廣電城域網(wǎng)承載能力計算簡析

龐文輝

(太原有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司，山西 太原 030024)

城域網(wǎng)介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，是在城市(包括郊區(qū))范圍內(nèi)實現(xiàn)信息傳輸與交換的一種網(wǎng)絡(luò)。如今，廣電城域網(wǎng)不只是傳輸傳統(tǒng)的圖像、音頻等業(yè)務(wù)，還需能夠完成VOD、寬帶、企業(yè)大客戶專線等多項業(yè)務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一般分為核心層、匯聚層、接入層。核心層主要完成各個分前端之間的業(yè)務(wù)調(diào)度；匯聚層完成一定地域內(nèi)的業(yè)務(wù)匯接，實現(xiàn)較小顆粒業(yè)務(wù)的匯聚，負責(zé)將本地交換局連接到骨干節(jié)點，以多業(yè)務(wù)顆粒匯聚、傳送、調(diào)度和處理為核心，對帶寬的需求多變化，要求可擴展性高、成本低；接入層則實現(xiàn)對用戶的覆蓋并提供多業(yè)務(wù)的用戶接入。

1 廣電城域網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前廣電城域網(wǎng)雙向技術(shù)主要采用DOCSIS技術(shù)和PON技術(shù)。隨著“寬帶中國”戰(zhàn)略的實施，E/GPON技術(shù)不斷涌現(xiàn)，打破了有線電視傳統(tǒng)的DOCSIS技術(shù)。但考慮到改造及運維成本，以及DOCSIS技術(shù)對于帶寬瓶頸的突破，目前大多數(shù)廣電運營商依舊采用DOCSIS技術(shù)傳播雙向數(shù)據(jù)。

2 城域網(wǎng)承載能力分析

以某地市公司為例，城域網(wǎng)目前采用的是雙核心雙歸屬的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即兩個星型疊加方式保證冗余安全，又可以負載均擔(dān)。提高雙向網(wǎng)絡(luò)帶寬，大力發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)，同時積極推廣智能融合平臺一體化業(yè)務(wù)，預(yù)計共發(fā)展20萬戶。

2.1 CMTS下行承載能力現(xiàn)狀分析

周強從著名的尼爾森定律出發(fā)，設(shè)立了一個比較合適的流量工程模型[1,2]。根據(jù)Cloonan數(shù)據(jù)帶寬分析模型：

CSG=TMAX+S*TAVG.

其中，CSG為服務(wù)組所需要的帶寬能力，S是服務(wù)組內(nèi)實際用戶數(shù)，TMAX是運營商提供的名義最大帶寬服務(wù)，TAVG是高峰時間平均每用戶消耗帶寬。目前，該公司現(xiàn)網(wǎng)提供的最大帶寬為20M，因此TMAX按20M計算，同時按每個頻點提供50M帶寬計算。

1) 當(dāng)為用戶提供10M帶寬時，CMTS的接入能力分析

當(dāng)用戶帶寬普遍提供為10M時，TAVG系統(tǒng)實際平均帶寬按400k計算。

當(dāng)1個下行端口只開通1個頻點時：

50M=20M+S*400k

S=75

即：可支持用戶數(shù)75戶

2) 當(dāng)為用戶提供20M帶寬時，CMTS的接入能力分析

當(dāng)用戶帶寬普遍提供為20M時，TAVG系統(tǒng)實際平均帶寬按500k計算。

當(dāng)1個下行端口只開通1個頻點時：

50M=20M+S*500k

S=60

即：可支持用戶數(shù)60戶。

3) 根據(jù)目前各分前端CMTS板卡數(shù)及開通下行頻點數(shù)，則實際可支持用戶數(shù)如表1所示。

表1 CMTS支持用戶數(shù)

2.2 物理鏈路承載能力現(xiàn)狀分析

目前匯聚層主要選用華為多業(yè)務(wù)交換機,部署在各分前端機房。其中大部分前端采用萬兆上行與總前端2臺核心交換機連接，少數(shù)分前端采用千兆上行與總前端相連，實現(xiàn)雙歸屬連接。

以覆蓋用戶數(shù)較多的某機房為例，采集連續(xù)三日高峰時(22：00)NE5000至ME60、ME60至IPQAM及ME60至CMTS端口流量數(shù)據(jù)進行分析。

表2 某分前端高峰時端口流量

根據(jù)表2數(shù)據(jù)分析可知：寬帶流量約占總流量的60%左右，VOD約占總流量的40%左右。所以，目前物理鏈路承載能力約為：

1) 寬帶用戶并發(fā)率按30%計算，戶均帶寬500k，則各分前端理論可支持寬帶用戶數(shù)約：

20G×60%=12G

12G÷0.000 5÷30%=80 000戶

2) VOD用戶并發(fā)率按10%計算，節(jié)目源全部按高清帶寬8MB計算，則各分前端理論可支持VOD用戶約：

20G×40%=8G

8G÷0.008÷10%=10 000戶

2.3 CMTS上行承載能力現(xiàn)狀分析

CMTS上、下行帶寬速率按照1∶10的比例進行配置，TAVG系統(tǒng)實際平均帶寬為100k，帶寬利用率按80%計算。

最大理論帶寬等于信道數(shù)目乘以每個信道最大帶寬。每信道最大理論速率(帶寬)=頻道利用率*信道帶寬*數(shù)據(jù)調(diào)制比特率。

1) 下行信道α=0.15， 下行信道利用率：

1/(1+α)=0.869

上行信道α=0.25, 上行信道利用率：

1/(1+α)=0.8

其中：α升余弦滾降系數(shù)

2) 信道帶寬

下行信道帶寬=8M

上行信道帶寬=6.4M/n,n=1,2,4,8,……

3) 數(shù)據(jù)調(diào)制比特率log2M(qpsk 的M值取 4)

上行信號的數(shù)據(jù)速率取決于符號率和調(diào)制方式。在DOCSIS2.0標(biāo)準(zhǔn)中，上行信道的最大頻寬為6.4 MHz，上行信號的最大符號率為5.12 M，調(diào)制方式支持QPSK、16QAM、64QAM。

因此，當(dāng)調(diào)制方式為QPSK時，最大的上行數(shù)據(jù)速率為5.12*2=10.24M；當(dāng)調(diào)制方式為16QAM時，最大的上行數(shù)據(jù)速率為5.12*4=20.48M；當(dāng)調(diào)制方式為64QAM時，最大的上行數(shù)據(jù)速率為5.12*6=30.72M。

考慮到大約有10%的比特用于前向糾錯，因此QPSK調(diào)制方式的凈數(shù)據(jù)速率約為9.2M，16QAM調(diào)制方式的凈數(shù)據(jù)速率約為18.4M，64QAM調(diào)制方式的凈數(shù)據(jù)速率約為27.6M。

綜上所述，不同的頻寬及調(diào)制方式，對應(yīng)于上行帶寬，如表3所示。

表3 不同調(diào)制方式對應(yīng)上行帶寬

目前該公司上行調(diào)制方式采用16 QAM，頻寬設(shè)置為3.2 MHz。

1) 當(dāng)為用戶提供10M下行帶寬時，因此上行TMAX按1M計算：

9.2M=1M+S*100k

S=82

即：可支持用戶數(shù)82戶。

2) 當(dāng)為用戶提供20M下行帶寬時，因此上行TMAX按2M計算：

9.2M=2M+S*100k

S=72

即：可支持用戶數(shù)72戶。

3 總結(jié)

當(dāng)上行采用16QAM和QPSK調(diào)制方式，1個下行端口開通4連頻時，4個上行端口與1個下行端口支持用戶數(shù)如表4所示。

表4 上下行端口最大支持用戶數(shù)

本文通過借助Cloonan模型分析，可對該公司城域網(wǎng)承載力得出以下結(jié)論：

1) 通過對各分前端下行支持用戶數(shù)疊加，得出目前該公司局域網(wǎng)完全可以支持20萬寬帶用戶發(fā)展；

2) 當(dāng)上行采用16QAM調(diào)制方式，頻寬設(shè)置為3.2 MHz，上行帶寬不會成為寬帶用戶發(fā)展的瓶頸；

3) 當(dāng)鏈路質(zhì)量較好時，可以嘗試采用64QAM調(diào)制方式，同時增加CMTS上、下行帶寬比例，可提高用戶的上行速率。