基于最小傳輸代價的匯聚機房選址方法研究

摘? 要：為解決5G時代傳輸網絡匯聚機房的選址問題，通過分析傳輸網絡收斂區域內相關業務的傳輸代價及其影響因素，提出一種基于傳輸代價最小化的匯聚機房選址方法，并通過具體實例進行仿真測算，同時將仿真結果與傳統的坐標法和重心法測算結果進行比較。仿真結果表明，基于傳輸代價最小化的匯聚機房選址方法在兼顧業務安全性的基礎上，可使區域內收斂業務的傳輸代價最小，減少傳輸網絡資源消耗和建設成本，可實現區域內匯聚機房的科學選址。

關鍵詞：傳輸；帶寬；光纜；匯聚機房；選址

中圖分類號：TP391；TN802? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）05-0116-04

Research on the Site Selection Method of Aggregation Computer Room Based on Minimum Transmission Cost

ZHU Mingliang

（School of Information Engineering， Suqian University， Suqian? 223800， China）

Abstract： In order to solve the site selection problem of the aggregation computer room of the transmission network in the 5G era， based on analyzing the transmission cost and its influencing factors of the relevant services in the convergence area of the transmission network， a method for site selection of the aggregation computer room based on the minimization of the transmission cost is proposed， and the simulation calculation is carried out through a specific example. At the same time， the simulation results are compared with the calculation results of the traditional coordinate method and the center of gravity method. The simulation results show that the site selection method of aggregation computer room based on the minimization of transmission cost can minimize the transmission cost of convergence services in the region on the basis of business security， reduce the resource consumption and construction cost of transmission network， and realize the scientific site selection of aggregation computer room in the region.

Keywords： transmission; bandwidth; optical cable; aggregation computer room; site selection

0? 引? 言

隨著5G等通信技術的不斷發展，各類大帶寬、低時延、廣覆蓋的通信方式已然走進千家萬戶，悄然改變著人們的生產方式和生活習慣。全面信息化社會的來臨使得通信網絡的業務類型越來越豐富，單位面積內的設備密度越來越大，通信流量的數量級越來越高[1]。與此同時，不同通信網絡的使用場景和使用人群也對網絡服務的具體指標提出了個性化的訴求，面向特定行業、特定人群的網絡垂直應用更加多樣化[2]。

據測算，5G時代移動通信基站的峰值帶寬需求將進一步提高，單站承載需求將大于等于10 GE，站址密度進一步提升，無線集中化接入網的部署趨勢更加明顯[3]。同時為了滿足5G高可靠、低時延等相關應用場景的網絡需求，核心網部分功能將下沉至匯聚層，傳輸網絡組網架構將進一步優化[4]。再加上高品質家庭互聯網寬帶、集團政務專線等業務的飛速普及和發展，均對現有匯聚機房的數量、可用空間、收斂能力提出了更高的要求，使得區域內的匯聚機房承載壓力不斷增大，可用的資源愈發緊張[5]。

作為承載區域內通信網絡的關鍵性傳輸節點[6，7]，匯聚機房不僅是通信基礎設施的組成部分，更是傳輸網絡的重要組成部分。面對5G超密度組網和1 000 M大帶寬接入等新的網絡要求，匯聚機房選址的科學性將直接關系到區域內各類通信接入業務的收斂和匯總效果，對能否實現5G時代的大帶寬、低時延、高可靠、低功耗的網絡需求至關重要[8]。針對以上問題，本文提出了一種在兼顧各類通信業務保護需求及承載帶寬需求的基礎上，以最小的傳輸代價對匯聚機房選址進行較為科學規劃的方法。

1? 傳輸代價及其影響因素

匯聚業務的傳輸代價所涉及的因素可從業務承載帶寬B和業務保護指數Q兩個維度分別進行考慮。

1.1? 業務承載帶寬

匯聚機房的業務承載帶寬與該機房所收斂區域內的業務種類有直接關系。一般來說，一個匯聚機房的收斂區域內均包含有小區家庭寬帶用戶數據、沿街商業店鋪用戶數據、無線移動基站數據、集團政企客戶數據、通信網絡內部數據等不同業務場景下的全量數據[9，10]。

根據全量數據中業務種類的不同，可將一定區域內的待收斂業務劃分為內網業務、無線業務、寬帶業務、專線業務四類，各業務的承載設備類型及單站點帶寬需求如表1所示。

1.2? 業務保護指數

匯聚機房所收斂的業務各不相同，不同業務的重要性也不相同。針對重要的業務，要求有較強的業務保護功能，常見的保護方式有雙路由保護等，其所消耗的傳輸資源必然較多。

因此根據業務種類的不同，將不同業務賦予不同的保護指數，保護指數選取的賦值越大，說明相關業務量在該匯聚機房收斂的業務區域內的重要性越高，業務服務等級和業務保護力度越高，也即占用的傳輸資源越多。不同業務保護指數的選取可依據表2進行賦值。

2? 基于傳輸代價最小化的匯聚機房選址方法

2.1? 選址方法介紹

假設某新增的匯聚機房業務收斂區域內有三個待匯聚接入業務點S1、S2、S3，其對應的經緯度坐標分別為（x1， y1）、（x2， y2）、（x3， y3），對應的業務保護指數分別為Q1、Q2、Q3，各業務有效承載所需要的分配帶寬分別為B1、B2、B3，匯聚機房總承載帶寬為B。則可通過仿真，計算出該場景下三個業務接入點以最小的傳輸消耗實現匯聚收斂，也即傳輸代價最小值時候的坐標，作為最終的匯聚機房選址坐標（x0， y0）。

其中匯聚機房選址坐標的選取與業務帶寬分配、業務保護指數、業務接入點坐標有關系，具體計算公式可歸納為：

（1）

公式中的x和y即為不同業務接入點坐標的經緯度值，其范圍應滿足以下關系：

xMIN≤x≤xMAX? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

yMIN≤y≤yMAX? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

其中xMIN為待收斂區域內的經度坐標最小值，xMAX為待收斂區域內的經度坐標最大值，yMIN為待收斂區域內的緯度坐標最小值，yMAX為待收斂區域內的緯度坐標最大值。

公式中的Qi即為不同接入點業務的保護指數，另外公式中的各接入點分配帶寬Bi和總帶寬B的取值應根據實際的網絡業務匯聚規模和承載需求來動態確定。業務帶寬占比的定義即為接入點分配帶寬Bi和總帶寬B的比值。

需要說明的是，根據上述公式的仿真出的匯聚機房選址坐標僅為理論的參考點，最終在根據上述公式計算出理論最佳坐標后，還應根據現場勘查的結果，結合傳輸管道、光纜、可用空間等實際情況，在坐標范圍50 m內擇優進行選址，確定實際備選點的真實物理位置。

2.2? 選址實現步驟

基于傳輸代價最小化的匯聚機房選址方法的具體實現步驟過程可總結為：

（1）設定待選址匯聚機房的業務收斂區域，明確區域內各業務點的業務接入類型和接入點坐標，形成匯聚機房業務收斂區域布局圖；

（2）依據匯聚機房業務收斂區域布局圖，明確該區域內各通信業務接入需求點的業務流量信息、帶寬需求信息及相關業務的保護指數信息，形成匯聚機房業務收斂區域示意圖；

（3）依據匯聚機房業務收斂區域示意圖，將搜集的上述信息代入傳輸代價最小化選址模型公式進行最小值的仿真計算，得出區域內匯聚機房的理論最佳選址坐標；

（4）根據現場的實際管道、光纜、空間因素等通信資源環境，圍繞仿真出的理論最佳選址坐標進行實地選址，提高選址的準確性和成功率。

具體流程如圖1所示。

3? 匯聚機房選址實例分析

選取某城市待收斂匯聚區域進行實例測試分析，已知該區域的經度范圍為[118.232 871，118.245 196]，區域的緯度范圍為[33.955 305，33.967 630]。區域內包含居民小區8處、無線基站4處、商務樓宇2處、學校1處、文體中心1處，共計16處業務點。區域內各業務點的具體分布如圖2所示。

針對區域內各業務點的布局，可整理出相關的業務類型劃分和待收斂點的經緯度信息，具體信息如表3所示。

3.1? 坐標法測算結果

傳統的坐標法計算區域內選點坐標的公式為：

（4）

（5）

將待收斂匯聚區域內的16處業務點經緯度坐標代入式（4）和（5）進行計算，可得出坐標法下匯聚機房的選點坐標為（118.239 017， 33.960 622）。

3.2? 重心法測算結果

重心法的計算原理是通過找到區域內各個業務點流量最佳位置來確定匯聚機房的選址[11]。重心法計算區域內選點坐標的公式為：

（6）

（7）

根據各業務點業務類型，我們可設16個業務點的帶寬需求如表4所示。

將上述各業務點帶寬需求Bi連同經緯度信息代入式（6）和（7）計算，可得出重心法下匯聚機房的選點坐標為（118.237 678， 33.961 152）。

3.3? 傳輸代價最小化算法測算結果

在進行傳輸代價最小化算法的仿真之前，還需明確各業務點的保護指數Qi。根據各業務點業務類型，我們可設16個業務點的保護指數如表5所示。

將上述各業務點保護指數Qi連同帶寬需求Bi、經緯度信息代入式（1）進行仿真計算，可得出在經度范圍為[118.232 871，118.245 196]，緯度范圍為[33.955 305， 33.967 63]的合圍區間內的傳輸代價消耗情況，并明確傳輸代價消耗最小時所對應的匯聚機房的選點坐標經緯度為（118.237 832， 33.960 211）。

3.4? 測算結果分析

光纜作為連接各個接入點和匯聚機房的物理傳輸通道，提供了各類通信網絡中光信號的上下路徑，其主要的敷設方式根據周圍環境和施工條件的不同可分為桿路架空敷設、管道施工敷設和直埋敷設等。不管采用何種敷設方式進行施工，各個接入點到匯聚機房的光纜敷設距離的數值都將直接影響到材料費、施工費等各項網絡建設成本，因此可用光纜敷設距離值的大小直觀的判斷算法的優劣。

依據計算結果，以三種算法的匯聚機房選址點經緯度坐標為依據，分別將其與16處業務點的經緯度坐標進行坐標距離計算，同時根據匯聚機房選址點坐標依照光纜敷設路徑沿街道走向進行實地距離測量以模擬光纜的敷設距離，可以得出表6中的三種不同算法下的坐標距離和與實際距離和。

可見采用傳輸代價最小化算法仿真出的坐標距離，在保證業務安全性的基礎上比重心法計算結果節約光纜敷設約530 m左右，比坐標法計算結果節約光纜敷設約1 090 m左右，算法優越性較為明顯。

需要特別說明的是，通過采用傳輸代價最小化算法得到的匯聚機房選址位置只是理論意義上的最佳點，在實際的機房選址建設中，還應綜合考慮理論點附近的地形地貌、建筑物條件、傳輸網絡可用資源以及周邊業主意愿等因素，在理論點周圍50 m區域內，擇優進行站址建設。

4? 結? 論

作為5G等信息通信網絡的基礎設施，匯聚機房等傳輸基礎資源必須要提前進行布局和考慮。實驗證明基于傳輸代價最小化的匯聚機房選址方法充分考慮了收斂區域內業務的帶寬需求，保護需求，可解決目前機房選址中存在的選址不合理、選址效率低下等缺點，實現傳輸網絡中業務匯聚機房的科學選址，為節約網絡建設成本，實現高效運維提供有力支撐。

參考文獻：

[1] 吳兵兵，賀琳，汪福造.城域網匯聚機房建設模型研究 [J].通信電源技術，2018，35（1）：81-82+85.

[2] 宋羅娜.互聯網時代電信運營商產業生態研究 [D].北京：北京郵電大學，2021.

[3] 李隆勝.面向5G移動前傳的數字與模擬光纖傳輸關鍵技術 [D].上海：上海交通大學，2020.

[4] 肖榮軍，夏志超.現有傳輸網絡快速應對5G發展策略初步探討 [J].江蘇通信，2019，35（3）：74-78.

[5] 陳鑾雄，郝瑞，廖艷娟，等.面向5G的業務匯聚機房指標加權評估方法 [J].電信技術，2018（10）：70-72.

[6] 劉光軼.面向未來的匯聚機房建設研究 [J].電信快報，2019（5）：35-37+40.

[7] 李永嫚，周鶴.傳輸節點機房的選址要求及操作流程 [J].現代傳輸，2010（4）：76-79.

[8] 陳一偉，黃梅蘇，丁為民.面向5G匯聚機房規劃思路研究 [C]//5G網絡創新研討會（2019）論文集.北京：《移動通信》雜志社會議論文集，2019：207-210.

[9] 雷進，許付才.綜合業務接入區規劃及建設思路探討 [J].通信與信息技術，2022（3）：75-77.

[10] 顧偉.通信光纜的敷設及測試技術探討 [J].現代工業經濟和信息化，2022，12（2）：139-140+143.

[11] 王嘉捷，凌云，呂聰生，等.重心法在傳輸機房選址中的應用 [J].中國新通信，2017，19（21）：94-96.

作者簡介：朱明亮（1989—），男，漢族，江蘇宿遷人，講師，碩士，主要研究方向：傳輸網絡組網。

收稿日期：2022-11-14

基金項目：2021年宿遷市科技計劃項目（S202108）