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大容量宽带设备演进的探讨
作者:    时间:2009-09-11 15:45:30  来源:  通讯世界www.tele.com.cn
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上海贝尔  马绍文 刘永春/文

用户接入技术演进
随着接入用户数量的增多,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,极大提高了用户网络使用体验,每用户带宽控制的PPPoE设备逐渐演变为电信运营商主要的接入方式。同时,IP网络的巨大成功以及互联网内容向流媒体发展的趋势,引发了人们将所有智能设备联网的需求,并使得VoIP、iTV、IPTV成为电信运营商网络规划和发展的主要议题。

但是,对于新型网络设备、智能手机、数字电视、PSP等很难支持PC所采用的内置PPPoE拨号程序,很大程度上限制了新互联网应用的快速推出。

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,设计规划了以DHCP技术为核心,紧密结合当今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网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,同时扩展了网络中各个层面设备的能力。可以说IPoE不是简单的终端设备上支持DHCP就可以了,需要涉及到用户控制设备,网络业务系统等。具体说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DHCP option进行用户绑定,业务绑定等。
IPoE宽带网络网关控制设备(BNG设备)
宽带网络网关控制设备(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,能够动态调整每用户的带宽和QoS属性,针对预付费、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系统的对比
引入IPoE系统之后,通过以下对比可以发现IPoE可以完成原有PPPoE系统的所有功能,同时还能提供如下优势(见表)。
终端支持
所有支持IP协议的设备都支持,不需要安装第三方拨号软件,可以广泛支持各种手持设备,移动设备,视频设备等。
报文开销
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至少增加了15个字节的协议开销,对于高带宽的应用(4M以上的高清电视等),高端BNG设备可以支持协议开销,达到理论的线速转发,但是对于处理能力不高的终端设备,压力很大。
组播复制
由于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的理解PPPoE报文格式,只能进行转发,无法进行针对VLAN等信息的有效的组播复制。所以采用PPPoE进行组播业务的开展,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。而采用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。极大的减少了网络带宽的浪费。
用户冗余
IPoE,报文转发中,由于不需要接入PPPoE Session/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设备,所以不需要用户进行重新拨号。而PPPoE由于转发过程中携带BNG生成的唯一的Session/Cookie信息,当一台设备断电时,另外一台设备无法获得全部的PPPoE状态,所以无法做到有效的跨机箱的用户冗余保护。
同时,PPPOE认证的不足之处在于认证机制比较复杂,对设备处理性能、内存资源需求较高。

BNG设备的设计考虑
对于满足下一代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设备。同理,传统的Service Router设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设备,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设备上一般承载10K用户,下一代的BNG设备,设计需要承载128K用户,这样对设备的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2~3Mbps的带宽,这样就要求下一代BNG设备支持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移动业务网关的支持。
由于传统BRAS设备在设计理念上注重PPPoE Session的维护,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,性能急剧下降。很多设备提供商认识到传统BRAS设计理念的问题所在,纷纷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。
传统BRAS设计中的误区还存在于:
*没有TCAM支持
不能支持每用户的策略控制。使用此功能导致性能急剧下降。
*没有交换矩阵组播复制
不能支持大量组播频道。
*不支持大规模VPN部署
不能作为综合网关,提供公众用户和企业用户的统一接入。
综上所述,BRAS和SR都能演变为下一代的BNG设备,所有的厂家都在修改BRAS或者SR使之满足BNG的要求,同时接入大规模的IPoE/PPPoE用户。目前看来从Service Router演变而来的BNG是比较成功的选择,业界主流的IP设备厂商,都先设计产品支持IPoE,然后逐步添加PPPoE功能,上海贝尔的IP设备ALU 7750/7450已经同时支持IPoE/PPPoE。而且上海贝尔是业界唯一能够提供支持50G/slot的IPoE/PPPoE宽带业务控制网关的厂商。

业务承载建议
传统网络仅仅有BRAS作为宽带用户接入控制设备,在引入了video业务之后,由于PPPoE设备支持组播的天生的劣势,主要的IPTV提供商(AT&T,Telestra)纷纷引入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网络架构设计,BRAS作为高速上网业务的控制边缘设备,而SR作为Video业务的边缘网关。这种多边缘的网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设备之后,网络的两个边缘又演变为以单边缘接入为主。如果客户需要PPPoE,就采用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。
如果采用以BNG设备为核心的上海贝尔端到端的数字家庭到视频、业务核心网的解决方案。可以直接采用大容量50G每槽位的BNG设备替代原有小容量的2.5G/10G每槽位的BRAS设备作为IPoE/PPPoE业务的终结。对于全新的业务,建议采用IPoE方式接入。比如Video和VoIP,没有按照流量计费的需求,可以采用更简单的IPoE方式。对于传统的上网业务,可以考虑用户习惯继续保留HSI使用PPPoE接入。 

标签:   大容量宽带
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