摘要
增加光纖業(yè)務(wù)的使用率、降低成本投資回收期。
新的智能GPON線卡優(yōu)化流量控制。
增強(qiáng)的流量控制助力實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)差異化和新的商業(yè)模式。
降低連接成本
隨著光纖接入網(wǎng)絡(luò)智能流量管理的不斷發(fā)展，業(yè)務(wù)提供商可以提高光纖使用率和投資回報(bào)率。智能流量管理的創(chuàng)新使業(yè)務(wù)提供商能更好實(shí)現(xiàn)流量控制并滿足業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）要求。通過(guò)增強(qiáng)的流量控制, 業(yè)務(wù)提供商可以更好地連接更多的光纖用戶。例如, 業(yè)務(wù)提供商可提供：
分級(jí)定價(jià)吸引更多的用戶使用光纖業(yè)務(wù), 并推動(dòng)用戶對(duì)光纖高帶寬的附著性。
基于Qos 等級(jí)和公平的收費(fèi)。以靈活的模式由不同業(yè)務(wù)提供商分享網(wǎng)絡(luò)。這有助于通過(guò)批發(fā)業(yè)務(wù)增加用戶規(guī)模,分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)的投資和風(fēng)險(xiǎn)。
提供更好的視頻體驗(yàn)質(zhì)量（QoE）。
現(xiàn)已證明增加光纖的業(yè)務(wù)使用率可獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)阿爾卡特朗訊的研究，將光纖到戶（FTTH）用戶從20%增加到25% ，僅增加5%：
每用戶資本(CAPEX)投入減少 15%
投資回收時(shí)間減少20%
圖1 增加光纖業(yè)務(wù)使用率, 降低成本和投資回收期
光纖化是網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)
好的光纖接入網(wǎng)絡(luò)商業(yè)模式對(duì)業(yè)務(wù)提供商非常重要。無(wú)論業(yè)務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)戰(zhàn)略是什么, 光纖化是網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)：
隨著無(wú)線連接的需求增長(zhǎng)，基于光纖的回程 需求不斷增加。
隨著銅線和同軸接入網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，光纖到小區(qū)、到路邊、到戶成為趨勢(shì)。
伴隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和演進(jìn)，光纖部署 到家庭和商區(qū)將成為必需。
圖2 光纖在網(wǎng)絡(luò)中的演進(jìn)
智能流量管理能力將幫助業(yè)務(wù)提供商確保光纖的投資回報(bào)。該能力以前只出現(xiàn)在高端邊緣路由器和匯聚交換機(jī)中。 因?yàn)橹挥薪尤牍?jié)點(diǎn)才能夠洞察最后一英里的流量, 智能流量管理正逐步在光纖接入交換節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)。在GPON線路卡實(shí)現(xiàn)智能流量管理需通過(guò)三個(gè)步驟：
業(yè)務(wù)流量分類
隊(duì)列和緩存
調(diào)度處理
第一步:業(yè)務(wù)流量分類
必須基于每業(yè)務(wù)、每用戶識(shí)別業(yè)務(wù)流，對(duì)個(gè)人用戶進(jìn)行速率的限制或流量控制。直到近期，還沒(méi)有在接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)這種能力的有效方法。
現(xiàn)在，GPON線路卡網(wǎng)絡(luò)處理器的新分類功能可以根據(jù)特定的或通用的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分業(yè)務(wù)流并放在相應(yīng)的隊(duì)列中。
網(wǎng)絡(luò)處理器解析幀頭來(lái)確定每個(gè)數(shù)據(jù)包的QoS和如何對(duì)業(yè)務(wù)流進(jìn)行處理。為獲得相關(guān)信息, 網(wǎng)絡(luò)處理器自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)包頭中的不同域，提取信息，然后與預(yù)定義模式相匹配。
網(wǎng)絡(luò)處理器可以精確匹配到一個(gè)特定的值，如差分服務(wù)代碼點(diǎn)（DSCP）值。也可與更通用的包的某一數(shù)值范圍的4層目的或源端口相匹配。這一級(jí)別的流量分類遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了簡(jiǎn)單的功能提供。目前，大多數(shù)的光纖接入技術(shù)僅從非常有限的封裝中提取一定數(shù)量的域。
然后，進(jìn)行唯一的精確嘗試而不是某一范圍的檢查; 因?yàn)楹笳咭馕吨鴶?shù)據(jù)包處理性能大幅下降。
第二步: 隊(duì)列和緩存
在業(yè)務(wù)流分類后，下一步是確定應(yīng)該如何排隊(duì)：
是不是高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)流？
是否有足夠的可用空間來(lái)緩沖業(yè)務(wù)流？
實(shí)現(xiàn)基于每用戶和每業(yè)務(wù)的流量管理意味著必須基于每業(yè)務(wù)和每用戶管理緩沖存區(qū)隊(duì)列。這需要在成千上萬(wàn)的隊(duì)列中存儲(chǔ)流量, 并保持線速轉(zhuǎn)發(fā)。這是在已有接入網(wǎng)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)智能流量控制的另一個(gè)主要挑戰(zhàn)。
現(xiàn)在，新技術(shù)的進(jìn)步意味著對(duì)時(shí)間要求苛刻的隊(duì)列可以存儲(chǔ)在本地的網(wǎng)絡(luò)處理器的硬件中。從能耗和吞吐量的角度, 這種方法比從外部設(shè)備訪問(wèn)數(shù)據(jù)更高效。
用于確定隊(duì)列是否可以容納更多數(shù)據(jù)包的緩存容忍技術(shù)已在GPON 線卡上實(shí)現(xiàn), 其關(guān)鍵技術(shù)包括：
尾部丟棄
隨機(jī)早期丟棄
尾部丟棄
在尾部丟棄技術(shù)中，如果隊(duì)列達(dá)到一定幀或比特極限時(shí)，后續(xù)的幀將被丟棄。
因語(yǔ)音業(yè)務(wù)隊(duì)列通常不深，尾部丟棄技術(shù)通常應(yīng)用于語(yǔ)音業(yè)務(wù)。一個(gè)深隊(duì)列意味著幀經(jīng)歷長(zhǎng)的延遲，而語(yǔ)音業(yè)務(wù)不能容忍這種時(shí)延。因此, 語(yǔ)音隊(duì)列通常只有約10幀深度。當(dāng)語(yǔ)音幀以正常速度到達(dá)，它很少需要丟棄幀。
隨機(jī)早期丟棄
隨機(jī)早期丟棄是一個(gè)更復(fù)雜的緩沖技術(shù)。該技術(shù)在傳輸控制協(xié)議（TCP）環(huán)境中應(yīng)用良好，有助于避免網(wǎng)絡(luò)中的同步。
在隨機(jī)早期丟棄中，當(dāng)擁塞逼近但還未發(fā)生時(shí), 進(jìn)行智能丟包。 理解隨機(jī)早期丟棄的好處，有助于了解TCP如何進(jìn)行工作。
在TCP中，源一個(gè)接一個(gè)地發(fā)送數(shù)據(jù)包，并期望每個(gè)發(fā)送的包獲得確認(rèn)。如果在超時(shí)閾值后沒(méi)有獲得確認(rèn)，源將減慢數(shù)據(jù)包傳輸。即使只有一個(gè)包沒(méi)有被確認(rèn)，分組包傳輸也將逐步減緩。然而，如果許多數(shù)據(jù)包沒(méi)有確認(rèn)，源數(shù)據(jù)包傳輸將大幅減緩，即，它進(jìn)入慢啟動(dòng)狀態(tài)。
隨著網(wǎng)絡(luò)條件改善，TCP源逐漸增加它發(fā)送幀的速度。在某個(gè)時(shí)刻，隊(duì)列將再次達(dá)到閾值。
如果尾部丟棄緩存容忍技術(shù)在某個(gè)隊(duì)列中激活，許多的連續(xù)幀將從某個(gè)點(diǎn)被丟棄。結(jié)果，接收側(cè)無(wú)法接收幀，并不會(huì)發(fā)送一個(gè)確認(rèn)。TCP源將察覺(jué)網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有響應(yīng), 并確定網(wǎng)絡(luò)中有嚴(yán)重的擁塞。它將再次轉(zhuǎn)換至慢啟動(dòng)狀態(tài), 然后提高傳輸速度。
隨機(jī)早期丟棄緩存容忍有助于避免大的傳輸速率的波動(dòng)。當(dāng)閾值將要達(dá)到時(shí)，主動(dòng)放棄一個(gè)包。如果隊(duì)列繼續(xù)填充，丟棄概率逐漸增加。隨著主動(dòng)丟棄數(shù)據(jù)包，TCP源接收到有擁塞的信號(hào)，并能夠降低分組傳輸速率、避免在擁塞點(diǎn)發(fā)生緩存溢出。
逐漸減慢傳輸速率避免了通常在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)發(fā)生的大傳輸速率波動(dòng)。
當(dāng)只使用尾部丟棄技術(shù)時(shí)，TCP源在最小和最大傳輸速率之間振蕩。如果大量TCP流在同一隊(duì)列復(fù)用, 振蕩效應(yīng)將進(jìn)一步放大。在這種情況下，任何業(yè)務(wù)流達(dá)到閾值時(shí)，所有的流量共享隊(duì)列的傳輸速率產(chǎn)生戲劇性的波動(dòng)。然而，當(dāng)使用隨機(jī)早期丟棄技術(shù)時(shí)，通常只在最佳的傳輸速率的小范圍波動(dòng)。
通過(guò)每個(gè)隊(duì)列選擇與配置合適的分支-切割算法(BAC)，業(yè)務(wù)提供商可以實(shí)現(xiàn)不同流量的差異化處理。在某些情況下，它能很好地對(duì)屬于相同業(yè)務(wù)流的包進(jìn)行差異化處理。因?yàn)闀?huì)引起重新排序問(wèn)題, 不把這些幀放在不同的隊(duì)列中。例如，要最小化網(wǎng)絡(luò)擁塞對(duì)視頻業(yè)務(wù)的QoE的影響，應(yīng)采用不同方法丟棄包含內(nèi)容的P幀和I幀或主幀。 通常的解決方案不能區(qū)分這些不同視頻幀的類型。這意味著在擁塞時(shí), 將不加選擇的丟棄視頻幀。
第三步: 調(diào)度處理
在幀進(jìn)入各自的隊(duì)列后，下一步是優(yōu)先級(jí): 決定選擇哪個(gè)隊(duì)列中的下一幀。其目標(biāo)是在最大限度減少擁塞網(wǎng)絡(luò)并更好地提高QoS和QoE的情況下，對(duì)幀定義優(yōu)先級(jí)以及進(jìn)行調(diào)度處理。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)在選擇對(duì)延遲不敏感的業(yè)務(wù)流, 如高速互聯(lián)網(wǎng)（HSI）之前選擇對(duì)延遲敏感的業(yè)務(wù)流。這些措施有助于確保給對(duì)延遲敏感的業(yè)務(wù)，如視頻流更高的優(yōu)先級(jí)并提供更好的QoS。
目前大多數(shù)的方案不能區(qū)分HSI 業(yè)務(wù)流中的不同優(yōu)先級(jí)。結(jié)果, 需要低丟包、低時(shí)延和高QoE 的業(yè)務(wù)流與那些能容忍高時(shí)延的業(yè)務(wù)按照同樣的策略處理, 從而導(dǎo)致業(yè)務(wù)降級(jí)。
共享網(wǎng)絡(luò)需要智能控制
無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是共享的網(wǎng)絡(luò)。所有用戶的業(yè)務(wù)共享網(wǎng)絡(luò)帶寬。隨著數(shù)據(jù)服務(wù)需求的增長(zhǎng)和用戶數(shù)量的增長(zhǎng)，區(qū)分業(yè)務(wù)流、采用不同優(yōu)先級(jí)和智能丟包的能力將變得越來(lái)越重要。因?yàn)榻尤牍?jié)點(diǎn)能洞察最后一英里的業(yè)務(wù)流, 接入節(jié)點(diǎn)成為嵌入這種智能的最好地方。
通過(guò)硬件和軟件創(chuàng)新引入的智能流量管理，業(yè)務(wù)提供商可以提供用戶和業(yè)務(wù)所期望的QoS和QoE。業(yè)務(wù)提供商可以更好地連接更多光纖用戶，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的投資回報(bào)并推動(dòng)光纖接入不斷向前發(fā)展。