城域PTN 專線承載網(wǎng)規(guī)劃容量測算及擴(kuò)容策略?

周 偉

（上海市信息網(wǎng)絡(luò)有限公司 上海 200081）

1 引言

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)專線［1］在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域承擔(dān)著重要的技術(shù)基礎(chǔ)。其承載網(wǎng)絡(luò)——城域?qū)＞€承載網(wǎng)［2］也不斷進(jìn)行著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的升級和網(wǎng)絡(luò)能力的拓展［3］。

PTN（Packet Transport Network，分組傳送網(wǎng)）是一種以分組業(yè)務(wù)傳送為基礎(chǔ)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)［4］，它具備高可靠性、高帶寬、低時延［5］、較強(qiáng)的操作維護(hù)管理［6］等特點(diǎn)，并可靈活實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)承載應(yīng)用［7］。用于數(shù)據(jù)專線承載可實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)模型［8］，因此越來越受到電信運(yùn)營商在城域組網(wǎng)中的青睞［9］。相比互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)［10］，專線承載網(wǎng)的電路平均占用帶寬相對較小，業(yè)務(wù)流向不明確，這與移動回傳網(wǎng)［11］等其他應(yīng)用而言具有很大的區(qū)別。

由于城域?qū)＞€承載網(wǎng)的規(guī)模較大，要求承載網(wǎng)具備靈活的可擴(kuò)展性，必須在網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)容量［12］發(fā)生不足之前，能夠提前測算出實(shí)際的可用性，并實(shí)現(xiàn)及早預(yù)警擴(kuò)容。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)容量測算方法往往比較簡單，且較多關(guān)注當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)容量［13］，缺乏前瞻性的測算。本文提出了一種對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃容量的測算方法，適用于以PTN為基礎(chǔ)的城域承載網(wǎng)。

2 PTN 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及影響網(wǎng)絡(luò)容量的關(guān)鍵因素

城域PTN專線承載網(wǎng)的結(jié)構(gòu)分為三個層次，即核心層、匯聚層、接入層［14］。影響城域?qū)＞€承載網(wǎng)承載容量的關(guān)鍵因素首先是物理限制，即節(jié)點(diǎn)設(shè)備的槽位數(shù)量、端口數(shù)量限制。其次為設(shè)備及芯片的能力限制，主要涉及整機(jī)標(biāo)簽交換能力等限制。第三類為網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)模型限制，不同業(yè)務(wù)模型對資源消耗量是不同的，直接影響網(wǎng)絡(luò)承載能力。

3 網(wǎng)絡(luò)容量估算方法

可以把網(wǎng)絡(luò)容量估算方法分為基本容量評估方法和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃容量評估修正兩部分。

3.1 基本容量評估方法

最基本的容量評估方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理特性即槽位、端口等進(jìn)行初步估算。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，逐一對核心層、匯聚層、接入層的物理承載能力進(jìn)行評估，確定全網(wǎng)可提供的業(yè)務(wù)端口數(shù)量。通過對各層級的承載能力限制和匹配再結(jié)合業(yè)務(wù)模型算出基于物理特性的容量。

第一步是進(jìn)行核心層評估，對核心層提供的端口評估。核心設(shè)備以字母c作為標(biāo)記。

第二步是進(jìn)行匯聚層評估。匯聚設(shè)備以字母b 作為標(biāo)記。設(shè)定全網(wǎng)匯聚設(shè)備數(shù)量為Nb，每個設(shè)備的槽位總數(shù)為Sbn，其中用于上聯(lián)核心設(shè)備的槽位數(shù)量為Sbc，用于下聯(lián)接入設(shè)備的槽位數(shù)量為Sba，用于用戶專線接入的槽位數(shù)量為Sbl，則設(shè)備槽位總數(shù)Sbn為

用戶接入側(cè)業(yè)務(wù)板卡可提供端口數(shù)量為Pbl，網(wǎng)絡(luò)側(cè)業(yè)務(wù)板卡可提供端口數(shù)量為Pba。

第三步是接入層評估。接入設(shè)備以字母a 作為標(biāo)記。接入層物理結(jié)構(gòu)以環(huán)網(wǎng)方式組成，上聯(lián)端口為兩個。設(shè)定每個接入設(shè)備用戶接入端口數(shù)量為Pl，每個接入環(huán)的接入設(shè)備數(shù)量為Nra。按此計(jì)算，每個接入環(huán)可提供的接入端口數(shù)量Par為

結(jié)合第二步和第三步可得出，每個匯聚設(shè)備可下掛的接入環(huán)數(shù)量為

全網(wǎng)可下掛接入環(huán)數(shù)量為

全網(wǎng)所有接入層設(shè)備可提供接入端口總數(shù)量：

以上數(shù)量均需剔除預(yù)留搶修備用數(shù)量。根據(jù)計(jì)算公式可進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算。

依據(jù)數(shù)據(jù)專線業(yè)務(wù)發(fā)展較好的代表性城市上海市多年的PTN 專線承載網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析得到，其中約70%的專線電路為接入層端口至匯聚層端口的點(diǎn)對多點(diǎn)類型，另外30%的電路為接入層至接入層的點(diǎn)對點(diǎn)電路。因此可以得出以下經(jīng)驗(yàn)公式：

其中占比約為70%的接入層端口至匯聚用戶接入端口的專線電路數(shù)量為x，這些電路每條占用1個接入層用戶接口。而占比約為30%的接入層端口至接入層端口的專線電路數(shù)量為y，這些電路每條占用2 個接入層用戶接口。所有專線占用的接入層用戶接口的數(shù)量則為P。

將式（5）所計(jì)算出的Patl代入式（8）中的變量P可以估算出兩種業(yè)務(wù)流向的專線電路x、y 的數(shù)量，由此可推算出全網(wǎng)可承載的電路數(shù)量L：

考慮到專線電路地域分布具有一定的不均衡性。設(shè)定β（0＜β＜1）為端口不均衡分布指數(shù)，則全網(wǎng)可承載的電路數(shù)量L2降為

依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，β可設(shè)定為0.8左右為宜。以上是根據(jù)專線承載網(wǎng)設(shè)備的物理特性以及承載業(yè)務(wù)的模型相結(jié)合所總結(jié)的容量估算方法。但是僅使用這種方法得出的最終結(jié)論可能與實(shí)際情況存在一定的偏差，因此還需將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃作為一個重要條件來估算承載網(wǎng)的容量。

3.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃容量評估修正

專線承載網(wǎng)全網(wǎng)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出流向不確定。可以采用隧道全預(yù)置方式，依托業(yè)務(wù)類型來確定，即根據(jù)上文中闡述的業(yè)務(wù)類型70%為接入層至匯聚層的流向，所以隧道預(yù)置的原則是全網(wǎng)所有接入層設(shè)備均與匯聚層設(shè)備建立隧道，且所有匯聚層設(shè)備之間建立全互聯(lián)隧道。

在全預(yù)置隧道的網(wǎng)絡(luò)中，全預(yù)置的隧道會占用一部分設(shè)備的OAM 等資源，為了更準(zhǔn)確地評估網(wǎng)絡(luò)承載能力，這個影響因子必須考慮在內(nèi)。核心層設(shè)備的標(biāo)簽交換（Label Switched Path，LSP）能力，即核心設(shè)備處理隧道的能力，決定全網(wǎng)可承載的預(yù)置隧道數(shù)量，由于這些預(yù)置隧道大部分為匯聚層至接入層的隧道，就決定全網(wǎng)可承載接入層設(shè)備的數(shù)量。

其中Lc為核心設(shè)備的標(biāo)簽交換能力，是由設(shè)備性能確定的一個確定值。而Lab則為接入設(shè)備至匯聚設(shè)備的LSP 數(shù)量，Lbb為匯聚設(shè)備至匯聚設(shè)備的LSP 數(shù)量。當(dāng)全網(wǎng)接入設(shè)備數(shù)量為Na，匯聚設(shè)備數(shù)量為Nb，核心設(shè)備數(shù)量為Nc時，Lbb=2Nb( Nb-1) ，而Lab=2Na( Nb-2 )，由此所有核心設(shè)備承載的主備LSP數(shù)量為Lab+Lbb。因此，每臺核心設(shè)備承載LSP數(shù)量：

在此公式中，Lc是定量，核心設(shè)備數(shù)量Nc及匯聚設(shè)備數(shù)量Nb也定量，接入設(shè)備數(shù)量Na為變量。當(dāng)核心設(shè)備標(biāo)簽交換能力有限時，從設(shè)備標(biāo)簽交換能力的角度，可根據(jù)以上公式計(jì)算出全網(wǎng)可最多承載接入設(shè)備的數(shù)量。接入設(shè)備的數(shù)量直接決定全網(wǎng)可提供接入端口數(shù)量和承載用戶數(shù)量。此計(jì)算結(jié)果需與式（5）中Patl值計(jì)算結(jié)果作對比，取較小的值作為評估結(jié)果。

匯聚層設(shè)備的OAM 能力，由于70%的業(yè)務(wù)最終會終結(jié)于匯聚設(shè)備，因此在匯聚設(shè)備上會有大量隧道和偽線終結(jié)［15］，而每條隧道和每條偽線均需消耗OAM 資源，所以O(shè)AM 能力將決定匯聚設(shè)備的業(yè)務(wù)落地能力。

其中匯聚設(shè)備的OAM 能力為Ob，匯聚設(shè)備LSP 終結(jié)數(shù)量為Lbt，匯聚設(shè)備PW 終結(jié)數(shù)量為Wbt。

每臺匯聚設(shè)備終結(jié)的LSP數(shù)量為

其中Ob和Nb為定量，Na已通過以上公式計(jì)算得出，而Wb1t為變量。Wb1t為每臺匯聚設(shè)備可落地的PW值，即每臺匯聚設(shè)備落地的電路數(shù)量，也直接影響全網(wǎng)的承載能力。

全網(wǎng)匯聚可落地的電路數(shù)量：

此數(shù)值需與上文中x 值進(jìn)行對比，取較小的值作為評估結(jié)果。

4 擴(kuò)容策略

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)容量發(fā)生預(yù)警時，必須采取合理的擴(kuò)容策略以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的容量擴(kuò)充。全預(yù)置隧道模式下，針對用戶接口預(yù)警、帶寬利用率預(yù)警、OAM 門限值預(yù)警，擴(kuò)容主要有以下方法。

第一，若用戶接口預(yù)警發(fā)生于接入層設(shè)備，解決辦法是新建新增接入層設(shè)備。根據(jù)式（2）、（5）增加接入設(shè)備的數(shù)量。在網(wǎng)絡(luò)承載能力內(nèi)，即式（13）中的Na不超過最大值，可按需新增接入層設(shè)備，新增的接入層設(shè)備與原有的所有匯聚層設(shè)備之間配置隧道。若用戶接口預(yù)警發(fā)生于匯聚層設(shè)備，根據(jù)式（6）、（7），需要增加匯聚設(shè)備用戶接入板卡的數(shù)量。對于匯聚層設(shè)備來說，如果規(guī)劃槽位已全部使用，只能用槽位數(shù)量更多的設(shè)備進(jìn)行替換。

第二，帶寬預(yù)警的擴(kuò)容策略。當(dāng)某接入環(huán)帶寬發(fā)生預(yù)警時，接入環(huán)無法進(jìn)行帶寬擴(kuò)容，該接入環(huán)需停止新增用戶接入。當(dāng)匯聚層設(shè)備上聯(lián)方向帶寬預(yù)警時，可通過新增匯聚至核心的中繼鏈路進(jìn)行帶寬擴(kuò)容。當(dāng)核心層設(shè)備之間鏈路帶寬預(yù)警時，可通過新增核心至核心設(shè)備的中繼鏈路進(jìn)行帶寬擴(kuò)容。

第三，當(dāng)接入層設(shè)備OAM 門限值預(yù)警發(fā)生時，該接入層設(shè)備即停止新增需消耗OAM 資源的各項(xiàng)配置，若有相關(guān)業(yè)務(wù)需求，可在同一物理地址新規(guī)劃一套接入層設(shè)備。當(dāng)匯聚層設(shè)備或核心層設(shè)備板卡OAM 門限值預(yù)警發(fā)生時，可在該匯聚層設(shè)備或核心層設(shè)備上新增同類型板卡，新增業(yè)務(wù)需求配置于新擴(kuò)容的板卡上。當(dāng)匯聚層設(shè)備或核心層設(shè)備整機(jī)OAM 門限值預(yù)警發(fā)生時，需要用OAM 處理能力更強(qiáng)的設(shè)備替換原有的匯聚層設(shè)備。

5 應(yīng)用分析

以上海市的一家運(yùn)營商所建設(shè)的PTN 專線承載網(wǎng)為基礎(chǔ)，分析承載容量和擴(kuò)容方面的情況。網(wǎng)絡(luò)的第一期建設(shè)完成了核心和匯聚設(shè)備的安裝。從第二期建設(shè)起，開始增加接入設(shè)備的安裝。其中一期、二期、三期的實(shí)際容量上限和容量估算的結(jié)果相吻合。四期建設(shè)的實(shí)際容量出現(xiàn)了瓶頸，和測算的結(jié)果存在著細(xì)微的差異。

待分析的PTN 專線承載網(wǎng)絡(luò)核心層和匯聚層設(shè)備均使用ZTE 9008 系列設(shè)備，接入層設(shè)備采用ZTE 6000 系列設(shè)備。核心層設(shè)備4 臺、匯聚層設(shè)備16臺，接入層設(shè)備按期建設(shè)。

表1 PTN專線承載網(wǎng)建設(shè)示例

從表1 分析可以得出，當(dāng)接入層設(shè)備數(shù)量Na增加時，PTN 網(wǎng)絡(luò)所能承載的電路數(shù)量L 也同時增加。

圖1 接入設(shè)備數(shù)量和可承載電路數(shù)的對比

PTN 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)從第一期至第三期，估算網(wǎng)絡(luò)承載能力，符合預(yù)期，建設(shè)第四期后發(fā)現(xiàn)，在匯聚層下聯(lián)接入層設(shè)備的端口仍然有空余的情況下，新建的接入層設(shè)備已無法根據(jù)規(guī)劃配置相關(guān)隧道。原因是核心層設(shè)備的標(biāo)簽交換能力已達(dá)到最大值。因此應(yīng)根據(jù)上文3.2 節(jié)內(nèi)容對網(wǎng)絡(luò)承載能力進(jìn)行修正。根據(jù)式（12）、（13）、（14）計(jì)算得出，核心設(shè)備標(biāo)簽交換能力最多可支持約550 臺接入設(shè)備，約17600個用戶接入端口。PTN網(wǎng)絡(luò)最大承載能力為13537 條電路，再根據(jù)式（10）進(jìn)行β調(diào)整后，網(wǎng)絡(luò)承載能力為10829 條電路。由于以9008 設(shè)備為核心匯聚的PTN 網(wǎng)絡(luò)承載能力約10000 條電路，且核心層設(shè)備標(biāo)簽交換能力和匯聚層設(shè)備槽位端口接近飽和，為了提升PTN 網(wǎng)絡(luò)的承載能力，必須對核心層、匯聚層設(shè)備整體替換。經(jīng)分析，以6500 系列作為替換對象，這類設(shè)備的標(biāo)簽交換能力以及槽位端口數(shù)量大幅增加。

核心匯聚替換成6500 以后，同樣根據(jù)式（12）、（13）、（14）計(jì)算得出，核心設(shè)備標(biāo)簽交換能力最多可支持至少2000臺接入設(shè)備，約64000個用戶接入端口。根據(jù)式（5）計(jì)算得出，核心匯聚升級替換后，PTN 網(wǎng)絡(luò)最大承載能力為49231 條電路，再根據(jù)式（10）進(jìn)行β調(diào)整后，最終網(wǎng)絡(luò)承載能力為39385 條電路。

表2 PTN核心匯聚升級替換后的專線承載情況

按照每年安裝300 臺接入設(shè)備的建設(shè)常規(guī)進(jìn)度，2000臺接入設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)承載能力，可實(shí)現(xiàn)約四萬條電路的承載，至少能讓PTN網(wǎng)絡(luò)滿足升級后五年的業(yè)務(wù)發(fā)展需求。

圖2 升級后接入設(shè)備數(shù)量和可承載電路數(shù)的對比

6 結(jié)語

本文提出了一種規(guī)劃容量測算的方法，通過對核心層、匯聚層和接入層的設(shè)備、板卡、端口進(jìn)行分析，并結(jié)合業(yè)務(wù)模型特點(diǎn)和端口不均衡分布指數(shù)，對可承載專線數(shù)量進(jìn)行測算。針對不同的預(yù)警情況，可分別采取接入層擴(kuò)容、帶寬擴(kuò)容和匯聚擴(kuò)容等策略。對實(shí)際運(yùn)營數(shù)據(jù)的采集后證實(shí)，能有效發(fā)現(xiàn)承載容量的瓶頸，并通過擴(kuò)容策略實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)承載能力的突破，滿足專線客戶的承載需求。