張新全，程 容，何 煒，楊 奇

（1.光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074； 2.武漢郵電科學(xué)研究院，武漢 430074；3.烽火通信科技股份有限公司，武漢 430074）

固移融合接入網(wǎng)架構(gòu)研究

張新全1，2，程 容3，何 煒1，2，楊 奇1，2

（1.光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074； 2.武漢郵電科學(xué)研究院，武漢 430074；3.烽火通信科技股份有限公司，武漢 430074）

運(yùn)營(yíng)商迫切需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)固移融合化解全業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)壓力，而為應(yīng)對(duì)成本、帶寬和生存性等接入域固移融合的挑戰(zhàn)，中國(guó)聯(lián)通在ITU-T（國(guó)際電信聯(lián)盟-電信組織）推動(dòng)了G.metro建議。針對(duì)G.metro需求，文章提出了一種固移融合接入網(wǎng)架構(gòu)，基于NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）實(shí)現(xiàn)固移處理資源共享，基于波分復(fù)用環(huán)路和PON（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）的結(jié)合平衡固、移接入差異，以滿(mǎn)足接入域簡(jiǎn)單和低成本的要求。

波分復(fù)用；接入；固移融合；網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化

0 引 言

互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過(guò)近30年的持續(xù)發(fā)展，深刻改變了電信產(chǎn)業(yè)的技術(shù)演進(jìn)和商業(yè)模式，運(yùn)營(yíng)商在電信價(jià)值鏈中的地位顯著降低［1］。為了應(yīng)對(duì)以微信為代表的OTT（over-the-top）業(yè)務(wù)沖擊，逐漸走出“量收剪刀差”困境，運(yùn)營(yíng)商要求進(jìn)行固移融合，以從架構(gòu)上降低網(wǎng)絡(luò)成本［2］。在網(wǎng)絡(luò)層面的固移融合中，以接入域固移融合最為迫切，其目標(biāo)是在一個(gè)平臺(tái)接入固寬、移動(dòng)回傳/前傳等全業(yè)務(wù)［3］。作為固寬接入的最主要技術(shù)，業(yè)界期望PON（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）成為全業(yè)務(wù)接入的技術(shù)方案。但由于不同業(yè)務(wù)對(duì)質(zhì)量要求差異極大（比如家庭接入對(duì)成本敏感，移動(dòng)回傳重視生存性和時(shí)延，商業(yè)專(zhuān)線要求大帶寬），在全業(yè)務(wù)場(chǎng)景下取得性能與成本的最佳權(quán)衡極為困難。盡管業(yè)界廣泛研究了基于PON的固移融合［4］，但迄今沒(méi)有形成可行的解決方案［5］。

NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）是近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)，其在通用硬件平臺(tái)上倚重軟件實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能［6］。本文提出一種固移融合接入網(wǎng)架構(gòu)，基于NFV實(shí)現(xiàn)固移處理資源融合，利用WDM（波分復(fù)用）的帶寬、距離和生存性?xún)?yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量傳輸；基于PON實(shí)現(xiàn)低成本、靈活的全業(yè)務(wù)接入部署。該架構(gòu)的提出有利于全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)展深層次的網(wǎng)絡(luò)固移融合，不再只是局限于淺層次的“套餐”類(lèi)固移業(yè)務(wù)綁定。

1 全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商的接入網(wǎng)困境

隨著監(jiān)管政策的改變，中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通均已成為全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商。智能終端的興起和發(fā)展使得用戶(hù)終端已經(jīng)固、移融合，用戶(hù)可以根據(jù)需要自主、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地選擇固定或移動(dòng)通信方式連接到運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。相應(yīng)地，運(yùn)營(yíng)商推出的各種“套餐”業(yè)務(wù)，無(wú)不是將固、移業(yè)務(wù)綁定在一起。但是由于網(wǎng)絡(luò)依然處于固、移相互獨(dú)立的狀態(tài)，如圖1所示，運(yùn)營(yíng)商無(wú)法以最有效的方式實(shí)現(xiàn)固移融合，固、移獨(dú)立建網(wǎng)使得運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)成本居高不下，且直接影響到用戶(hù)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

圖1 固移網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立現(xiàn)狀

固寬接入和移動(dòng)回傳對(duì)傳輸質(zhì)量的要求是不同的，由于基站切換、協(xié)同等諸多要求，移動(dòng)回傳網(wǎng)對(duì)于頻率和相位（時(shí)間）同步有著嚴(yán)苛要求。以LTETDD（長(zhǎng)期演進(jìn)-時(shí)分雙工）制式為例，頻率和時(shí)間同步要求分別是50×10-9和3μs。GPON（吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）采用G.984.3 Amd.2，EPON（以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）采用IEEE 802.1as，業(yè)界基本認(rèn)同PON能夠滿(mǎn)足移動(dòng)回傳的同步要求［7］。但固寬接入重視成本，實(shí)際部署中極少考慮生存性，移動(dòng)回傳則非常強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)魯棒性，固、移要求仍很難真正調(diào)和統(tǒng)一。

在向4G、5G的演進(jìn)中，移動(dòng)通信將更加依賴(lài)C-RAN（集中化無(wú)線接入網(wǎng)）的部署方式。移動(dòng)前傳是C-RAN關(guān)鍵技術(shù)之一，要求帶寬大、時(shí)延低，但由于目前尚缺乏有效的解決方案，因此普遍采用不太合理的暗光纖方式。隨著移動(dòng)通信速率的進(jìn)一步提升，前傳的帶寬需求將迅速超過(guò)10 Gbit/s，PON更難滿(mǎn)足其要求。

為了謀求PON在提供固寬家庭接入的同時(shí)，具備移動(dòng)前傳、移動(dòng)回傳和企業(yè)專(zhuān)線等服務(wù)能力，PON必須在傳輸距離、生存性和速率等方面提升性能，因此RSOA（半導(dǎo)體光放大器）、EDC（電色散補(bǔ)償）、OFDM（正交頻分復(fù)用）、PAM4（4階脈沖幅度調(diào)制）等復(fù)雜技術(shù)紛紛被引入PON研究中，甚至還包括極其復(fù)雜的相干光接收［8］?？梢?jiàn)，PON的性能提升，無(wú)不是以犧牲PON的簡(jiǎn)單、低成本優(yōu)勢(shì)為代價(jià)，是否定PON的立身之本。

由于固定、移動(dòng)寬帶客觀上存在各自的特點(diǎn)，在成本、傳輸距離、帶寬需求、生存性和OAM（操作、管理、維護(hù)）能力等方面有較大差異，如果無(wú)視這些差異企圖利用PON實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行融合，必將導(dǎo)致PON技術(shù)日益復(fù)雜（如色散補(bǔ)償、復(fù)雜調(diào)制格式和相干接收等），成本不斷上升。

雖然運(yùn)營(yíng)商迫切要求進(jìn)行固移接入融合，但必須在充分考慮固、移差異的基礎(chǔ)上綜合平衡才能實(shí)現(xiàn)有效的固移融合接入網(wǎng)。ITU-T（國(guó)際電信聯(lián)盟-電信組織）目前正在開(kāi)展由中國(guó)聯(lián)通提出的G.metro標(biāo)準(zhǔn)化工作，研究作為移動(dòng)、專(zhuān)線和固寬統(tǒng)一接入的全業(yè)務(wù)平臺(tái)［9］。本文在充分發(fā)揮PON技術(shù)和成本優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，在CO（中心局）基于NFV實(shí)現(xiàn)固移處理資源的融合共享，并引入WDM環(huán)路平衡固、移的傳輸質(zhì)量要求，提出一種可行的固移融合接入網(wǎng)架構(gòu)，幫助全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商擺脫現(xiàn)有的接入網(wǎng)困境。

2 固移融合接入網(wǎng)架構(gòu)

NFV由ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）提出并規(guī)范，旨在盡可能采用通用硬件作為網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)，功能盡量由軟件實(shí)現(xiàn)，從而消除功能對(duì)硬件的依賴(lài)，使得網(wǎng)絡(luò)可虛擬化，最終促使網(wǎng)絡(luò)建維成本大幅降低，并使網(wǎng)絡(luò)功能可動(dòng)態(tài)適應(yīng)不斷出現(xiàn)的新業(yè)務(wù)要求。

NFV為固移網(wǎng)絡(luò)融合創(chuàng)造了有利條件，能夠在一個(gè)通用硬件平臺(tái)上形成同時(shí)滿(mǎn)足固、移需求的功能系統(tǒng)。因此，對(duì)于接入網(wǎng)而言，可以借助NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)固移接入的融合，AT&T與ON.Lab等共同推進(jìn)的項(xiàng)目CORD（中心局的數(shù)據(jù)中心化重構(gòu)）就是基于上述思路。

圖2所示為本文提出的適合于全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商的固移融合接入網(wǎng)架構(gòu)，主要包括3個(gè)部分:CO、WDM環(huán)路和PON接入。該架構(gòu)改變了現(xiàn)有固寬接入和移動(dòng)寬帶接入分離的局面，采用NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)固、移處理資源的融合共享，采用WDM環(huán)路和PON的結(jié)合來(lái)平衡固、移的接入性能差異。

圖2 固移融合接入網(wǎng)架構(gòu)

當(dāng)前，大容量、少局所是CO的部署趨勢(shì)。根據(jù)美國(guó)運(yùn)營(yíng)商Verizon的調(diào)研結(jié)論［10］，30～40 km是各種因素權(quán)衡下CO的最佳覆蓋范圍。本架構(gòu)中，由于采用WDM環(huán)路與PON結(jié)合，可以在依然使用簡(jiǎn)單、低成本PON的基礎(chǔ)上滿(mǎn)足上述CO覆蓋范圍的要求，將復(fù)雜處理功能集中到少量CO節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，基于NFV技術(shù)在通用硬件平臺(tái)（交換機(jī)、服務(wù)器和存儲(chǔ)器等）上以虛擬化方式實(shí)現(xiàn)OLT、CPE（客戶(hù)終端設(shè)備）、PE（運(yùn)營(yíng)商路由器）、BBU（室內(nèi)基帶單元）和BAS（寬帶接入服務(wù)器）等功能，不僅能通過(guò)CO內(nèi)固、移處理資源的共享來(lái)降低硬件平臺(tái)成本，還能促進(jìn)新業(yè)務(wù)的快速開(kāi)發(fā)和部署，并利于通過(guò)固移協(xié)同來(lái)提升用戶(hù)體驗(yàn)。

WDM環(huán)路可根據(jù)傳輸容量和距離選擇密集波分復(fù)用或粗波分復(fù)用技術(shù)。環(huán)形拓?fù)淅诟鶕?jù)需要進(jìn)行光路保護(hù)，提高相應(yīng)的生存性能。由于采用WDM技術(shù)，可根據(jù)接入域環(huán)路傳輸距離有限或速率較低等應(yīng)用要求進(jìn)行必要的功能簡(jiǎn)化（相對(duì)于長(zhǎng)途、城域的WDM技術(shù)），WDM環(huán)路可以低成本地實(shí)現(xiàn)高可靠、高質(zhì)量和大容量的傳輸。

環(huán)路遠(yuǎn)端單元的支路板卡有兩種。一種具備基本的PON功能，比如PHY（物理層）功能（如突發(fā)接收等），其他復(fù)雜功能可被集中到CO以v OLT方式實(shí)現(xiàn)。CPE的復(fù)雜功能亦被集中到CO以vCPE方式實(shí)現(xiàn)，利于運(yùn)營(yíng)商流量經(jīng)營(yíng)和新業(yè)務(wù)的部署。

C-RAN架構(gòu)中的RRU可以通過(guò)ONU接入，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)前傳；非C-RAN架構(gòu)的基站也可以通過(guò)ONU接入，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)回傳。C-RAN架構(gòu)的BBU在CO中以vBBU的方式實(shí)現(xiàn)。需要指出的是，由于速率大幅提升，5G的C-RAN前傳帶寬要求增長(zhǎng)近百倍，可通過(guò)改變現(xiàn)有CPRI（通用公共無(wú)線接口）位置（Split-PHY方案）來(lái)減輕對(duì)PON的帶寬壓力［11］。

環(huán)路遠(yuǎn)端單元的另一種支路板卡無(wú)需PON功能，其可根據(jù)帶寬、位置等實(shí)際應(yīng)用需要直接接入固寬的大客戶(hù)、移動(dòng)的RRU或基站。

該架構(gòu)充分發(fā)揮PON低成本、多址接入的優(yōu)勢(shì)，且并不因傳輸距離和容量的高要求而在色散補(bǔ)償、器件性能、波長(zhǎng)可調(diào)、調(diào)制格式和DSP（數(shù)字信號(hào)處理）等方面引起PON技術(shù)復(fù)雜化，從而保持了PON的簡(jiǎn)單和廉價(jià)。

3 結(jié)束語(yǔ)

為了滿(mǎn)足固定和移動(dòng)用戶(hù)帶寬需求的持續(xù)提升，WDM逐漸被應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)邊緣。當(dāng)前，運(yùn)營(yíng)商不僅陷入互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)致的量收剪刀差困境，而且面臨著全業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)受到NFV等新理念的沖擊。本文針對(duì)全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商的發(fā)展需求，提出一種固移融合接入網(wǎng)架構(gòu)，基于NFV實(shí)現(xiàn)固移處理資源的共享，基于WDM環(huán)路和PON的結(jié)合平衡固、移接入差異，較好地滿(mǎn)足了接入域的簡(jiǎn)單、低成本要求。

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Study on Architecture of Fixed-Mobile Convergent Access Network

ZHANG Xin-quan1，2，CHENG Rong3，HE Wei1，2，YANG Qi1，2
（1.State Key Laboratory of Optical Communication Technologies and Networks，Wuhan 430074，China；2.Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications，Wuhan 430074，China；3.Fiber Home Telecommunication Technologies Co.，Ltd.，Wuhan 430074，China）

Telecom carriers urgently hope to relieve the competition pressure via fixed-mobile convergent network.In order to deal with the challenges in the fixed-mobile convergence related with bandwidth，survivability and cost，China Unicom has promoted G.metro standard in ITU-T.Based on the requirements of G.metro，an architecture of fixed-mobile convergent access network is proposed.It achieves sharing of resources based on NFV，and balances the differences between the fixed and mobile accesses based on the combination of WDM loop and PON，while keeping the requirements of simplicity and low cost.

WDM；access；fixed-mobile convergence；NFV

TN915

A

1005-8788（2016）05-0016-03

10.13756/j.gtxyj.2016.05.005

2016-06-23

工信部軟科學(xué)項(xiàng)目資助（2015-R-37）

張新全（1974-），男，湖北枝江人。高級(jí)工程師，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楦咚俟饨尤牒凸鈧魉汀?/p>