承載大客戶專線業(yè)務(wù)的PTN網(wǎng)絡(luò)HQoS規(guī)劃優(yōu)化*

徐 青

（上海市信息網(wǎng)絡(luò)有限公司，上海 200081）

0 引 言

近年來，隨著以太網(wǎng)大客戶專線的興起[1]，PTN網(wǎng)絡(luò)作為承載以太網(wǎng)大客戶專線的可靠平臺[2]，滿足了用戶對電信級IP業(yè)務(wù)的品質(zhì)需求，尤其是對50 ms業(yè)務(wù)保護(hù)[3]質(zhì)量指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、精細(xì)化管理和端到端QoS服務(wù)等需求[4]的提供，較好地幫助運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)低速專線到以太專線的帶寬升級和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，抓住了以太專線市場的發(fā)展機(jī)遇。然而，隨著大客戶專線業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，PTN網(wǎng)絡(luò)也暴露出一些缺陷，如單板HQoS數(shù)量受限問題。

HQoS（Hierarchical Quality of Service，層次化服務(wù)質(zhì)量）主要解決端到端的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)問題[5]。它根據(jù)設(shè)備配置的每一層次的CIR（承諾信息速率）值[6]來保證每一層次的CIR帶寬[7]，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多級調(diào)度的一套算法。PTN設(shè)備每線卡HQoS隊(duì)列支持4 000條業(yè)務(wù)（包含隧道和落地偽線），超出限制仍可配置業(yè)務(wù)，不影響業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)，但是超配業(yè)務(wù)限速不生效，其配置的CIR、PIR（峰值信息速率）不會生效。

根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的趨勢，電信運(yùn)營商城域PTN網(wǎng)絡(luò)未來幾年的承載業(yè)務(wù)條目將有可能達(dá)到5萬條級別，而電信運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的局限則對于這一發(fā)展趨勢則面臨著極大挑戰(zhàn)。

1 PTN典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)類型

典型的PTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為核心層、匯聚層及接入層[8]，如圖1所示。核心層由多臺核心設(shè)備組成，各臺核心設(shè)備之間形成Full Mesh結(jié)構(gòu)。匯聚層使用多臺成對的匯聚設(shè)備組成，每臺匯聚設(shè)備的接口同時(shí)連接兩臺核心設(shè)備形成核心匯聚間冗余結(jié)構(gòu)[9]。接入層設(shè)備使用光纖串接后同時(shí)連接兩臺匯聚層設(shè)備形成接入環(huán)形拓?fù)洌總€(gè)環(huán)由多臺接入設(shè)備組成接入環(huán)結(jié)構(gòu)。

圖1 PTN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PTN網(wǎng)絡(luò)可用以承載大客戶專線業(yè)務(wù)。用戶總頭主要通過匯聚設(shè)備接入，分點(diǎn)用戶主要從接入設(shè)備接入。業(yè)務(wù)模型最常用的是總頭-分頭模式，還有一部分點(diǎn)到點(diǎn)業(yè)務(wù)。這類業(yè)務(wù)模型的特征是專線的兩端不固定，特征呈隨機(jī)分布。因此，在PTN網(wǎng)絡(luò)搭建時(shí)，采用隧道預(yù)置模式，即在匯聚-匯聚、接入-匯聚設(shè)備之間預(yù)先設(shè)置一個(gè)隧道組[10]，當(dāng)需要開通匯聚-匯聚、接入-匯聚設(shè)備之間用戶業(yè)務(wù)時(shí)，直接選取所需隧道即可。接入-接入的用戶業(yè)務(wù)也只需要把兩段接入-匯聚拼接起來即可，這樣既可以減少出錯(cuò)的概率，又能使得業(yè)務(wù)部署簡單化，同時(shí)用戶業(yè)務(wù)時(shí)延小、方便故障定位。

但是，以上這些優(yōu)勢都依賴于現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。一旦PTN設(shè)備單板HQoS值超過門限，既無法保證專線業(yè)務(wù)的端到端的QoS，又會對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性造成影響，降低網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法

主要可以從卡板和中繼、核心層規(guī)劃、隧道配置等方面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

2.1 單板中繼分離

單板中繼分離的措施應(yīng)分別在核心層和匯聚層設(shè)備進(jìn)行操作。

2.1.1 核心層設(shè)備單-板中繼分離

從圖1的PTN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖可以看出，核心層A節(jié)點(diǎn)和其他核心節(jié)點(diǎn)有3條中繼互聯(lián)，和其他匯聚節(jié)點(diǎn)有5條中繼互聯(lián)，而實(shí)際上只使用了4塊卡板承載了這8條中繼。對這種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動，如把這8條中繼分布在8塊不同的卡板上，則可降低單板的HQoS。

核心層設(shè)備之間單根中繼承載的隧道數(shù)量如下所述。

（1）匯聚-匯聚

6（左邊單個(gè)節(jié)點(diǎn)需要穿過核心、到達(dá)對端匯聚設(shè)備的隧道數(shù)）×10（左邊匯聚節(jié)點(diǎn)總數(shù)）×2（保護(hù)隧道）÷4（由四根核心中繼分?jǐn)偅?30條

（2）接入-匯聚

按照每對匯聚節(jié)點(diǎn)下掛12個(gè)接入環(huán)，每個(gè)接入環(huán)有6臺接入設(shè)備的通用模型來測算，全網(wǎng)總計(jì)有576臺接入設(shè)備平均分布在8對匯聚節(jié)點(diǎn)下。此時(shí)，左邊接入設(shè)備數(shù)量為360臺，右邊接入設(shè)備數(shù)量為216臺，則有：

360（左邊接入設(shè)備數(shù)量）×6（左邊單個(gè)節(jié)點(diǎn)需要穿過核心、到達(dá)對端匯聚設(shè)備的隧道數(shù)）×2（保護(hù)隧道）÷4（由四根核心中繼分?jǐn)偅?1 080條

216（右邊接入設(shè)備數(shù)量）×10（右邊單個(gè)節(jié)點(diǎn)需要穿過核心、到達(dá)對端匯聚設(shè)備的隧道數(shù)）×2（保護(hù)隧道）÷4（由四根核心中繼分?jǐn)偅?1 080條

在接入設(shè)備平均分布在各個(gè)匯聚環(huán)的情況下，核心設(shè)備之間的每條中繼承載的隧道數(shù)為30+1 080+1 080=2 190條，即每塊中繼卡板占用2 190條HQoS（A-C、B-D之間中繼由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的規(guī)劃，承載隧道數(shù)量較小，不在本次分析之內(nèi)）。

（3）匯聚-核心

匯聚-核心設(shè)備之間，核心側(cè)單根中繼承載的隧道數(shù)量為：

72（每對匯聚下掛72臺接入設(shè)備）÷2（一半經(jīng)過左邊的中繼、一半經(jīng)過右邊的中繼）×2（保護(hù)隧道）×14（其他匯聚設(shè)備）+504（其他接入設(shè)備）×2（保護(hù)隧道））=2 016條

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，采用核心層設(shè)備卡板中繼分離，可以有效降低單板的HQoS值。

2.1.2 匯聚層設(shè)備卡板中繼分離

分析匯聚層設(shè)備單根中繼承載的隧道數(shù)量。

匯聚-核心設(shè)備之間，核心側(cè)單根中繼承載的隧道數(shù)量為：

72（每對匯聚下掛72臺接入設(shè)備）÷2（一半經(jīng)過左邊的中繼、一半經(jīng)過右邊的中繼）×2（保護(hù)隧道）×14（其他匯聚設(shè)備）+504（其他接入設(shè)備）×2（保護(hù)隧道））=2 016條

匯聚-匯聚設(shè)備之間，單根中繼承載的隧道數(shù)量為：

72（每對匯聚下掛72臺接入設(shè)備）×1（每臺設(shè)備工作隧道或者保護(hù)隧道經(jīng)過1次）×2（2臺匯聚設(shè)備）+504（其他接入設(shè)備）×1（每臺設(shè)備工作隧道或者保護(hù)隧道經(jīng)過1次）×2（2臺匯聚設(shè)備））=1 152條

匯聚節(jié)點(diǎn)和核心節(jié)點(diǎn)的區(qū)別在于，還有部分偽線落地在匯聚設(shè)備上，這些偽線的HQoS限速也需要占用單板的HQoS。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，采用匯聚層設(shè)備卡板擴(kuò)容，分?jǐn)傇葐胃欣^上的隧道或業(yè)務(wù)，能有效降低單板的HQoS值。

2.2 合理規(guī)劃，核心層取消HQoS配置

PTN網(wǎng)上的一條點(diǎn)到點(diǎn)隧道，在兩端落地節(jié)點(diǎn)和中間經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)都會進(jìn)行HQoS設(shè)置[11]，整個(gè)PTN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳遞，端到端地保證客戶QoS。HQoS的工作原理如圖2所示。

圖2 業(yè)務(wù)組網(wǎng)

組網(wǎng)中共有四條業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)1和業(yè)務(wù)2由PE1節(jié)點(diǎn)的端口傳送到P節(jié)點(diǎn)，業(yè)務(wù)3和業(yè)務(wù)4由PE2節(jié)點(diǎn)的端口傳送到P節(jié)點(diǎn)，P節(jié)點(diǎn)將四條業(yè)務(wù)通過自身端口一起傳送到PE3，最后到達(dá)CE側(cè)。假設(shè)所有業(yè)務(wù)的優(yōu)先級一樣，都是AF4。PE1和PE2端口整形的CIR是80 Mb/s，P和PE3節(jié)點(diǎn)整形的CIR是80 Mb/s。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中部署HQoS后，各節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)流量被重新規(guī)劃。

上行PE節(jié)點(diǎn)：作為上行PE節(jié)點(diǎn)的PE2，采用一條隧道實(shí)現(xiàn)承載一條偽線的方式，其中，LSP3和LSP4的CIR和PIR都分別設(shè)置為20 Mb/s和80 Mb/s。擁塞情況下，PE2能夠保證業(yè)務(wù)3和業(yè)務(wù)4的CIR帶寬為20 Mb/s，剩余帶寬EIR（PIR-CIR）按照調(diào)度比例分配給業(yè)務(wù)3和業(yè)務(wù)4。當(dāng)沒有業(yè)務(wù)4時(shí)，業(yè)務(wù)3能夠利用所有帶寬。

PE1的隊(duì)列情況與PE2類似。部署HQoS后，各業(yè)務(wù)在節(jié)點(diǎn)能夠公平競爭，并且能夠最大效率地利用帶寬。

P節(jié)點(diǎn)：在P節(jié)點(diǎn)，對于一條隧道實(shí)現(xiàn)承載一條偽線的情況，也可以對LSP1～LSP4都設(shè)置CIR和PIR的值分別為20 Mb/s和80 Mb/s。在發(fā)生擁塞的情況下，P節(jié)點(diǎn)能保證所有業(yè)務(wù)的CIR帶寬，同時(shí)在有業(yè)務(wù)空閑的情況下，大流量的業(yè)務(wù)可以占用空閑流量業(yè)務(wù)（流量少于CIR的業(yè)務(wù)）的剩余帶寬。

落地PE節(jié)點(diǎn)：在落地節(jié)點(diǎn)PE3的UNI側(cè)，可以基于CIP對CIR和PIR進(jìn)行設(shè)置，保證業(yè)務(wù)落地時(shí)，UNI側(cè)出口在擁塞情況下各條業(yè)務(wù)在CIR帶寬以內(nèi)的流量能夠優(yōu)先被轉(zhuǎn)發(fā)。

從以上分析可以看出，如果在P節(jié)點(diǎn)取消了HQoS的設(shè)置，對于正常的網(wǎng)絡(luò)而言，由于在隧道的兩邊的入口和出口都做了限速，所以用戶業(yè)務(wù)可以正常轉(zhuǎn)發(fā)，不受影響。而在擁塞情況下，P節(jié)點(diǎn)不能保證所有業(yè)務(wù)的CIR帶寬，會造成用戶業(yè)務(wù)的隨機(jī)丟包。

在PTN網(wǎng)絡(luò)日常的運(yùn)維中，通過對中繼鏈路的流量預(yù)警門限設(shè)置（60%告警；70%告警，并申請新加中繼；80%告警、禁止開通新業(yè)務(wù)、申請新加中繼）來確保網(wǎng)絡(luò)正常、穩(wěn)定運(yùn)行，減少發(fā)生擁塞。

綜上所述，在確保網(wǎng)絡(luò)不發(fā)生擁塞的情況下，可以適當(dāng)嘗試取消核心層HQoS設(shè)置，以降低單板的HQoS值。

2.3 按需配置預(yù)置隧道的HQoS

為了適應(yīng)大客戶業(yè)務(wù)專線模型，減少配置錯(cuò)誤及優(yōu)化業(yè)務(wù)部署，可以采用預(yù)置隧道的配置模式。而這些隧道默認(rèn)采用的都是全程開啟HQoS的模式，造成了資源的極大浪費(fèi)。

可以對在用的運(yùn)營商PTN全網(wǎng)的接入設(shè)備端口利用率及核心、匯聚設(shè)備互聯(lián)中繼的空置隧道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，端口利用率一般不超過20%，單根中繼上隧道空置率不小于50%。統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，對于PTN網(wǎng)絡(luò)承載接入端無序分布的大客戶專線業(yè)務(wù)，采用隧道預(yù)置的方式是合理的。如果能在做隧道預(yù)置時(shí)把隧道全程限速去除，然后當(dāng)這條隧道被首次調(diào)用時(shí)再把全程HQoS加上，這樣既不會影響隧道預(yù)置的初衷，又不會對設(shè)備的HQoS值產(chǎn)生壓力。

3 優(yōu)化方案的測試分析

以某市電信運(yùn)營商所運(yùn)營的PTN網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，對優(yōu)化方案進(jìn)行測試分析。所使用的網(wǎng)絡(luò)共有4個(gè)核心設(shè)備、16個(gè)匯聚設(shè)備和602個(gè)接入設(shè)備，全網(wǎng)已開通大客戶專線7 685條。

首先，核心層設(shè)備卡板中繼分離。核心層設(shè)備只涉及隧道，沒有落地偽線，故單板的HQoS值即經(jīng)過該單板的隧道數(shù)量。優(yōu)化前，在核心層設(shè)備的一塊單板上，承載了核心-核心、核心-匯聚各一條中繼。每塊卡板上的HQoS值為核心-核心、核心-匯聚兩條中繼上隧道數(shù)量之和。優(yōu)化后，通過卡板擴(kuò)容，使得每塊卡板上只承載一條中繼，以降低單板的HQoS值。如圖3所示，A、B、C、D代表PTN網(wǎng)絡(luò)不同的核心設(shè)備，A1、A2、B1、B2…代表不同核心設(shè)備上的不同板卡，將核心設(shè)備單板擴(kuò)容，然后把原卡板上的中繼分離后，可以有效減少原卡板上40%左右的HQoS值。

圖3 核心層設(shè)備單板優(yōu)化前后的HQoS值對比

其次，匯聚層設(shè)備卡板中繼分離。匯聚層設(shè)備單板的HQoS值=隧道+落地偽線。優(yōu)化前，在匯聚層設(shè)備的一塊單板上，承載了一條核心-匯聚中繼以及幾個(gè)下掛接入環(huán)的中繼，每塊卡板上的HQoS值為核心-匯聚、接入環(huán)中繼、落地偽線數(shù)量之和。優(yōu)化后，把接入環(huán)中繼遷移到其他卡板上，使得每塊卡板上只承載一條核心-匯聚中繼和落地偽線，以降低單板的HQoS值。如圖4所示，a、b、c…代表PTN網(wǎng)絡(luò)匯聚設(shè)備，a1、a2、b1、b2…代表匯聚設(shè)備上的一塊板卡。將接入環(huán)中繼遷移后，可以有效減少原卡板上20%左右的HQoS值。

圖4 匯聚層設(shè)備單板優(yōu)化前后的HQoS值對比

再次，在合理規(guī)劃、取消核心層HQoS配置方面，測試環(huán)境中模擬大客戶專線業(yè)務(wù)建立10條隧道、20條點(diǎn)到點(diǎn)業(yè)務(wù)。只在隧道兩端限速，中間經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)不做限速，查看核心設(shè)備單板的HQoS值沒有增加。結(jié)果顯示，匯聚設(shè)備（兩端隧道落地節(jié)點(diǎn)）單板HQoS值增加了30。隨后進(jìn)行打流測試，在中繼不擁塞的情況下，20條業(yè)務(wù)流量互不影響，沒有丟包。由表1可見，合理規(guī)劃、取消核心層HQoS，也可以達(dá)到降低單板HQoS值的目的。

表1 仿真測試參數(shù)驗(yàn)證1

最后，按需配置預(yù)置隧道的HQoS。在PTN網(wǎng)絡(luò)中新建1條隧道，系統(tǒng)默認(rèn)基礎(chǔ)帶寬500 kb/s，啟用CAC校驗(yàn)、帶寬自動調(diào)整（即有一條業(yè)務(wù)走在這條隧道上，隧道帶寬自動變?yōu)?00 kb/s+用戶業(yè)務(wù)帶寬），改為不啟用CAC校驗(yàn)、帶寬不自動調(diào)整、帶寬為0。查看核心設(shè)備單板的HQoS值沒有增加，匯聚設(shè)備單板的HQoS值也沒有增加。再新建一條用戶業(yè)務(wù)，選用這條隧道，配置下發(fā)后系統(tǒng)告警顯示：由于隧道帶寬小于業(yè)務(wù)帶寬，無法下發(fā)配置。最后，把這條隧道的帶寬配置調(diào)整為啟用CAC校驗(yàn)、帶寬自動調(diào)整后，業(yè)務(wù)下發(fā)成功，詳見表2。

表2 仿真測試參數(shù)驗(yàn)證2

綜上所述，在主要承載專線業(yè)務(wù)且業(yè)務(wù)類型比較復(fù)雜的PTN網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備槽位比較空余的條件下，采用卡板中繼分離的方法對減少單板的HQoS值有明顯效果。另外，通過合理的PTN網(wǎng)絡(luò)核心層HQoS規(guī)劃、按需配置預(yù)置隧道的HQoS等方法，也可有效減少單板的HQoS值，使設(shè)備輕載運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

在以專線業(yè)務(wù)為主的運(yùn)營商PTN網(wǎng)絡(luò)中，隨著業(yè)務(wù)量的不斷增加，設(shè)備單板上的HQoS值也在不斷增加，已成為業(yè)務(wù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸。而借助合理的規(guī)劃，可以為運(yùn)營商在較經(jīng)濟(jì)的條件下完成網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化擴(kuò)容。本文分析了PTN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備單板HQoS值偏高的原因，并針對這一情況提供了優(yōu)化部署方案。通過現(xiàn)網(wǎng)實(shí)施和組建測試環(huán)境，驗(yàn)證了卡板中繼分離、合理規(guī)劃，取消核心層HQoS配置及按需配置預(yù)置隧道的HQoS三種優(yōu)化方案，可以有效降低單板的HQoS值，滿足未來網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大發(fā)展對可靠性和穩(wěn)定性的要求，并為運(yùn)營商的PTN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作提供借鑒。