大容量宽带装备演进的探讨

2019-04-25 18:00:21 来源: 长春信息港

用户接入技术演进

随着接入用户数量的增多和每用户带宽需求不断增长,ADSL/ADSL2+/FTTH/GPON等高带宽接入方式应运而生,极大提高了用户络使用体验,每用户带宽控制的PPPoE装备逐步演变为电信运营商主要的接入方式。同时,IP络的巨大成功以及互联内容向流媒体发展的趋势,引发了人们将所有智能装备联的需求,并使得VoIP、iTV、IPTV成为电信运营商络计划和发展的主要议题。

表 PPPoE与IPoE系统的比较

综合各个电信运营商在接入方式上的尝试,为使新型Voice/Video等实时性业务得到有效的控制与管理,DSL工作组于2006年定义了WT-146用户会话控制机制,设计计划了以DHCP技术为核心,紧密结合现今PPPoE通用的RADUIS协议,建立了一种基于“IP用户会话机制”、“IP数据流的分级机制”及“IP会话鉴权和管理机制”的IPoE认证机制,通过扩展信息的加入和识别在络边缘设备上提供用户Session的接入认证授权计费。

IPoE系统及组成

IPoE系统包括基本的DHCP功能,同时扩展了络中各个层面装备的能力。可以说IPoE不只在简单的终端设备上支持DHCP,还需要涉及到用户控制设备,络业务系统等。IPoE系统包括以下部分。

IPoE客户端各种用户终端设备,产生DHCP消息,中间设备插入各种DHCPoption进行用户绑定,业务绑定等。

IPoE宽带络关控制设备(BNG装备)

宽带络关控制装备(BNG)进行DHCP消息到Radius认证消息的翻译。与Radius进行认证、授权、计费功能。认证通过后,下放Radius返回的每用户QoS,访问控制的列表等功能,同时对通过设备的流量/时长进行计费。

IPoE业务控制系统包括Radius/DHCP/Diameter/Webportal等业务系统,能够动态调解每用户的带宽和QoS属性,针对预支费、流量、时长等提供多种计费手段。做到客户的可管理控制,可持续盈利,提供差异化的用户服务。

IPoE和PPPoE系统的比较

引入IPoE系统以后,通过以下比较可以发现IPoE可以完成原有PPPoE系统的所有功能,同时还能提供如表所示的优势。

终端支持所有支持IP协议的装备都支持,不需要安装第三方拨号软件,可以广泛支持各种手持装备、移动设备、视频装备等。

报文开消由于PPPoE报文引入了PPPoE头(6bytes)和PPP头(9bytes加上Padding),所以在所有用户流量里面少增加了15个字节的协议开销,对高带宽的运用(4M以上的高清电视等),高端BNG设备可以支持协议开消,到达理论的线速转发,但是对处理能力不高的终端设备,压力很大。

组播复制PPPoE报文是在BNG设备和用户之间建立点对点连接,中间的交换机层次不能很好地理解PPPoE报文格式,只能进行转发,没法针对VLAN等信息进行有效的组播复制。所以采取PPPoE进行组播业务的展开,组播复制点只能是BNG设备,假设每用户2M组播流量,如果支持10K用户,则需要10G组播带宽。而采取IPoE,可以把组播复制点下移到DSLAM,这样BNG设备只要有2M的带宽就可以支持10K用户。

用户冗余IPoE:报文转发中,由于不需要接入PPPoESession/Cookie信息,非常容易做到跨机箱的用户Session的保护,当一个机箱断电时,所有IPoE的状态信息被动态备份到另外一台装备,所以不需要用户进行重新拨号。而PPPoE由于转发进程中携带BNG生成的惟一的Session/Cookie信息,当1台设备断电时,另外1台装备无法取得全部的PPPoE状态,所以没法做到有效的跨机箱的用户冗余保护。

BNG设备的设计斟酌

对满足下一代PPPoE/IPoE用户接入控制的BNG设备设计,不同厂家有不同的理解。传统BRAS厂家为支持PPPoE协议而设计的产品,可以通过添加IPoE功能的支持来演变为BNG装备。同理,传统的ServiceRouter装备天生支持高带宽的IPoE用户控制,可以通过添加PPPoE功能来实现完全的BNG功能。作为一个高性能的BNG装备,需要具备以下3种设计要素。

超级强劲的CPU处理能力PPPoE/IPoE用户session的处理和终结都需要CPU进行辅助。现有BRAS装备上一般承载10K用户,下一代的BNG设备,设计需要承载128K用户,这样对装备的CPU处理能力要求很高,一般需要多核CPU,同时支持4G以上内存。

大于20G每槽位的业务处理能力适应大带宽的发展,每槽位支持16K用户,每用户要支持2~3Mbit/s的带宽,这样就要求下一代BNG装备支持20~50G/slot的高带宽处理能力。

完善的业务处理板卡,提供面向未来的增值服务随着用户控制的深入发展,需要BNG设备提供DPI(深入包检测)、IPSec安全接入、视频和LTE移动业务关的支持。

由于传统BRAS装备在设计理念上重视PPPoESession的保护,需要在转发平面引入过多的CPU进行处理,不能满足高带宽的多业务承载,每用户带宽增加的情况下,性能急剧下落。很多设备提供商认识到传统BRAS设计理念的问题所在,纷纭在以业务路由器功能为主IP路由器中添加PPPoE功能,作为BNG设备推向市场。

业务承载建议

传统络仅BRAS作为宽带用户接入控制设备,在引入了video业务以后,由于PPPoE装备支持组播的天生的劣势,主要的IPTV提供商(att,Telestra)纷纭引入SR采用IPoE开展视频业务。在此基础上,有些运营商提出多边缘的络架构设计,BRAS作为高速上业务的控制边沿装备,而SR作为Video业务的边沿关。这类多边缘的络架构存在两张计费账单(在Bras和SR上分别针对同一个用户的两个账单)。用户控制点有两个,需要同步等问题。

当产生支持IPoE/PPPoE的BNG设备以后,络的两个边沿又演化为以单边缘接入为主。如果客户需要PPPoE,就采取PPPoE接入,如果客户需要IPoE,就在同一设备,同一端口下进行IPoE接入。

可以直接采取大容量50G每槽位的BNG装备替换原有小容量的2.5G/10G每槽位的BRAS设备作为IPoE/PPPoE业务的终结。对全新的业务,建议采取IPoE方式接入。比如Video和VoIP,没有依照流量计费的需求,可以采取更简单的IPoE方式。对传统的上业务,可以考虑用户习惯继续保存HSI使用PPPoE接入。

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