DSLAM设备对IPTV支持能力的分析郭茂文

1、DSLAM设备对IP-TV业务支持能力的分析一、DSLAM设备类型介绍目前，在现网应用的DSLAM设备主要有两种类型，即ATM-DSLAM和IP-DSLAM。其中，ATM-DSLAM是指传统的基于ATM核心架构，提供ATM网络侧（上联）接口的DSLAM设备；IP-DSLAM是指网络侧（上联）提供FE/GE等以太网接口，具有以太网或路由等二/三层功能的DSLAM设备。对于IP-DSLAM来说，又存在两种架构，一种是采用ATM交换结构，在上联接口板中集中终结ATM PVC，集中实现ATM信元与以太网帧之间的转换（即SAR）,称之为ATM内核的IP-DSLAM；另一种是采用以太网交换结构，分别在DS

2、L线路板中终结ATM PVC，分布式实现SAR功能的IP-DSLAM，称之为以太网内核的IP-DSLAM。二、IP-TV业务介绍目前的IP-TV业务基本上可分为两种类型，一种是视频点播业务，简称为VoD；另一种为类似于电视的直播业务，主要通过IP组播技术实现。对于VoD业务来说，DSLAM设备仅需要对视频流进行转发，其支持能力主要体现在带宽能力。对于直播业务来说，有两种业务模式：一种是BRAS实现组播复制的业务模式，另一种是DSLAM设备实现组播复制的业务模式。因此，下面将分别讨论IP-TV业务不同业务类型和模式对DSLAM设备支持能力的要求及广东电信现网DSLAM设备的支持能力情况。三、DS

3、LAM设备对VoD业务的支持能力分析对于单个用户来说，其VoD业务可以与现有的普通上网业务共用同一条PVC通道，因此，DSLAM设备对VoD业务的支持能力主要体现在转发带宽方面。假设一个用户同时只点播一个视频流，这样，对DSLAM设备来说，所需要的带宽如下：VoD带宽单个节点的VoD视频用户数×单个VoD带宽×集线比按照单个节点的平均用户规模为400，VoD用户比例为1：4，一条VoD视频流需要2Mbps的ADSL带宽，同时在线用户的集线比为1：3。这样单个节点所需要的VoD带宽能力为67Mbps左右。目前的DSLAM设备大多数是采用ATM 155和FE上联接口的，VoD业

4、务带宽需要占用一半以上的DSLAM上联口带宽。另外，如果考虑其他用户的高速上网业务，100Mbps的FE接口/ATM 155接口的带宽能力就不能很好的支持VoD和高速上网业务了。 因此，如果开展VoD方式的IP-TV业务，建议通过扩展DSLAM设备上联接口的方式使VoD视频流和普通上网流承载在不同的上联接口上（同时需要DSLAM和终端采用两条不同的PVC）。另外，Alcatel的ASAM7300的总线带宽只有155Mbps，即使通过扩展上联接口方式也不能很好地同时支持VoD业务和普通上网业务。四、DSLAM设备对BRAS组播复制方式的直播业务的支持能力分析对于BRAS组播复制方式的直播业务来说

5、，复制点在BAS或者边缘路由器，业务的控制点和IGMP报文的终结也在BAS或边缘路由器上。如果采用ATM-DSLAM的组网方式，每个用户需要两条PVC跨越整个ATM城域网，一条PVC用于承载组播视频流和IGMP控制报文；另一条PVC用于承载上网业务。BAS终结用户的IGMP报文，处理用户加入/离开频道请求，视频源将所有频道推送到BAS，BAS通过逐条PVC复制实现对每个视频用户的视频转发和复制。DSLAM设备采用单播方式来转发组播流，这样，ATM-DSLAM设备的带宽能力要求与VoD业务是等同的，而且DSLAM设备必须支持两倍于用户量的PVC资源。如果采用IP-DSLAM（包括ATM内核和以太

6、网内核）的组网方式，无论是PPPoE认证方式还是DHCP+WEB认证方式，对于DSLAM设备来说，其带宽能力要求也是与VoD业务等同的。但是，对于DHCP+WEB认证方式来说，IP-DSLAM设备还必须支持IGMP Snooping/IGMP Proxy的组播功能，否则，在同一VLAN域内会产生组播流“泛洪”现象。另外，DSLAM至用户终端之间如果采用一条PVC同时承载IP-TV和普通上网业务，BRAS和DSLAM设备下行方向区分IP-TV流和单播流比较困难，需要根据三层以上的IP地址或端口号来识别并作相应的优先级处理。因此，建议DSLAM设备两条PVC，一条PVC用于承载组播视频流和IGMP

7、控制报文；另一条PVC用于承载上网业务，IP-DSLAM至BRAS之间也需要通过不同的VLAN域来区分普通上网业务和组播视频流，IP-DSLAM设备必须具有针对同一用户端口建立不同PVC与VLAN之间映射关系的功能。因此，DSLAM设备对BRAS组播复制方式的直播业务的支持能力也主要是体现在转发性能方面。另外，对于BRAS组播复制方式的直播业务，无法精确实现对用户组播和频道权限的控制，无法防止非法用户。五、DSLAM设备对DSLAM组播复制方式的IP-TV业务的支持能力分析1、ATM-DSLAM组网方式对于ATM-DSLAM的组网方式，每个用户需要3条PVC，其中2条需跨越整个ATM城域网：（

8、1）视频PVC：用于单向承载组播视频流（BAS>ADSL终端）；（2）普通上网PVC：用于承载上网业务（BAS<>ADSL终端）；（3）IGMP PVC：用于承载IGMP报文，该PVC只存在于DSLAM和ADSL CPE之间。对于IGMP报文和视频PVC，在DSLAM设备内部应具有较高的优先等级，这可以通过设置不同的ATM业务类型来实现（如UBR、CBR和rt-VBR等）。ATM交换机通过P2MP PVC将所有节目视频流全部静态推送到每个ATM-DSLAM上，而DSLAM需要终结IGMP PVC，在内部通过逐条PVC复制的方式实现对每个用户的视频转发。对于现有的ATM-DSL

9、AM来说，由于大部分厂家设备不支持PVC的终结，因此，需要设备进行相应的硬件升级。另外，根据ATM-DSLAM设备具体实现情况，其视频流的PVC复制方式也不同。目前的ATM-DSLAM一般采用共享总线的时分交换结构，共享总线结构如下图所示，它由总线和总线仲裁模块构成，各个接口模块都挂在总线上，当一个接口模块有信元要交换时，由接口模块首先发出总线申请，由总线仲裁模块决定是否允许发送，如果允许，则接口模块把信元发送到总线上，总线上各个接口模块根据信元携带的路由信息判断是否接收该信元，如果信元的目的地址为本模块，则从总线上把该信元拷贝下来，这样就完成了一个信元交换。共享总线交换结构的特点是结构简单，

10、容易实现点到多点通信。但是，各厂家具体实现ATM的点到多点（P2MP）复制方式有所不同，主要体现在用户单板是否具有实现点到多点（P2MP）的组播复制能力。如果用户单板不具有点到多点的组播复制能力，则需要在主控板至用户端口之间实现逐条PVC复制。这种方式是ATM-DSLAM设备实现组播复制功能的最简单方法，在DSLAM设备内部只需要保存一份组播转发表。但是，对于不同端口用户接收相同视频流的情况，需要占用大量的总线带宽资源。具体如下图所示： 如果用户单板具备点到多点的组播复制能力，则需要在主控板至用户端口之间实现两级PVC复制。这种方式实现比较复杂，首先要将组播信元复制到总线上，用户单板根据信元的

11、路由信息接收，然后再在用户单板内部完成对组播信元的逐PVC复制。这样，DSLAM设备内部就需要保存两份组播转发表，一份是主控板到用户单板的组播转发表；另一份是用户单板至各个用户端口的组播转发表。从主控板至ADSL用户端口之间需要实现两次ATM信元交换。对于不同端口用户接收相同视频流的情况，只需要在总线上占用一份视频流带宽资源。具体如下图所示： 从目前了解到ATM-DSLAM设备现状来看，Alcatel ASAM7300 ATM-DSLAM是通过在机框中增加ISAM板卡在DSLAM设备内部来实现两级PVC复制的，但是，其用户单板的复制能力并没有得到验证和测试。而中兴、华为和Nokia还不能在AT

12、M-DSLAM中实现视频组播功能。2、ATM内核的IP-DSLAM组网方式对于ATM内核的IP-DSLAM的组网方式，每个用户的组播流与单播流既可以采用不同的PVC，也可以采用相同的PVC，而且，其PVC连接只需要建立在DSLAM至ADSL CPE之间。所有节目视频流既可以静态推送到每个DSLAM上（此时，DSLAM需要终结IGMP报文），也可以动态送抵每个DSLAM设备（此时DSLAM需要实现IGMP Proxy/Snooping协议）。DSLAM设备内部组播流的复制方式也有两种：一种是针对用户端口的逐PVC复制；另一种是组播流在DSLAM设备内部完成两次PVC复制。与ATM-DSLAM的组

13、网模式一样，也取决于DSLAM设备的用户单板是否具有组播复制能力。与ATM-DSLAM组网模式不同的是，对PVC资源的要求降低。但是，在这种情况下，由于ATM信元与以太网之间的转换是通过集中SAR实现的，组播数据流也需要实现相应的SAR转换。因此，对SAR的性能要求相对较高。无论是通过单PVC还是通过多PVC来承载组播和普通上网业务流，DSLAM设备都必须具有对组播流具有高优先级的QoS保证策略。另外，为了不影响其它业务，并能够增加组播网络的安全性，一般情况下需要为组播业务分配一个独立的VLAN域使组播数据流的传播范围得到控制。这就需要DSLAM设备必须具备将组播VLAN域的业务流转发到位于不

14、同的用户VLAN域中的用户端口，实现跨VLAN域的组播功能。从目前了解到的ATM内核的IP-DSLAM设备现状来看：华为MA5100和Alcatel ASAM7300 FENT在DSLAM设备内部实现了两级PVC复制方式，但是，其用户单板的组播复制能力并没有得到验证和测试；而中兴DSL8220和Nokia D500实现的是一级PVC复制方式。在QoS处理策略方面，如果是采用多PVC承载方案，所有厂家设备均能够支持不同优先级的QoS保证策略。如果是采用单PVC承载方案，中兴DSL8220也可以支持不同优先级的QoS策略；华为MA5100是通过限制单播流大小的带宽预留的方法来实现QoS保证的，这样

15、就会导致不能共享PVC带宽，由于ADSL本身下行带宽偏低，会对普通上网业务质量影响较大；而Alcatel ASAM7300 FENT和Nokia D500则不支持在单PVC情况下的QoS策略。在设备的整体SAR转发性能方面，MA5100下行可达500Mbps；D500为498Mbps；DSL8220为300Mbps；7300 FENT则只有72.4Mbps（单个FE上联）/144.8Mbps（两个FE上联）。3、以太网内核的IP-DSLAM组网方式对于以太网内核的IP-DSLAM的组网方式，与ATM内核的IP-DSLAM的组网方式相比较，两个最大的不同点在于：一是采用分布式SAR，由各用户单板

16、分别实现ATM信元至以太网之间的转换，大大降低了对SAR处理能力的要求；二是DSLAM设备内部对组播流采用两级复制方式，并根据IGMP报文在上联主控板和用户单板中构建两级组播转发表。另外，在组播协议的支持方面，用户单板最好能够支持IGMP Proxy，而上联板则可以支持IGMP Snooping或IGMP Proxy。从目前了解到的ATM内核的IP-DSLAM设备现状来看：大部分以太网内核的IP-DSLAM设备的用户单板下行转发性能在100Mbps左右，如华为的MA5300、UT的AN2000B-900，而上海贝尔ISAM7302为670Mbps左右，中兴的ZXDSL9210为190Mbps左

17、右（32线用户板）。另外，在QoS保证策略方面，以太网内核的IP-DSLAM设备均能够支持多PVC和单PVC不同情况下的组播QoS处理策略。六、DSLAM组播复制方式的IP-TV业务对DSLAM设备其他方面的要求1、频道切换时间IP-TV业务要求承载网提供与普通TV业务一样的切换延迟，同时要求在很多用户并发频道切换的情况下仍能具有较高的切换成功率。用户的频道切换延迟是指从用户发出切换请求后到收看到下一个频道节目的时间间隔。频道切换延迟由线路延迟、用户端设备（STB和Modem）处理延迟、接入设备处理延迟，以及汇聚设备处理延迟等各个环节的组成。用户在切换频道时发送一个IGMP Leave报文离开

18、前一个频道，再发送一个IGMP Join报文加入下一个频道。对于DSLAM而言，切换延迟指从DSLAM接收到用户的IGMP Leave报文到新的业务数据从用户端口发出的间隔。在组播业务直接送抵DSLAM的情况下，频道切换延迟主要取决于DSLAM设备对IGMP报文的处理能力，在这方面，需要通过实际的测试才能验证DSLAM设备的频道切换处理性能。2、基于端口的组播权限控制IP-DSLAM作为组播业务最终的复制和分发点，IPTV业务要求DSLAM应该具有用户访问业务资源的控制能力。针对每个用户的每个频道的请求应具有允许（无限制访问）、预览（受限制访问）和拒绝（禁止访问）三种权限控制。“预览”代表用户

19、频道访问中一种特殊的权限，允许用户在没有购买某些节目的情况下进行受限制的观看。预览管理建立和维护每个用户对各个预览节目的预览状态，预览管理主要控制依据是管理者指定的每个频道的最大预览时间、最大预览次数，以及两次预览间的时间间隔。对于DSLAM上的用户组播权限配置，目前一般是通过DSLAM网管进行集中管理的。但是，如果要做到电信级的业务运营，网管系统必须提供北向逻辑接口有效的融合到运营商的IP-TV业务管理平台中。七、小结从前面的简要分析中，可以看出，对于VoD方式或BRAS组播方式的IP-TV业务，其对DSLAM设备的转发带宽能力要求很高，建议通过扩展DSLAM设备上联接口的方式使VoD视频流和普通上网流承载在不同的上联接口上（同时需要DSLAM和终端采用两条不同的PVC）。另外，个别厂家的总线带宽能力有限，即使通过扩展上联接口方式也不能很好地同时支持VoD/BRAS组播方式的IP-TV业务和普通上网业务。对于DSLAM组播方式的IP-TV业务，不同类型的DSLAM有不同的要求，对于ATM-DSLAM设备，