在傳統的以DSLAM為主要接入方式的接入網絡中,組播的復制點通常集中在BRAS或DSLAM上,由BRAS或DSLAM設備作為組播數據的控制接入點,控制用戶對組播頻道的數據請求,當用戶加入某個組播組時,加入消息通常在這兩個設備上進行終結或處理,并把組播數據發送到組播請求所進入的電路上。
目前由于用戶帶寬需求的增長和“光進銅退”的趨勢,以大容量DSLAM為主要設備的接入網絡正向以xPON為主要技術的光纖接入網絡演變。因此研究IPTV業務在FTTx接入模式中,尤其是FTTB/C+MTU/MDU/FTTH的接入場景具有很重要的現實意義,因為這兩種模式預計將是近期開展FTTx部署的主要模式,而FTTH由于目前投資巨大,投資收益比相對較低,在近期預計不會大規模建設,但FTTH在帶寬提供上幾乎沒有限制,將會是未來的發展方向。
在組播應用場景中,主要分為ONT/HGU和ONT+HGU類型,這兩種類型的主要差別在于:在ONT/HGU模式下,ONT/HGU通過用戶側端口直接連接用戶終端,當用戶申請組播數據時,ONT/HGU根據可控組播將用戶申請的組播數據復制到不同的用戶端口上;在ONT+HGU的模式下,由于HGU與ONT之間通常是采用VLAN方式進行數據交互,因此當用戶請求組播數據時,ONT需要根據用戶所請求的VLAN以及組播VLAN進行數據復制和發送。
在OLT的網絡側,通常組播數據會被推送到OLT上,并且一般會使用組播VLAN的方法(即使用某個SVLAN標識組播業務)來承載組播數據。OLT再根據用戶組播請求或ONT/HGU的組播請求將組播數據通過廣播LLID發送到ONT/HGU設備上。
可控組播方面(或IPTV業務),通常在FTTH應用場景下,組播的控制點在OLT上,執行點在ONT/HGU上,控制點OLT通過OMCI通道把可控組播的相關控制信息發送到ONT/HGU上,當用戶請求組播數據時,ONT/HGU根據可控組播信息對用戶請求的組播數據進行控制,并記錄用戶使用組播業務的相關統計信息。
對于在接入網絡設備上體現基于組播的IPTV業務,主要有業務承載、業務控制、業務管理和用戶體驗四個部分。業務承載主要指承載組播業務時的組播VLAN、組播協議處理,以及組播數據流在系統內的復制方法。業務控制主要指實現業務接納控制有關的功能,主要有業務的暫停和恢復、帶寬控制、CAC、PRV以及點播節目數限制和源MAC控制等與業務使用過程中的有關控制過程。
業務管理則主要是指以直播頻道打包,即套餐和記錄用戶使用IPTV業務有關的業務使用信息CDR等,用于用戶的業務申請和記錄,可以為后續業務的使用和計費等提供相關的統計信息和業務運營信息。用戶體驗是指為用戶提供較好體驗服務的前提下,針對接入網絡設備所采取的一些優化處理方法和功能,這些優化的處理方法和功能主要有組播預加入、快速離開和通用leave等。
由于把接入網絡中的OLT和ONT/HGU作為組播業務分發的POP點,結合IPTV業務功能要求,需要這兩類設備都對用戶的組播請求進行監控和處理,對基于組播技術的IPTV業務進行業務的配置、控制、統計和承載,合理地將原來用戶對組播業務的無管理、不能運營的業務使用過程變為有序、合理和可運營的業務開展過程,并通過對業務體驗質量的不斷優化,更好地為用戶提供高質量、滿意的業務體驗過程。
IPTV可控組播對PON的需求
IPTV業務對可控組播功能的需求主要有以下方面:
1.在PON接口上,OLT通過廣播信道以單拷貝廣播(SCB)方式將組播內容分發給所有ONT/HGU;
2.EPON系統應支持采用組播組控制協議,如IGMP PROXY、IGMP SPR和IGMP TS,在多用戶端口和ONT+HGU的場景下,主要采用IGMP PROXY的組播組管理方法;
3.對于IPTV業務中對頻道等控制權限的通信方面,通過在OMCI消息控制ONT/HGU對組播數據報文的轉發控制機制;
4. EPON系統應支持組播VLAN,通過劃分組播專用的VLAN,即組播業務使用一個或者多個專用于組播業務的VLAN實現與其它業務相隔離,一個組播VLAN對應一個組播頻道或者一個頻道組(指一個權限統一管理的組播頻道的集合),一個組播頻道僅屬于一個特定的組播VLAN,在SCB信道中傳送的組播業務流均帶有組播VLAN tag,用戶的其它數據流(包括單播業務以及上行的IGMP報文等)劃入另外的單播VLAN/CVLAN;
5.組播VLAN信息也通過OMCI方式發送到ONT/HGU上,以便在ONT/HGU上實現跨VLAN的組播;
6.組播頻道控制,也就是CAC,具體實現可以采用頻道套餐的方式,每個頻道套餐中,對于每個頻道可以定義拒絕/預覽/收看三種權限;
7.對于組播業務的運營,需要給出用戶級別、頻道級別的各種統計,以便進行組播運營維護,同時通過CDR上報每個用戶的計費信息。
由于IPTV業務的快速增長和運營商對組播業務可管理、可運營的要求,針對組播技術的可控組播要求變得越來越重要,如控制用戶訪問組播業務的接納控制要求,記錄用戶使用情況的統計要求,以及支撐業務分析的功能要求等。
在傳統的以DSLAM為主要接入方式的接入網絡中,組播的復制點通常集中在BRAS或DSLAM上,由BRAS或DSLAM設備作為組播數據的控制接入點,控制用戶對組播頻道的數據請求,當用戶加入某個組播組時,加入消息通常在這兩個設備上進行終結或處理,并把組播數據發送到組播請求所進入的電路上。
目前由于用戶帶寬需求的增長和“光進銅退”的趨勢,以大容量DSLAM為主要設備的接入網絡正向以xPON為主要技術的光纖接入網絡演變。因此研究IPTV業務在FTTx接入模式中,尤其是FTTB/C+MTU/MDU/FTTH的接入場景具有很重要的現實意義,因為這兩種模式預計將是近期開展FTTx部署的主要模式,而FTTH由于目前投資巨大,投資收益比相對較低,在近期預計不會大規模建設,但FTTH在帶寬提供上幾乎沒有限制,將會是未來的發展方向。
OLT和ONT需對用戶請求具處理能力
在組播應用場景中,主要分為ONT/HGU和ONT+HGU類型,這兩種類型的主要差別在于:在ONT/HGU模式下,ONT/HGU通過用戶側端口直接連接用戶終端,當用戶申請組播數據時,ONT/HGU根據可控組播將用戶申請的組播數據復制到不同的用戶端口上;在ONT+HGU的模式下,由于HGU與ONT之間通常是采用VLAN方式進行數據交互,因此當用戶請求組播數據時,ONT需要根據用戶所請求的VLAN以及組播VLAN進行數據復制和發送。
在OLT的網絡側,通常組播數據會被推送到OLT上,并且一般會使用組播VLAN的方法(即使用某個SVLAN標識組播業務)來承載組播數據。OLT再根據用戶組播請求或ONT/HGU的組播請求將組播數據通過廣播LLID發送到ONT/HGU設備上。
可控組播方面(或IPTV業務),通常在FTTH應用場景下,組播的控制點在OLT上,執行點在ONT/HGU上,控制點OLT通過OMCI通道把可控組播的相關控制信息發送到ONT/HGU上,當用戶請求組播數據時,ONT/HGU根據可控組播信息對用戶請求的組播數據進行控制,并記錄用戶使用組播業務的相關統計信息。
對于在接入網絡設備上體現基于組播的IPTV業務,主要有業務承載、業務控制、業務管理和用戶體驗四個部分。業務承載主要指承載組播業務時的組播VLAN、組播協議處理,以及組播數據流在系統內的復制方法。業務控制主要指實現業務接納控制有關的功能,主要有業務的暫停和恢復、帶寬控制、CAC、PRV以及點播節目數限制和源MAC控制等與業務使用過程中的有關控制過程。
業務管理則主要是指以直播頻道打包,即套餐和記錄用戶使用IPTV業務有關的業務使用信息CDR等,用于用戶的業務申請和記錄,可以為后續業務的使用和計費等提供相關的統計信息和業務運營信息。用戶體驗是指為用戶提供較好體驗服務的前提下,針對接入網絡設備所采取的一些優化處理方法和功能,這些優化的處理方法和功能主要有組播預加入、快速離開和通用leave等。
由于把接入網絡中的OLT和ONT/HGU作為組播業務分發的POP點,結合IPTV業務功能要求,需要這兩類設備都對用戶的組播請求進行監控和處理,對基于組播技術的IPTV業務進行業務的配置、控制、統計和承載,合理地將原來用戶對組播業務的無管理、不能運營的業務使用過程變為有序、合理和可運營的業務開展過程,并通過對業務體驗質量的不斷優化,更好地為用戶提供高質量、滿意的業務體驗過程。
IPTV可控組播對PON的需求
IPTV業務對可控組播功能的需求主要有以下方面:
1.在PON接口上,OLT通過廣播信道以單拷貝廣播(SCB)方式將組播內容分發給所有ONT/HGU;
2.EPON系統應支持采用組播組控制協議,如IGMP PROXY、IGMP SPR和IGMP TS,在多用戶端口和ONT+HGU的場景下,主要采用IGMP PROXY的組播組管理方法;
3.對于IPTV業務中對頻道等控制權限的通信方面,通過在OMCI消息控制ONT/HGU對組播數據報文的轉發控制機制;
4. EPON系統應支持組播VLAN,通過劃分組播專用的VLAN,即組播業務使用一個或者多個專用于組播業務的VLAN實現與其它業務相隔離,一個組播VLAN對應一個組播頻道或者一個頻道組(指一個權限統一管理的組播頻道的集合),一個組播頻道僅屬于一個特定的組播VLAN,在SCB信道中傳送的組播業務流均帶有組播VLAN tag,用戶的其它數據流(包括單播業務以及上行的IGMP報文等)劃入另外的單播VLAN/CVLAN;
5.組播VLAN信息也通過OMCI方式發送到ONT/HGU上,以便在ONT/HGU上實現跨VLAN的組播;
6.組播頻道控制,也就是CAC,具體實現可以采用頻道套餐的方式,每個頻道套餐中,對于每個頻道可以定義拒絕/預覽/收看三種權限;
7.對于組播業務的運營,需要給出用戶級別、頻道級別的各種統計,以便進行組播運營維護,同時通過CDR上報每個用戶的計費信息。
三種組播復制方法
為了適應運營商多邊緣、單邊緣網絡結構和跨VLAN的組播復制方式,組播復制模式主要有三種。
模式1
對于以組播為主的IPTV業務使用一個固定的VLAN作為承載業務的通道,基于IPTV業務的單播和組播兩種數據流都承載到相同的VLAN106中,當從SR來的組播數據到達OLT時,在OLT上通過VLAN106分發到不同的ONU上,完成一級組播復制,而在ONU上,也通過相同的VLAN106把組播數據包復制到不同的IPTV業務終端上,進而完成下一級組播復制。在ONU上則通過啟用IGMP SP,SPR來對IGMP協議進行處理,從而控制數據流在不同端口之間的復制轉發。
模式2
對從ONU到SR之間的的VLAN進行進一步的區分,把模式1中統一承載單播和組播的VLAN區分為單播VLAN1061和組播VLAN1060。當組播流量通過SR推送到OLT和ONU上后,ONU作為接入點,需要對組播VLAN1060進行翻譯后,對應到用戶IGMP請求所帶來的VLAN106,從而實現跨VLAN的組播復制。
模式3
為了適應當多用戶VLAN映射到一個VLAN的應用場景,每個用戶的多個業務映射到同樣的VLAN中,如VLAN101-VLAN106映射到VLAN1,當組播數據從BRAS通過OLT復制到ONU上后,組播數據所在的VLAN1060需要通過翻譯,把組播VLAN1060轉換到用戶請求組播數據時所承載的VLAN中,從而實現組播在ONU上的復制。在這種復制模式中,用戶的組播IGMP上行報文采用的是CVLAN發送到BRAS。使用CVLAN的目的是為了讓BRAS能夠通過CLAN定位用戶,進行其他處理,如帶寬調整等。
組播控制消息方法
組播的控制信息和網管信息是NMS通過SNMP與OLT交互,在OLT與ONT/HGU之間則通過OMCI進行組播控制信息交互。例如,用戶加入組播組過程為:
1.用戶的IGMP REPORT消息發到ONT/HGU時,它將REPORT報文通傳到OLT;
2.OLT收到REPORT消息后進行組播的權限認證,如果通過則下發可控組播信息到ONT/HGU;
3.ONT/HGU收到可控組播控制信息,則生成組播轉發條目。
OLT上的CDR(Call Detail Record)呼叫信息記錄功能,記錄用戶的基本訪問信息[包括IGMP請求類型(加入、離開)、IGMP請求時間、用戶標識、申請訪問的頻道、頻道權限、IGMP請求成功/失敗、離開方式(強制、自主離開)、CDR記錄產生時間等]。CDR信息定時同步到管理系統一般有:定時上報;批量上報,即記錄到一定的數據量后自動上報;強制上報,即管理員人工強制OLT進行CDR上報。
輕載下的QoS
IPTV業務對組播QoS主要的要求反映在分類、調度、帶寬、時延、抖動、丟包率、故障恢復時間等參數上。寬帶接入網絡總體上應保持輕載,對不同業務流實現分類的流量控制和差異化轉發;對統一視訊業務進行動態接納控制,保證承載網不發生過載。
組播QoS中時延等參數的要求如下表所示。
QoS時延關系
基于PON的業界主流組播解決方案,中興組播和IPTV業務解決方案為目前業界主流的組播解決方案之一,它是綜合IPTV中間件系統、SMS、OLT、ONT/HGU的綜合的IPTV解決方案,針對IPTV業務的特點和網絡特點,形成一整套可管理、可運營的解決方案,從中我們可以看到基于PON的組播解決方案的主要特點如下:
1.結合EPON中網絡拓撲特點和點到多點的數據廣播特點,IPTV業務的控制在實現上可以滿足組播推送層次接近用戶側設備的特點,并結合針對組播業務進行優化,提高用戶使用IPTV業務的滿意度;
2.在承載層上,基于組播的IPTV業務具有完善的有業務承載、業務控制、業務管理和用戶體驗功能,基于MVLAN的業務承載符合相關標準,提高系統的互聯互通能力,完善的業務控制和管理功能保證了運營商在業務發布和投放后對用戶使用業務的安全性,而優化的協議處理則最大限度地提高用戶使用業務的滿意度;
3.與IPTV業務控制配合使用的IGMP協議部分,充分結合標準和協議規范,滿足IGMP PROXY、IGMP SPR和IGMP TS等多種工作模式,最大限度地提高組網和開通業務的適應性、可操作性和互聯互通性;
4.提供完善的與IPTV業務有關的CAC和相關統計信息,滿足業務運營分析、計費統計和用戶使用偏好等相關業務分析所需的基礎數據,在更大的限度上為IPTV業務的有效運營提供參考和分析依據;
5.配合高性能的硬件交換芯片,為組播數據流提供線速轉發和復制能力。