三網融合下的流量分析及承載網絡建設

張士輝

甘肅交通職業技術學院 甘肅蘭州 730070

2010年，國務院頒布了《推進三網融合的總體方案》，明確了電信和廣電的業務范圍及不同階段的推進步驟。廣電獲得了寬帶、互聯網增值和IP電話業務的經營權，電信則獲得了IPTV、手機電視傳輸和分發業務的經營權。雖然由于體制、技術、資金等多種原因，三網融合的整體進展并不盡如人意，但三網融合是大勢所趨，不可逆轉。

按照國務院關于印發《推進三網融合總體方案通知》中的定義，三網融合是指電信網、廣播電視網、互聯網在向寬帶通信網、數字電視網、下一代互聯網演進過程中，其技術功能趨于一致，業務范圍趨于相同，網絡互聯互通、資源共享，能為用戶提供語音、數據和廣播電視等多種服務(如圖1所示)。

圖1 三網融合的目標

1 視頻流量成為網絡流量的主體

按照中國電信2010年年終的統計：骨干網中互聯網流量是語音的100多倍，占總帶寬的99%；在所有互聯網流量中，P2P流量約占70%，其中絕大部分是視音頻；雖然IPTV帶寬目前所占比例不高，但增長速度非常快。據預測，到2013年，視頻流量將占整體流量的90%。對于廣電來說，其核心業務就是提供視頻服務，視頻所占比例不言而喻。

隨著視頻技術日新月異的發展，高清視頻正在走入尋常百姓家。無論是終端還是內容源，無論是數字電視、IPTV還是Internet視頻，甚至是個人通信和視頻監控等，都在步入高清時代。目前大部分電影和電視劇已經采用高清制作；家庭播放設備(包括電視、機頂盒、高清播放器等)由于芯片量產，成本迅速下降。我國高清電視的保有量已達到7 000萬臺。綜合來說，不論廣電還是電信，高清視頻正在迅速普及，視頻業務必定是未來的業務主體。

2 視頻業務對網絡提出的要求

既然視頻業務在所有業務中占有如此重要的位置，在建設承載網(這里指IP承載網)時就要充分考慮視頻流量的特點，滿足現在和未來數年內的需求。視頻流量對承載網提出的要求可以歸結為以下幾點。

2.1 網絡須具備支持長時間和大帶寬保證能力

在語音時代，一個通話平均只需要幾分鐘，只需幾十千字節的帶寬。但在視頻時代，一個視頻流通常長達一兩個小時，帶寬需求為2 M～8 M。以高清VOD為例，采用目前主流的H.264編碼，碼率約8 Mbps。假設一個50萬家庭的中等城市，10%的家庭同時在線點播。簡單計算可知，需要的總帶寬為400 Gbps。而這還是僅考慮VOD點播業務。在實際部署中，可以采用CDN技術來降低對城域網的帶寬壓力，但無論如何，視頻業務對帶寬的需求是巨大的。

2.2 網絡對視頻業務必須具有高Qos保證能力

實時視頻業務(如直播，VOD，輪播等)，對網絡時延、丟包是非常敏感的。時延太大，對用戶操作的響應就會變慢，影響用戶體驗；丟包的影響更為嚴重，因為視頻業務采用運動圖像壓縮編碼技術，在圖像解碼的過程中，各幀之間互相參考和依賴，一個視頻報文的丟失，會影響后續多個視頻幀不能正確解碼，造成圖像出現馬賽克現象。視頻的壓縮效率越高，視頻的碼率越高，對丟包率的要求就越嚴格。標清視頻一般丟包率不能高于10-4，而對于高清視頻，根據DSLAM Forum TR的規定，要求丟包率少于10-6，否則用戶就會明顯感覺到圖像質量的下降。

由于視頻碼流的突發特性，要滿足如此嚴格的丟包率指標，對網絡提出了非常高的要求。平時所說的視頻碼率只是一個統計意義上的平均速率，或在較大時間尺度上(如10 s)的速率。如果在更小的時間尺度上觀察，就會發現視頻流的數據有很大的突發：如一個平均8 M的H.264高清視頻，在ms或10 ms的尺度上，最大突發流量可能達到平均速率的8～10倍。之所以考慮這樣的尺度，是因為網絡設備所能承載的突發就是在10 ms或亞秒級，更大時間尺度(秒以上)的突發會造成丟包。這意味著視頻流的平均速率并不能反映視頻對帶寬的真實需求。當然，可以通過在傳輸視頻的過程中采用特定的編碼方式，如CBR(Constant Bit Rate)來減小視頻流量的突發。但即使如此，仍然可能產生比平均速率大2～3倍的突發流量。本質上，這個突發是視頻壓縮算法決定的。在像視頻會議和視頻監控等對實時性要求很高的場合中，流量突發的尺度會更大。

解決視頻突發帶來的影響，有兩種途徑。最容易想到的一種方法是配置足夠的帶寬來滿足突發要求。如要承載100路8 Mbps的高清視頻，按平均速率800 Mbps的帶寬。現在把帶寬配制成8 Gbps，這樣即使有10倍的突發也完全可以不丟包。當然，代價也極大，此時帶寬利用率只有10%，性價比極低。另一種思路是網絡設備可以對突發流量進行適當地緩存。因為突發雖然速率高，但畢竟是瞬時的，短暫的，一般在1/100秒以下，其余大部分時間的速率則接近平均速率或者在平均速率以下。理論上，如果給網絡設備配置“足夠大”的緩存，則GE的鏈路可以保證承載125條8 Mbps的視頻流，且不丟包。拋開技術和成本的原因，太大的緩存會造成時延的加大，降低用戶的體驗。理論和實踐表明，緩存的大小在亞秒級是比較合適的選擇。如對于GE接口來說，每端口緩存大小達到20 MB，對于萬兆接口，每端口緩存大小達到200 M。在這樣的配置下，設備就具備了對接口流量近200 ms的緩存能力，較好地滿足了突發和時延的要求。

2.3 網絡具備良好的擴展性

業務和網絡的規劃一般是建設前一次性完成的，實際的建設則往往根據用戶和業務的發展分期實施，這就要求網絡具備良好的擴展性。視頻流量長時間和大寬帶的性質使其對寬帶、處理能力的要求隨著用戶量上升而迅速提高，更要求相應的承載網絡具有極高的可擴展性。

可擴展性一般包括接入能力擴展、網絡處理能力擴展、寬帶擴展和平滑擴展等。接入能力是指對下一級網絡設備或用戶的匯聚能力，接入能力的擴展主要體現在端口能力的擴展上，通過利用級聯技術，增加端口數目。處理能力擴展體現在設備轉發性能的提升上，該要求主要體現在網絡的匯聚層或核心層，小規模擴容時可通過增加機架式設備的插卡或更換處理引擎等方式進行，較大規模的擴容可利用堆疊或集群技術通過增加設備來實現。帶寬擴展較為簡單，一般通過鏈路的捆綁或鏈路聚合來完成。當然，在寬帶擴展時，首先要保證設備足夠的處理能力(線速轉發)。以上所有的擴展都需要具備的一個前提—平滑擴展能力。平滑升級主要體現在兩個方面：一方面是對現網用戶的影響盡量小，原有設備配置不改動或少改動；另一方面是能夠保護原有設備的投資，不造成浪費。網絡的平滑升級主要靠合理的網絡、業務規劃及堆疊、集群等關鍵技術的使用。

3 承載網的建設思路

三網融合的承載網建設在大方向上存在兩種不同的思路：一種思路是采用統一的網絡承載平面，將個人寬帶、視頻點播、語音和大客戶接入等各種不同業務統一承載在一個網絡平面上，不同業務之間通過VLAN，QinQ，MPLS VPN等高級技術進行隔離，并通過在網絡各個層面部署Qos策略保證不同業務的服務質量；另一種思路是把視頻業務和其他業務分開，采用視頻承載平面加數據平面的雙平面架構。當然，這里的雙平面是指網絡的核心和匯聚層面，接入網一般還是統一在一起的。

從技術上說，把所有業務統一承載在一個網絡上是可行的。如可以通過在網絡的核心或匯聚節點部署高端路由器，并通過MPLS-TE/Diff-Serv/MPLS VPN等高級技術實現不同業務的安全隔離和服務質量保證。這樣做的不利之處也是明顯的：由于不同業務對網絡要求差異極大，為了把所有業務承載在一張網絡上而使用的高級技術會提高網絡的建設成本和運營維護成本(增加配置、維護的復雜性)。

由于視頻業務的特殊性(長時間、大寬帶、高Qos)，在規模運營時，把視頻業務作為一個獨立的平面來建設是更為合理的選擇。其他個人業務無論是寬帶還是語音，對寬帶的需求和視頻業務都不在一個數量級上，而大客戶業務由于其用戶數量至少比個人用戶小兩個數量級，對寬帶的消耗也無法和視頻相比。

在實際建設中，運營商網絡往往也采用分離建網的模式。如電信在開展IPTV業務時，一般采用交換機建設獨立的視頻分發網。甚至同樣是數據業務，中國電信的個人寬帶和大客戶VPN業務也分別承載在ChinaNet(163/169)和CN2兩個平面上。廣電DTV業務承載在HFC網絡上，個人寬帶和大客戶業務一般統一承載在IP技術的承載網絡，在大規模部署業務時，則采用CDN技術來緩解城域網和骨干網的壓力，這也意味著廣電一般是通過HFC+IP兩張網來綜合承載視頻業務(如圖2所示)。

圖2 廣電城域網雙平面結構

4 結束語

三網融合畢竟是一個遞進的過程，不論是新建還是擴容，在網絡架構、技術路線、設備形態等各個層面上，運營商都有多種選擇。技術沒有完美，沒有最好，只有最適合自己。所謂適合，不僅要充分考慮當下的需求，更要考慮業務和技術發展的趨勢。掌握了趨勢，才可能在未來更加激烈的競爭中取得主動，立于不敗之地。

[1] 杭州華三通訊技術有限公司.新一代網絡建設理論與實踐[M].北京:電子工業出版社,2011.