網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展演進,業(yè)務(wù)需求不斷向高速率、低時延、廣覆蓋、密集連接、高安全、智能化的方向發(fā)展,以實現(xiàn)移動視頻、寬帶提速、IPTV、4K等業(yè)務(wù)大帶寬需求;ICT專線、金融專線、移動支付、在線游戲等業(yè)務(wù)的高可靠、低時延需求;IoT業(yè)務(wù)的廣接入、智能化的需求。IP RAN承載網(wǎng)作為本地網(wǎng)業(yè)務(wù)的主要承載網(wǎng)絡(luò),在某省運營商近年來的業(yè)務(wù)發(fā)展中發(fā)揮了巨大作用。
某省運營商IP RAN網(wǎng)絡(luò)從2012年開始規(guī)模部署,截至目前,全省網(wǎng)絡(luò)層次清晰,覆蓋完善。已實現(xiàn)了基礎(chǔ)架構(gòu)節(jié)點(含核心、匯聚、綜合接入點)的全覆蓋。本地網(wǎng)IP RAN系統(tǒng)建成從核心到接入的三級架構(gòu),每個地市分別設(shè)置2個核心機房,每個機房配置2端核心設(shè)備,4個核心設(shè)備建成mesh結(jié)構(gòu)。每個匯聚區(qū)設(shè)置1個匯聚機房,每個匯聚機房配置2端匯聚設(shè)備分別雙上聯(lián)至核心節(jié)點,組建口字型環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。綜合接入點或普通基站機房設(shè)置接入設(shè)備,接入層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以環(huán)形為主鏈形為輔,每個接入環(huán)設(shè)置4~8個接入節(jié)點。針對目前的IP RAN三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。IP RAN網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀如圖1所示。
圖1 某運營商本地IP RAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
目前本地大顆粒/小顆粒專線業(yè)務(wù)及常規(guī)普通專線業(yè)務(wù)通過IP RAN傳輸IP承載A網(wǎng)終結(jié)的方式承載;無線專業(yè)移動網(wǎng)業(yè)務(wù)經(jīng)本地IP RAN接入通過IP承載B網(wǎng)承載移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量,業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
圖2 某運營商IP RAN網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載示意圖
以4G業(yè)務(wù)承載現(xiàn)狀為例,4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流向有兩種場景。
場景一為4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在本地網(wǎng)層面由IP RAN系統(tǒng)承載,省干層面由IP承載B網(wǎng)承載至核心網(wǎng)CE設(shè)備;
場景二4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在本地網(wǎng)層面直接由IP RAN系統(tǒng)承載上聯(lián)至核心網(wǎng)(EPC)U面設(shè)備。4G承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖3所示。
圖3 某運營商本地4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流向圖
由于4G核心網(wǎng)用戶面尚未完成地市級下沉,第一種接入場景成為了4G移動網(wǎng)業(yè)務(wù)的主要接入方式,業(yè)務(wù)路徑為經(jīng)本地IPRAN接入設(shè)備、匯聚設(shè)備、核心設(shè)備轉(zhuǎn)至IP承載B網(wǎng)的AR設(shè)備,再經(jīng)省級BR設(shè)備、核心網(wǎng)綜合接入路由器MCE設(shè)備轉(zhuǎn)到4G核心網(wǎng)CE設(shè)備,最后進入4G核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。
根據(jù)對某省份IPRAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)現(xiàn)狀的分析,IP承載網(wǎng)目前主要存在如下幾方面問題。
(1)IP RAN網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)較為復(fù)雜,IP RAN上行與各系統(tǒng)對接較多,少量匯聚存在匯聚層設(shè)備組環(huán)以及二級匯聚的情況;接入層成環(huán)率不足維護難度大,易引起流量不均,擴容成本較高。
(2)IP RAN網(wǎng)絡(luò)與IP承載B網(wǎng)并行建設(shè),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備同址堆疊,業(yè)務(wù)需求引起的網(wǎng)絡(luò)擴容涉及節(jié)點多、專業(yè)界面過于復(fù)雜,網(wǎng)絡(luò)擴容、建設(shè)響應(yīng)速度慢,維護成本高,難以應(yīng)對突發(fā)性流量風(fēng)暴的沖擊。
(3)IP承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜,平面堆疊,分域?qū)蛹壏倍?,系統(tǒng)利用率低,網(wǎng)絡(luò)架時延高,網(wǎng)絡(luò)安全性差等問題。
無線移動網(wǎng)、集客專線類業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展,對IP RAN承載網(wǎng)提出了更高的要求,網(wǎng)絡(luò)運營商主要面臨投資效益、網(wǎng)絡(luò)時延、流量增長、建設(shè)周期等多方面壓力,對現(xiàn)有承載網(wǎng)的承載能力、交付周期、安全性能提出了更高的挑戰(zhàn),具體表現(xiàn)為以下幾點。
(1)極致時延網(wǎng)絡(luò)體驗。隨著實時互動類游戲及遠程醫(yī)療、自動駕駛技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)時延的要求也日益提高,目前端到端網(wǎng)絡(luò)時延一般要求在50~100 ms,現(xiàn)有IPRAN網(wǎng)絡(luò)基本能夠滿足要求;未來,應(yīng)關(guān)注交互類的業(yè)務(wù)時延(如移動在線游戲)和控制類的時延(如車聯(lián)網(wǎng))的低時延需求。
時延對于我們移動有什么價值?我們這里重點講講最近最火熱的在線游戲、騰訊王者榮耀。
① 市場滲透率高達22.3%,用戶規(guī)模突破2億,年輕化趨勢明顯,24歲以下用戶超過54%,高ARPU的手機用戶,很多人都在玩,我們認為這款游戲不光是游戲里面組團對戰(zhàn),更是我們運營商網(wǎng)絡(luò)口碑的終極PK。
② 這款游戲會顯示游戲預(yù)測延時,而且因為是組團對戰(zhàn),1個用戶網(wǎng)絡(luò)延時,會極大影響隊員,所以用戶對延時非常敏感(游戲右上角顯示預(yù)測延時,0~105綠色游戲流暢,105~200黃色 游戲有卡頓,200+紅色 游戲卡
為了驗證目前咱們移動網(wǎng)絡(luò)情況,我們選取高校、車站等區(qū)域,隨機測試100條,發(fā)現(xiàn)預(yù)測時延大都在50~110 ms。
影響網(wǎng)絡(luò)時延的關(guān)鍵要素在承載網(wǎng)方面主要有4個:①光纖材質(zhì)、距離、接頭等引起的時延,②IP RAN系統(tǒng)設(shè)備光電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)交換引起的時延,③IP承載B網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備引起的時延,④中間承載的傳輸系統(tǒng)如波分系統(tǒng)引起的時延。網(wǎng)絡(luò)時延主要構(gòu)成圖如圖4所示。本地承載網(wǎng)側(cè)時延的關(guān)鍵要素如表1所示。
圖4 網(wǎng)絡(luò)時延主要構(gòu)成圖
表1 本地承載網(wǎng)側(cè)時延的關(guān)鍵要素
(2)帶寬需求迅猛增加。隨著4G移動網(wǎng)視頻類業(yè)務(wù)迅猛增加,尤其是雙頻段及載波聚合等技術(shù)的應(yīng)用,對傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的要求。IP RAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期核心層采用10G速率互聯(lián),中遠期難以適應(yīng)快速增長的實際業(yè)務(wù)需求,周期性的擴容已形成常態(tài)化建設(shè)需求。
以某本地網(wǎng)為例:2017年4月份-2018年3月份流量增長情況,
2017年4月份,至B網(wǎng)總流量為8.7 G;2017年8月份,至B網(wǎng)總流量為15.5 G;2017年12月份,至B網(wǎng)總流量為22.68 G;2018年3月初,至B網(wǎng)總流量為42.18 G;2017年8月至12月期間,月均流量增長11%,2017年12月至2018年3月期間,月均流量增長28%。根據(jù)目前業(yè)務(wù)發(fā)展速度,預(yù)計至2018年8月,ASBR至B網(wǎng)流量將增長至52.55 GE。增長情況如圖5所示。
圖5 IP RAN至IP承載B網(wǎng)出口流量曲線圖
(3)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度要求敏捷靈活。從前期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、到中期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、最后到網(wǎng)絡(luò)投產(chǎn)運營都突出一個快字。隨著新興業(yè)務(wù)的快速發(fā)展和對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提出的超快、極簡、智能的需求,傳統(tǒng)分層、分域、分布迭代的建設(shè)方式已無法支撐瞬息萬變的市場發(fā)展需求。
綜上所述,為了更好地滿足4G及集團客戶日益增長的業(yè)務(wù)需求,迫切需要打造層次扁平、結(jié)構(gòu)極簡、體驗最優(yōu)的IP RAN承載網(wǎng)架構(gòu)。本文結(jié)合某省運營商IP RAN網(wǎng)絡(luò)實際情況及工程情況,針對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)核心匯聚至IP承載B網(wǎng)提出優(yōu)化方案,以供參考。
根據(jù)市場業(yè)務(wù)發(fā)展需求預(yù)測對IP RAN網(wǎng)絡(luò)帶來的問題與挑戰(zhàn),結(jié)合網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀實際情況,以提效益、促發(fā)展為原則,提出了IP RAN網(wǎng)絡(luò)簡化及多平面融合策略。
3.1.1 核心層優(yōu)化
某地IP RAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)置2個核心局址,配置4端核心設(shè)備,網(wǎng)狀網(wǎng)mesh化結(jié)構(gòu)互聯(lián),面對日益增長的業(yè)務(wù)需求,存在主要問題如下:
擴容投資大:若其中單邊流量超過擴容閾值,為保障單點失效,業(yè)務(wù)安全倒換,其余鏈路均需擴容,存在大量的板卡
流量不均衡:ASBR設(shè)備上聯(lián)B網(wǎng),一側(cè)承載流量1.1 G,另一側(cè)承載流量7.6 G,流量不均衡。且為了保障業(yè)務(wù)增長,高流量側(cè)配置了兩條10 G鏈路,低流量側(cè)配置了一條10 G鏈路,兩方向上行端口配置速率不一致,存在網(wǎng)絡(luò)故障時流量倒換擁塞風(fēng)險。
業(yè)務(wù)路徑迂回:對現(xiàn)有四核心流量分析的時候發(fā)現(xiàn),四核心互聯(lián)鏈路中存在大量的流量,流量路徑不符合南北走向。從圖6可以分析出,二樞紐七樓1至北向樞紐樓4G匯聚流量為0.05 G;二樞紐七樓1至高開區(qū)2流量為5.6G ,高開區(qū)2至高開區(qū)4G匯聚流量為4.5 G。二樞紐七樓核心的流量少量走北向接口,大量的流量通過從核心之間調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)至4G匯聚ASBR。存在流量不均衡的增長、單邊失效流量倒換風(fēng)險等問題。同時也增長了業(yè)務(wù)路徑,增加了網(wǎng)絡(luò)時延,尤其在在流量出現(xiàn)擁堵時造成的網(wǎng)絡(luò)時延增大更是影響了用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗。
圖6 某地市IP RAN架構(gòu)及流量圖
設(shè)備配置低:目前四核心配置的是CX600-X8設(shè)備,單槽位容量最大支持100 G,配置的子卡主要為5*10 G,不支持100 G單端口板卡。目前的配置與流量增長日益不符,傳統(tǒng)的10 G鏈路疊加擴容已不能滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)需求。
優(yōu)化建議如下:
架構(gòu)優(yōu)化建議:將IP RAN的4核心結(jié)構(gòu)調(diào)整為兩核心結(jié)構(gòu),使網(wǎng)絡(luò)簡潔化,原有各業(yè)務(wù)匯聚區(qū)分別配置1-2端一級匯聚設(shè)備,匯聚設(shè)備單環(huán)形、雙路由歸屬至本地核心設(shè)備。減少接入層單環(huán)上的節(jié)點數(shù)量,優(yōu)化光纜路由,改造單鏈結(jié)構(gòu)為環(huán)形接入,縮短業(yè)務(wù)路徑,降低網(wǎng)絡(luò)時延,提高網(wǎng)絡(luò)效能、提升運營效益。
設(shè)備配置建議:結(jié)合長遠業(yè)務(wù)需求,綜合考慮可采框架目錄設(shè)備的交叉容量、設(shè)備槽位、設(shè)備造價等因素,建議選擇新增較大交叉容量的設(shè)備為核心設(shè)備,滿足遠期需求,設(shè)備板卡+端口配置考慮中遠期預(yù)留,適當(dāng)冗余,以滿足快速擴容需求,兩核心設(shè)備互聯(lián)端口采用100 GE速率互聯(lián)。核心設(shè)備上聯(lián)核心網(wǎng)設(shè)備采用直連方式,配置100 GE速率端口,且預(yù)留少量10 G端口以備不時之需;核心UTN設(shè)備10 GE下連端口數(shù)量根據(jù)匯聚節(jié)點規(guī)模和口字型組網(wǎng)結(jié)構(gòu),按需配置,10 GE板卡盡量考慮利舊;新增10 GE板卡須采用高密度板卡。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備槽位、主控、交叉、端口、模塊、配套等多維度綜合提升網(wǎng)絡(luò)能力,保障后續(xù)業(yè)務(wù)快速接入。
流量均衡建議:全面梳理、綜合分析、優(yōu)化調(diào)整數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載策略,使出口設(shè)備配置與業(yè)務(wù)接入匹配,承載方式按不同方向均衡流量,制定事實監(jiān)控機制,遵從超前擴容門限指標(biāo),對數(shù)據(jù)鏈路配置LAG及負載分擔(dān)保護,對長距及安全隱患中繼段配置線路保護,降低數(shù)據(jù)倒換風(fēng)險,提升網(wǎng)絡(luò)安全。
3.1.2 接入層優(yōu)化
以騰訊王卡全國網(wǎng)絡(luò)感知影響周報為契機,本次在某地市存在投訴的區(qū)域,梳理出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)卡頓的站點,對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析。
主要的分析要點為:網(wǎng)絡(luò)卡頓站址的傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);分析環(huán)/鏈路容量;同時周期性對環(huán)/鏈路即時、均值流量進行分析;對業(yè)務(wù)路徑進行分析。
某本地網(wǎng)IP RAN接入環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀圖如圖7所示,在往期網(wǎng)絡(luò)感知影響周報中,幼兒師范站點多次存在,本期選取此點為案例分析:
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):主要存在接入環(huán)上節(jié)點數(shù)量過多,接入環(huán)存在環(huán)套環(huán)現(xiàn)象,接入環(huán)路存在單歸屬問題,存在網(wǎng)絡(luò)安全隱患。
圖7 某本地網(wǎng)IP RAN接入環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀圖
環(huán)路容量:接入環(huán)設(shè)備節(jié)點機房均為綜合業(yè)務(wù)接入點機房,單節(jié)點配置10 GE速率接入層設(shè)備,環(huán)路容量為1*10 GE,配置基本合理。
流量分析:鹿泉開發(fā)區(qū)支局北向上行流量峰值為3.2 G,占比保持在32%左右,未出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞;鹿泉開發(fā)區(qū)支局與鹿泉幼兒師范為GE鏈路,其中鹿泉開發(fā)區(qū)支局下行接入層環(huán)路最大流量已接近800 M,占比環(huán)路容量80%,嚴重超過擴容門限。
業(yè)務(wù)路徑:業(yè)務(wù)路徑與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不匹配,未通過最短路徑回傳,存在路徑迂回。
優(yōu)化建議如下。
架構(gòu)優(yōu)化建議:對超大環(huán)路裂環(huán)優(yōu)化,環(huán)路承載節(jié)點控制在4~6個;對環(huán)套環(huán)問題的場景進行拆環(huán)處理,優(yōu)化改造為單層結(jié)構(gòu),接入環(huán)上行雙歸至異局址的兩個匯聚節(jié)點。
流量分析建議:定期進行流量帶寬監(jiān)測、分析,對超過門限值的環(huán)路及時擴容,優(yōu)化調(diào)整,避免由于流量擁塞導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)卡頓、數(shù)據(jù)丟失。
業(yè)務(wù)路徑配置建議:IP RAN接入層網(wǎng)絡(luò)建設(shè)通常是逐步“加站”,環(huán)路配置業(yè)務(wù)時,選取東、西其中一個方向為主路徑,后期均以此路徑默認為主路徑,隨著接入層IP RAN環(huán)上節(jié)點逐漸增多,路徑迂回的現(xiàn)象越來越突出。這要求后期在進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時,需統(tǒng)籌考慮周邊業(yè)務(wù)需求,統(tǒng)一規(guī)劃,分布實施,減少大環(huán)、超大環(huán)、長鏈建設(shè),同時在進行業(yè)務(wù)路徑配置時,應(yīng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),避免迂回路徑的配置。從各方面減少業(yè)務(wù)路徑,讓網(wǎng)絡(luò)從物理架構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)均實現(xiàn)最優(yōu)、扁平化的配置。
目前無線網(wǎng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流量主要來自4G網(wǎng)移動網(wǎng),2G、3G網(wǎng)絡(luò)主要數(shù)據(jù)類型為語音業(yè)務(wù),流量較低。本文主要結(jié)合4G承載網(wǎng)需求分析IP RAN網(wǎng)絡(luò)融合演進思路。
網(wǎng)絡(luò)融合分為三步走。
第一步:地市IP RAN系統(tǒng)核心設(shè)備直連4G核心網(wǎng)EPC/U面;
第二步: IP承載B網(wǎng)的本地AR與IP RAN業(yè)務(wù)匯聚ASBR融合,實現(xiàn)本地層面一張網(wǎng)承載;
第三步:進一步向匯聚、接入層深度融合,打造面向DC的綜合承載網(wǎng)絡(luò)。
3.2.1 第一步:IP RAN直連核心網(wǎng)改造
4G核心網(wǎng)EPC主要分為信令面(C面)和用戶面(U面),首先將核心網(wǎng)用戶面設(shè)備下沉至非EPC地市,本地IP RAN網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備直連下沉的核心網(wǎng)U面設(shè)備。核心網(wǎng)C面設(shè)備位置和承載路徑保持現(xiàn)狀。改造后的業(yè)務(wù)路徑如圖8所示。
圖8 4G本地網(wǎng)業(yè)務(wù)承載路徑示意圖
原則在IP RAN四核心改造成雙核心后再進行IP RAN核心設(shè)備直連核心網(wǎng)設(shè)備改造。改造后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖9所示。
圖9 IP RAN承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
IP RAN網(wǎng)絡(luò)進行架構(gòu)簡化、多平面融合改造后,移動網(wǎng)4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)路徑減少4個以上,網(wǎng)絡(luò)故障點降低,直接降低了網(wǎng)絡(luò)時延,提升了客戶感知、節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)擴容成本,提升投資及運營效益。
3.2.2 第二步:IP承載B網(wǎng)AR與IP RAN融合
融合后IP承載B網(wǎng)只保留省級BR節(jié)點,地市AR與ASBR融合,本地數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載,實現(xiàn)IP承載網(wǎng)集約化,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單化,可極大降低網(wǎng)絡(luò)運營成本。AR與IP RAN融合后業(yè)務(wù)路徑示意圖如圖10所示。
圖10 AR與IP RAN融合后業(yè)務(wù)路徑示意圖
3.2.3 第三步:打造面向DC的綜合承載體系
未來將打破行政區(qū)域及專業(yè)界面限制,建成全省一張IP網(wǎng)絡(luò)底座,打造面向數(shù)據(jù)中心的綜合承載體系。目標(biāo)架構(gòu)如圖11所示。
圖11 面向DC的綜合承載體系目標(biāo)架構(gòu)
通過對現(xiàn)有某本地網(wǎng)IP RAN承載網(wǎng)存在的問題和未來面臨挑戰(zhàn)的分析。從網(wǎng)絡(luò)時延、容量、安全、效益等方面進行深入分析,提出網(wǎng)絡(luò)層級扁平化、網(wǎng)絡(luò)平面統(tǒng)一化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單化三方面給出優(yōu)化建議,以指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)進一步優(yōu)化完善和適應(yīng)未來業(yè)務(wù)承載趨勢。
面向5G技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用、IoT業(yè)務(wù)的快速興起、集客、政企及ICT專線,對IP分組網(wǎng)絡(luò)提出了超高帶寬的承載能力、超低時延的感知能力、超密集組網(wǎng)的覆蓋能力都提出了新的要求。
隨著軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)技術(shù)的發(fā)展,本地傳送網(wǎng)對于未來新興業(yè)務(wù)的承載方式仍需進一步研究。
面對當(dāng)前的問題和挑戰(zhàn),本文也總結(jié)了6條建議:
建議1:做好流量監(jiān)控,適度網(wǎng)絡(luò)擴容
建議2:優(yōu)化網(wǎng)管工具,輔助精準(zhǔn)規(guī)劃
建議3:關(guān)注技術(shù)動態(tài),把控升級節(jié)奏
建議4:優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),減少傳輸距離
建議5:引入新的技術(shù),降低設(shè)備時延
建議6:監(jiān)控業(yè)務(wù)性能,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)瓶頸