城域PTN 專線承載網規劃容量測算及擴容策略?

周 偉

（上海市信息網絡有限公司 上海 200081）

1 引言

隨著通信技術的不斷發展，數據專線［1］在國民經濟各領域承擔著重要的技術基礎。其承載網絡——城域專線承載網［2］也不斷進行著網絡技術的升級和網絡能力的拓展［3］。

PTN（Packet Transport Network，分組傳送網）是一種以分組業務傳送為基礎的光傳輸網絡［4］，它具備高可靠性、高帶寬、低時延［5］、較強的操作維護管理［6］等特點，并可靈活實現多業務承載應用［7］。用于數據專線承載可實現多種業務模型［8］，因此越來越受到電信運營商在城域組網中的青睞［9］。相比互聯網業務［10］，專線承載網的電路平均占用帶寬相對較小，業務流向不明確，這與移動回傳網［11］等其他應用而言具有很大的區別。

由于城域專線承載網的規模較大，要求承載網具備靈活的可擴展性，必須在網絡性能和網絡容量［12］發生不足之前，能夠提前測算出實際的可用性，并實現及早預警擴容。傳統的網絡容量測算方法往往比較簡單，且較多關注當前的網絡容量［13］，缺乏前瞻性的測算。本文提出了一種對網絡規劃容量的測算方法，適用于以PTN為基礎的城域承載網。

2 PTN 的網絡結構及影響網絡容量的關鍵因素

城域PTN專線承載網的結構分為三個層次，即核心層、匯聚層、接入層［14］。影響城域專線承載網承載容量的關鍵因素首先是物理限制，即節點設備的槽位數量、端口數量限制。其次為設備及芯片的能力限制，主要涉及整機標簽交換能力等限制。第三類為網絡承載的業務模型限制，不同業務模型對資源消耗量是不同的，直接影響網絡承載能力。

3 網絡容量估算方法

可以把網絡容量估算方法分為基本容量評估方法和網絡規劃容量評估修正兩部分。

3.1 基本容量評估方法

最基本的容量評估方法是根據網絡設備的物理特性即槽位、端口等進行初步估算。根據網絡架構，逐一對核心層、匯聚層、接入層的物理承載能力進行評估，確定全網可提供的業務端口數量。通過對各層級的承載能力限制和匹配再結合業務模型算出基于物理特性的容量。

第一步是進行核心層評估，對核心層提供的端口評估。核心設備以字母c作為標記。

第二步是進行匯聚層評估。匯聚設備以字母b 作為標記。設定全網匯聚設備數量為Nb，每個設備的槽位總數為Sbn，其中用于上聯核心設備的槽位數量為Sbc，用于下聯接入設備的槽位數量為Sba，用于用戶專線接入的槽位數量為Sbl，則設備槽位總數Sbn為

用戶接入側業務板卡可提供端口數量為Pbl，網絡側業務板卡可提供端口數量為Pba。

第三步是接入層評估。接入設備以字母a 作為標記。接入層物理結構以環網方式組成，上聯端口為兩個。設定每個接入設備用戶接入端口數量為Pl，每個接入環的接入設備數量為Nra。按此計算，每個接入環可提供的接入端口數量Par為

結合第二步和第三步可得出，每個匯聚設備可下掛的接入環數量為

全網可下掛接入環數量為

全網所有接入層設備可提供接入端口總數量：

以上數量均需剔除預留搶修備用數量。根據計算公式可進行細致的計算。

依據數據專線業務發展較好的代表性城市上海市多年的PTN 專線承載網絡的統計數據分析得到，其中約70%的專線電路為接入層端口至匯聚層端口的點對多點類型，另外30%的電路為接入層至接入層的點對點電路。因此可以得出以下經驗公式：

其中占比約為70%的接入層端口至匯聚用戶接入端口的專線電路數量為x，這些電路每條占用1個接入層用戶接口。而占比約為30%的接入層端口至接入層端口的專線電路數量為y，這些電路每條占用2 個接入層用戶接口。所有專線占用的接入層用戶接口的數量則為P。

將式（5）所計算出的Patl代入式（8）中的變量P可以估算出兩種業務流向的專線電路x、y 的數量，由此可推算出全網可承載的電路數量L：

考慮到專線電路地域分布具有一定的不均衡性。設定β（0＜β＜1）為端口不均衡分布指數，則全網可承載的電路數量L2降為

依據統計數據，β可設定為0.8左右為宜。以上是根據專線承載網設備的物理特性以及承載業務的模型相結合所總結的容量估算方法。但是僅使用這種方法得出的最終結論可能與實際情況存在一定的偏差，因此還需將網絡規劃作為一個重要條件來估算承載網的容量。

3.2 網絡規劃容量評估修正

專線承載網全網業務呈現出流向不確定。可以采用隧道全預置方式，依托業務類型來確定，即根據上文中闡述的業務類型70%為接入層至匯聚層的流向，所以隧道預置的原則是全網所有接入層設備均與匯聚層設備建立隧道，且所有匯聚層設備之間建立全互聯隧道。

在全預置隧道的網絡中，全預置的隧道會占用一部分設備的OAM 等資源，為了更準確地評估網絡承載能力，這個影響因子必須考慮在內。核心層設備的標簽交換（Label Switched Path，LSP）能力，即核心設備處理隧道的能力，決定全網可承載的預置隧道數量，由于這些預置隧道大部分為匯聚層至接入層的隧道，就決定全網可承載接入層設備的數量。

其中Lc為核心設備的標簽交換能力，是由設備性能確定的一個確定值。而Lab則為接入設備至匯聚設備的LSP 數量，Lbb為匯聚設備至匯聚設備的LSP 數量。當全網接入設備數量為Na，匯聚設備數量為Nb，核心設備數量為Nc時，Lbb=2Nb( Nb-1) ，而Lab=2Na( Nb-2 )，由此所有核心設備承載的主備LSP數量為Lab+Lbb。因此，每臺核心設備承載LSP數量：

在此公式中，Lc是定量，核心設備數量Nc及匯聚設備數量Nb也定量，接入設備數量Na為變量。當核心設備標簽交換能力有限時，從設備標簽交換能力的角度，可根據以上公式計算出全網可最多承載接入設備的數量。接入設備的數量直接決定全網可提供接入端口數量和承載用戶數量。此計算結果需與式（5）中Patl值計算結果作對比，取較小的值作為評估結果。

匯聚層設備的OAM 能力，由于70%的業務最終會終結于匯聚設備，因此在匯聚設備上會有大量隧道和偽線終結［15］，而每條隧道和每條偽線均需消耗OAM 資源，所以OAM 能力將決定匯聚設備的業務落地能力。

其中匯聚設備的OAM 能力為Ob，匯聚設備LSP 終結數量為Lbt，匯聚設備PW 終結數量為Wbt。

每臺匯聚設備終結的LSP數量為

其中Ob和Nb為定量，Na已通過以上公式計算得出，而Wb1t為變量。Wb1t為每臺匯聚設備可落地的PW值，即每臺匯聚設備落地的電路數量，也直接影響全網的承載能力。

全網匯聚可落地的電路數量：

此數值需與上文中x 值進行對比，取較小的值作為評估結果。

4 擴容策略

當網絡容量發生預警時，必須采取合理的擴容策略以實現網絡的容量擴充。全預置隧道模式下，針對用戶接口預警、帶寬利用率預警、OAM 門限值預警，擴容主要有以下方法。

第一，若用戶接口預警發生于接入層設備，解決辦法是新建新增接入層設備。根據式（2）、（5）增加接入設備的數量。在網絡承載能力內，即式（13）中的Na不超過最大值，可按需新增接入層設備，新增的接入層設備與原有的所有匯聚層設備之間配置隧道。若用戶接口預警發生于匯聚層設備，根據式（6）、（7），需要增加匯聚設備用戶接入板卡的數量。對于匯聚層設備來說，如果規劃槽位已全部使用，只能用槽位數量更多的設備進行替換。

第二，帶寬預警的擴容策略。當某接入環帶寬發生預警時，接入環無法進行帶寬擴容，該接入環需停止新增用戶接入。當匯聚層設備上聯方向帶寬預警時，可通過新增匯聚至核心的中繼鏈路進行帶寬擴容。當核心層設備之間鏈路帶寬預警時，可通過新增核心至核心設備的中繼鏈路進行帶寬擴容。

第三，當接入層設備OAM 門限值預警發生時，該接入層設備即停止新增需消耗OAM 資源的各項配置，若有相關業務需求，可在同一物理地址新規劃一套接入層設備。當匯聚層設備或核心層設備板卡OAM 門限值預警發生時，可在該匯聚層設備或核心層設備上新增同類型板卡，新增業務需求配置于新擴容的板卡上。當匯聚層設備或核心層設備整機OAM 門限值預警發生時，需要用OAM 處理能力更強的設備替換原有的匯聚層設備。

5 應用分析

以上海市的一家運營商所建設的PTN 專線承載網為基礎，分析承載容量和擴容方面的情況。網絡的第一期建設完成了核心和匯聚設備的安裝。從第二期建設起，開始增加接入設備的安裝。其中一期、二期、三期的實際容量上限和容量估算的結果相吻合。四期建設的實際容量出現了瓶頸，和測算的結果存在著細微的差異。

待分析的PTN 專線承載網絡核心層和匯聚層設備均使用ZTE 9008 系列設備，接入層設備采用ZTE 6000 系列設備。核心層設備4 臺、匯聚層設備16臺，接入層設備按期建設。

表1 PTN專線承載網建設示例

從表1 分析可以得出，當接入層設備數量Na增加時，PTN 網絡所能承載的電路數量L 也同時增加。

圖1 接入設備數量和可承載電路數的對比

PTN 網絡建設從第一期至第三期，估算網絡承載能力，符合預期，建設第四期后發現，在匯聚層下聯接入層設備的端口仍然有空余的情況下，新建的接入層設備已無法根據規劃配置相關隧道。原因是核心層設備的標簽交換能力已達到最大值。因此應根據上文3.2 節內容對網絡承載能力進行修正。根據式（12）、（13）、（14）計算得出，核心設備標簽交換能力最多可支持約550 臺接入設備，約17600個用戶接入端口。PTN網絡最大承載能力為13537 條電路，再根據式（10）進行β調整后，網絡承載能力為10829 條電路。由于以9008 設備為核心匯聚的PTN 網絡承載能力約10000 條電路，且核心層設備標簽交換能力和匯聚層設備槽位端口接近飽和，為了提升PTN 網絡的承載能力，必須對核心層、匯聚層設備整體替換。經分析，以6500 系列作為替換對象，這類設備的標簽交換能力以及槽位端口數量大幅增加。

核心匯聚替換成6500 以后，同樣根據式（12）、（13）、（14）計算得出，核心設備標簽交換能力最多可支持至少2000臺接入設備，約64000個用戶接入端口。根據式（5）計算得出，核心匯聚升級替換后，PTN 網絡最大承載能力為49231 條電路，再根據式（10）進行β調整后，最終網絡承載能力為39385 條電路。

表2 PTN核心匯聚升級替換后的專線承載情況

按照每年安裝300 臺接入設備的建設常規進度，2000臺接入設備的網絡承載能力，可實現約四萬條電路的承載，至少能讓PTN網絡滿足升級后五年的業務發展需求。

圖2 升級后接入設備數量和可承載電路數的對比

6 結語

本文提出了一種規劃容量測算的方法，通過對核心層、匯聚層和接入層的設備、板卡、端口進行分析，并結合業務模型特點和端口不均衡分布指數，對可承載專線數量進行測算。針對不同的預警情況，可分別采取接入層擴容、帶寬擴容和匯聚擴容等策略。對實際運營數據的采集后證實，能有效發現承載容量的瓶頸，并通過擴容策略實現網絡承載能力的突破，滿足專線客戶的承載需求。