能满足未来业务需求的分布式IP/以太网DSLAM

随着复杂性的增加以及对包处理和吞吐量需求的提高,市场更加迫切需要高性价比的分布式DSLAM架构来满足最后一公里业务处理的需求。随着新标准的不断演进和新设备容量的增加,这些需求正在逐步得到满足。

接入网络中的下一代DSLAM架构要求业务处理设备满足各种性能要求。而且必须建立成本平衡点,以便充分发挥按增长需求支付的分布式设备和网络架构的优势。

过去的DSLAM设备在网络侧和用户侧都采用ATM标准,最近都在向以太网或基于IP的采用千兆以太网连接的网络链接发展。

下一代架构

ATM是能够保证从用户一直到ISP的服务质量(QoS)的一种技术。在下一代架构中,DSLAM将终结DSL用户的ATM电路,并且必须转换成能够将用户业务可靠安全地发送给业务提供商的数据包技术。全球的电信业务提供商正在定义和推进这种新型网络架构的标准化。这些架构必须全面支持增值业务,这使得电信服务提供商能够与像有线电视公司这样的宽带业务提供商进行竞争,因为电信业务提供商正在致力于使自己变成语音、数据和视频服务的三重业务提供商。

对网络新架构的基本要求是能够完全支持IP业务,充分发挥IP本身所具有的业务种类丰富的优势,并利用低成本的以太网传输和交换技术。下一代基于包技术而非ATM技术的DSLAM就是基于这些要求的产物。

典型的基于数据包的DSLAM架构是基于以太网“二层”的DSLAM。在这些DSLAM中,用户业务回传到采用以太网VLAN与以太网组播相结合的城域宽带远程接入服务器(BRAS),即所谓的宽带网络网关(BBNG)。这允许回传网络可以基于比ATM廉价的以太网网络。在某些情况下,可以在DSLAM中加入IP协议“三层”的功能,这些功能包括从用于小型远程DSLAM的BRAS卸载功能(如本地会话终接/汇聚),到用于大型和中心DSLAM的BRAS功能。

在其它一些情况下,可能会使用多协议层业务(MLS)来在区域性宽带网络中传送业务流。因此下一代DSLAM必须提供能够以简单、高性价比的方式适应任何上述情况的架构。

传统的DSLAM架构

图1:传统的DSLAM架构

对于最初时期(1999~2001)所部署的典型DSL网络架构,从用户到BRAS之间采用ATM PVC,在BRAS这里,PPP会话要么被终接,要么使用L2TP技术通过隧道连接到ISP。BRAS主要用作会话管理(AAA功能和IP业务),并作为到网络业务提供商(NSP)的接口。

在这种架构中,DSLAM用作为简单的二层ATM复用器或集中器。对于基于ATM的DSLAM应用,仅支持ATM的设备和架构被证明是成功的解决方案。然而,DSLAM市场上很快出现了以太网和IP DSLAM。这些类型的DSLAM要求使用ATM技术处理DSL环路上的业务,并要求使用数据包技术处理回传网络连接。

DSLAM架构的演进

DSL接入网络从ATM向以太网演进背后的动力来自两方面:首先,目前的网络架构只支持尽力而为的业务,今后必须过渡到性能远远优于目前架构的、支持丰富的混合增强业务的多业务架构,这些业务包括先进业务处理技术支持的三重业务和服务质量(QoS)机制。

其次,基于ATM的接入网络虽然能够支持这些业务,但扩展性差,成本太高,无法提供用户可接受的解决方案。正是基本这些因素,供应商们选择了基于以太网和IP的架构来弥补这些缺陷。

基于以太网的架构也是分阶段演进的(见图2)。

图2:DSLAM架构的演进过程

第一步是传统的宽带架构,在最后一公里采用ATM over DSL技术提供各种DSL(ADSL、SDSL和VDSL)的组合。从DSLAM开始向上的第二公里(以下简称为第二公里),则采用各种ATM技术传送到ATM交换机,然后进入BRAS。

第二步利用了千兆以太网技术。这是一项在20世纪90年代中期建立传统宽带架构时还没有出现的技术。采用千兆以太网技术不仅可以减少DSLAM设备本身的接口成本,也能减少以太网交换机中和进入BRAS的业务的汇聚成本。

图3:城域宽带网架构

图4:分布式DSLAM架构

最后一步是发展成EFM(最后一公里中的以太网)标准。这出现在光纤深入到接入网络的时候。或者是接到支持EFM铜线的节点(VDSL上的以太网),或是完全光纤解决方案(单模光纤上的EFM)。

基于以太网的DSLAM架构

下一代基于数据包的DSLAM架构概念形成的一种方法,就是理解用户业务流进网络时的基本工作原理。首先,由ATM AAL5 SAR处理用户业务数据,并将这些基于ATM的DSL业务流转换成以太网帧。然后以太网业务流被交换到向网络发送数据的汇聚卡。随后的一系列操作都是在以太网帧上完成的。

用于DSL回传的以太网支持设备的最重要的特征是,它构成公用以太网演进宏伟蓝图的一部分。这建立在城域以太网中的先进技术上,从最初的10G以太网联盟(10GEA),到目前的城域以太网论坛的工作,以及最后一公里上以太网(EFM)技术的发展。以下是公用以太网架构的一些特点:

1. 灵活性好；

2. 可升级性好；

3. 可提供较低的设备成本；

4. 满足第二公里网络中带宽的短期需求；

5. 向运营商提供一个技术平台,它可以随着今后带宽需求的增加移植到最后一公里(用户和第一个网络节点之间)中,无论是铜线接入还是光纤接入；

6. 成本降低。一个有利于DSLAM上行业务流的重要论据建立在以下的事实上,即由于省去了昂贵的大容量ATM交换机,从而使支出成本(CAPEX)成本大大降低。在宽带业务迅速增加从而需要大量的ATM PVC时,这一点是至关重要的；

7. 可以省掉指配上千条ATM PVC的高额运营支出(OPEX)；

8. IP/ATM/Sonet/SDH各层所需的管理工具和管理人员必须分别管理。

ATM与以太网的比较

在许多情况下,网络中存在空闲ATM和Sonet/SDH容量,运营商都乐意利用它们,而不是投资建设新的回传装置。不过为了更好地提供新业务,也有一些运营商坚持认为,减少集线或DSLAM中的资源竞用对他们来说是非常重要的。对于以太网来说这也是非常重要的一点(见表1)。

表1:传统的ATM架构与以太网架构的特点比较

另一个被关注的问题是,运营商已经对与其所不愿意放弃的业务和网络指配有关的ATM回传装置有了实质性的投资。持相反观点的是那些依赖以太网能提供的低成本来进行迅速部署并寻求巨大利益增长的运营商。

同样,使用ATM回传装置的运营商们不需要学习过程。他们非常了解ATM机制,熟悉ATM设备,这种设备他们已经部署了许多年了。然而一些运营商认为,以太网的优点是如此巨大,以致于以太网的采纳最终将是不可避免的,并且越早采纳越有利。

第四点与业务有关。以ATM为中心的解决方案支持者经常说,作为起源的语音业务是他们市场计划的重要组成部分,他们倾向于提供ATM上的语音服务。而对以太网解决方案更感兴趣的运营商则把VoIP当作是重要武器,他们认识到这意味着形成高性价比的解决方案时所需的大量带宽。

最终新技术的发展将取决于不同运营商的观点和他们的长期网络规划目标。这些影响导致了两种不同的技术。因此,对于以ATM为回传方案实现的迁移将以光纤革命为目标,利用ATM无源光网络(PON)和ATM VDSL作为终接。而以太网回传方案通常只是最后一公里以太网的起点,伴随光纤在网络中的深入普及,EFM将成为这场向光纤迁移的目标。

基于以太网的分布式DSLAM架构

随着以太网DSLAM的演进,微型DSLAM的部署将日益普遍。微型DSLAM方案允许在远端布置小型高性价比的设备,并提供较大的业务覆盖。如果采用传统的大型DSLAM,价格将非常昂贵。微型DSLAM非常适合用于分布式架构。

下一代分布式DSLAM架构将使用微型DSLAM。这些微型DSLAM提供各种不同的接口。通过简单地配置带ADSL-2、VDSL或快速以太网收发器这样的用户接口的微型DSLAM能支持各种用户端接口。另外,微型DSLAM应支持各种上行接口,其中最重要的是双千兆以太网上行链路,因为这是最常用的配置。

这些DSLAM应能平滑升级,可以从简单的低密度微型DSLAM一直升级到支持上千用户线的大型中心局DSLAM。从通用的线卡开始,可以通过往卡上简单地增加适当的结构配置和上行链路选件来构成一个微型DSLAM。

通过微型DSLAM的上行接口将它们菊接在一起,微型DSLAM可实现堆叠。在采用以太网上行链路时,它们还可以通过独立的外部以太网交换机实现汇聚。相同的基本架构(也许确切地说是板卡)可以与千兆以太网交换设备一起放进机架内,从而构成大型的DSLAM。

分布式DSLAM的优点

分布式架构的优点帮助它们目前变得流行起来。它允许一块单卡,即可以用于大型DSLAM子架(作为插拔式线卡),也可以用于微型DSLAM小型结构(作为独立的远端DSLAM)。微型DSLAM装置采用非常方便的“按增长支付”方法,可以通过多个盒子的“堆叠”来增加用户数量。

本地业务处理可以在微型DSLAM中完成,这样做有许多好处。它允许通过千兆以太网链路来远程连接线卡,并对上行链路卡来说逻辑上等效于本地线路卡。如果没有本地业务处理功能,线卡上的流量控制将变得很复杂(因为必须集中管理)。

同时线卡还能实现空间和逻辑组播,节省设备带宽,并简化上行链路卡组播。上行链路卡要求组播只基于每个单卡而不是基于每个连接。

当用户由同一块线卡提供服务时,微型DSLAM还能实现对等业务的本地交换,从而节省了回传带宽,甚至可以潜在地节省底板资源。因为降低了上行链路卡的要求,因此可以实现升级性能好、基于“按增长支付”机架的解决方案。

DSLAM机架的入门价在机架只有部分被使用时会低很多。例如,如果在有16个卡的集中式机架中只配置两块“哑”线卡,那么冗余成本、更高价格的上行链路/阵列卡(uplink/fabric card)将占初始系统成本的主要部分。相反,配置两块具有低成本的上行链路卡的“聪慧”线卡将显著减轻这种成本结构,使初始机架配置成本比较低,以后再随着线卡的增加以更线性地方式增加成本。

与具有固定功能微型DSLAM业务处理器的集中型架构相比,在微型DSLAM中带有智能业务处理单元的架构能够更好地适应市场发展要求。微型DSLAM上的智能业务处理器允许通过简单的软件升级来实现新功能的增加,同时能够避免代价高昂的现场硬件升级。

随着对DSLAM的数据包处理和吞吐量要求的增加,总的市场趋势将朝着分布式架构发展。现在这种分布式架构已经变得经济可行,这是因为采用了专门针对这种应用开发的低成本接入网络处理器。

由于这些因素,将形成向基于以太网背板方向发展的趋势,而不是更昂贵的基于交换架构的背板。由于要求背板具有更高的吞吐量,故基于传统总线的背板将不再适用。

微型DSLAM处理需求

理想的微型DSLAM必须拥有能够满足下一代DSLAM要求的一系列功能。

1. 灵活性

对于能够构成任意级别的DSLAM的可升级架构而言,端口接口类型和端口数量的配置灵活性是至关重要的。这种端口灵活性可以确保兼容任意的DSL收发器接口类型。另外,它还允许在一系列不同的产品中使用相同的基线卡架构。

2. 吞吐量

吞吐能力不仅应该满足目前应用的需要,而且还应在不需要对主要软件进行重写或重新配给的条件下,能满足今后更高速度的应用的需求。

3. 处理功能支持

可以在不影响吞吐量的条件下支持更大范围的处理功能。例如:满足现有和今后应用需求的能力,包括从只提供高速互联网访问到其业务调度、修整和更改的复杂度更高的全功能三重业务。新的需求应该只通过软件的升级就能实现。

4. 经济性

在提供上面提到的功能时,必须有一个合理的成本平衡点,它使得业务的部署经济可行。微型DSLAM必须是一个低成本的系统解决方案,该方案能采用片上控制面处理器,使用低成本外部存储器,提供允许简单路由的数据包,并能采用低成本的PCB设计。

上述各项是一些常规要求。根据以上这些要求,很明显要求微型DSLAM具有大量关键的处理功能。除了一些基本功能外,还要求提供的其它功能有:

1. 具有深度包检查的数据包分类功能；

2. 灵活的数据包修改和CRC产生功能；

3. 基于流量的业务处理功能；

4. 成熟的策略和统计功能；

5. 缓冲管理、拥塞控制和业务调度功能。

针对DSLAM线卡需要支持的各种已经确定了的处理功能,而考虑到这些功能也将随着网络的成熟而演进,因此,可编程处理器是能够确保未来适用架构的唯一有效途径。进一步说,实现这样架构的关键是软件框架,该框架应能允许在为应用增添新功能的同时,进行迅速的应用开发,并且所有这些功能只需少量代码即可实现。

下一代接入网络

DSLAM用作IP路由器--本质上是一个整合了IP路由器的DSLAM。用户的PVC在这里实现终结和路由,所有的IP业务被汇聚到单条二层上行链路上,不过每个用户的身份将仍需要在BRAS中根据源IP地址(依赖于BRAS)来确定。此时PPPoE不能用在路由器到BRAS之间。它可以工作在没有BRAS和只有一个ISP的小型网络中,或者用于不想提供IP业务的运营商。

DSLAM用作具有VLAN映射功能的桥--此时的DSLAM桥采用以太网成帧技术,并为每个用户追加不同的802.1q VLAN标识。由于以太网交换机通常是透明地建立隧道连接而不去了解每个802.1q标识,因此交换机中不需要采取任何措施,而且每个用户也不会由位于二层上的BRAS进行分离。因为二层的这种透明性,这种方案能够很好地应用PPPoE和其它二层协议。通过采用1q标签作为标识符,可以为商业用户提供简单形式的QoS。

DSLAM用于直接桥接--这非常简单,因为它是一个纯以太网模型,不需要在二层维持逻辑用户的分离,因此第二层可以透明地桥接通过网络。PPPoE和其它二层协议都可以很好地使用。这种架构能够与PPPoE配合得非常好,用户身份可以由PPPoE会话ID来维持。

DSLAM用作L2TP LAC--在这种模型中,DSLAM将终结L2TP隧道中的PPPoE隧道会话。因此所有ISP的会话都使用相同的隧道。显然,为了保证弹性,运营商可以创建后备隧道。集中式BRAS群从DSLAM开始终结隧道,而DSLAM和BRAS之间的整个网络都基于IP协议。

作者:Sachin Kumar Jain

高级软件工程师

HPC-DSL业务部

意法半导体公司

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