三網(wǎng)融合下的流量分析及承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

張士輝

甘肅交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘肅蘭州 730070

2010年，國務(wù)院頒布了《推進三網(wǎng)融合的總體方案》，明確了電信和廣電的業(yè)務(wù)范圍及不同階段的推進步驟。廣電獲得了寬帶、互聯(lián)網(wǎng)增值和IP電話業(yè)務(wù)的經(jīng)營權(quán)，電信則獲得了IPTV、手機電視傳輸和分發(fā)業(yè)務(wù)的經(jīng)營權(quán)。雖然由于體制、技術(shù)、資金等多種原因，三網(wǎng)融合的整體進展并不盡如人意，但三網(wǎng)融合是大勢所趨，不可逆轉(zhuǎn)。

按照國務(wù)院關(guān)于印發(fā)《推進三網(wǎng)融合總體方案通知》中的定義，三網(wǎng)融合是指電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在向?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)演進過程中，其技術(shù)功能趨于一致，業(yè)務(wù)范圍趨于相同，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、資源共享，能為用戶提供語音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務(wù)(如圖1所示)。

圖1 三網(wǎng)融合的目標(biāo)

1 視頻流量成為網(wǎng)絡(luò)流量的主體

按照中國電信2010年年終的統(tǒng)計：骨干網(wǎng)中互聯(lián)網(wǎng)流量是語音的100多倍，占總帶寬的99%；在所有互聯(lián)網(wǎng)流量中，P2P流量約占70%，其中絕大部分是視音頻；雖然IPTV帶寬目前所占比例不高，但增長速度非常快。據(jù)預(yù)測，到2013年，視頻流量將占整體流量的90%。對于廣電來說，其核心業(yè)務(wù)就是提供視頻服務(wù)，視頻所占比例不言而喻。

隨著視頻技術(shù)日新月異的發(fā)展，高清視頻正在走入尋常百姓家。無論是終端還是內(nèi)容源，無論是數(shù)字電視、IPTV還是Internet視頻，甚至是個人通信和視頻監(jiān)控等，都在步入高清時代。目前大部分電影和電視劇已經(jīng)采用高清制作；家庭播放設(shè)備(包括電視、機頂盒、高清播放器等)由于芯片量產(chǎn)，成本迅速下降。我國高清電視的保有量已達到7 000萬臺。綜合來說，不論廣電還是電信，高清視頻正在迅速普及，視頻業(yè)務(wù)必定是未來的業(yè)務(wù)主體。

2 視頻業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)提出的要求

既然視頻業(yè)務(wù)在所有業(yè)務(wù)中占有如此重要的位置，在建設(shè)承載網(wǎng)(這里指IP承載網(wǎng))時就要充分考慮視頻流量的特點，滿足現(xiàn)在和未來數(shù)年內(nèi)的需求。視頻流量對承載網(wǎng)提出的要求可以歸結(jié)為以下幾點。

2.1 網(wǎng)絡(luò)須具備支持長時間和大帶寬保證能力

在語音時代，一個通話平均只需要幾分鐘，只需幾十千字節(jié)的帶寬。但在視頻時代，一個視頻流通常長達一兩個小時，帶寬需求為2 M～8 M。以高清VOD為例，采用目前主流的H.264編碼，碼率約8 Mbps。假設(shè)一個50萬家庭的中等城市，10%的家庭同時在線點播。簡單計算可知，需要的總帶寬為400 Gbps。而這還是僅考慮VOD點播業(yè)務(wù)。在實際部署中，可以采用CDN技術(shù)來降低對城域網(wǎng)的帶寬壓力，但無論如何，視頻業(yè)務(wù)對帶寬的需求是巨大的。

2.2 網(wǎng)絡(luò)對視頻業(yè)務(wù)必須具有高Qos保證能力

實時視頻業(yè)務(wù)(如直播，VOD，輪播等)，對網(wǎng)絡(luò)時延、丟包是非常敏感的。時延太大，對用戶操作的響應(yīng)就會變慢，影響用戶體驗；丟包的影響更為嚴(yán)重，因為視頻業(yè)務(wù)采用運動圖像壓縮編碼技術(shù)，在圖像解碼的過程中，各幀之間互相參考和依賴，一個視頻報文的丟失，會影響后續(xù)多個視頻幀不能正確解碼，造成圖像出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。視頻的壓縮效率越高，視頻的碼率越高，對丟包率的要求就越嚴(yán)格。標(biāo)清視頻一般丟包率不能高于10-4，而對于高清視頻，根據(jù)DSLAM Forum TR的規(guī)定，要求丟包率少于10-6，否則用戶就會明顯感覺到圖像質(zhì)量的下降。

由于視頻碼流的突發(fā)特性，要滿足如此嚴(yán)格的丟包率指標(biāo)，對網(wǎng)絡(luò)提出了非常高的要求。平時所說的視頻碼率只是一個統(tǒng)計意義上的平均速率，或在較大時間尺度上(如10 s)的速率。如果在更小的時間尺度上觀察，就會發(fā)現(xiàn)視頻流的數(shù)據(jù)有很大的突發(fā)：如一個平均8 M的H.264高清視頻，在ms或10 ms的尺度上，最大突發(fā)流量可能達到平均速率的8～10倍。之所以考慮這樣的尺度，是因為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所能承載的突發(fā)就是在10 ms或亞秒級，更大時間尺度(秒以上)的突發(fā)會造成丟包。這意味著視頻流的平均速率并不能反映視頻對帶寬的真實需求。當(dāng)然，可以通過在傳輸視頻的過程中采用特定的編碼方式，如CBR(Constant Bit Rate)來減小視頻流量的突發(fā)。但即使如此，仍然可能產(chǎn)生比平均速率大2～3倍的突發(fā)流量。本質(zhì)上，這個突發(fā)是視頻壓縮算法決定的。在像視頻會議和視頻監(jiān)控等對實時性要求很高的場合中，流量突發(fā)的尺度會更大。

解決視頻突發(fā)帶來的影響，有兩種途徑。最容易想到的一種方法是配置足夠的帶寬來滿足突發(fā)要求。如要承載100路8 Mbps的高清視頻，按平均速率800 Mbps的帶寬?，F(xiàn)在把帶寬配制成8 Gbps，這樣即使有10倍的突發(fā)也完全可以不丟包。當(dāng)然，代價也極大，此時帶寬利用率只有10%，性價比極低。另一種思路是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以對突發(fā)流量進行適當(dāng)?shù)鼐彺?。因為突發(fā)雖然速率高，但畢竟是瞬時的，短暫的，一般在1/100秒以下，其余大部分時間的速率則接近平均速率或者在平均速率以下。理論上，如果給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置“足夠大”的緩存，則GE的鏈路可以保證承載125條8 Mbps的視頻流，且不丟包。拋開技術(shù)和成本的原因，太大的緩存會造成時延的加大，降低用戶的體驗。理論和實踐表明，緩存的大小在亞秒級是比較合適的選擇。如對于GE接口來說，每端口緩存大小達到20 MB，對于萬兆接口，每端口緩存大小達到200 M。在這樣的配置下，設(shè)備就具備了對接口流量近200 ms的緩存能力，較好地滿足了突發(fā)和時延的要求。

2.3 網(wǎng)絡(luò)具備良好的擴展性

業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃一般是建設(shè)前一次性完成的，實際的建設(shè)則往往根據(jù)用戶和業(yè)務(wù)的發(fā)展分期實施，這就要求網(wǎng)絡(luò)具備良好的擴展性。視頻流量長時間和大寬帶的性質(zhì)使其對寬帶、處理能力的要求隨著用戶量上升而迅速提高，更要求相應(yīng)的承載網(wǎng)絡(luò)具有極高的可擴展性。

可擴展性一般包括接入能力擴展、網(wǎng)絡(luò)處理能力擴展、寬帶擴展和平滑擴展等。接入能力是指對下一級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或用戶的匯聚能力，接入能力的擴展主要體現(xiàn)在端口能力的擴展上，通過利用級聯(lián)技術(shù)，增加端口數(shù)目。處理能力擴展體現(xiàn)在設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)性能的提升上，該要求主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的匯聚層或核心層，小規(guī)模擴容時可通過增加機架式設(shè)備的插卡或更換處理引擎等方式進行，較大規(guī)模的擴容可利用堆疊或集群技術(shù)通過增加設(shè)備來實現(xiàn)。帶寬擴展較為簡單，一般通過鏈路的捆綁或鏈路聚合來完成。當(dāng)然，在寬帶擴展時，首先要保證設(shè)備足夠的處理能力(線速轉(zhuǎn)發(fā))。以上所有的擴展都需要具備的一個前提—平滑擴展能力。平滑升級主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面是對現(xiàn)網(wǎng)用戶的影響盡量小，原有設(shè)備配置不改動或少改動；另一方面是能夠保護原有設(shè)備的投資，不造成浪費。網(wǎng)絡(luò)的平滑升級主要靠合理的網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)規(guī)劃及堆疊、集群等關(guān)鍵技術(shù)的使用。

3 承載網(wǎng)的建設(shè)思路

三網(wǎng)融合的承載網(wǎng)建設(shè)在大方向上存在兩種不同的思路：一種思路是采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)承載平面，將個人寬帶、視頻點播、語音和大客戶接入等各種不同業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載在一個網(wǎng)絡(luò)平面上，不同業(yè)務(wù)之間通過VLAN，QinQ，MPLS VPN等高級技術(shù)進行隔離，并通過在網(wǎng)絡(luò)各個層面部署Qos策略保證不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量；另一種思路是把視頻業(yè)務(wù)和其他業(yè)務(wù)分開，采用視頻承載平面加數(shù)據(jù)平面的雙平面架構(gòu)。當(dāng)然，這里的雙平面是指網(wǎng)絡(luò)的核心和匯聚層面，接入網(wǎng)一般還是統(tǒng)一在一起的。

從技術(shù)上說，把所有業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載在一個網(wǎng)絡(luò)上是可行的。如可以通過在網(wǎng)絡(luò)的核心或匯聚節(jié)點部署高端路由器，并通過MPLS-TE/Diff-Serv/MPLS VPN等高級技術(shù)實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的安全隔離和服務(wù)質(zhì)量保證。這樣做的不利之處也是明顯的：由于不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)要求差異極大，為了把所有業(yè)務(wù)承載在一張網(wǎng)絡(luò)上而使用的高級技術(shù)會提高網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本和運營維護成本(增加配置、維護的復(fù)雜性)。

由于視頻業(yè)務(wù)的特殊性(長時間、大寬帶、高Qos)，在規(guī)模運營時，把視頻業(yè)務(wù)作為一個獨立的平面來建設(shè)是更為合理的選擇。其他個人業(yè)務(wù)無論是寬帶還是語音，對寬帶的需求和視頻業(yè)務(wù)都不在一個數(shù)量級上，而大客戶業(yè)務(wù)由于其用戶數(shù)量至少比個人用戶小兩個數(shù)量級，對寬帶的消耗也無法和視頻相比。

在實際建設(shè)中，運營商網(wǎng)絡(luò)往往也采用分離建網(wǎng)的模式。如電信在開展IPTV業(yè)務(wù)時，一般采用交換機建設(shè)獨立的視頻分發(fā)網(wǎng)。甚至同樣是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，中國電信的個人寬帶和大客戶VPN業(yè)務(wù)也分別承載在ChinaNet(163/169)和CN2兩個平面上。廣電DTV業(yè)務(wù)承載在HFC網(wǎng)絡(luò)上，個人寬帶和大客戶業(yè)務(wù)一般統(tǒng)一承載在IP技術(shù)的承載網(wǎng)絡(luò)，在大規(guī)模部署業(yè)務(wù)時，則采用CDN技術(shù)來緩解城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)的壓力，這也意味著廣電一般是通過HFC+IP兩張網(wǎng)來綜合承載視頻業(yè)務(wù)(如圖2所示)。

圖2 廣電城域網(wǎng)雙平面結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

三網(wǎng)融合畢竟是一個遞進的過程，不論是新建還是擴容，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、技術(shù)路線、設(shè)備形態(tài)等各個層面上，運營商都有多種選擇。技術(shù)沒有完美，沒有最好，只有最適合自己。所謂適合，不僅要充分考慮當(dāng)下的需求，更要考慮業(yè)務(wù)和技術(shù)發(fā)展的趨勢。掌握了趨勢，才可能在未來更加激烈的競爭中取得主動，立于不敗之地。

[1] 杭州華三通訊技術(shù)有限公司.新一代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)理論與實踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.