张新全，程 容，何 炜，杨 奇

（1.光纤通信技术和网络国家重点实验室，武汉 430074； 2.武汉邮电科学研究院，武汉 430074；3.烽火通信科技股份有限公司，武汉 430074）

固移融合接入网架构研究

张新全1，2，程 容3，何 炜1，2，杨 奇1，2

（1.光纤通信技术和网络国家重点实验室，武汉 430074； 2.武汉邮电科学研究院，武汉 430074；3.烽火通信科技股份有限公司，武汉 430074）

运营商迫切需要通过网络固移融合化解全业务竞争压力，而为应对成本、带宽和生存性等接入域固移融合的挑战，中国联通在ITU-T（国际电信联盟-电信组织）推动了G.metro建议。针对G.metro需求，文章提出了一种固移融合接入网架构，基于NFV（网络功能虚拟化）实现固移处理资源共享，基于波分复用环路和PON（无源光网络）的结合平衡固、移接入差异，以满足接入域简单和低成本的要求。

波分复用；接入；固移融合；网络功能虚拟化

0 引 言

互联网经过近30年的持续发展，深刻改变了电信产业的技术演进和商业模式，运营商在电信价值链中的地位显著降低［1］。为了应对以微信为代表的OTT（over-the-top）业务冲击，逐渐走出“量收剪刀差”困境，运营商要求进行固移融合，以从架构上降低网络成本［2］。在网络层面的固移融合中，以接入域固移融合最为迫切，其目标是在一个平台接入固宽、移动回传/前传等全业务［3］。作为固宽接入的最主要技术，业界期望PON（无源光网络）成为全业务接入的技术方案。但由于不同业务对质量要求差异极大（比如家庭接入对成本敏感，移动回传重视生存性和时延，商业专线要求大带宽），在全业务场景下取得性能与成本的最佳权衡极为困难。尽管业界广泛研究了基于PON的固移融合［4］，但迄今没有形成可行的解决方案［5］。

NFV（网络功能虚拟化）是近年来网络研究的热点，其在通用硬件平台上倚重软件实现各种网络功能［6］。本文提出一种固移融合接入网架构，基于NFV实现固移处理资源融合，利用WDM（波分复用）的带宽、距离和生存性优势实现高质量传输；基于PON实现低成本、灵活的全业务接入部署。该架构的提出有利于全业务运营商开展深层次的网络固移融合，不再只是局限于浅层次的“套餐”类固移业务绑定。

1 全业务运营商的接入网困境

随着监管政策的改变，中国电信、中国移动和中国联通均已成为全业务运营商。智能终端的兴起和发展使得用户终端已经固、移融合，用户可以根据需要自主、实时、动态地选择固定或移动通信方式连接到运营商网络。相应地，运营商推出的各种“套餐”业务，无不是将固、移业务绑定在一起。但是由于网络依然处于固、移相互独立的状态，如图1所示，运营商无法以最有效的方式实现固移融合，固、移独立建网使得运营商的网络成本居高不下，且直接影响到用户的业务体验。

图1 固移网络相互独立现状

固宽接入和移动回传对传输质量的要求是不同的，由于基站切换、协同等诸多要求，移动回传网对于频率和相位（时间）同步有着严苛要求。以LTETDD（长期演进-时分双工）制式为例，频率和时间同步要求分别是50×10-9和3μs。GPON（吉比特无源光网络）采用G.984.3 Amd.2，EPON（以太网无源光网络）采用IEEE 802.1as，业界基本认同PON能够满足移动回传的同步要求［7］。但固宽接入重视成本，实际部署中极少考虑生存性，移动回传则非常强调网络鲁棒性，固、移要求仍很难真正调和统一。

在向4G、5G的演进中，移动通信将更加依赖C-RAN（集中化无线接入网）的部署方式。移动前传是C-RAN关键技术之一，要求带宽大、时延低，但由于目前尚缺乏有效的解决方案，因此普遍采用不太合理的暗光纤方式。随着移动通信速率的进一步提升，前传的带宽需求将迅速超过10 Gbit/s，PON更难满足其要求。

为了谋求PON在提供固宽家庭接入的同时，具备移动前传、移动回传和企业专线等服务能力，PON必须在传输距离、生存性和速率等方面提升性能，因此RSOA（半导体光放大器）、EDC（电色散补偿）、OFDM（正交频分复用）、PAM4（4阶脉冲幅度调制）等复杂技术纷纷被引入PON研究中，甚至还包括极其复杂的相干光接收［8］。可见，PON的性能提升，无不是以牺牲PON的简单、低成本优势为代价，是否定PON的立身之本。

由于固定、移动宽带客观上存在各自的特点，在成本、传输距离、带宽需求、生存性和OAM（操作、管理、维护）能力等方面有较大差异，如果无视这些差异企图利用PON实现强行融合，必将导致PON技术日益复杂（如色散补偿、复杂调制格式和相干接收等），成本不断上升。

虽然运营商迫切要求进行固移接入融合，但必须在充分考虑固、移差异的基础上综合平衡才能实现有效的固移融合接入网。ITU-T（国际电信联盟-电信组织）目前正在开展由中国联通提出的G.metro标准化工作，研究作为移动、专线和固宽统一接入的全业务平台［9］。本文在充分发挥PON技术和成本优势的同时，在CO（中心局）基于NFV实现固移处理资源的融合共享，并引入WDM环路平衡固、移的传输质量要求，提出一种可行的固移融合接入网架构，帮助全业务运营商摆脱现有的接入网困境。

2 固移融合接入网架构

NFV由ETSI（欧洲电信标准协会）提出并规范，旨在尽可能采用通用硬件作为网络硬件平台，功能尽量由软件实现，从而消除功能对硬件的依赖，使得网络可虚拟化，最终促使网络建维成本大幅降低，并使网络功能可动态适应不断出现的新业务要求。

NFV为固移网络融合创造了有利条件，能够在一个通用硬件平台上形成同时满足固、移需求的功能系统。因此，对于接入网而言，可以借助NFV技术实现固移接入的融合，AT&T与ON.Lab等共同推进的项目CORD（中心局的数据中心化重构）就是基于上述思路。

图2所示为本文提出的适合于全业务运营商的固移融合接入网架构，主要包括3个部分:CO、WDM环路和PON接入。该架构改变了现有固宽接入和移动宽带接入分离的局面，采用NFV技术实现固、移处理资源的融合共享，采用WDM环路和PON的结合来平衡固、移的接入性能差异。

图2 固移融合接入网架构

当前，大容量、少局所是CO的部署趋势。根据美国运营商Verizon的调研结论［10］，30～40 km是各种因素权衡下CO的最佳覆盖范围。本架构中，由于采用WDM环路与PON结合，可以在依然使用简单、低成本PON的基础上满足上述CO覆盖范围的要求，将复杂处理功能集中到少量CO节点。同时，基于NFV技术在通用硬件平台（交换机、服务器和存储器等）上以虚拟化方式实现OLT、CPE（客户终端设备）、PE（运营商路由器）、BBU（室内基带单元）和BAS（宽带接入服务器）等功能，不仅能通过CO内固、移处理资源的共享来降低硬件平台成本，还能促进新业务的快速开发和部署，并利于通过固移协同来提升用户体验。

WDM环路可根据传输容量和距离选择密集波分复用或粗波分复用技术。环形拓扑利于根据需要进行光路保护，提高相应的生存性能。由于采用WDM技术，可根据接入域环路传输距离有限或速率较低等应用要求进行必要的功能简化（相对于长途、城域的WDM技术），WDM环路可以低成本地实现高可靠、高质量和大容量的传输。

环路远端单元的支路板卡有两种。一种具备基本的PON功能，比如PHY（物理层）功能（如突发接收等），其他复杂功能可被集中到CO以v OLT方式实现。CPE的复杂功能亦被集中到CO以vCPE方式实现，利于运营商流量经营和新业务的部署。

C-RAN架构中的RRU可以通过ONU接入，从而实现移动前传；非C-RAN架构的基站也可以通过ONU接入，从而实现移动回传。C-RAN架构的BBU在CO中以vBBU的方式实现。需要指出的是，由于速率大幅提升，5G的C-RAN前传带宽要求增长近百倍，可通过改变现有CPRI（通用公共无线接口）位置（Split-PHY方案）来减轻对PON的带宽压力［11］。

环路远端单元的另一种支路板卡无需PON功能，其可根据带宽、位置等实际应用需要直接接入固宽的大客户、移动的RRU或基站。

该架构充分发挥PON低成本、多址接入的优势，且并不因传输距离和容量的高要求而在色散补偿、器件性能、波长可调、调制格式和DSP（数字信号处理）等方面引起PON技术复杂化，从而保持了PON的简单和廉价。

3 结束语

为了满足固定和移动用户带宽需求的持续提升，WDM逐渐被应用到网络边缘。当前，运营商不仅陷入互联网导致的量收剪刀差困境，而且面临着全业务竞争挑战，网络建设受到NFV等新理念的冲击。本文针对全业务运营商的发展需求，提出一种固移融合接入网架构，基于NFV实现固移处理资源的共享，基于WDM环路和PON的结合平衡固、移接入差异，较好地满足了接入域的简单、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

工信部软科学项目资助（2015-R-37）

张新全（1974-），男，湖北枝江人。高级工程师，硕士研究生，主要研究方向为高速光接入和光传送。