，F(xiàn)TTB+LAN的VLAN方式可以視為一種PON口組容量為1個PON口的特殊情況。在上述示例中，4個PON口共組情況下，平均單PON口最大可接入用戶為128個。

3.2.2 VLAN字節(jié)規(guī)劃

回顧一下FTTB+LAN的VLAN結(jié)構(gòu)定義，CVLAN的9～11 bit功能與SVLAN相同位一樣，VLAN資源浪費。因此，如何利用該重復(fù)資源，增強VLAN規(guī)劃對FTTH以及設(shè)備槽位端口等各種情況的支持度是本節(jié)討論的重點。

為了最大限度地兼容既有FTTB+LAN的VLAN劃分格式，同時又考慮PON口組的特點，將FTTH模式下的SVLAN規(guī)劃定義如下。

其中，SVLAN的字節(jié)定義與既有分配規(guī)劃方式保持一致，但0～4 bit不再標(biāo)識單一PON口，而標(biāo)識PON口組，取消了單PON口與單SVLAN的對應(yīng)關(guān)系，釋放SVLAN的需求，具體如圖5所示。

引入PON口組后，CVLAN資源的共享問題將會成為潛在的瓶頸。因此，為彌補CVLAN的潛在缺失性，取消原CVLAN的9～11 bit定義業(yè)務(wù)類型的功能，將其12 bit全部用來指定用戶數(shù)量，最大接入用戶數(shù)量為1 000個。具體定義如圖6所示。

因此，當(dāng)FTTH接入且單PON口接入用戶數(shù)量控制在64戶時，最大PON口組容量約為15個，可節(jié)約SVLAN資源15倍，解決了FTTH對PON口的高消耗導(dǎo)致SVLAN資源匱乏的問題。當(dāng)FTTB接入且單PON口接入用戶數(shù)量控制在512戶時，最大PON口組容量為4個，節(jié)約SVLAN資源4倍，可提升FTTB+LAN方式的建設(shè)密度及規(guī)模。

（1）靈活的VLAN配置機制

為支持FTTH業(yè)務(wù)的開通，僅實現(xiàn)上述VLAN規(guī)劃方式仍然不夠。FTTH業(yè)務(wù)的開通特點主要體現(xiàn)為簡單、高效、方便。因此，如果沿用FTTB+LAN的配置方式，則將大大束縛業(yè)務(wù)開通流程，主要的瓶頸在于對個性化業(yè)務(wù)端口的配置、VLAN資源的實時指定等情況。所以，在FTTH業(yè)務(wù)發(fā)展為主的時代，必須改變用戶UNI接口側(cè)的VLAN配置機制。

結(jié)合設(shè)備功能的進一步強大及系統(tǒng)的完善，一種靈活的VLAN配置方式引入C’VLAN，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶側(cè)CVLAN及PON系統(tǒng)內(nèi)用戶實際VLAN信息C’VLAN之間的切換及映射。為方便下面討論的方便，該方式簡稱為S+C’方式，而原VLAN規(guī)劃方式為S+C方式。

當(dāng)用戶業(yè)務(wù)開通時，面向用戶的ONU設(shè)備均以CVLAN進行資源申請。CVLAN的定義與FTTB方式下完全不同，僅需要符合ONU設(shè)備端口數(shù)量即可，即假設(shè)CVLAN以101開始計取，則4端口ONU的CVLAN為101～104，8端口ONU的CVLAN為101～108，以此類推。

CVLAN的字節(jié)定義如圖7所示。

圖8示意了FTTH模式下VLAN資源分配及配置過程，清晰地體現(xiàn)了CVLAN、C’VLAN和SVLAN之間的關(guān)系，并展示上述VLAN資源在各個PON系統(tǒng)網(wǎng)元內(nèi)的分配及調(diào)度情況。

首先，ONU以設(shè)備出廠CVLAN配置值發(fā)起業(yè)務(wù)連接需求，每條業(yè)務(wù)的CVLAN、ONU端口號以及ONU設(shè)備ID號將成為惟一標(biāo)識接入業(yè)務(wù)的特征組。

當(dāng)業(yè)務(wù)匯聚至OLT時，OLT網(wǎng)元根據(jù)特征組的不同，分配已預(yù)規(guī)劃的C’VLAN值。C’VLAN值僅適用于PON系統(tǒng)范圍內(nèi)，向下對用戶不可見；向上對匯聚交換機不可見。同時，OLT根據(jù)業(yè)務(wù)類型標(biāo)記外標(biāo)簽SVLAN。在PON網(wǎng)絡(luò)中，S+C’的標(biāo)識必須保證惟一性。

最后，當(dāng)二層數(shù)據(jù)包出OLT設(shè)備網(wǎng)元后，保留S+C’格式，并上聯(lián)至多業(yè)務(wù)分流交換機。

3.3 多種模式下的VLAN規(guī)劃方式

在以FTTH為主要發(fā)展方式的背景下，S+C’的VLAN分配方式能夠較好地解決FTTH對PON口消耗的嚴重性，并能支持槽位及端口更密集的設(shè)備。但是對于網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)存以及今后發(fā)展存在的FTTB+LAN接入方式，存在多種接入模式混合接入的情況。在該情況下，應(yīng)充分利用S+C’方式對S+C的良好兼容性，采用全網(wǎng)統(tǒng)一的S+C’分配方式。

對于在網(wǎng)的OLT業(yè)務(wù)，由于S+C’只不過是S+C’方式的一種特例，原則上PON網(wǎng)絡(luò)VLAN分配方式的變更不會造成業(yè)務(wù)的中斷。

3.4 VLAN資源調(diào)整對其他網(wǎng)元的影響

從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)角度，PON系統(tǒng)上聯(lián)匯聚交換機，承載有線寬帶業(yè)務(wù)，最終接入運營商PE及P設(shè)備中。從計費、認證角度，各種運營商采用不同的計費及認證方式，并對PPPoE及固定IP方式采用相異化處理。從業(yè)務(wù)開通角度，前臺受理、資源調(diào)度以及網(wǎng)絡(luò)管理等均需要用戶ID、密碼等信息?；谏鲜龈鞣N考慮因素，采用S+C’方式的VLAN資源分配方式下，對網(wǎng)絡(luò)各種網(wǎng)元的影響評估如下。

（1）對匯聚交換機的影響

由于S+C’方式充分兼容現(xiàn)網(wǎng)S+C方式，因此以SVLAN為主要識別對象的匯聚交換機不應(yīng)改變VLAN分配方式而發(fā)生配置及數(shù)據(jù)制作上的變化。

（2）對 BRAS 的影響

BRAS主要對家庭用戶 （FTTx）數(shù)據(jù)進行VLAN終結(jié)并識別其中的IP地址。BRAS設(shè)備需要讀取VLAN的 24 byte。當(dāng)改變?yōu)镾+C’方式后，需要令BRAS對CVLAN的識別范圍擴充至0～4 KB。但并不改變SVLAN以及原有業(yè)務(wù)已配置的VLAN，故BRAS對現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)可以保持不變，業(yè)務(wù)不發(fā)生中斷，但需要做部分數(shù)據(jù)調(diào)整，改動較小。

（3）對 SR 的影響

與BRAS類似，SR設(shè)備需要對CVLAN的識別擴充至0～4 KB。因此，原有業(yè)務(wù)將不發(fā)生中斷，但SR上需要作適當(dāng)局數(shù)據(jù)調(diào)整。

（4）對支撐系統(tǒng)的影響

寬帶認證平臺：在平臺支撐新VLAN規(guī)劃的情況下，可能涉及業(yè)務(wù)受理接口的改造以及已受理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)割接。

家庭寬帶受理平臺：可能會涉及VLAN資源管理、家庭寬帶業(yè)務(wù)受理等功能模塊的改造以及已受理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的割接。

資源調(diào)度管理支撐系統(tǒng)：根據(jù)FTTH/FTTO的接入需要，開通相關(guān)業(yè)務(wù)支撐及開通功能，系統(tǒng)需要新功能模塊的開發(fā)。

4 結(jié)束語

本文從VLAN規(guī)劃角度，重點分析了采用FTTH/FTTO接入方式下所帶來的變化及影響。為保證業(yè)務(wù)的暢通及平滑演進，文章提出了一種新型的VLAN規(guī)劃方式。該方式以引入C’VLAN及PON口組為主要方式，既解決了FTTH方式下PON口需求激增的瓶頸，又能夠平滑支持FTTB+LAN的業(yè)務(wù)開通方式，能夠?qū)Ω芗O(shè)備提供長遠的支撐。

由于各運營商的數(shù)據(jù)寬帶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在不小的差異，本文僅以常規(guī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)功能進行VLAN規(guī)劃方式的研究。

1 Lung B.PON architecture “futureproofs” FTTH.Lightwave,1999,16(10):104～107

2 Glen Kramer,Keiji Tanaka.Advances in optical access network.Optical Society of America,2005

3 Fang Luyuan,Nabil Bitar,Zhang Raymond,et al.The evolution of carrier ethernet services-requirements and deployment case studies.IEEE Communications Magazine,2008(3):69～76

4 Samer Salam,Ali Sajassi.Provider backbone bridging and MPLS_complementary technologies for next-generation carrier ethernet transport.IEEE Communications Magazine,2008(3)