（2020年江蘇省通信學會“華蘇杯”論文征集三等獎）“新基建”助力長三角高質量一體化發展探索
——優化骨干傳送網結構，打造江蘇聯通一體化精品網絡

薛金明 潘 皓 梁 昆 宋 梅

中國聯合網絡通信有限公司江蘇省分公司

0 引言

近年來，網絡時延（Delay/Latency）性能越來越得到人們的重視，逐漸成為通信業界的新熱點。低時延網絡也成為運營商所關注的發展方向。光傳送網作為最基礎的承載網絡，在各類通信技術中擁有最低和最穩定的時延性能。但是隨著“互聯網+”的深入發展，通信網絡開始與各行各業深度融合，某些新興行業和新興業務對網絡時延提出了近乎苛刻的需求，某些需求甚至到了現有光傳送網絡技術和組網結構無法滿足的程度。因此，非常有必要對低時延業務需求進行深入分析，從而進一步研究光傳送網絡的低時延優化技術，以更好地滿足這些低時延業務的需求。

江蘇聯通部分地市業務電路存在時延大和時延不均衡的問題，主要原因為這些地市至業務核心節點地市的光纜距離較長、跨段較多以及不同方向光纜路由差別較大，同時存在多個老舊10G波分系統，網絡容量及時延均不具備優勢。以連云港169網為例，上聯南京和無錫核心的電路時延為6到11毫秒不等，用戶感知不佳，進而影響業務發展，傳輸時延優化急需實施。

1 光網絡時延分析

1.1 光網絡的時延優勢

圖1給出了OSI七層網絡模型中各個層次的處理時延示意圖，可見層次越低，處理時延越小。表1給出了網絡中L0層至L3層各種網元引入時延的數量級分布，簡單理解如下：L0層網元引入時延ns級、L1層網元引入時延us級、L2/L3層網元引入時延ms級、光纖引入時延與傳輸距離成正比（5us/km）。

圖1 OSI七層模型時延比較示意圖

光網絡的低時延優勢源于其對業務信號處理層次極低，在全光傳輸距離可達范圍內，除了5us/km的光纖固有傳輸時延以外，光網絡設備引入的時延均為ns級的（1ns等于1us的千分之一）。OTN的傳輸設備進入了L1層處理，單節點的時延多數也是在10us級（復雜封裝結構下可能達到100us級）。相對于交換機、路由器等L2、L3層網絡設備單節點引入的1ms 至 10ms 量級的時延，光網絡設備節點引入時延只有其百分之一到千分之一。

1.2 光網絡時延構成分析

進一步優化光網絡電路時延需要深入分析光網絡電路中的時延分布，光網絡工作在L0和L1層，根據表1給出的不同層次網元引入的時延量級，光纖傳輸時延是光網絡電路時

表1 相干光網絡電路時延分布量化分析表

2 網絡優化設計思路及應用分析

2.1 省際波分系統開口，新增業務落地骨干節點

江蘇聯通省際干線主要有五個方向，即南京經常州、無錫、蘇州到上海方向，南京經蚌埠、徐州等地市到濟南方向，南京經滁州到合肥方向，南京經宜興、湖州等地市到杭州方向、青島經連云港、鹽城、南通等地市到上海。能夠上下業務的波分節點為南京、無錫，OTN節點為南京，其他途徑的江蘇地市均為中繼站點。

將省際100G波分系統中繼站點蘇州、徐州、連云港、南通開口改造為OADM站點，為省際直達電路開通創造基礎條件。下面以宿遷京東業務時延優化為例進行說明。

JD作為國內互聯網巨頭之一，是聯通的重要大客戶，跨省JDIDC及專線業務需求大，為了解決宿遷JD數據中心上聯、JD大顆粒專線就近接入以及至北方電路時延問題，啟動了JD業務優化專項工作。

為實現JD專線業務時延最優化，在徐州一干開口進行波道轉接，宿遷通過100G OTN延的決定性因素，其次是L1電層的處理（FEC編解碼、成幀/解幀、業務封裝、等），L0光學器件處理時延基本上可以忽略。EDFA光放大器時延相對于其他光學器件比較高，是因為其內部集成了一段用作放大介質的摻鉺光纖帶來的傳輸時延。

光傳送網絡進入100G/400Gbps時代以后全面采用相干光通信技術，線路上不再需要DCF，進一步降低了電路時延。與采用DCF的10Gbps光傳輸系統相比較，100G/400gbps光傳輸電路在相同的光纜路由條件下，能夠降低10%左右。這也是相干光通信帶來的另一個好處。在相干光通信網絡中，光纜傳輸時延占到光網絡電路時延的90%以上。

所以說光網絡不僅是目前主流通信技術中具有最低時延優勢的技術，而且光網絡電路時延具有良好的可預測性。

綜上所述，光網絡時延優化主要措施是，第一優化路由距離，降低光纖傳輸時延；第二采用大管道傳輸，例如現階段10Gbps WDM 傳輸系統，優先升級到 100G/400Gbps 等更高速率的相干光傳輸系統。波分與一干濟南/南京100G OTN節點連接，實現往北/南業務路由距離最短。

優化后的JD專線電路分南北方向，選取最短光纜路由通過南京、濟南節點，建立專線電路路由。

宿遷JD業務優化效果：通過省際波分開口以及對宿遷JD納入至一干OTN精品網絡，實現專線業務至北/南業務路由時延最優，至北方傳輸距離從1773Km縮短為1143Km，單向傳輸時延縮短3.35ms。未來JD核心機房落戶宿遷，跨省業務將迅猛增長，本次優化方案將明顯提升業務質量，增強市場競爭優勢。同時，對后續其他大客戶至北方的專線業務，也有較好的市場宣傳亮點作用。

圖2 優化后JD專線路由示意圖

2.2 省內傳送網MESH化改造，實現多地市間直達

江蘇聯通省內OTN網絡為環狀結構，通過地市間干線光纜將各地市骨干節點按地理位置串聯起來，組成多個按方位劃分的OTN環網（蘇北環、蘇南環、蘇中環），從省內核心節點兩個方向分別開通短徑和長徑分擔的電路到達各地市。

通過啟用或新建部分地市間光纜，建造多段地市間直達OMSP系統，從而實現減少核心節點到地市途徑節點數量和距離。如圖3所示。

圖3 優化改造后的省內干線OTN網絡示意圖

（1）新建淮安-鹽城、淮安-連云港直達OMSP系統

將淮安-鹽城、淮安-連云港原有無保護的OTN單鏈改造為OMSP，將其保護鏈路疊加在現有OTN環網上，有效解決鹽城、連云港、淮安上聯省內核心節點100G低時延電路的開通。

（2）新建泰州-南通直達OMSP系統

利用新建寧通光纜新建泰州-南通直達OMSP系統，打通蘇中環和蘇北環，有效解決南通上聯省內核心節點100G低時延電路的開通，同時為南通直達上海創造第二路由的條件。

2.3 利用相干光通信技術降低時延—承載路由優化

2019年10月開始，江蘇聯通對省內干線蘇北OTN網絡結構進行時延改造，并對169網、LTE回傳網電路進行割接優化，以連云港169城域網上聯電路為例說明時延優化的應用。

（1）原電路上聯狀態

連云港城域網上聯2個核心CRS共有12條10G電路、2條100G電路，每個局向的電路均通過長短徑分攤。各條路徑的時延為6到11毫秒不等，部分路徑時延較大的原因主要為淮安經宿遷、徐州到連云港段的光纜路由較長，以及南京經無錫南通鹽城到連云港的光纜路由較長。

（2）優化改造措施

通過對淮安至連云港時延工程進行OMSP保護優化，減少蘇北方向路徑底層光纜長度，通過泰州-鹽城段的現有OMSP系統減少蘇南方向路徑底層光纜長度；每個局向在時延優化路由上新開1條100G電路，同時將原有的南京-連云港100G電路割接至時延優化路由；將業務割接至100G電路，拆除10G電路。

（3）優化改造后上聯電路狀態

優化后南京核心-連云港節點的兩個方向電路路徑長度分別減少274Km、259Km，無錫核心-連云港節點的一個方向電路路徑長度減少267Km，且所有業務均承載于采用相干光通信技術的100G電路，雙向時延降低約3到4ms，且多個方向的路由長度趨向均衡。

截止2019年12月底，完成蘇北OTN網絡結構優化及城域網上聯電路割接調整工作。優化項目取得顯著效果，蘇北五地市上聯核心的長徑電路時延降低6到8毫秒，且業務全部割接至100G電路，極大地提升了用戶感知和大客戶的認可度。

2.4 利用相干光通信技術降低時延—提高電路傳輸速率

江蘇聯通承載主要業務的承載網絡包括169網、LTE回傳網、IP承載網A/B的主流電路速率為10G。隨著云計算、移動互聯網等技術的推出帶來了網絡業務層、應用層的深層次變革，視頻、大規模的存儲、共享等數據類業務層出不窮，數據傳送的帶寬需求日趨增長，相對于10G、40G速率的電路而言，具備高速率和先進技術的100G電路能更好地解決運營商日益面臨的業務流量及網絡帶寬持續增長的壓力。

2019年江蘇聯通將業務電路速率改造結合時延優化工作同步實施，陸續開通多個地市的100G低時延高可靠性電路，并將原有10G和40G業務割接至100G電路，同時解決了電路帶寬和時延的問題。如表2所示。

表2 電路優化改造前后速率及數量對比分析表

2.5 打破省際壁壘，實現滬蘇滬通直通

江蘇聯通積極主動推進集團“長三角區域一體化網絡總體規劃”，落實長三角一體化國家戰略。目前已完成南通、蘇州IDC直連上海，IDC專網時延從原來5-9ms降為3ms，率先完成了環滬3ms時延圈節點布局，實現了滬通直聯輻射蘇北城市，滬蘇直聯輻射蘇南城市，降低長三角區域間訪問時延，以南通IDC直連上海為例說明時延優化的應用。

（1）直連上海前網絡架構

南通數據流量需要經過江蘇南京骨干節點后轉至上海核心節點。南通上海理論時延10.197ms，實測時延13.709ms。而地理位置上，南通、蘇州距上海更近，改變現有結構后可改善時延。針對長三角一體化融合需求和網絡時延及效率提升需求，需要打破常規行政區屬網絡架構，建立南通直達上海核心節點網絡架構路由。

（2）南通直連上海建設

城域網方面，南通中央創新區新建兩臺核心路由器，通過波分系統直連上海集團骨干A1路由器。南通國際數據中心和中央創新區的用戶與新建的核心路由器進行口字型組網。網絡結構簡單，路由策略簡單，對網絡現有業務影響最小，網絡管理方便。

傳輸網方面，目前一干波分系統經過南通到上海且在南通地區裝有設備的共有4套，直接將其中100G一干波分系統做簡單調整即可實現業務落地，隨著業務增長，可逐步擴容，滿足后期業務增長，傳輸擴容成本，相對從二干繞行，成本降低。

（3）南通直連上海效果

南通直連上海路由的開通，標志著南通信息港的出口由原來經過南京骨干節點轉接改為直連上海骨干核心路由器，經測試，南通信息港經直連上海骨干路由的平均時延僅有4.3ms，比原來平均時延11.2ms下降了61.6%，時延大幅降低。南通聯通信息港至上海互聯網直達出口建立，優化南通城域網網絡結構，實現長三角網絡一體化工作突破，提升了江蘇聯通信息化發展水平和信息基礎設施能級，是中國聯通推進長三角一體化建設工作中的重要里程碑。

3 應用效益

通過以上分析，并在江蘇聯通各本地網內應用解決方案，達成以下效果：

江蘇聯通對OTN網絡結構進行優化改造，及時上線多條低時延的省際和省內大顆粒電路，經客戶測試使用反饋情況良好，隨之達成使用協議，在提升客戶滿意度的同時亦實現了業務的增收。按照目前1G直連上海網絡路由資費15萬元/年，目前直達上海流量為50G，收入預計750萬。

由于時延優化后電路路徑距離縮短，騰退出14塊100G中繼板卡用于后續擴容，加上增開電路減少的板卡擴容數量，已節省投資成本320萬元，根據系統容量測算最終將節省投資成本1920萬元。

4 結束語

長三角地區是中國移動通信發展最為迅猛的區域之一。長三角區域內經濟發達，交通網密布，高鐵和高速的快速建設，形成了滬杭寧區域的一小時經濟圈；區域內聯動效應明顯，長三角一體化已上升為國家戰略。

江蘇聯通朝著優化網絡結構，降低時延，提升網絡效能的目標進行了積極的探索與實踐，通過不懈努力，提升了客戶感知，聯通品牌得到客戶的高度認可，為江蘇聯通帶來了較好的社會效益，為進一步統籌推進長三角區域網絡一體化規劃和建設提供了經驗。打造長三角區域主要城市8ms時延圈、環滬區域3ms時延圈，構建國際領先的長三角區域一體化的信息基礎設施，以新基建筑牢高質量發展之基，支持產業體系協同創新、公共服務便利共享，推動長三角區域高質量發展。

江蘇聯通致力于通過一體化的數字能力平臺，在工業互聯網、交通物流、生態環境等領域推動產業體系協同創新，在智慧城市、金融、教育、醫療等領域，打造一批標桿項目，助力長三角數智化升級；通過一體化的營銷服務體系，加快線上線下一體化、業務受理互聯網化、客服智慧服務集約化，實現區域內服務一體化；通過積極參與示范區的建設，將示范區作為中國聯通推進長三角一體化的抓手，實現一體化發展的突破。