電信運營商鄉(xiāng)鎮(zhèn)DWDM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略探究

林毅

摘要：隨著電信運營商移動+寬帶協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的大力推進(jìn)，農(nóng)村地區(qū)“IPTV+寬帶WIFI+4G”融合業(yè)務(wù)快速發(fā)展，導(dǎo)致鄉(xiāng)鎮(zhèn)OLT和IPRAN設(shè)備流量增長迅速，傳統(tǒng)DWDM系統(tǒng)對寬帶及移動業(yè)務(wù)發(fā)展的支撐已顯得吃力，尤其是當(dāng)5G商用進(jìn)入中遠(yuǎn)期后，隨著5G基站部署逐步加密，鄉(xiāng)鎮(zhèn)DWDM系統(tǒng)將面臨著更大帶寬、更低時延、更高可靠性的挑戰(zhàn)。另外，政企專線的組網(wǎng)或提速，也面臨鄉(xiāng)鎮(zhèn)SDH時隙不足、IPRAN帶寬不足、DWDM光通道資源不足等問題。因此，本文基于電信運營商業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢，從業(yè)務(wù)需求分析著手，分析傳統(tǒng)DWDM系統(tǒng)存在的問題，并提出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)OTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：鄉(xiāng)鎮(zhèn);需求分析;傳統(tǒng)DWDM;優(yōu)化;OTN

一、引言

通信技術(shù)發(fā)展日新月異，移動通信網(wǎng)經(jīng)歷了2G到5G的演進(jìn)，有線寬帶網(wǎng)則經(jīng)歷了從傳統(tǒng)ADSL到FTTH的轉(zhuǎn)變，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)對傳輸網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求起來越大。為適應(yīng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷增長的需求，鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面的傳輸技術(shù)也經(jīng)歷了從SDH到OTN的演變。下表為鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面業(yè)務(wù)及傳輸網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)歷程：

電信運營商傳輸網(wǎng)絡(luò)在省干層面均建設(shè)有ROADM及OTN系統(tǒng)，本地網(wǎng)層面也已部署市縣及城域OTN網(wǎng)絡(luò)，均具備高速承載的能力，而鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面主要以傳統(tǒng)DWDM為主。

面臨有線寬帶網(wǎng)絡(luò)流量增長、4G網(wǎng)絡(luò)流量增長、政企專線提速及5G網(wǎng)絡(luò)承載等諸多挑戰(zhàn)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面已出現(xiàn)業(yè)務(wù)瓶頸，具體表現(xiàn)為SDH系統(tǒng)時隙不足、傳統(tǒng)DWDM系統(tǒng)容量不足。本文通過對鄉(xiāng)鎮(zhèn)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析，并結(jié)合廣西電信工程實際情況，提出OTN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略，從而提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)傳輸網(wǎng)絡(luò)容量，并為打造一張綜合承載的全程端到端網(wǎng)絡(luò)打下良好的平臺基礎(chǔ)。

二、鄉(xiāng)鎮(zhèn)業(yè)務(wù)需求分析

作為鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面的高帶寬業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)，目前鄉(xiāng)鎮(zhèn)DWDM網(wǎng)絡(luò)主要承載農(nóng)村地區(qū)（含鄉(xiāng)鎮(zhèn)，后同）有線寬帶業(yè)務(wù)、4G無線上網(wǎng)業(yè)務(wù)及少量大顆粒政企專線業(yè)務(wù)。農(nóng)村地區(qū)有線接入OLT設(shè)備采用GE/10GE端口通過匯聚交換機(jī)一級匯聚后上行至MSE或直掛MSE;IPRAN A設(shè)備多采用GE組環(huán)上行至IPRAN B設(shè)備。具體業(yè)務(wù)上行承載示意圖如下：

隨著移動+IPTV營銷策略的大力推廣，移動用戶及IPTV用戶數(shù)逐年增加，農(nóng)村地區(qū)的有線寬帶網(wǎng)絡(luò)及IPRAN網(wǎng)絡(luò)流量增長迅速，因此，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計需要借助有效手段對業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行需求分析，以便合理指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建設(shè)。

（一）有線寬帶網(wǎng)絡(luò)鏈路需求分析

有線寬帶流量目前主要為上網(wǎng)流量和IPTV視頻流量，其中，IPTV視頻流量又分為點播流量和直播流量。農(nóng)村地區(qū)單臺OLT上聯(lián)帶寬測算可從多角度進(jìn)行分析，本文選取2個維度進(jìn)行分析，如下：

1、根據(jù)流量增長率測算OLT上聯(lián)帶寬

OLT上聯(lián)帶寬應(yīng)能夠滿足全年該OLT所帶用戶的家庭帶寬任意時間點上行需求。基于中國國情及歷年流量情況，春節(jié)期間的農(nóng)村地區(qū)OLT上聯(lián)端口流量是最大的，故將春節(jié)期間OLT的平均流量峰值作為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上乘以年增長率（經(jīng)驗值）進(jìn)行迭代計算。

2、根據(jù)用戶數(shù)及單用戶流量模型測算OLT上聯(lián)帶寬（組播復(fù)制點在OLT）

OLT上聯(lián)帶寬=目標(biāo)寬帶用戶數(shù)*寬帶流量忙時戶均流量+目標(biāo)IPTV用戶數(shù)*IPTV單用戶流量*觀看點播節(jié)目占比+IPTV組播固定頻道流量。其中，寬帶單用戶流量=（Σ各速率簽約帶寬*在線平均流量*各速率簽約用戶占比）*并發(fā)率;IPTV單用戶流量=整體用戶并發(fā)*[4K用戶占比*Σ（4K用戶觀看各節(jié)目源的占比*節(jié)目源速率）+高清用戶占比*Σ（高清用戶觀看各節(jié)目源的占比*節(jié)目源速率）+標(biāo)清用戶占比*Σ（標(biāo)清用戶觀看各節(jié)目源的占比*節(jié)目源速率）];IPTV組播固定頻道流量=∑各節(jié)目源頻道數(shù)*節(jié)目源速率。

測算出OLT上聯(lián)帶寬后，可計算OLT上聯(lián)端口需求，輸出上行鏈路需求給DWDM傳輸系統(tǒng)，OLT上聯(lián)端口需求≥OLT上聯(lián)帶寬/（上聯(lián)端口可用帶寬*鏈路帶寬利用率）。

進(jìn)行傳輸系統(tǒng)設(shè)計時，為確保DWDM系統(tǒng)配置的可靠性，建議采用兩種方式對OLT上聯(lián)帶寬進(jìn)行測算比較，采用測算結(jié)果中的大值作為需求輸入，避免傳輸系統(tǒng)端口配置不足導(dǎo)致業(yè)務(wù)無法正常開通。

廣西電信自提出寬帶與移動協(xié)同發(fā)展以來，加大農(nóng)村地區(qū)LTE基站和寬帶接入網(wǎng)的建設(shè)力度，基本實現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)4G+光網(wǎng)絡(luò)覆蓋，以支撐農(nóng)村“IPTV+寬帶WIFI+4G”融合業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。幾年來，從用戶數(shù)發(fā)展來看，農(nóng)村區(qū)域有線寬帶及IPTV用戶數(shù)凈增量超200萬;從速率上看，截至2019年12月，100M及以上用戶占比超80%，寬帶單用戶速率提升了數(shù)倍。根據(jù)OLT設(shè)備現(xiàn)狀分布來看，業(yè)務(wù)發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)一般設(shè)置有3臺-5臺OLT，目標(biāo)需求為6-10個10GE上行端口;業(yè)務(wù)一般的鄉(xiāng)鎮(zhèn)設(shè)置有1-2臺OLT，目標(biāo)需求為2-4個10GE上行端口。

（二）IPRAN網(wǎng)絡(luò)鏈路需求分析

IPRAN網(wǎng)絡(luò)定位于承載基站業(yè)務(wù)和政企專線業(yè)務(wù)。為了保障業(yè)務(wù)的安全性，鄉(xiāng)鎮(zhèn)IPRAN A設(shè)備一般采用GE組環(huán)方式接入縣局IRPAN B設(shè)備，成環(huán)時需確保有兩條不同物理路由的光纜上聯(lián)到IRPAN B設(shè)備。

1、基站IPRAN組網(wǎng)需求分析

基站IPRAN A設(shè)備上行鏈路總帶寬按“1*基站峰值+（N-1）*基站均值”計算，其中4G基站峰值帶寬一般按300M計算，基站均值不超過50M。假設(shè)平均每鄉(xiāng)鎮(zhèn)下帶8個基站，則承載4G基站的IPRAN網(wǎng)絡(luò)A設(shè)備上行鏈路總帶寬=300M（峰值）+7*50（均值）=650M。

理論上，5G基站峰值速率遠(yuǎn)期可達(dá)10-20Gbps，商用初期可達(dá)4G基站峰值速率的10倍，而用戶體驗速率為100Mbps至1Gbps，具體流量模型待研究試驗明確。

目前業(yè)界關(guān)注較多的是城市熱點區(qū)域、一般區(qū)域的5G基站承載組網(wǎng)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)的5G基站中遠(yuǎn)期承載方式尚不明確，4G、5G基站也將長期并存。為保護(hù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)投資，在5G網(wǎng)絡(luò)商用初期，鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面考慮沿用4G基站的承載方式，使用IPRAN網(wǎng)絡(luò)承載，而這將對鄉(xiāng)鎮(zhèn)傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生新的10GE鏈路需求;隨著5G商用越來越成熟，產(chǎn)生100GE鏈路需求也未可知。

2、政企IPRAN組網(wǎng)需求分析

目前鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面政企專線業(yè)務(wù)帶寬以10M以下小顆粒為主，專線開通方式以SDH/MSTP居多。SDH/MSTP具有物理隔離的高安全性特點，然而鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面SDH傳輸系統(tǒng)面臨時隙資源不足、中心節(jié)點交叉容量不足、部分老舊設(shè)備停產(chǎn)等問題，擴(kuò)容難度相當(dāng)大，無法滿足政企專線提速需求。因此，政企專線業(yè)務(wù)需考慮逐漸遷移到政企IPRAN網(wǎng)絡(luò)、WDM/OTN網(wǎng)絡(luò)。

政企IPRAN網(wǎng)絡(luò)主要承載GE及以下帶寬顆粒，超過GE的專線業(yè)務(wù)則主要由WDM/OTN進(jìn)行承載;沒有硬管道要求的，可采用IPRAN網(wǎng)絡(luò)承載，要求采用硬管道的專線，使用WDM/OTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行承載。目前沒有較為有效的方法能夠測算出政企業(yè)務(wù)需求，一般采用應(yīng)急擴(kuò)容方式解決政企專線類的提速需求。

隨著移動用戶數(shù)的增長、5G基站的部署、政企專線的提速，基站/政企IPRAN網(wǎng)絡(luò)A設(shè)備上行GE鏈路逐漸不能滿足業(yè)務(wù)需求，需通過升級為10GE的方式解決。

綜上所述，根據(jù)廣西電信的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢，再結(jié)合IPRAN網(wǎng)絡(luò)及OLT網(wǎng)絡(luò)的部署情況，業(yè)務(wù)發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)OLT設(shè)備及IPRAN設(shè)備對10GE上行端口的需求預(yù)測可達(dá)8-14個，業(yè)務(wù)量一般的鄉(xiāng)鎮(zhèn)對10GE上行端口的需求預(yù)測可達(dá)4-8個。

三、傳統(tǒng)DWDM網(wǎng)絡(luò)局限性

面臨有線寬帶網(wǎng)絡(luò)流量增長、5G網(wǎng)絡(luò)承載及政企專線提速等諸多挑戰(zhàn)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面?zhèn)鹘y(tǒng)DWDM系統(tǒng)逐漸突顯出其局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）傳統(tǒng)40x10Gb/s DWDM系統(tǒng)波長容量不足，難以滿足有線寬帶網(wǎng)絡(luò)流量日益增長需求，以及未來5G基站大規(guī)模部署到鄉(xiāng)鎮(zhèn)時的組網(wǎng)需求。

（二）傳統(tǒng)DWDM系統(tǒng)業(yè)務(wù)模式比較單一，目前不支持分組、VC交叉功能，不具備直接承載GE顆粒以下政企專線業(yè)務(wù)的能力，再者由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)SDH時限不足的問題較為突出，難以滿足有硬管道要求的政企專線提速需求。

（三）傳統(tǒng)DWDM系統(tǒng)設(shè)備存在一定的局限性，不支持電可調(diào)、光譜測試、時延測試等運維功能，難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)自動化、智能化運維的演進(jìn)趨勢。

四、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略

針對40x10Gb/s DWDM傳輸系統(tǒng)的局限性，結(jié)合廣西電信工程實際情況，本文提出以下幾個優(yōu)化策略：

（一）升級80x10Gb/s DWDM系統(tǒng)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)40x10Gb/s DWDM系統(tǒng)站點設(shè)置時，縣局中心節(jié)點設(shè)置為OTM站，配置40波合分波板;鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點為了方便后續(xù)擴(kuò)容工程免去穿通波跳纖的麻煩，一般設(shè)置為OADM站，配置光分插復(fù)用板，不在本站上下業(yè)務(wù)的波長采用直通的方式去往下一個站點。

40波升級80波系統(tǒng)一般需要對單個環(huán)上所有業(yè)務(wù)節(jié)點進(jìn)行升級，部分業(yè)務(wù)量較小的環(huán)上站點也需要同時升級。容量升級時需將原有40波合分波板或4/8波光分插復(fù)用板更換為80波合分波板，實施期間割接難度較大，而且升級80x10Gb/s DWDM系統(tǒng)，僅解決了DWDM系統(tǒng)容量不足問題，并不能解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)SDH時隙不足以致難以滿足政企專線提速的問題。

（二）隔點拆環(huán)，1個大環(huán)拆成2個小環(huán)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)40x10Gb/s DWDM系統(tǒng)站點設(shè)置時，環(huán)路系統(tǒng)上下業(yè)務(wù)節(jié)點的數(shù)量為4-8的居多，隔點拆環(huán)可以在不升級環(huán)路的前提下達(dá)到大環(huán)拆小，提高接入能力的目的，但該方式實施期間割接難度大，且在拆環(huán)的同時增加了網(wǎng)絡(luò)相鄰節(jié)點的傳輸距離，傳輸性能受到影響，且鄉(xiāng)鎮(zhèn)中繼光纜結(jié)構(gòu)、纖芯數(shù)量和纖芯質(zhì)量也限制該方案的有效實施。

（三）新建80x10G/80x100G OTN系統(tǒng)

相對于升級80x10Gb/s DWDM系統(tǒng)和隔點拆壞的方式，新建OTN系統(tǒng)初期建網(wǎng)成本較高，但綜合考慮實施難易程度、機(jī)房配套及纖芯利用率、設(shè)備可擴(kuò)展性、承載業(yè)務(wù)類型多樣性等方面來看，新建OTN系統(tǒng)不失為一種理想的優(yōu)化策略。在投資允許的情況下，遵循傳輸網(wǎng)絡(luò)適度提前建設(shè)的原則，建議采用新型設(shè)備新建80x100Gb/s OTN系統(tǒng)，配置分組及VC交叉、電可調(diào)、光譜測試、時延測試等功能，試點配置ROADM站型，以提升網(wǎng)絡(luò)容量，同時亦能簡化網(wǎng)絡(luò)運維手段。

OTN（optical transport network）技術(shù)為當(dāng)下最熱門的傳輸技術(shù)，它同時具備了SDH和WDM的優(yōu)勢，將SDH的可運營和可管理能力應(yīng)用到WDM系統(tǒng)中。OTN技術(shù)可提供多種客戶信號的封裝和透明傳輸，支持大顆粒的帶寬復(fù)用和交叉調(diào)度，可提供強(qiáng)大的保護(hù)恢復(fù)能力，具有強(qiáng)大的開銷和維護(hù)管理能力，而ROADM的引入，則更是增強(qiáng)了OTN的組網(wǎng)能力?？偠灾琌TN更大程度地滿足多業(yè)務(wù)、大容量、高可靠、高質(zhì)量的傳送需求，可為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供電信級的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，更好地滿足目前電信運營商的需求。

五、結(jié)束語

隨著業(yè)務(wù)的不斷增長和高速傳輸技術(shù)的發(fā)展，鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面?zhèn)鹘y(tǒng)的波分復(fù)用（WDM）已經(jīng)明顯的力不從心，100G OTN技術(shù)已非常成熟，在國內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，只不過用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面的寥寥無幾。本文對鄉(xiāng)鎮(zhèn)層面的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行了分析，并結(jié)合傳統(tǒng)DWDM網(wǎng)絡(luò)存在問題，提出了鄉(xiāng)鎮(zhèn)100G OTN建設(shè)性建議。鄉(xiāng)鎮(zhèn)100G OTN系統(tǒng)需要因地制宜的建設(shè)，應(yīng)根據(jù)建設(shè)成本、業(yè)務(wù)需求、光纖資源、機(jī)房及配套條件的不同，選取適宜的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略。筆者僅針對廣西電信鄉(xiāng)鎮(zhèn)DWDM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析并提出一種網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的思路，不同省份不同運營商可參考相關(guān)分析思路并基于自身實際情況調(diào)整建網(wǎng)策略。

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作者簡介：

林毅（1979-），男，壯族，廣西南寧人，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：通信傳輸系統(tǒng)工程建設(shè)。