摘要

　　增加光纤业务的使用率、降低成本投资回收期。

　　新的智能GPON线卡优化流量控制。

　　增强的流量控制助力实现业务差异化和新的商业模式。

降低连接成本

　　随着光纤接入网络智能流量管理的不断发展，业务提供商可以提高光纤使用率和投资回报率。智能流量管理的创新使业务提供商能更好实现流量控制并满足业务质量（QoS）要求。通过增强的流量控制, 业务提供商可以更好地连接更多的光纤用户。例如, 业务提供商可提供：

　　分级定价吸引更多的用户使用光纤业务, 并推动用户对光纤高带宽的附着性。

　　基于Qos 等级和公平的收费。以灵活的模式由不同业务提供商分享网络。这有助于通过批发业务增加用户规模,分担网络的投资和风险。

　　提供更好的视频体验质量（QoE）。

　　现已证明增加光纤的业务使用率可获得很好的经济效益。根据阿尔卡特朗讯的研究，将光纤到户（FTTH）用户从20%增加到25% ，仅增加5%：

　　每用户资本(CAPEX)投入减少 15%

　　投资回收时间减少20%

图1 增加光纤业务使用率, 降低成本和投资回收期

光纤化是网络的发展趋势

　　好的光纤接入网络商业模式对业务提供商非常重要。无论业务提供商的网络演进战略是什么, 光纤化是网络的发展趋势：

　　随着无线连接的需求增长，基于光纤的回程 需求不断增加。

　　随着铜线和同轴接入网络的发展，光纤到小区、到路边、到户成为趋势。

　　伴随着网络发展和演进，光纤部署 到家庭和商区将成为必需。

图2 光纤在网络中的演进

　　智能流量管理能力将帮助业务提供商确保光纤的投资回报。该能力以前只出现在高端边缘路由器和汇聚交换机中。 因为只有接入节点才能够洞察最后一英里的流量, 智能流量管理正逐步在光纤接入交换节点中实现。在GPON线路卡实现智能流量管理需通过三个步骤：

　　业务流量分类

　　队列和缓存

　　调度处理

　　第一步:业务流量分类

　　必须基于每业务、每用户识别业务流，对个人用户进行速率的限制或流量控制。直到近期，还没有在接入网络实现这种能力的有效方法。

　　现在，GPON线路卡网络处理器的新分类功能可以根据特定的或通用的标准区分业务流并放在相应的队列中。

　　网络处理器解析帧头来确定每个数据包的QoS和如何对业务流进行处理。为获得相关信息, 网络处理器自动检测数据包头中的不同域，提取信息，然后与预定义模式相匹配。

　　网络处理器可以精确匹配到一个特定的值，如差分服务代码点（DSCP）值。也可与更通用的包的某一数值范围的4层目的或源端口相匹配。这一级别的流量分类远远超越了简单的功能提供。目前，大多数的光纤接入技术仅从非常有限的封装中提取一定数量的域。

　　然后，进行唯一的精确尝试而不是某一范围的检查; 因为后者意味着数据包处理性能大幅下降。

　　第二步: 队列和缓存

　　在业务流分类后，下一步是确定应该如何排队：

　　是不是高优先级的业务流？

　　是否有足够的可用空间来缓冲业务流？

　　实现基于每用户和每业务的流量管理意味着必须基于每业务和每用户管理缓冲存区队列。这需要在成千上万的队列中存储流量, 并保持线速转发。这是在已有接入网设备中实现智能流量控制的另一个主要挑战。

　　现在，新技术的进步意味着对时间要求苛刻的队列可以存储在本地的网络处理器的硬件中。从能耗和吞吐量的角度, 这种方法比从外部设备访问数据更高效。

　　用于确定队列是否可以容纳更多数据包的缓存容忍技术已在GPON线卡上实现, 其关键技术包括：

　　尾部丢弃

　　随机早期丢弃

尾部丢弃

　　在尾部丢弃技术中，如果队列达到一定帧或比特极限时，后续的帧将被丢弃。

　　因语音业务队列通常不深，尾部丢弃技术通常应用于语音业务。一个深队列意味着帧经历长的延迟，而语音业务不能容忍这种时延。因此, 语音队列通常只有约10帧深度。当语音帧以正常速度到达，它很少需要丢弃帧。

随机早期丢弃

　　随机早期丢弃是一个更复杂的缓冲技术。该技术在传输控制协议（TCP）环境中应用良好，有助于避免网络中的同步。

　　在随机早期丢弃中，当拥塞逼近但还未发生时, 进行智能丢包。 理解随机早期丢弃的好处，有助于了解TCP如何进行工作。

　　在TCP中，源一个接一个地发送数据包，并期望每个发送的包获得确认。如果在超时阈值后没有获得确认，源将减慢数据包传输。即使只有一个包没有被确认，分组包传输也将逐步减缓。然而，如果许多数据包没有确认，源数据包传输将大幅减缓，即，它进入慢启动状态。

　　随着网络条件改善，TCP源逐渐增加它发送帧的速度。在某个时刻，队列将再次达到阈值。

　　如果尾部丢弃缓存容忍技术在某个队列中激活，许多的连续帧将从某个点被丢弃。结果，接收侧无法接收帧，并不会发送一个确认。TCP源将察觉网络没有响应, 并确定网络中有严重的拥塞。它将再次转换至慢启动状态, 然后提高传输速度。

　　随机早期丢弃缓存容忍有助于避免大的传输速率的波动。当阈值将要达到时，主动放弃一个包。如果队列继续填充，丢弃概率逐渐增加。随着主动丢弃数据包，TCP源接收到有拥塞的信号，并能够降低分组传输速率、避免在拥塞点发生缓存溢出。

　　逐渐减慢传输速率避免了通常在网络拥塞时发生的大传输速率波动。

　　当只使用尾部丢弃技术时，TCP源在最小和最大传输速率之间振荡。如果大量TCP流在同一队列复用, 振荡效应将进一步放大。在这种情况下，任何业务流达到阈值时，所有的流量共享队列的传输速率产生戏剧性的波动。然而，当使用随机早期丢弃技术时，通常只在最佳的传输速率的小范围波动。

　　通过每个队列选择与配置合适的分支-切割算法(BAC)，业务提供商可以实现不同流量的差异化处理。在某些情况下，它能很好地对属于相同业务流的包进行差异化处理。因为会引起重新排序问题, 不把这些帧放在不同的队列中。例如，要最小化网络拥塞对视频业务的QoE的影响，应采用不同方法丢弃包含内容的P帧和I帧或主帧。 通常的解决方案不能区分这些不同视频帧的类型。这意味着在拥塞时, 将不加选择的丢弃视频帧。

　　第三步: 调度处理

　　在帧进入各自的队列后，下一步是优先级: 决定选择哪个队列中的下一帧。其目标是在最大限度减少拥塞网络并更好地提高QoS和QoE的情况下，对帧定义优先级以及进行调度处理。

　　为了实现这一目标，应在选择对延迟不敏感的业务流, 如高速互联网（HSI）之前选择对延迟敏感的业务流。这些措施有助于确保给对延迟敏感的业务，如视频流更高的优先级并提供更好的QoS。

　　目前大多数的方案不能区分HSI 业务流中的不同优先级。结果, 需要低丢包、低时延和高QoE 的业务流与那些能容忍高时延的业务按照同样的策略处理, 从而导致业务降级。

　　共享网络需要智能控制

　　无源光网络（PON）是共享的网络。所有用户的业务共享网络带宽。随着数据服务需求的增长和用户数量的增长，区分业务流、采用不同优先级和智能丢包的能力将变得越来越重要。因为接入节点能洞察最后一英里的业务流, 接入节点成为嵌入这种智能的最好地方。

　　通过硬件和软件创新引入的智能流量管理，业务提供商可以提供用户和业务所期望的QoS和QoE。业务提供商可以更好地连接更多光纤用户，实现更优的投资回报并推动光纤接入不断向前发展。