分布式接入架构

什么是分布式接入架构?

分布式接入架构 (DAA) 是一种通过将通常位于头端或中心的功能重新定位到更靠近用户的智能光纤节点来分散有线网络的方法。随着节点数量继续呈指数增长,将这些操作从中心移开有助于缓解数据头端的空间、硬件和冷却约束。使用一个 10Gb 的以太网光纤链路将剩余的组件连接到智能节点,取代之前的模拟光链路。 

随着分布式接入架构的形成,其变化也在不断发展,并战略性地转移架构下游的某些部分。远程物理层架构 (R-PHY) 将调制和解调转移到光纤节点,而将其他功能留在头端。Remote MAC-PHY(即 R-MACPHY)也将处理 MAC 层放在节点上。这样,头端处就只剩下服务器、交换机和路由器。 

第三种方法称为 Split-MAC,它会转移 PHY 层,但只将 MAC 层功能的一部分转移到光纤节点。R-PHY 和 R-MACPHY 架构的实现也可能是一种分阶段的方法,取决于运营商现有的设备和偏好。

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什么是分布式 CCAP 架构? 

分布式 CCAP 是分布式接入架构的一个子集,它基于 2011 年引入的聚合线缆接入平台。CCAP 技术旨在通过统一所有交换、路由和 QAM 功能,并从同一设备传输数据和视频,来升级和取代头端的线缆调制解调器终端系统 (CMTS)。 

所有信道都变为数字化,所有流量都变为基于 IP。这样在头端就不再需要合路器功能。用 CCAP 取代 CMTS 可以提高效率,降低能耗,提高整体 QoS,但是由于物理设备的大小没有显著变化,因此没有明显的空间节省。

通过实现分布式 CCAP 架构,CCAP 向前迈出了一大步。与 DAA 很像,PHY 层、DOCSIS MAC 层或两者都可以迁移到智能节点。通过在节点上组合这些功能,可以消除 PHY 层和 MAC 层分离带来的时序问题。

部署分布式接入架构 

由于传统 CCAP 体系结构的部署最终会与分布式访问架构的开始相衔接,因此在技术快速转变的情况下采取慎重和有远见的部署方法是恰当的。分阶段的部署方式是最具成本效益的,因为随着更多的功能从头端迁移到节点,运营成本运筹会变得越来越复杂。随着虚拟 DAA 等新技术的出现,运营商也可能选择完全绕过部署级别。

为了支持这些部署工作,CableLabs 已经开始为 DAA 和分布式 CCAP 引入新的规范,以标准化不同制造商的 DAA 设备之间的互操作性。对于许多期望立即获得投资回报的运营商来说,R-PHY 是一个很好的过渡部署步骤。 

尽管设备的变化可以被认为是递增的,但在任何分布式接入架构部署过程中,都需要对数字节点进行广泛改造,并更深入地铺设连接到这些节点的光纤。尽管部署策略可能有很大不同,但已不再需要持续部署分布式架构来满足需求。 

分布式接入架构的好处

分布式接入架构最明显和重要的好处是头端(中心机房)对空间、电力和 HVAC 需求的减少。随着用户速率和带宽的成倍增长,以及传统头端设备效率和密度的提高难以跟上,这变得越来越有价值。 

数字光链路最终会降低运营和维护成本,提高网络的可见性。将 PHY 重新放在更接近最终用户的位置还可以在速度、降噪和调制等方面带来质量和性能上的好处,而这些都是直接通过转移获得的。 

随着头端业务范围的缩小,设备可以与更多的服务组合并,这些服务组可能来自相同的物理空间。这有助于为千兆以上的宽带奠定基础,建立一个与 FTTx 构建模型一致的可扩展架构。 

向数字光纤的过渡能够实现更多光波长的多路复用和更高阶的 QAM 以提高光谱效率,从而提高了光纤向网络中更深层次迁移时的整体网络容量。与模拟线缆相比,数字线缆的横向传输距离更长(80 千米),并且吞吐量更高。

分布式接入架构的挑战

与任何重大进展一样,分布式接入架构也带来了必须克服的固有挑战。由于设备和连接是集中式的,因此传统架构拥挤的前端对于技术保证的某些方面仍然是有利的。DAA 增加了光纤节点的重要性和功能,这样曾经在单一位置执行的故障排查和升级现在在地理上分散了。 

这些节点位置现在将包括各种室外设施,其环境条件相应地就比较恶劣,有时不利于维修。为了缓解这些新的限制,设备的环境测试变得至关重要。DAA 固有的分散性也可能造成现场设备被破坏、被盗或遭受其他损坏,从而带来更严重的 QoS 和财务后果。 

其他分布式接入架构的挑战包括硬件元素的互操作性和同步,这些硬件元素以前是共存的,但现在可能相距几英里甚至几百英里。DAA 的好处远远超过了这些潜在的挑战,尽管新的规划模式和专门知识对于成功实施是必不可少的。 

光纤深度渗透和分布式接入架构

将数字光纤技术进一步推向客户以提高效率和性能的过程称为光纤深度渗透Node+0 是光纤深度渗透最极端的形式,意味着光纤从头端一直延伸到为终端用户提供服务的最后一英里光纤节点,除了节点本身的放大器外,所有的放大器都被从线路中移除。目前很少有运营商对 node+0 有重大的计划,大多数运营商都将放大器级联降低到 node+3,并计划评估 n+0 与光纤入户 (FTTH) 相比的经济效益,作为未来的下一步。 

光纤深度渗透与分布式接入架构相结合,提供了一个可行的 FTTH 替代方案,只需对现有的基础设施进行了不太深入的改造。而许多有线电视运营商选择致力于广泛的 FTTH 转型。DOCSIS 3.1、DAA 和光纤深度渗透使现有的混合光纤同轴 (HFC) 基础设施能够提供千兆比特服务,并跟上速度和带宽需求。

集中式接入架构与分布式接入架构的对比

尽管分布式接入架构有很多优点,但一些运营商在采用这一技术时仍然很慎重。从投资回报或成本角度而言,对现有集中式架构基础设施的沉没投资可能会影响过渡规划。安全性是导致一些人倾向于使用集中式方法的另一个重要因素。中央头端位置可以被安全地锁定,访问可以被严密监控,以防止设备或数据被盗和破坏。与 DAA 相关的维护和服务职责也可能是一个影响因素,因为分布式接入架构方法可能需要前往一个广阔的地理区域执行恢复任务,而这些任务原本可以在受控的中心位置执行。 

对高速数据服务的需求不断上升,必然会暴露出一些瓶颈,随着使用量的激增,这些瓶颈只会变得更加难以克服。对有线电视运营商来说,头端架构的负担成为最难克服的障碍之一。 

电子产品的小型化和集成化可以在很大程度上解决这些问题,但对头端容量的压力增长如此之快,以至于有必要进行彻底的范式转换。分布式接入架构、分布式 CCAP 架构和光纤深度渗透不仅通过向下游转移基本功能来消除瓶颈,还提高了 QoS,并引入可扩展性因素,从而证明了随着需求的必然增长,此架构将在未来得到应用。 

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