广电宽带网络计费系统需求分析及解决方案蓝海卓越.docx
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广电宽带网络计费系统需求分析及解决方案蓝海卓越
NatShell蓝海卓越
广电宽带网络需求分析及解决方案
科技开创蓝海专业成就卓越
NatShell广电网络需求分析及解决方案
一、前言
面临的机遇与挑战
经过近几十年的发展，中国有线电视业已经具备了相当大的规模。
到目前为止,中国有线电视用户数已稳居世界第一位，有线电视网已经成为我国家庭入户率最高的信息工具。
应该说，为有线电视业带来巨大增值潜力的是Internet业务的空前膨胀、Internet用户的飙长以及用户对带宽的贪婪需求。
Internet作为第四媒体已经成为无可争辩的事实。
这也为我国有线电视业进一步扩展，成为国家信息通信的支柱平台带来了锲机。
我国有线电视（台）运营商目前面临的最大机遇是如何将在电视媒体所拥有的巨大用户优势转化为在新一代媒体上的用户优势，占领新媒体的市场。
假设有线电视运营商能拥有我国未来新增长Internet用户的1/3，则可以继续保持其在媒体领域的优势，成为我国信息产业的不可或缺的支撑平台。
在面对诱人机遇的同时，我国有线电视业也面临着巨大的挑战。
从国内的情况来看，目前国内有几大网络运营商：
中国电信、新联通、移动。
中国电信一直是国内网络运营商的巨头，在运营体制、资金积累、管理经验、人才储备等方面都有明显的优势，并且明确提出：
宽带接入是中国电信今年的工作重点。
新联通经过十年的耕耘，在很多地区已经具备了同电信竞争的实力，移动做为后进入者，虽然基础较薄弱，但是移动具备强大的品牌号召力，以及数量巨大的手机用户群体，完全可以依赖现有的手机用户进行捆绑消费，从而快速争取用户。
在面对强大竞争对手的同时，如何充分发挥广电网络原有的优势，进行业务及技术创新，达到迅速发展用户的目的，已经成为广电部门的重点。
二、
网络建设的需求分析
蓝海卓越发现，在广电进行宽带网络接入建设时,网络的基本需求基本可归纳为以下几个方面:
1.高负荷性：
一般一个市或县级的广电，都有上千户甚至几千户的用户，在一开始建设宽带业务时，用户数量较少，对负荷要求不高，但随着业务的开展，用户不断的接入网络，当用户数量达到一个较高的数量时，对网络接入的设备就会有较高的性能要求。
2.高稳定性：
由于是给网络用户提供宽带接入服务的，网络内的用户存在各种不同时间上网的需求，这就要求网络不能经常中断，由此对网络接入设备的稳定性提出了极高的要求。
3.高安全性：
用户的网络都是由用户个人自行管理，而不是像网吧一样有网管统一管理，因此内网的攻击，病毒，用户互访的事件，也是层出不穷，要做好宽带运营，对这些安全问题，也需要一个较好的解决方案。
4.高性价比：
宽带运营投入的目的是为赢利，具有较高性价比的设备，能够让宽带运营商更快，更早的收回投资。
5.可管理、易操作：
由于用户的独立性，要求有一个良好的管理系统来对用户进行计费管理，并且要具备良好的可操作性，这样公司的管理，才会更有序。
6.易于升级维护：
随着网络的复杂化，对网络设备及维护的要求也越来越高，因此在构建网络时，就要充分考虑到易升级，易维护的特性。
NatShell蓝海卓越综合全国数百家客户的成功经验，再结合自身对国内宽带运营的深刻理解，提出了“可管理、可运营、可增值”的广电PPPOE宽带网络解决方案。
推出了专门针对广电宽带运营接入的PPPOE拨号服务器网关BRAS-5000系列产品，配合NatShellG50/G500认证计费系统，可以极大的简化广电宽带运营商的工作流程，提高用户满意度，具体的解决方案与功能特色如下：
三、网络建设方案说明
在中心机房安装一台或多台NatShellBRAS-5000系列拨号服务器网关，小区用户通过标准PPPOE的方式进行拨号上网，所有的用户上网认证请求统一通过NatShellNS-G50认证计费系统进行认证和管理。
用户之间采用VLAN进行隔离，也可以使用双层VLAN，即QINQ方式进行隔离。
拓扑图如下:
方案特点及优势说明：
一、强大的性能：
NatShellBRAS-5000系列BRAS产品，采用64位网络处理器，千兆网络接口，可以达到千兆线速转发性能，完全可适应大型的网络环境。
相比较目前通用的，采用IXP或其他低端处理器的普通产品，蓝海卓越的BRAS-5000系列产品，具有更好的性能。
二、超大带机量：
百万并发连接数支持，并发5千台的PPPOE带机数量，完全满足县市级广电网络的应用要求。
即使用户使用BT，或遇到内网攻击，也能轻易化解。
在大型的广电城域网络中,当一台设备带机量不足时,可以通过简单的增加PPPOE服务器来增大带机量,不需要更复杂的网络改造,也不需要多余的投入。
三、大容量PPPOE服务器：
多达5千条的PPPOE并发连接，完全满足整个小区宽带上网用户的上网需求。
相比传统的以太网IP网络技术，PPPOE是一种更适用于宽带运营接入的上网方式。
作为用户普遍存在一种认知：
固定IP是共享带宽，而采用拨号方式的，才是独享带宽。
因此采用此种方式进行运营，能带来更多的客户。
四、内网安全性高：
内网用户全部采用PPPOE方式拨号上网，互相之间均为独立PPPOE通道，从而保证了用户之间不能互相访问，一个或几个客户的电脑出现故障或有攻击包，也不会影响其他客户上网。
NatShell的BRAS-5000系列网关，具有极强的抗攻击能力，网络管理员基本不用担心内网安全问题。
五、彻底解决ARP问题：
传统的宽带组网方式，采用以太网IP方式来进行小区用户上网和管理，这种方式存在的最大问题，就是ARP欺骗，由于用户电脑的不可管理性，及用户使用电脑水平的不平均，基本上在每个项目上，都会出现ARP问题，虽然可以通过绑定IP/MAC地址的方式进行有效缓解，但是对一些新型的ARP变种，以及用户自行装机或更换电脑以后的情况，仍是无法处理，NatShell蓝海卓越的广电宽带接入解决方案，采用了PPPOE技术，不再使用ARP协议，因此可以彻底的杜绝ARP的问题。
六、内网用户互不干扰：
用户在一个网络之内，可以通过采用OLT+ONU的QINQ，划分VLAN，同时采用NatShell的广电宽带解决方案，用户上网均是通过PPPOE拨号上网，由BRAS-5000进行IP地址的分配，用户之间是不能相互访问的，从而解决了以上的问题。
七、方便管理：
采用传统的管理方式，只能是由宽带运营者手动对用户的上网行为进行控制，一般是采用IP/MAC绑定的方式进行对用户上网行为的控制。
但如果用户自行修改了IP和MAC地址，一样还是可以上网，或是直接和其他用户的IP造成冲突。
而采用NatShell的PPPOE计费管理系统，则是对用户进行集中计费管理，无论有多少个小区用户，其所有的用户数据集中放置在一台专门的服务器上，管理人员通过网络即可方便的进行用户开通，停机，查询等管理工作，所有用户数据可以方便的进行管理，下载，储存，用户到期日前进行提醒，用户可对自己的PPPOE密码进行修改，可查看费用到期明细。
还可通过NatShellPPPOE计费管理系统，对用户进行统一费用管理，可设定到期自动停机，极大方便了管理员的工作。
相比较而言，在每个项目单独对用户进行计费及认证管理的做法，为小区宽带运营商的管理带来了更多的不方便性，一旦出现问题，恢复数据也将是一个极为繁琐的过程。
八、解决控制问题：
技术人员私自开户，由于广电的经营特性，通常都是需要同时运营多个项目，覆盖整个城市甚至农村地区，因此对用户的开户，基本是依赖技术人员进行的，但这样就存在一个问题，即技术人员私自给用户开户，收钱的问题。
而采用NatShell的小区宽带管理方式，则可以完全避免此种情况的发生，任何一个用户，要想上网，必须通过拨号的方式进行，而拨号的用户和密码的建立，完全掌握在公司手中，并且和帐目相对应，因此就不会有私自开户的问题。
九、数据安全性高：
所有的用户数据，均存放在NatShellPPPOE计费管理系统，通过双机备份，磁盘镜像等手段，可以确保用户资料的完整和安全，即使在BRAS设备出现问题，只需更换一台BRAS设备即可，不需再对用户数据进行重复录入，数据安全性极大提高，并且减少了工作量。
相比较而言，把用户拨号，认证，管理几种功能集于一身的设备，为小区宽带运营商增加了更大的不安全性。
一十、可扩展性好：
新增加一个BRAS设备，只需简单的在网关处勾选与NatShellPPPOE计费管理系统进行连接，即可使用NatShellPPPOE计费管理系统，进行统一计费，无需增加其他任何成本。
一十一、一次配置所有功能：
通过用户管理的界面，可一次性的对用户数据进行录入，包括用户信息，密码，IP地址，带宽分配等，一次录入，不需再进行其他配置。
尤其是在录入带宽时，对管理用户的帐号带宽很有好处，用户如需从低带宽升级到高带宽，或需要延期续费，只需直接对用户进行编辑即可，方便轻松。
一十二、方便的报表生成功能：
蓝海卓越NS-G50内置强大的报表生成功能，可以根据管理层的需要，方便的生成日、周、月、年统计报表，也可以根据不同的条件对所有的用户进行查询，并对查询结果生成报表。
四、论小区宽带运营中管理的重要性
广电宽带市场在全国市场正在如火如荼的进行中，经过这几年的发展，广电宽带网络也从最开始的初放式经营管理，接根光纤，接个路由器就可以开展业务，到现在的越来越趋向复杂化，越来越强调管理，做为广电的宽带运营，一些管理方面必须得考虑，具体表现为以下几点：
★对用户的管理，除了用户和密码之外，还需要设定到期停机，而不是需要管理员手动插拨网线或在界面中删除帐号。
★对用户的IP地址要进行管理，不能自由分发，否则查询会是问题。
★一个地区，可能不止是一种带宽或资费，因此需要给不同的用户分配不同的带宽。
★对技术人员要进行管理，不能由技术人员控制网络，否则就会出现私下开户等情况。
★对帐务管理人员要进行管理，所有的帐务要有据可查，以免出现管理漏洞。
★对安装人员、技术人员的业绩要进行管理，最好是自动生成，而不是手动统计。
★对外网带宽要进行分析管理，根据需要随时调整带宽。
★对用户的上网日志要进行记录，以便公安或其他相关部门查询。
部分宽带管理者认为；我不需要那么多功能，能让用户上网就可以了，管理嘛，我只需要一个好的财务，就能解决问题了，但事实是不是真的如此呢？
我们来看一下，几种管理方式的区别：
现在的宽带市场从开始诞生到今，已经经历了几个阶段，各阶段使用方式主要的区别如下：
Ø第一阶段：
采用光纤到项目，通过普通的宽带路由器分发给项目内的住户，此种方式，简单，但基本功能都不具备，基本上已经被淘汰。
Ø第二阶段：
光纤到项目后，通过具备一定管理功能宽带路由器，将带宽分配到各个住宅用户，此种方式，由于采用了带管理功能的宽带路由器，因此已经具备了带宽控制，IP/MAC绑定，限制非法用户上网等一些基本管理功能，但也存在很多不足，如本身带机量不足，以及小区内病毒、攻击、泄密、互相感染等问题，造成用户投诉率高，续费率低，影响了运营商的收入。
Ø第三阶段：
光纤到项目，通过具备PPPOE服务器功能的宽带路由器进行带宽分发，用户都通过PPPOE的方式进行拨号上网，所有的用户之间可以做到互不干扰。
同时具备带宽管理，基本用户管理等功能，已经具备了一定的先进性，但是这种设备，由于其本身处理性能不足，因此其只能带机100户左右，在稍大的小区网络中，就无法胜任。
并且这种设备，只提供了PPPOE拨号服务，仅能对用户进行基本的管理，如用户名和密码、IP等，连到期停机功能都无法实现，根本无法达到运营的要求。
还有如公司管理，员工管理，用户自已管理等功能都无法实现。
Ø目前的阶段：
最新的技术，除了可以实现用户PPPOE拨号上网之外，还能对用户实行动态限速，到期停机，发放公告，等一系列实用的功能，下面我们就来看看蓝海卓越的小区管理解决方案，和一般具有PPPOE功能宽带路由器，到底有哪些地方不一样。
Ø实现了大容量的PPPOE拨号：
相对比普通路由器自带的PPPOE服务器功能，蓝海卓越的PPPOE服务器支持从300-5000并发用户的规模，完全满足各种类型小区的运营需求。
Ø强大的防火墙性能：
相比起传统的宽带路由器来说，蓝海卓越的网关产品，除了可提供大容量的PPPOE服务之外，还能够提供超越传统产品10-20倍的防火墙性能。
可以由用户自定义详细的防火墙规则，确保网络的安全。
Ø千兆网络接口：
相比普通百兆的路由器产品，蓝海卓越的网关提供全真千兆的网络接口，完全满足带宽升级的需求。
Ø具备丰富的管理特性：
可以设定不同的用户产品，并针对产品设定不同的带宽，可以对用户进行到期停机，也可即时踢用户下线，可以对公司的管理人员和技术人员设定不同的权限，可以对管理员的所有操作进行记录并进行查询。
Ø具备详细的记录信息：
可以对用户上网日志，上网时长，访问过的地址等进行记录，也可对用户缴费情况进行详细记录并保存。
对带宽的使用历史情况可以做记录，时间最长保存到2年以上，方便管理员分析高峰期的带宽使用情况，有针对性的进行调整。
Ø用户自助管理功能：
可以开通用户的自助管理功能，用户可以登录蓝海卓越的计费管理系统，查询自已的信息，上网记录，缴费情况，并能自行修改上网密码。
Ø报表生成功能：
可以根据不同的条件，如日期，项目，开通，停机，装机员等各种条件进行筛选，生成详细的报表，并可将此报表导出为EXCEL格式，还可以将收费明细导出报表，以便领导查询。
Ø强大的运营管理功能：
蓝海卓越的小区宽带运营系统具备强大的运宽管理功能，可以设定不同权限，使用不同的功能，还可以对所有的涉及业务的事件进行系统记录，以确保所有事件，有据可查。
通过报表，可以轻松统计销售人员业绩。
根据以上的产品功能分析，我们可以看出来，蓝海卓越的广电宽带计费产品，不仅具备宽带路由器的所有功能，并且拥有很多宽带路由器无法实现的管理功能，做为广电宽带运营商，合理运用蓝海卓越的BRAS和计费产品，可以大幅提升公司的管理水平，从而减轻负担，减少用户投诉，真正把精力投入到开发客户上去。
五、
本方案中主要应用技术介绍
EPON技术
目前，现有的接入网解决方案和用户的需求之间存在着巨大差异。
在用户侧的本地网络已经普遍拥有了支持10M和100M速率的能力，在城域网侧已经可以支持千兆和万兆的速率，但在用户侧和城域网之间数据的传送却大部分为不足1M甚至只有几十K的速率。
接入网仍是大容量局域网和骨干网之间的瓶颈，为了突出接入网的优先地位与重要性，IEEE802.3工作组把人们以前熟知的“最后１英里”接入网络段改称为“第１英里（TheFirstMile），并在2000年11月成立了EFM（EthernetintheFirstMile）研究小組，于2001年7月开始制定IEEE802.3ahEFM标准，2003年9月完成EFM的标准制订。
EPON标准IEEE802.3ah已于2004年6月正式颁布。
中国信息产业部也于2005年正式制订了有关EPON的中国标准-2003H34接入网技术要求-基于以太网方式的无源光网络（EPON）。
IEEE制定EPON标准的基本原则是尽量在802.3体系结构内进行EPON的标准化工作,最小程度地扩充标准以太网的MAC协议。
这就最大程度的继承了以太网经过长期、大规模实践检验积累下来的宝贵技术经验。
EPON将以太网技术与PON技术有机的结合在一起,天生具有以太网的诸多优势，如技术简单、成熟、良好的兼容性，产品价格便宜，性能价格比高等。
一个典型的EPON系统由OLT、ONU、ODN组成。
OLT（OpticalLineTerminal）放在中心机房，ONU（OpticalNetworkUnit）为用户端设备。
ODN（OpticalDistributedNetwork）是光配线网，主要由一个或数个分光器（Splitter）来连接OLT和ONU，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。
OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，提供面向无源光纤网络的光纤接口。
OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoS／SLA的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。
分光器是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中，一般典型的分光器的光分路数目为2、4、8、16或32，并可以多级连接。
在EPON中，OLT到ONU间的距离最大可达20km。
如下图所示：
EPON无源光网络作为一种接入网技术，支持点到多点应用，其优势如下：
（1）性价比高，维护简单。
EPON系统在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，网络可靠性高，长期运营成本和管理成本的节省很大。
（2）EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高；网络的线路设备共享，光纤可沿途通过光分路器分支，节约光缆资源，系统经济性好。
（3）具有点对多点的灵活组网能力,EPON通过无源光分路器实现分支，光功率分配点可以随网络拓扑结构随意放置，组网方式极其灵活。
系统可实现树型、星型和总线型多种组网结构。
（4）带宽分配灵活，提供非常高的带宽，可达2G；提供各种QoS，各种服务有保证。
（5）EPON系统是面向未来的技术，容易扩展，易于升级，向宽带过渡。
大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。
EPON可以支持1.25Gbps对称速率，将来速率还能升级到10Gbps。
Gbit/s速率的EPON系统也常被称为GEPON。
GEPON系统的关键问题和技术
1．GEPON系统采用WDM技术，实现单纤双向（三向）传输。
数据下行用1490nm、上行用1310nm；CATV用1550nm。
为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的数据信号及CATV信号，下行数据流采用广播技术，采用WDM技术与CATV下行信号复用；上行数据流采用TDMA技术。
2.数据下行方向是广播式的发送以太帧，如下图所示：
在ONU注册成功后分配一个唯一的LLID（logicallinkidentification）；在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代以太网前导符的最后两个字节；ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或广播帧。
数据上行采取TDMA方式，如下图所示：
任一时刻只能有一个ONU发送上行信号，系统才能正常工作；不同的ONU分配不同的时隙，轮流发送上行数据；每个ONU发送上行数据的时隙可以是动态的，时隙的大小和多少在宏观上表现为带宽的大小；分配的时隙（通过测距技术）补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。
测距技术是TDMA方案中的一个关键问题。
它实质上是上行信号的同步问题。
由于各ONU距OLT的光纤路径不同和各ONU元器件的不一致性造成OLT与各ONU间的环路时延不同，而且由于环境温度的变化和器件老化等原因，环路延时也会发生不断的变化。
因此必须引入测距技术对上述原因引发的时延差异进行补偿，以确保不同ONU所发出的信号能够在OLT处准确地按时隙复用在一起，避免由于上行时隙间的不同步而导致在OLT上发生信号碰撞的现象。
GEPON中采用的同步技术是绝对时标（ATS）技术，包括ATS的插入和提取等。
OLT有一个本地时钟计数器，该计数器对时间颗粒计数。
当OLT发送MPCP帧时，它就将本地时钟计数器的值，即绝对时钟插入到其时间标签域中。
ONU中也有一个本地时钟计数器。
这个计数器也是对时间颗粒计数。
但是。
ONU无论何时接收到OLT发送的MPCP帧，就要将这个帧所携带的新的时间标签值来刷新自己的本地时钟计数器的值。
当ONU发送MPCP帧时，它也要将自己的时钟计数器的值映射到时间标签域中。
OLT将对接收到的ONU的时间标签进行检查。
时间标签测距法就是通过时间标签在OLT与ONU之间的传递，计算接收的时间标签值和OLT本地时钟的之间的差来得到ONU的RTT值。
OLT只要接收到了ONU的MPCP帧，就要进行测距，利用时间标签法进行测距的原理如下图所示：
图中TR为ONU总的响应时间，TDOWN为下行传输延时，TUP为上行传输延时，TWAIT为ONU接收到OLT的MPCP消息（一般为GATE消息）到发送窗口开始之间的等待时间。
OLT在本地时间为to时，给ONU发送一个MPCP帧，它携带的时间标签值为TS=to。
经过TDOWN时间的传输延时后，这个MPCP帧到达ONU。
ONU将本地时间计数器的值更新为to，然后就等待。
等待TWAIT时间后，这个ONU的发送窗口开始了，它就发送数据和MPCP帧，并将本地时钟计数器的值t1插入到MPCP帧的时标域。
ONU发出的MPCP帧经过TUP时间的传播延迟后到达OLT。
3.突发发送和接收
GEPON中的TDMA技术面临着上行信号的突发发送和接收的问题。
由于不同的ONU到达OLT的距离不相等，以及每一个ONU的光模块发出的光信号的强度不同，造成了OLT的接收机接收到的信号功率在每一个时隙都不相同，导致OLT容易产生误判。
为了解决OLT误判的问题，要求OLT动态调整判决电平，如图所示：
4.安全性问题
由于GEPON下行是一个共享网络，因此用户安全也是GEPON中比较受到关注的一个问题。
如图4所示，为了确保用户数据的安全，目前主要采用两种方式，一种是为每个ONU分配唯一的LLID，另外一种是采用AES128加密技术对用户数据进行加密，ONU将定时产生新的密钥，并发送到OLT，OLT根据一定算法将ONU产生的密钥转换成真正的加密图样，对下行数据流进行加密。
5.QoS问题和DBA技术
由于以太网中的数据流具有很强的突发性，如果采用静态的带宽分配方案，就会产生带宽利用率低下或带宽分配不公平的现象。
因此，为提高带宽利用率，在GEPON中采用动态的带宽分配机制。
采用DBA的好处在于不但可以提高带宽利用率，还可以采用带宽调度算法来保证某些优先级高的业务的QoS。
DBA能确保用户所签订的服务等级合同（包括最小带宽、最大带宽和延时敏感性）得到公平的执行。
在签订SLA时可以规定业务和用户的优先级。
高优先级的业务或用户可以优先获得网络资源。
在确保所有的业务或者用户的最小带宽得到保障的情况下，可以动态地分配剩余带宽，供突发性较强的业务使用。
6.MPCP技术
MPCP是一种多点控制协议，指明了OLT和ONU之间的控制机制，如下图所示：
控制网络启动导入过程，即ONU的注册过程；给终点站（ONU）分配带宽；询问来自终点站（ONU）的带宽请求
通过采用ACE的GEPON系统构建了一个可运营、稳定可靠的有线双向网络后，便可以逐步建立一些双向业务系统，开展形式多样的双向业务，发展用户，创造收入。
PPPOE技术
全称是PointtoPointProtocoloverEthernet（基于局域网的点对点通讯协议），即基于以太网的PPP技术协议，这个协议是为了满足越来越多的宽带上网设备（即ADSL,无线等）和越来越快的网络之间的通讯而最新制定开发的标准，它基于两个广泛接受的标准即：
局域网Ethernet和PPP点对点拨号协议。
对于最终用户来说不需要用户了解比较深的局域网技术只需要当作普通拨号上网就可以了，对于服务商来说在现有局域网基础上不需要花费巨资来做大面积改造，设置IP地址绑定用户等来支持专线方式。
这就使得PPPoE在宽带接入服务中比其他协议更具有优势。
因此逐渐成为宽带上网的最佳选择。
PPPoE的实质是以太网和拨号网络之间的一个中继协议，他继承了以太网的快速和PPP拨号的简单，用户验证，IP分配等优势。
与传统的接入方式相比，PPPOE具有较高的性能价格比，它在包括小区组网建设等一系列应用中被广泛采用，目前流
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