全光網絡下IP城域網的構建探討

中國聯(lián)合網絡通信有限公司河南省分公司 | 馮仕軍

中國聯(lián)合網絡通信有限公司鄭州市分公司 | 馮桂平

全光網絡下IP城域網的構建探討

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本文結合IP城域網的結構，通過對業(yè)務流量和帶寬需求的詳細分析，探討將來全光網絡下IP城域網的構建策略，并分析在網絡構建過程中需要注意的問題。

為了響應國家“寬帶中國”戰(zhàn)略的推出，各大運營商都在大力推進銅纜網向光網的改造步伐，隨著光網改造的完成，運營商將建立起一張全光寬帶網絡架構，為未來“三網融合”業(yè)務提供強有力的網絡支撐。IP城域網作為IP骨干網的本地延伸，定位于本地固移寬帶、OTT/IPTV、CDN、IDC等互聯(lián)網業(yè)務接入，在全光網路情況下將對現(xiàn)有的IP城域網結構產生一定的影響，如何精準地對現(xiàn)有IP城域網構建進行優(yōu)化改造顯得尤為迫切。

全光網絡下IP城域網的結構

IP城域網主要由核心層路由器CR、業(yè)務控制層路由器BRAS和接入層OLT設備以及各層設備間的中繼鏈路組成。隨著業(yè)務的發(fā)展，IPv4地址越來越緊缺，但IPv4向IPv6過渡又需要一定的時間，通常的做法是在IP城域網中加載NAT44設備以解決IPv4地址緊缺的問題，一般有集中式部署和分布式部署兩類。如圖1所示。

圖1 IP城域網網絡結構圖

全光網絡趨勢下，隨著寬帶業(yè)務的不斷發(fā)展，業(yè)務需求越來越多樣化，帶寬需求越來越大，因此各層設備間的鏈路帶寬需求越來越大，對各層設備的要求也越來越高。本文重點對層間鏈路帶寬、各層設備需求及應對策略進行測算和分析。

層間鏈路帶寬需求及應對策略

全光網絡的業(yè)務流量分析

在全光網絡下，從接入層至業(yè)務控制層，從業(yè)務控制層至核心層，從核心層至骨干網，各層之間不同的業(yè)務流量均會有一定的收斂，但不同的業(yè)務收斂比例不同，如圖2所示。

圖2 IP城域網各層間相對流量結構示意圖

各層級業(yè)務流量的收斂比例根據(jù)現(xiàn)網數(shù)據(jù)可分析得出如下結論。

1. 普通寬帶業(yè)務

● 在接入層OLT、業(yè)務控制層BRAS的下聯(lián)業(yè)務本地互訪的流量基本可以忽略，所有接入層、業(yè)務控制層上下聯(lián)的收斂接近于1。

● 核心層CR的下聯(lián)業(yè)務存在一定的省內流量需求，因此本地流量與總的下聯(lián)業(yè)務流量之間有一定的收斂比例，可根據(jù)運營商現(xiàn)網用戶數(shù)據(jù)進行分析得出。

2. 可控IPTV業(yè)務

● 直播（組播方式）業(yè)務各層間流量相同。

● 點播業(yè)務：根據(jù)CDN存儲部分部署的架構分析。

若作二級架構部署：在BRAS側部署的CDN業(yè)務會存儲80%～90%的熱點內容，大部分點播業(yè)務流量將會終結在業(yè)務控制層，減少上層間帶寬的壓力，剩余業(yè)務流量基本會終結在核心層。

若作一級架構部署：僅在BR AS側部署的CDN業(yè)務會存儲80%～90%的熱點內容，減少業(yè)務控制層以上層間帶寬的壓力；僅在CR側部署的CDN業(yè)務會存儲80%～90%的熱點內容，減少核心路由器至骨干網的出口帶寬壓力。

3. OTT（單播）業(yè)務

由于OTT業(yè)務的不可控性，內容大部分在互聯(lián)網存儲，所以在不作本地CDN部署的情況下，上下層間的流量將基本無收斂。

帶寬需求分析

1.用戶接入帶寬需求分析

作為接入層光線路終端設備，現(xiàn)有運營商OLT部署主要為EPON、GPON、10G EPON，10G GPON尚未實現(xiàn)商用，且多為1：32或1∶64分光。用戶接入情況如圖3所示。

公式為FD=D*V/F/BV。其中：FD為平均用戶最大分配帶寬；D為PON口帶寬；V為實際利用率，實測得出；F為每PON口分光比；BV為最大用戶并發(fā)率，實測得出。

具體接入模式下用戶帶寬保證情況詳見表1。

表1 各類接入模式下用戶帶寬的保證情況

由上述分析可知，在每用戶平均帶寬需求不超過32Mb/s、最大用戶并發(fā)率不超過50%的情況下，現(xiàn)有用戶接入帶寬均可得到保證。

隨著業(yè)務需求的不斷提高，未來寬帶用戶對帶寬的要求將會越來越大。隨著10G EPON技術和10G GPON技術的發(fā)展，可通過對OLT進行升級，下聯(lián)端口提高為10G PON口，PON口業(yè)務割接至10G PON口來滿足需求。

2.各層間帶寬需求分析

根據(jù)業(yè)務發(fā)展趨勢可知，未來帶寬占用量主要表現(xiàn)為3個方面，如圖4所示。

層間寬帶業(yè)務峰值總流量Z可用如下公式表示：

其中：N表示不同業(yè)務類型的峰值總流量（N1/N2/N3/N4），U表示設備下掛所有寬帶用戶數(shù)，n表示直播頻道數(shù)，X/Y/Z表示不同業(yè)務類型的帶寬收斂比，V表示不同業(yè)務類型的最大用戶并發(fā)率（V1/V3/V4），S表示不同業(yè)務類型的業(yè)務滲透率（S3/S4），D表示不同業(yè)務類型的每用戶平均業(yè)務帶寬（D1/D2/D3/D4）。

對IP城域網流量影響較大的視頻業(yè)務碼流如下：高清碼流，2Mb/s；超清碼流，4Mb/s～6Mb/s；準4K，15Mb/s～20Mb/s；真4K，30Mb/s～50Mb/s；極致4K，50Mb/s～100Mb/s；未來業(yè)務，＞100Mb/s。

隨著技術的發(fā)展和高帶寬業(yè)務滲透率的不斷提高，未來對帶寬的需求將呈幾何倍數(shù)增長。

帶寬需求增加的應對策略

1.各層設備應對策略

根據(jù)帶寬需求分析，核心路由器CR、業(yè)務控制層BRAS的上下聯(lián)帶寬將隨著業(yè)務的發(fā)展逐步增加，對端口的需求將愈來愈高，對高密度板卡的需求也越來越大，平臺的處理能力將需要進行相應的升級。而接入層OLT上聯(lián)中繼帶寬隨著業(yè)務的發(fā)展將逐漸由多GE上聯(lián)發(fā)展為多10G上聯(lián)。表2為各層設備可以采取的應對策略。

2.管道智能化部署

隨著網絡提速、光網改造完成、大帶寬的網絡管道建成，由粗放型網路管道逐步向智能管道方向拓展，打破增帶寬不增收益的瓶頸，需通過引入智能管道的發(fā)展模式加以實現(xiàn)。圖5為管道智能化改造的思路。

網絡能力開放可實現(xiàn)管道價值最大化，發(fā)掘網絡潛能將為互聯(lián)網業(yè)務提供專屬帶寬通道，有助于網絡能力變現(xiàn)。根據(jù)提速方式不同可分為以下幾種方式：第一，用戶自助寬帶提速方式（BOD），網上自助辦理帶寬提速；第二，基于業(yè)務的定向提速（DAA），根據(jù)流量的目的IP地址不同劃分幾個業(yè)務管道，提供不同的帶寬；第三，業(yè)務靈活關聯(lián)（eDSG），支持用戶同時綁定多個業(yè)務模板，實現(xiàn)用戶靈活開通業(yè)務。表3為智能管道提速方式對比。

圖3 用戶接入部分示意圖

圖4 層間流量模型示意圖

表2 各層設備應對策略

表3 智能管道提速方式對比

全光網絡下網絡構建需要注意的問題

網絡結構扁平化

部分運營商IP城域網網絡結構仍較為復雜，分層過多，核心至接入共分4～5層，用戶上網需經過多條路徑，增加網絡時延，且增加故障節(jié)點，對網絡安全不利，最終影響用戶感知。

隨著技術的發(fā)展，網絡設備功能愈加強大，有必要減少不必要的網絡結構層次，使網絡結構更加簡單高效，既能降低網絡的運維成本，又提高網絡的運行質量，增強網絡的安全性。

設備改造及地址分配需要注意的問題

圖5 管道智能化示意圖

為向IPv6網絡平滑過渡，避免資源浪費，運營商IP城域網擴容時新增或改造設備均需同時支持IPv4和IPv6。

隨著寬帶用戶的增長和新應用業(yè)務的發(fā)展，各運營商現(xiàn)有IPv4地址均相對緊張，部分城域網地址資源嚴重不足，部分城域網已開展相應的NAT部署以暫時解決現(xiàn)有IP地址資源不足的問題。在地址轉換的過程中發(fā)現(xiàn)，IP地址轉換效率較低，主要由原有業(yè)務的IP地址分配非連續(xù)性造成。在后續(xù)的IP地址分配過程中，需要充分考慮業(yè)務類型，對IP地址進行整體的規(guī)劃，避免出現(xiàn)再次浪費。

與傳輸網絡相結合

全光網絡下的IP城域網組網與傳輸網絡的建設密不可分，隨著傳輸網絡的日趨完善，干線傳輸、本地市內/市縣傳輸、縣鄉(xiāng)傳輸?shù)荣Y源將逐步成為制約IP城域網網絡建設的主要因素之一，在網絡改造擴容過程中，需要及時向傳輸網絡建設部門提出IP網絡建設對傳輸資源的需求。

全光網絡下的IP城域網，將以高速管道為基礎，合理利用現(xiàn)有網絡資源，發(fā)掘網絡潛能，合作/發(fā)展新應用業(yè)務，以努力提升用戶感知和服務效益為目標。

業(yè)務發(fā)展是網絡發(fā)展的驅動力，高帶寬新應用業(yè)務的廣泛應用是寬帶提速的源動力。IP城域網絡作為多業(yè)務承載的基礎高速管道，將隨著高帶寬業(yè)務滲透率的逐漸增加而不斷優(yōu)化改造。

城區(qū)光網絡改造接近尾聲，農村光網絡改造正在大規(guī)模開展；業(yè)務需求急速提高，勢必要求農村光改在未來2～3年內亦要快速部署完成，同時IP城域網各層設備及層間鏈路均需做好相應的優(yōu)化部署。