智能化光接入网带宽分配和控制管理技术研究

席鹏飞

摘要：本文以智能化光接入网的带宽分配与控制管理为探讨主题，分析光接入网的基本定义、网络架构与智能化接入网的特性，从静态带宽分配、多线程轮询方案与控制帧的设计三方面阐述长距离PON带宽分配机制，通过总结宽带接入网管理的发展现状，提出B/S分布式体系结构，与接入网网络管理技术，为智能化光接入网资分配与管理的高效发展提供合理建议。

关键词：智能化光接入网；带宽分配；控制管理技术

引言：现阶段光纤通信已经逐渐成为电信网络的骨干网，大幅增加系统带宽的实际容量，随着网络游戏与视频直播等产业的快速发展，高带宽相关的业务需求迅速增加。多种业务的融合发展对接入网的承载能力提出了更高要求，业务类型不同，其对应的时延特性也存在一定差异，这使得网络控制管理的实践难度越来越高，如何科学分配带宽资源、优化控制管理是接入网发展面临的主要问题。

1 光接入网与智能化基本概述

1.1光接入网定义

传统接入网的传输媒介主要是双绞线与铜缆，光接入网的主要传输媒介是光纤，以光纤通信为核心的光传输系统用于远端交换模块、本地交换机等与用户之间的通信连接。相比于传统的光传输系统，光接入网存在较大不同，其是光传输系统的一种特殊类型，以接入网的实际环境作为设计对象。光接入网主要分为两种类型，一是AON有源光网络，二是PON无源光网络，两者区别在于光接入网的室外传输设施中，是否存在有源设备^[1]。

1.2光接入网的网络架构

本质意义上，本地接入网光部分的网络架构形式种类较多，即可以是点到多点的无源、也可以是点到点的有源。与此同时，光纤的覆盖范围十分广泛，以用户家庭到光接入网的间隔距离来看，光纤到家、光纤到路边、光纤到楼等是光接入网网络的主要覆盖内容，除此以外，常见的还有光纤到交接箱等。

1.3智能化接入网特性

智能化接入网是一种全新的概念，在运营商的接入网中，通过对目前常见的流量识别技术加以灵活运用，实现对用户带宽与业务的动态识别，从而将用户的实际接入带宽予以临时变更，并完成相应的计费工作。与此同时，由于多种业务是由接入网同时承载的，与之对应的时延等性能要求也存在一定差异，因此在构建智能化接入网时，需要注重考量如何向网内综合多种业务，并满足各项业务内容的个性化需求。智能化接入网能够识别流量，并区分业务，可以同时承载多项业务功能，并控制质量，具有容量大、距离长的特点，既可以管理设备，还能够控制流量，切实保障PON接口数据的安全性。

2 长距离PON带宽分配机制

2.1静态带宽分配

将带宽资源予以公平分配是带宽分配算法的基本功能，并确保满足不同业务的QoS需求，有效提高带宽的实际利用率。在研究带宽分配算法的过程中，静态带宽分配是提出的第一种算法，即以一个轮询时间为基本单位，将大小相同的时隙分配给每一个ONU。虽然算法的结构较为简单，但若是应用静态带宽分配的ONU负载较小，则无法将带宽资源进行充分利用，由此进一步加大了其他ONU的时延，大幅缩减了系统的实际吞吐量^[2]。

2.2多线程轮询方案

应用多线程轮询方式并行运行的至少有两个轮询进程，一般情况下，可以用用黑色标识与红色标识区分两个线程，不需要等到第一个轮询进程结束，第二个轮询进程便可以自行发送请求信息，显著降低包时延的三项参数。多线程轮询的应用大大提高了带宽资源分配与数据传输的公平性，将空闲时间有效缩短甚至消除，外轮询进程在传输上行数据时，能够与Gate消息的传输之间交叠进行。相比于单线程的轮询方式，多线程轮询能够确保并支持多个轮询线程的同时运行。在设置线程数时，并不是仅仅只能选择两个，而是可以依据实际情况下的网络环境，与时延要求、硬件处理时间等各项指标，将线程数量予以适当增加。

2.3控制帧的设计

对于ONU与OLT之间控制消息机制的定义，形成了多点控制协议，其使得数据的有效传输效果得到大幅优化，尤其是点到多点的传输模式。MPCP对两种消息进行了特别定义，一是GATE，二是REPORT，这种MAC帧具有64个字节。目的地址、有源地址与时间戳等是这两种帧涵盖的主要信息，与此同时，含有44个字节的操作码特别字段也被MPCP保留了下来，用以服务于其他的特别功能。44字节被多线程轮序方案予以保留使用，主要目的是用于部分信息的承载，例如，REPORT消息的请求窗口就是两个字节大小，线程号为一个字节，而GATE消息的授权窗口为两个字节大小，其他字节等可以用于作为窗口授权、请求等多优先级别队列，或被保留作为其他功能。

3 智能化光接入网的控制管理技术

3.1宽带接入网管理现状

在宽带市场快速发展的环境背景下，通信用户规模不断扩大，但也大幅增加了宽带的运维压力，从现阶段通信运营商宽带业务的实际发展情况来看，用户定位故障、开通流程复杂与恢复困难是存在的主要问题，当用户业务发生故障，或对终端配置修改错误时，运营商应及时指派专业的技术人员，到用户家中定位并处理故障问题，这说明运维宽带需要消耗较多的人力资源、物力资源与财力资源等，进一步提升了宽带接入网的运营与管理成本

^[3]。要提高宽带管理效率，运营商应树立可管理、可运营的思想理念，结合现行的标准规范，优化终端设备的远程管理模式，优化其互通性与开放性。高度集中是我国大部分宽带业务模式的主要特点，运营商在拥有接入网终端所有权的同时，能够将业务与网络的接入等服务同时提供，因此在选择并确定终端设备的远程管理方案时，应充分结合自身运维流程优势、网络架构特点与业务发展的实际需求等，以集中管理为核心目标，做到按需排障，最大程度上节省人工资源。实行即插即用的管理模式，科学配置并检验所有的终端设备，避免终端的配置信息被恶意更改。除此以外，还需及时更新终端软件，提高抵御病毒攻击的防御能力。

3.2 B/S分布式体系结构

分布式软件架构体系在工业网络的管理工作中较为常见，但当今应用软件系统对B/S体系结构的应用更多，主要源于其强大的优势功能。在B/S体系结构中，可以借助互联网浏览器完成用户界面的设置工作，并在前端实现部分事务逻辑，在服务器端完成其他主要的事务逻辑。通过对成熟web技术的灵活运用，B/S结构的交互性更优秀，并且能够与浏览器内多种脚本语言所结合，不仅使得自身的功能特性更为强大，还实现了开发成本的大幅节约。交互方便是应用web网络管理模式的显著优势，以web浏览器为主要渠道，管理人员与服务器之间能够在任何地方完成交互，系统的可拓展性得到显著优化。

3.3接入网网络管理

在三网趋于融合的发展趋势下，接入网也需要加以升级与演进，对数据、语音与视频等单一网络平台上的融合服务提供支持，在逐渐扩大接入网建设规模的过程中，其内部结构的复杂度也会越来越高，对于运营商提供的多样化的网络服务，用户可以自由、灵活地选取，这便需要加强管理与控制接入网，即将带有web形式的网络代理端嵌入到设备中，达到高效管理的目的。

结束语：在网络业务普及范围逐渐扩大、业务类型逐步增多的环境背景下，光接入网的架构与管理面临着更为严峻的挑战，要切实提高光接入网的运行质量与数据传输效率，优化带宽资源的合理分配，应在贴合网络技术创新的基础上，满足业务调度需求，促进光接入网的智能化发展。

参考文献：

[1]郭晋瑜. 光载无线网络虚拟化技术研究[D].北京邮电大学,2019.

[2]黄心怡. 面向OLT集群的动态资源分配研究[D].北京邮电大学,2019.

[3]张士宗. 基于OLT集群化的灵活高效光接入网关键技术研究[D].北京邮电大学,2018.