全光網(wǎng)絡(luò)下IP城域網(wǎng)的構(gòu)建探討

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司河南省分公司 | 馮仕軍

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司鄭州市分公司 | 馮桂平

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本文結(jié)合IP城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，通過對業(yè)務(wù)流量和帶寬需求的詳細(xì)分析，探討將來全光網(wǎng)絡(luò)下IP城域網(wǎng)的構(gòu)建策略，并分析在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中需要注意的問題。

為了響應(yīng)國家“寬帶中國”戰(zhàn)略的推出，各大運(yùn)營商都在大力推進(jìn)銅纜網(wǎng)向光網(wǎng)的改造步伐，隨著光網(wǎng)改造的完成，運(yùn)營商將建立起一張全光寬帶網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為未來“三網(wǎng)融合”業(yè)務(wù)提供強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)支撐。IP城域網(wǎng)作為IP骨干網(wǎng)的本地延伸，定位于本地固移寬帶、OTT/IPTV、CDN、IDC等互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)接入，在全光網(wǎng)路情況下將對現(xiàn)有的IP城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，如何精準(zhǔn)地對現(xiàn)有IP城域網(wǎng)構(gòu)建進(jìn)行優(yōu)化改造顯得尤為迫切。

全光網(wǎng)絡(luò)下IP城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

IP城域網(wǎng)主要由核心層路由器CR、業(yè)務(wù)控制層路由器BRAS和接入層OLT設(shè)備以及各層設(shè)備間的中繼鏈路組成。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，IPv4地址越來越緊缺，但I(xiàn)Pv4向IPv6過渡又需要一定的時(shí)間，通常的做法是在IP城域網(wǎng)中加載NAT44設(shè)備以解決IPv4地址緊缺的問題，一般有集中式部署和分布式部署兩類。如圖1所示。

圖1 IP城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

全光網(wǎng)絡(luò)趨勢下，隨著寬帶業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，業(yè)務(wù)需求越來越多樣化，帶寬需求越來越大，因此各層設(shè)備間的鏈路帶寬需求越來越大，對各層設(shè)備的要求也越來越高。本文重點(diǎn)對層間鏈路帶寬、各層設(shè)備需求及應(yīng)對策略進(jìn)行測算和分析。

層間鏈路帶寬需求及應(yīng)對策略

全光網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量分析

在全光網(wǎng)絡(luò)下，從接入層至業(yè)務(wù)控制層，從業(yè)務(wù)控制層至核心層，從核心層至骨干網(wǎng)，各層之間不同的業(yè)務(wù)流量均會有一定的收斂，但不同的業(yè)務(wù)收斂比例不同，如圖2所示。

圖2 IP城域網(wǎng)各層間相對流量結(jié)構(gòu)示意圖

各層級業(yè)務(wù)流量的收斂比例根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)可分析得出如下結(jié)論。

1. 普通寬帶業(yè)務(wù)

● 在接入層OLT、業(yè)務(wù)控制層BRAS的下聯(lián)業(yè)務(wù)本地互訪的流量基本可以忽略，所有接入層、業(yè)務(wù)控制層上下聯(lián)的收斂接近于1。

● 核心層CR的下聯(lián)業(yè)務(wù)存在一定的省內(nèi)流量需求，因此本地流量與總的下聯(lián)業(yè)務(wù)流量之間有一定的收斂比例，可根據(jù)運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出。

2. 可控IPTV業(yè)務(wù)

● 直播（組播方式）業(yè)務(wù)各層間流量相同。

● 點(diǎn)播業(yè)務(wù)：根據(jù)CDN存儲部分部署的架構(gòu)分析。

若作二級架構(gòu)部署：在BRAS側(cè)部署的CDN業(yè)務(wù)會存儲80%～90%的熱點(diǎn)內(nèi)容，大部分點(diǎn)播業(yè)務(wù)流量將會終結(jié)在業(yè)務(wù)控制層，減少上層間帶寬的壓力，剩余業(yè)務(wù)流量基本會終結(jié)在核心層。

若作一級架構(gòu)部署：僅在BR AS側(cè)部署的CDN業(yè)務(wù)會存儲80%～90%的熱點(diǎn)內(nèi)容，減少業(yè)務(wù)控制層以上層間帶寬的壓力；僅在CR側(cè)部署的CDN業(yè)務(wù)會存儲80%～90%的熱點(diǎn)內(nèi)容，減少核心路由器至骨干網(wǎng)的出口帶寬壓力。

3. OTT（單播）業(yè)務(wù)

由于OTT業(yè)務(wù)的不可控性，內(nèi)容大部分在互聯(lián)網(wǎng)存儲，所以在不作本地CDN部署的情況下，上下層間的流量將基本無收斂。

帶寬需求分析

1.用戶接入帶寬需求分析

作為接入層光線路終端設(shè)備，現(xiàn)有運(yùn)營商OLT部署主要為EPON、GPON、10G EPON，10G GPON尚未實(shí)現(xiàn)商用，且多為1：32或1∶64分光。用戶接入情況如圖3所示。

公式為FD=D*V/F/BV。其中：FD為平均用戶最大分配帶寬；D為PON口帶寬；V為實(shí)際利用率，實(shí)測得出；F為每PON口分光比；BV為最大用戶并發(fā)率，實(shí)測得出。

具體接入模式下用戶帶寬保證情況詳見表1。

表1 各類接入模式下用戶帶寬的保證情況

由上述分析可知，在每用戶平均帶寬需求不超過32Mb/s、最大用戶并發(fā)率不超過50%的情況下，現(xiàn)有用戶接入帶寬均可得到保證。

隨著業(yè)務(wù)需求的不斷提高，未來寬帶用戶對帶寬的要求將會越來越大。隨著10G EPON技術(shù)和10G GPON技術(shù)的發(fā)展，可通過對OLT進(jìn)行升級，下聯(lián)端口提高為10G PON口，PON口業(yè)務(wù)割接至10G PON口來滿足需求。

2.各層間帶寬需求分析

根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢可知，未來帶寬占用量主要表現(xiàn)為3個(gè)方面，如圖4所示。

層間寬帶業(yè)務(wù)峰值總流量Z可用如下公式表示：

其中：N表示不同業(yè)務(wù)類型的峰值總流量（N1/N2/N3/N4），U表示設(shè)備下掛所有寬帶用戶數(shù)，n表示直播頻道數(shù)，X/Y/Z表示不同業(yè)務(wù)類型的帶寬收斂比，V表示不同業(yè)務(wù)類型的最大用戶并發(fā)率（V1/V3/V4），S表示不同業(yè)務(wù)類型的業(yè)務(wù)滲透率（S3/S4），D表示不同業(yè)務(wù)類型的每用戶平均業(yè)務(wù)帶寬（D1/D2/D3/D4）。

對IP城域網(wǎng)流量影響較大的視頻業(yè)務(wù)碼流如下：高清碼流，2Mb/s；超清碼流，4Mb/s～6Mb/s；準(zhǔn)4K，15Mb/s～20Mb/s；真4K，30Mb/s～50Mb/s；極致4K，50Mb/s～100Mb/s；未來業(yè)務(wù)，＞100Mb/s。

隨著技術(shù)的發(fā)展和高帶寬業(yè)務(wù)滲透率的不斷提高，未來對帶寬的需求將呈幾何倍數(shù)增長。

帶寬需求增加的應(yīng)對策略

1.各層設(shè)備應(yīng)對策略

根據(jù)帶寬需求分析，核心路由器CR、業(yè)務(wù)控制層BRAS的上下聯(lián)帶寬將隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展逐步增加，對端口的需求將愈來愈高，對高密度板卡的需求也越來越大，平臺的處理能力將需要進(jìn)行相應(yīng)的升級。而接入層OLT上聯(lián)中繼帶寬隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展將逐漸由多GE上聯(lián)發(fā)展為多10G上聯(lián)。表2為各層設(shè)備可以采取的應(yīng)對策略。

2.管道智能化部署

隨著網(wǎng)絡(luò)提速、光網(wǎng)改造完成、大帶寬的網(wǎng)絡(luò)管道建成，由粗放型網(wǎng)路管道逐步向智能管道方向拓展，打破增帶寬不增收益的瓶頸，需通過引入智能管道的發(fā)展模式加以實(shí)現(xiàn)。圖5為管道智能化改造的思路。

網(wǎng)絡(luò)能力開放可實(shí)現(xiàn)管道價(jià)值最大化，發(fā)掘網(wǎng)絡(luò)潛能將為互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供專屬帶寬通道，有助于網(wǎng)絡(luò)能力變現(xiàn)。根據(jù)提速方式不同可分為以下幾種方式：第一，用戶自助寬帶提速方式（BOD），網(wǎng)上自助辦理帶寬提速；第二，基于業(yè)務(wù)的定向提速（DAA），根據(jù)流量的目的IP地址不同劃分幾個(gè)業(yè)務(wù)管道，提供不同的帶寬；第三，業(yè)務(wù)靈活關(guān)聯(lián)（eDSG），支持用戶同時(shí)綁定多個(gè)業(yè)務(wù)模板，實(shí)現(xiàn)用戶靈活開通業(yè)務(wù)。表3為智能管道提速方式對比。

圖3 用戶接入部分示意圖

圖4 層間流量模型示意圖

表2 各層設(shè)備應(yīng)對策略

表3 智能管道提速方式對比

全光網(wǎng)絡(luò)下網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建需要注意的問題

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化

部分運(yùn)營商IP城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍較為復(fù)雜，分層過多，核心至接入共分4～5層，用戶上網(wǎng)需經(jīng)過多條路徑，增加網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，且增加故障節(jié)點(diǎn)，對網(wǎng)絡(luò)安全不利，最終影響用戶感知。

隨著技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能愈加強(qiáng)大，有必要減少不必要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡單高效，既能降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維成本，又提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性。

設(shè)備改造及地址分配需要注意的問題

圖5 管道智能化示意圖

為向IPv6網(wǎng)絡(luò)平滑過渡，避免資源浪費(fèi)，運(yùn)營商IP城域網(wǎng)擴(kuò)容時(shí)新增或改造設(shè)備均需同時(shí)支持IPv4和IPv6。

隨著寬帶用戶的增長和新應(yīng)用業(yè)務(wù)的發(fā)展，各運(yùn)營商現(xiàn)有IPv4地址均相對緊張，部分城域網(wǎng)地址資源嚴(yán)重不足，部分城域網(wǎng)已開展相應(yīng)的NAT部署以暫時(shí)解決現(xiàn)有IP地址資源不足的問題。在地址轉(zhuǎn)換的過程中發(fā)現(xiàn)，IP地址轉(zhuǎn)換效率較低，主要由原有業(yè)務(wù)的IP地址分配非連續(xù)性造成。在后續(xù)的IP地址分配過程中，需要充分考慮業(yè)務(wù)類型，對IP地址進(jìn)行整體的規(guī)劃，避免出現(xiàn)再次浪費(fèi)。

與傳輸網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合

全光網(wǎng)絡(luò)下的IP城域網(wǎng)組網(wǎng)與傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)密不可分，隨著傳輸網(wǎng)絡(luò)的日趨完善，干線傳輸、本地市內(nèi)/市縣傳輸、縣鄉(xiāng)傳輸?shù)荣Y源將逐步成為制約IP城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要因素之一，在網(wǎng)絡(luò)改造擴(kuò)容過程中，需要及時(shí)向傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部門提出IP網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對傳輸資源的需求。

全光網(wǎng)絡(luò)下的IP城域網(wǎng)，將以高速管道為基礎(chǔ)，合理利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，發(fā)掘網(wǎng)絡(luò)潛能，合作/發(fā)展新應(yīng)用業(yè)務(wù)，以努力提升用戶感知和服務(wù)效益為目標(biāo)。

業(yè)務(wù)發(fā)展是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的驅(qū)動力，高帶寬新應(yīng)用業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用是寬帶提速的源動力。IP城域網(wǎng)絡(luò)作為多業(yè)務(wù)承載的基礎(chǔ)高速管道，將隨著高帶寬業(yè)務(wù)滲透率的逐漸增加而不斷優(yōu)化改造。

城區(qū)光網(wǎng)絡(luò)改造接近尾聲，農(nóng)村光網(wǎng)絡(luò)改造正在大規(guī)模開展；業(yè)務(wù)需求急速提高，勢必要求農(nóng)村光改在未來2～3年內(nèi)亦要快速部署完成，同時(shí)IP城域網(wǎng)各層設(shè)備及層間鏈路均需做好相應(yīng)的優(yōu)化部署。