基于應急保障需求的通信設施能力建設和網絡保障策略研究

江隆干（中國聯通海南分公司，海南海口570216）

0 前言

隨著社會經濟的發展和人民群眾對美好生活的向往，社會公眾及地方政府對通信網絡的可靠性要求也越來越高。通信網絡質量和穩定性是運營商的核心競爭力之一，中國南方及東南沿海地區，每年臺風、洪澇等自然災害頻繁發生，如何在新的要求下做好通信網絡抗災能力建設和網絡保障，確保在非常態情況下通信網絡不全阻、不失聯，滿足各級政府對應急條件下的通信可靠性要求，提升運營核心競爭力是值得研究的一個課題。

1 本地基礎網絡現狀

中國聯通在2013年提出了“垂直分層、水平分區”的本地基礎網絡架構規劃思路，在垂直方向上分為核心、匯聚和接入3個層次，在水平方向上依據地理狀況、行政區劃和業務分布等將本地網絡劃分為多個匯聚區，一個匯聚區內又劃分為多個綜合業務接入區，網絡架構分層示意圖如圖1所示。

1.1 匯聚節點現狀

在南方省分的市區一個匯聚區一般覆蓋200個移動節點（含宏站和室分），每個郊縣或縣級市原則上劃分為1個匯聚區。在單個匯聚區內，根據系統組網、機房條件需要設置1～2個匯聚節點。匯聚節點是本地網內各類業務匯聚設備所在機房，包括傳輸匯聚節點、IP網匯聚節點或業務控制層（BRAS/SR）以及邊緣DC等，應為自有產權或有長期租約（不少于15年）。新建匯聚節點使用面積建議不小于60 m2，蓄電池不小于2組800 Ah，開關電源滿配容量不小于600 A，外市電引入功率不小于70 kVA。

圖1 網絡架構分層示意圖

該市共有移動物理基站440個，已經建成匯聚節點1個，在建匯聚節點1個，具體情況如表1所示。

2個匯聚節點都是在原來移動基站的基礎上進行加蓋擴建的，從地理位置上都避開了該市城區曾經發生過內澇的區域，建在了該市地勢較高的區域。2個匯聚節點的一樓基站也同時改造為綜合接入機房。在市電供電類別方面，從檢修次數上劃分，2個匯聚節點所引入市電的平均每月停電次數都少于3.5次（達到二類市電標準），但從平均每次故障時間上劃分，2個匯聚節點所引入市電平均每次故障時間都大于8 h（低于三類市電標準）。

1.2 綜合業務接入機房現狀

綜合業務接入機房是綜合業務區內小范圍業務收斂設備所在機房，包括集中設置BBU、OLT、傳輸邊緣匯聚等設備，是區域內傳輸匯聚節點的延伸，也是匯聚節點和末端接入點之間的衍接節點。

該市按本地基礎網絡架構目標，共規劃了29個綜合業務接入機房，已經建成27個，總體建成率為93%。已經建成的綜合業務接入機房主要是在原來的移動基站和接入網機房的基礎上改造而成，其中2個城區自有產權/長租賃地自建綜合業務接入機房與匯聚節點同址。鄉鎮綜合業務接入機房為20個，占比為74%，其中5個節點是使用鐵塔自建產權的機房。整體情況如表2所示。

在市電供電類別方面，城區綜合業務接入機房的市電供電狀況與匯聚節點供電狀況一致。從實際的檢修次數上看，鄉鎮綜合業務接入機房所引入市電的平均每月停電次數都少于4.5次（達到三類市電標準），但從平均每次故障時間上看，所引入市電平均每次故障時間都達10～12 h（低于三類市電標準）。

1.3 光纜及傳輸網絡現狀

按照本地基礎網絡架構目標網的規劃思路，本地光纜網目標分為3層結構，分別是核心層、匯聚層、接入層，其中接入層又分為主干層、配線層、用戶引入層。核心匯聚層光纜主要用于核心節點、匯聚節點間衍接；城區主干光纜應按綜合業務區進行規劃，實現區域內的業務收斂。

該市從2014年開始在原有光纜網絡的基礎上啟動城區光纜網絡和縣鄉光纜網絡建設和優化，截至2017年，該市的光纜網絡已經基本形成目標網架構，匯聚節點出局為自建三路由管道，向上通過三路由出局管道敷設4條直達光纜至其他核心/匯聚節點，4條直達光纜出城區后各走不同路由；城區主干以匯聚節點為中心，采用環形不遞減方式，與綜合業務接入機房、主干光交共同組織形成了多個主干光纜環/鏈路；同時，匯聚節點與鄉鎮綜合業務接入機房及鄉鎮綜合業務接入機房之間通過縣鄉光纜互聯，形成以匯聚節點為中心的縣鄉光纜網絡，但是存在著部分綜合業務接入機房入局段單路由情況。

表1 該市匯聚機房現狀

表2 該市綜合業務接入機房現狀

在設備配置上，已經建成的匯聚節點1安裝了傳輸匯聚節點、IP網匯聚節點和業務控制層（BRAS/SR）等設備。傳輸匯聚節點1有2套OTN系統，1套為單波道容量10G的核心匯聚OTN，其上聯分2個方向，每個方向采用OLP保護模式各走2條直達光纜，另外1套為單波道容量100G的核心匯聚OTN，核心匯聚UTN通過OTN系統承載。傳輸匯聚節點1的UTN匯聚節點與綜合業務接入機房之間通過10GE UTN環路互聯。網絡結構如圖2所示。

圖2 該市傳輸網絡結構現狀示意圖

2 本地基礎網絡健壯性分析

本地基礎網絡架構包括了核心節點、匯聚節點、綜合業務接入點，又包括了核心層、匯聚層、接入層3層光纜網絡。因此，健壯的本地基礎網絡必須要求核心、匯聚、綜合業務接入三層節點機房安全、可靠，同時連接這三層節點機房的光纜網絡也必須安全可靠，某一時刻某一方向的光纜中斷不應影響業務的正常使用，不應給客戶帶來負面感知。

經過近幾年的建設，中國聯通在本地基礎網絡架構節點建設、節點的穩定性、光纜網絡的完善性方面取得了長足的進步，整體上來看，架構節點和光纜網絡已基本成型，提升了網絡的健壯性、穩定性。但是仍然存在一定的問題，下面仍以該市的網絡作為例子進行分析。

2.1 匯聚節點

該市的匯聚節點從電力供應上都配置了800 Ah或以上的蓄電池2組，在不考慮蓄電池性能劣化的情況下，按當前已建成的匯聚節點機房直流負荷160 A計算，后備電池停電后的續航能力可達6.7 h，滿足《中國聯通基礎設施建設規范》中規定的三類市電條件下電池總放電小時數2～4 h的要求。同時，匯聚節點都配置了具有自動轉換功能的固定油機，且固定油機的容量與節點機房用電負荷相匹配，當市電故障停電時，固定油機即可自動啟動投入使用。即使在最惡劣的情況下，當市電故障停電時固定油機同時出現故障而無法自啟動，由于匯聚節點都位于市區，維護人員也可以在2 h內到達現場，通過啟動移動備用應急油機加以保障。因此，從匯聚節點的電力配置上看，可靠性已經比較高。但是，該市匯聚節點目前已建成的僅為1個，且所覆蓋移動節點大于正常規模，另一匯聚節點仍在建設中，存在著單一節點失效的風險。

2.2 綜合業務接入節點

在本地基礎網絡架構中，綜合業務接入節點靠近用戶末端，集中設置BBU、OLT、傳輸邊緣匯聚等設備。換句話說，移動基站正常運行是依靠綜合業務接入節點正常工作來保證的。因此，對于地方政府提出的重點機房（基站）停電后24 h內不退服的要求，首要條件是綜合業務接入節點不能退服。

該市的城區綜合業務接入節點中，2個自有產權/長租賃地自建綜合業務接入節點都配置了800 Ah或以上的蓄電池2組，它們與匯聚節點同址，因此電力配置可靠性也比較高。但是另外5個綜合業務接入節點中，有4個蓄電池容量為500 Ah 2組，其中3個節點蓄電池的使用年限大于4年。

該市的鄉鎮綜合業務接入節點都是設置在鄉鎮鎮區或靠近鄉鎮鎮區約500 m的地點，同時鄉鎮綜合業務節點基本上都建設40 m左右的鐵塔兼做移動基站實現鎮區及周邊的無線網絡覆蓋，因此鄉鎮綜合業務接入節點本身也是應急通信保障無線網絡覆蓋的“錨點”。但是，從該市鄉鎮綜合業務接入節點的現狀看，20個鄉鎮綜合業務接入節點中，配置2組500 Ah蓄電池的機房數量為17個，占比85%，且使用年限大于4年的為16個。

城區/鄉鎮綜合業務接入節點中使用年限大于4年的蓄電池都是中國聯通2013年提出本地基礎網絡架構目標網規劃思路之前配置的，同時也是在啟動4G網絡建設之前配置的。機房斷電后，按當前城區/鄉鎮綜合業務接入節點機房直流負荷100 A計算，在不考慮蓄電池性能劣化的情況下，其續航能力約為6 h，但是蓄電池隨著使用年限的增加，其性能會逐步劣化造成容量降低，續航能力會下降至2～4 h。雖然表面上基本滿足《中國聯通基礎設施建設規范》中規定的三類市電條件下電池總放電小時數2～4 h的要求，但是實際上存在著諸多問題，具體如下：

a）鄉鎮綜合業務接入節點市電平均每次故障時間都達10～12 h，低于三類市電標準。

b）鄉鎮綜合業務接入節點位置偏遠且無人值守，從接到停電通知，準備時間1～2 h，路途耗時1～2 h，一般至少需要2～4 h。

c）臺風來臨的時候，臺風登陸前和登陸后都會對陸地的電力和交通產生很大影響，為了確保安全，臺風登陸前9 h左右電網會停電（按10級風圈半徑180 km，臺風移動時速20 km/h計算），臺風登陸后10 h內包括電力都無法搶修（登陸后受臺風影響，樹木等倒塌阻斷交通無法出行），且影響范圍常常多達幾個市縣，受影響最大的市縣鄉鎮幾乎會全部停電，有時城區也會大面積停電。

d）部分鄉鎮綜合業務接入節點雖然配置有固定油機，但是固定油機沒有自動轉換功能，且油機使用時間長后，實際輸出功率根本達不到額定輸出功率，即使有停電自啟動功能，其實際輸出功率也無法滿足機房內當前負荷需要（含空調），必須人工啟動并臨時關閉空調。

因此，在臺風等自然災害條件下，現有部分城區及大多數鄉鎮綜合業務接入節點機房斷電續航能力無法達到停電后24 h內不退服的要求。

2.3 光纜網絡

該市的核心匯聚層光纜有3條路由出局，OTN系統分2個方向，且10GOTN每個方向有OLP保護模式，可靠性已經比較高。在城區主干和縣鄉光纜網絡層面，光纜都成為環路，一個方向中斷不會影響業務正常使用，也相對比較可靠。光纜網絡中存在的主要問題在于部分綜合業務接入節點入局段單路由情況，如果此段路由出現中斷，則會引起該節點退服。

3 通信設施抗災能力建設和保障策略

3.1 匯聚節點建設和保障策略

3.1.1 建設策略

a）從可靠性考慮，某一匯聚區內只有單一匯聚節點的，特別是單一匯聚節點所覆蓋移動節點大于正常規模的，應盡快啟動第2匯聚節點建設，建議該市應盡快完成第2匯聚節點建設并投入使用。

b）新建匯聚節點選址時應避開存在災害風險的區域，如曾經發生過內澇的區域。

c）匯聚節點土建應嚴格執行《建筑工程抗震設防分類標準》，按標準進行抗震設防。同時按規范對通信設備進行抗震加固。

d）機房的承重應滿足負荷最重的設備安裝要求，特別是要重點評估遠期發展后，蓄電池增容時對機房承重的要求。

e）新建匯聚節點在機房空間、電力容量上要考慮5G CU和邊緣DC的需要，預先規劃好機位和電力容量，同時應配置具有自動切換功能的備用發電機組。

f）新建匯聚節點在土建和電力等基礎設施建設完成后，應將原來單一匯聚節點中的匯聚設備如傳輸匯聚設備、IP網匯聚節點或業務控制層（BRAS/SR）等進行分離，持續將原來的單節點互聯逐步優化改造，最終在不同的2個匯聚節點機房內形成雙平面、雙節點、雙互聯。

g）為了確保匯聚節點機房長期穩定，對于長期租賃或者長租賃地自建的機房，應擇機進行購置。

3.1.2 保障策略

a）應嚴格按照維護規程要求對匯聚節點進行巡檢，定期對蓄電池組進行性能測試，了解其容量變化情況，同時對固定油機進行保養、檢修、試機，確保固定油機處于正常狀態。

b）日常應主動關注市電停電計劃，提前做好保障準備。在可預見的自然災害（如臺風）來臨之前，對于沒有設置固定油機的匯聚節點，應提前投放移動備用應急油機加以保障。

3.2 綜合業務接入節點建設和保障策略

3.2.1 建設策略

a）機房空間、電源等條件較差，無法滿足區域內BBU集中放置或其他業務收斂需求的綜合業務接入節點，應盡快加以改造或增設。

b）增設的綜合業務接入節點選址時應避開存在災害風險的低洼地帶。土建應嚴格執行《建筑工程抗震設防分類標準》，按標準進行抗震設防，同時按規范對通信設備進行抗震加固。機房的承重應滿足負荷最重的設備安裝要求，特別是要評估遠期發展后，蓄電池增容時對機房承重的要求。

c）當前蓄電池后備容量不足或性能劣化已造成容量降低的節點，應盡快啟動蓄電池的擴容更換。蓄電池組的總容量應按近期負荷配置（即當前負荷加上預計3年內要增加的鄉鎮OTN、OLT、5GDU等新增負荷），并依據蓄電池的壽命，適當考慮遠期發展，確保在5年內蓄電池的續航能力都在6 h以上。

d）對實際輸出功率不足的鄉鎮綜合業務接入節點固定油機進行更換改造，確保固定油機的實際輸出功率能夠滿足整個節點機房的需要，并配置自動切換功能。

e）當預計近3年內機房直流負荷會有較大增長（如5GDU集中），且蓄電池擴容更換后整個機房的峰值用電負荷達到整個變壓器額定功率容量的75%～80%時，應在2年內開展該綜合業務接入節點的高壓增容工作，確保市電容量滿足機房需要。

3.2.2 保障策略

a）應嚴格按照維護規程要求對綜合業務接入節點進行巡檢，定期對蓄電池組進行性能測試，了解其容量變化情況，同時對固定油機進行保養、檢修、試機，確保固定油機處于正常狀態。

b）日常應主動關注市電停電計劃，提前做好保障準備；在可預見的自然災害（如臺風）來臨之前，對于沒有設置固定油機或固定油機容量不足的綜合業務接入節點，應提前投放移動備用應急油機并部署人員加以保障。

c）及時進行老舊設備騰退，特別是2G的減頻退網，為機房騰出空間，同時減少機房用電負荷，反過來也就增加了蓄電池的續航能力。

d）當可預見的自然災害（譬如臺風）來臨之前，可以根據重要性策略地提前關閉一些網元（譬如2G和非重要站點的BBU），使機房負荷變輕，盡可能延長蓄電池的續航時間至可發電搶修的時候。

e）對于利用鐵塔自建產權的節點，應預先與鐵塔溝通，作為重要站點優先保障。

3.3 光纜及傳輸網絡建設及優化策略

3.3.1 建設策略

a）核心匯聚層光纜在匯聚節點上應多路由（至少三路由）出局，多路由至其他連接節點。

b）應將綜合業務接入節點入局段單路由改造為雙路由。

c）對于經常受到臺風影響的地區，光纜敷設時應盡量選擇直埋方式，至少同一節點出去的2個不同方向光纜，應有一個方向采用直埋敷設方式，提高災害時光纜網絡的可靠性。

3.3.2 保障策略

a）日常中光纜應持續優化，避免搶修時臨時代通的路由長期使用，應在原路由修復后立即倒代，確保多路由。

b）日常維護中應加強對光纜網絡環保護的檢查，避免出現同一子環使用同一段光纜的假環情況出現。如果出現類似問題應立即制定方案優化調整。

4 結束語

通信網絡質量和穩定性是運營商的核心競爭力之一。在中國聯通本地基礎網絡架構已經基本形成的今天，本地基礎網絡的健壯性仍然存在著不少問題，必須密切關注地方政府對應急條件下的通信可靠性要求，

同時關注5G引入及網絡擴容對當前網絡通信可靠性的影響，加大通信基礎設施保障能力方面的投入，及時進行改造升級，不斷提高中國聯通本地基礎網絡的可靠性，增強中國聯通在市場上的競爭力和口碑。