第一情报 ---信息产业

基于SDN技术框架的双向有线电视网络接入网远端物理层架构(一)

1、摘要
 
在双向有线电视网络接入网之中,RPHY(Remote PHY,远端物理层)架构是当下的一大发展趋势,其产生促进了MAC(Media Access Control,媒介控制子层)能力资源与PHY(Physical layer,物理层)能力资源的分离进程。那么,问题就在于:实现MAC层与物理层PHY的分离之后,如何高效地对这两大类资源其进行配对处理?
 
对此,最为直接的处理方式就是将远端物理层架构之中的RPD(Remote PHY Device,远端物理层设备)视为媒介控制子层的固定“卫星”,并以静态配置的方式对媒介控制子层与物理层PHY进行配对。但此种方式会引起较多的显著问题(比如:工程部署复杂而低效、网络运维复杂、网络维护成本高等)。
 
本文提出一种动态、灵活地分离媒介控制子层资源与物理层PHY资源的方式,该方式可以降低将来大规模部署的双向有线电视网络接入网RPHY(远端物理层)架构网络维护成本,并可进行数据流量负载的均衡处理,还可支持可用度模式。此外,本文还将探讨通过部署SDN(软件定义网络)技术来实现上述解决方案的方式。
 
2、概述
 
目前,对于未来将会得到大规模部署的双向有线电视网络接入网远端物理层架构的设计,有线电视网络业界所普遍认同的是“卫星”式架构(笔者注:即用一个媒介控制子层MAC头端设备来覆盖多个远端物理层PHY设备)——其中,RPD(远端物理层设备)被设计为CCAP(融合型双向有线电视网络接入网平台)核心模块(其并非一个独立的物理实体)的向下延伸/扩展,而且,远端物理层设备与融合型双向有线电视网络接入网平台核心模块之间的通讯技术参数是静态配置的。
 
而Cisco(思科)公司则在上述解决方案的基础上,提出了“云”化的双向有线电视网络接入网远端物理层架构:设置一个物理层PHY能力资源池以及一个媒介控制子层能力资源池,然后,可以以任何一种相关的策略通过任何一种相关的方式对物理层PHY能力资源与媒介控制子层能力资源进行配对处理。
 
图1之中,在双向有线电视网络的接入网部分,大量的能力资源均被分布式地部署于不同的物理位置。其中的RPD(远端物理层设备)既可以以远端物理层节点的形式存在,也可以以远端物理层机框的形式存在——下文中的远端物理层设备是这两种形式的统称,而不再进行细分。图1中的CCAP-Core(融合型双向有线电视网络接入网平台核心模块)是一个具有所有CCAP功能的物理实体设备,但是其中的物理层PHY功能则被定义为Remote Phy Architecture(远端物理层架构)——Cablelabs(美国有线电视网络实验室)已经制定了相关的技术规范。此外,图1之中的vCMTS(virtual CMTS,虚拟化的双向有线电视网络DOCSIS头端设备)则实际上就是融合型双向有线电视网络接入网平台核心模块的虚拟化版本——媒介接入子层功能(主要包括服务流调度、媒介接入子层处理)被虚拟化。

虚拟化的双向有线电视网络接入网远端物理层架构之中,媒介接入子层与远端物理层设备的动态配置
资料来源:编译自参考文献[1]
 
在图1所示的组网架构之中,远端物理层设备不仅能与集中地部署于相同地理位置的融合型双向有线电视网络接入网平台核心模块上的媒介接入子层端口配对,还可以与分布式地部署于不同地理位置的融合型双向有线电视网络接入网平台核心模块上的媒介接入子层端口配对,还能与部署于远程数据中心或者本地数据中心里的虚拟双向有线电视网络DOCSIS头端设备vCMTS端口配对。从而,相关的架构就具有很大的灵活性。
 
由于媒介接入子层功能既可以被部署于融合型双向有线电视网络接入网平台核心模块之中,也可被部署于虚拟双向有线电视网络DOCSIS头端设备vCMTS之中,本文全文中就以“媒介接入子层”来统称可以部署/实施DOCSIS媒介接入子层功能的各种类型的资源,而不再单独地区分/提及融合型双向有线电视网络接入网平台核心模块、双向有线电视网络DOCSIS头端设备CMTS、虚拟双向有线电视网络DOCSIS头端设备vCMTS。
 
由于媒介接入子层功能的不同实例可以分布式地在位于不同地理位置的网络节点得到实施,那么,就需要研发一种对远端物理层设备与媒介接入子层能力资源进行配对应该采取哪种方式进行决策的解决方案。其中,最常见的解决方案是基于物理距离的配对,即把远端物理层设备连接到物理距离上最近的媒介接入子层端口。而本文会提出并证明其他可行的解决方案,以下章节将会对采取智能映射解决方案的几个典型应用场景进行阐述。
 
实质上,从技术角度而言,对远端物理层设备与媒介接入子层能力资源进行配对的总体方式是:对采取DEPI协议以及UEPI协议的L2TPv3(第二层隧道协议第三版)数据隧道端点进行控制。
 
3、双向有线电视网络DOCSIS头端设备CMTS以及虚拟双向有线电视网络DOCSIS头端设备vCMTS
 
对于远端物理层架构而言,虚拟双向有线电视网络DOCSIS头端设备vCMTS实际上拥有与融合型双向有线电视网络接入网平台核心模块相同媒介接入子层能力资源,至于其选择与两者之中的哪一个进行配对,则可采取基于策略的决策方式。例如:远端物理层设备可以优先与双向有线电视网络DOCSIS头端设备CMTS的媒介接入子层端口配对,如果相关端口能力已经用完,则其他尚未完成配对的远端物理层设备就只能动态地连接至虚拟双向有线电视网络DOCSIS头端设备vCMTS的媒介接入子层端口。
 
4、对于上述解决方案所具有的数据流量负载均衡能力的分析
 
传统的双向有线电视网络设计原则是:为应对瞬时的大/超大数据流量冲击(笔者注:这种最坏的情况很少出现),系统的容量规划会远远超过网络中实际的数据流量,这样,就要额外部署很多的网络设备(笔者注:其被称之为“轻载”现象)。
 
而如果采取新兴的数据流量负载均衡解决方案,则可以灵活地对网络资源的使用进行映射,进而就可以对网络中各种能力资源的使用方式与程度进行优化。
 
例如,如图2所示,左手方的图中:在平均数据流量的应用场景之下,单个媒介接入子层端口可以同时处理两个远端物理层设备的数据流量负载。而在右图之中:在数据流量高峰的应用场景之下,单个媒介接入子层端口则被用于处理单个远端物理层设备的数据流量负载。因而,由于具有数据流量负载均衡功能,系统就具有较大的灵活性。

对于双向有线电视网络接入网数据流量负载均衡功能的设想
资料来源:编译自参考文献[1]
 
在这种解决方案之中,新的媒介接入子层端口可以来自于虚拟双向有线电视网络DOCSIS头端设备vCMTS(可以很好地进行数据流量的负载均衡),也可以来自融合型双向有线电视网络接入网平台CCAP核心模块(可以用于处理多个远端物理层设备的溢出数据流量负载)。
 
5、对于上述解决方案所具有的可用性的分析
 
远端物理层设备既可以连接至处于激活/工作状态的媒介接入子层能力资源池,可以连接至处于待命状态的媒介接入子层能力资源池。与前者相比,后者是一种标准化的操作模式,其允许远端物理层设备与位于不同双向有线电视网络DOCSIS头端设备CMTS、虚拟双向有线电视网络DOCSIS头端设备vCMTS或者双向有线电视网络接入网平台CCAP核心模块的具有冗余能力的媒介接入子层端口进行配对连接。
 
而实际上,有线电视网络运营商可能会把具有具有冗余能力的媒介接入子层能力资源提前部署到处于不同地理位置的数据中心,以在空间维度对相关资源进行冗余备份,以备不时之需,并形成针对远端物理层设备相关请求进行应急处理的能力。
 
通过采取NFV(网络功能虚拟化)技术,面向远端物理层设备进行媒介接入子层能力资源冗余部署的解决方案的总体论述,可查阅上海情报服务平台所发布的《以NFV冗余备份来确保有线电视网络云数据中心高可用性的探讨》一文。
 
参考文献:
[1] Alon Bernstein, Sangeeta Ramakrishnan. SDN As A Matchmaker For Remote Phy Architecture[C]. 2015 Spring Technical Forum Proceedings. NY:NCTA, 2015-05-05.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员

注册成为正式用户,登陆后,获得更多阅读功能与服务!
转载本文需经本平台书面授权,并注明出处:上海情报服务平台www.istis.sh.cn
了解更多信息,请联系我们

§ 请为这篇文章打分(5分为最好)