基于最小傳輸代價(jià)的匯聚機(jī)房選址方法研究

摘? 要：為解決5G時(shí)代傳輸網(wǎng)絡(luò)匯聚機(jī)房的選址問(wèn)題，通過(guò)分析傳輸網(wǎng)絡(luò)收斂區(qū)域內(nèi)相關(guān)業(yè)務(wù)的傳輸代價(jià)及其影響因素，提出一種基于傳輸代價(jià)最小化的匯聚機(jī)房選址方法，并通過(guò)具體實(shí)例進(jìn)行仿真測(cè)算，同時(shí)將仿真結(jié)果與傳統(tǒng)的坐標(biāo)法和重心法測(cè)算結(jié)果進(jìn)行比較。仿真結(jié)果表明，基于傳輸代價(jià)最小化的匯聚機(jī)房選址方法在兼顧業(yè)務(wù)安全性的基礎(chǔ)上，可使區(qū)域內(nèi)收斂業(yè)務(wù)的傳輸代價(jià)最小，減少傳輸網(wǎng)絡(luò)資源消耗和建設(shè)成本，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)匯聚機(jī)房的科學(xué)選址。

關(guān)鍵詞：傳輸；帶寬；光纜；匯聚機(jī)房；選址

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391；TN802? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）05-0116-04

Research on the Site Selection Method of Aggregation Computer Room Based on Minimum Transmission Cost

ZHU Mingliang

（School of Information Engineering， Suqian University， Suqian? 223800， China）

Abstract： In order to solve the site selection problem of the aggregation computer room of the transmission network in the 5G era， based on analyzing the transmission cost and its influencing factors of the relevant services in the convergence area of the transmission network， a method for site selection of the aggregation computer room based on the minimization of the transmission cost is proposed， and the simulation calculation is carried out through a specific example. At the same time， the simulation results are compared with the calculation results of the traditional coordinate method and the center of gravity method. The simulation results show that the site selection method of aggregation computer room based on the minimization of transmission cost can minimize the transmission cost of convergence services in the region on the basis of business security， reduce the resource consumption and construction cost of transmission network， and realize the scientific site selection of aggregation computer room in the region.

Keywords： transmission; bandwidth; optical cable; aggregation computer room; site selection

0? 引? 言

隨著5G等通信技術(shù)的不斷發(fā)展，各類(lèi)大帶寬、低時(shí)延、廣覆蓋的通信方式已然走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，悄然改變著人們的生產(chǎn)方式和生活習(xí)慣。全面信息化社會(huì)的來(lái)臨使得通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)類(lèi)型越來(lái)越豐富，單位面積內(nèi)的設(shè)備密度越來(lái)越大，通信流量的數(shù)量級(jí)越來(lái)越高[1]。與此同時(shí)，不同通信網(wǎng)絡(luò)的使用場(chǎng)景和使用人群也對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的具體指標(biāo)提出了個(gè)性化的訴求，面向特定行業(yè)、特定人群的網(wǎng)絡(luò)垂直應(yīng)用更加多樣化[2]。

據(jù)測(cè)算，5G時(shí)代移動(dòng)通信基站的峰值帶寬需求將進(jìn)一步提高，單站承載需求將大于等于10 GE，站址密度進(jìn)一步提升，無(wú)線集中化接入網(wǎng)的部署趨勢(shì)更加明顯[3]。同時(shí)為了滿足5G高可靠、低時(shí)延等相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)需求，核心網(wǎng)部分功能將下沉至匯聚層，傳輸網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)將進(jìn)一步優(yōu)化[4]。再加上高品質(zhì)家庭互聯(lián)網(wǎng)寬帶、集團(tuán)政務(wù)專(zhuān)線等業(yè)務(wù)的飛速普及和發(fā)展，均對(duì)現(xiàn)有匯聚機(jī)房的數(shù)量、可用空間、收斂能力提出了更高的要求，使得區(qū)域內(nèi)的匯聚機(jī)房承載壓力不斷增大，可用的資源愈發(fā)緊張[5]。

作為承載區(qū)域內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性傳輸節(jié)點(diǎn)[6，7]，匯聚機(jī)房不僅是通信基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，更是傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。面對(duì)5G超密度組網(wǎng)和1 000 M大帶寬接入等新的網(wǎng)絡(luò)要求，匯聚機(jī)房選址的科學(xué)性將直接關(guān)系到區(qū)域內(nèi)各類(lèi)通信接入業(yè)務(wù)的收斂和匯總效果，對(duì)能否實(shí)現(xiàn)5G時(shí)代的大帶寬、低時(shí)延、高可靠、低功耗的網(wǎng)絡(luò)需求至關(guān)重要[8]。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出了一種在兼顧各類(lèi)通信業(yè)務(wù)保護(hù)需求及承載帶寬需求的基礎(chǔ)上，以最小的傳輸代價(jià)對(duì)匯聚機(jī)房選址進(jìn)行較為科學(xué)規(guī)劃的方法。

1? 傳輸代價(jià)及其影響因素

匯聚業(yè)務(wù)的傳輸代價(jià)所涉及的因素可從業(yè)務(wù)承載帶寬B和業(yè)務(wù)保護(hù)指數(shù)Q兩個(gè)維度分別進(jìn)行考慮。

1.1? 業(yè)務(wù)承載帶寬

匯聚機(jī)房的業(yè)務(wù)承載帶寬與該機(jī)房所收斂區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)種類(lèi)有直接關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)匯聚機(jī)房的收斂區(qū)域內(nèi)均包含有小區(qū)家庭寬帶用戶(hù)數(shù)據(jù)、沿街商業(yè)店鋪用戶(hù)數(shù)據(jù)、無(wú)線移動(dòng)基站數(shù)據(jù)、集團(tuán)政企客戶(hù)數(shù)據(jù)、通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)等不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的全量數(shù)據(jù)[9，10]。

根據(jù)全量數(shù)據(jù)中業(yè)務(wù)種類(lèi)的不同，可將一定區(qū)域內(nèi)的待收斂業(yè)務(wù)劃分為內(nèi)網(wǎng)業(yè)務(wù)、無(wú)線業(yè)務(wù)、寬帶業(yè)務(wù)、專(zhuān)線業(yè)務(wù)四類(lèi)，各業(yè)務(wù)的承載設(shè)備類(lèi)型及單站點(diǎn)帶寬需求如表1所示。

1.2? 業(yè)務(wù)保護(hù)指數(shù)

匯聚機(jī)房所收斂的業(yè)務(wù)各不相同，不同業(yè)務(wù)的重要性也不相同。針對(duì)重要的業(yè)務(wù)，要求有較強(qiáng)的業(yè)務(wù)保護(hù)功能，常見(jiàn)的保護(hù)方式有雙路由保護(hù)等，其所消耗的傳輸資源必然較多。

因此根據(jù)業(yè)務(wù)種類(lèi)的不同，將不同業(yè)務(wù)賦予不同的保護(hù)指數(shù)，保護(hù)指數(shù)選取的賦值越大，說(shuō)明相關(guān)業(yè)務(wù)量在該匯聚機(jī)房收斂的業(yè)務(wù)區(qū)域內(nèi)的重要性越高，業(yè)務(wù)服務(wù)等級(jí)和業(yè)務(wù)保護(hù)力度越高，也即占用的傳輸資源越多。不同業(yè)務(wù)保護(hù)指數(shù)的選取可依據(jù)表2進(jìn)行賦值。

2? 基于傳輸代價(jià)最小化的匯聚機(jī)房選址方法

2.1? 選址方法介紹

假設(shè)某新增的匯聚機(jī)房業(yè)務(wù)收斂區(qū)域內(nèi)有三個(gè)待匯聚接入業(yè)務(wù)點(diǎn)S1、S2、S3，其對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)分別為（x1， y1）、（x2， y2）、（x3， y3），對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)保護(hù)指數(shù)分別為Q1、Q2、Q3，各業(yè)務(wù)有效承載所需要的分配帶寬分別為B1、B2、B3，匯聚機(jī)房總承載帶寬為B。則可通過(guò)仿真，計(jì)算出該場(chǎng)景下三個(gè)業(yè)務(wù)接入點(diǎn)以最小的傳輸消耗實(shí)現(xiàn)匯聚收斂，也即傳輸代價(jià)最小值時(shí)候的坐標(biāo)，作為最終的匯聚機(jī)房選址坐標(biāo)（x0， y0）。

其中匯聚機(jī)房選址坐標(biāo)的選取與業(yè)務(wù)帶寬分配、業(yè)務(wù)保護(hù)指數(shù)、業(yè)務(wù)接入點(diǎn)坐標(biāo)有關(guān)系，具體計(jì)算公式可歸納為：

（1）

公式中的x和y即為不同業(yè)務(wù)接入點(diǎn)坐標(biāo)的經(jīng)緯度值，其范圍應(yīng)滿足以下關(guān)系：

xMIN≤x≤xMAX? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

yMIN≤y≤yMAX? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

其中xMIN為待收斂區(qū)域內(nèi)的經(jīng)度坐標(biāo)最小值，xMAX為待收斂區(qū)域內(nèi)的經(jīng)度坐標(biāo)最大值，yMIN為待收斂區(qū)域內(nèi)的緯度坐標(biāo)最小值，yMAX為待收斂區(qū)域內(nèi)的緯度坐標(biāo)最大值。

公式中的Qi即為不同接入點(diǎn)業(yè)務(wù)的保護(hù)指數(shù)，另外公式中的各接入點(diǎn)分配帶寬Bi和總帶寬B的取值應(yīng)根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)匯聚規(guī)模和承載需求來(lái)動(dòng)態(tài)確定。業(yè)務(wù)帶寬占比的定義即為接入點(diǎn)分配帶寬Bi和總帶寬B的比值。

需要說(shuō)明的是，根據(jù)上述公式的仿真出的匯聚機(jī)房選址坐標(biāo)僅為理論的參考點(diǎn)，最終在根據(jù)上述公式計(jì)算出理論最佳坐標(biāo)后，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查的結(jié)果，結(jié)合傳輸管道、光纜、可用空間等實(shí)際情況，在坐標(biāo)范圍50 m內(nèi)擇優(yōu)進(jìn)行選址，確定實(shí)際備選點(diǎn)的真實(shí)物理位置。

2.2? 選址實(shí)現(xiàn)步驟

基于傳輸代價(jià)最小化的匯聚機(jī)房選址方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟過(guò)程可總結(jié)為：

（1）設(shè)定待選址匯聚機(jī)房的業(yè)務(wù)收斂區(qū)域，明確區(qū)域內(nèi)各業(yè)務(wù)點(diǎn)的業(yè)務(wù)接入類(lèi)型和接入點(diǎn)坐標(biāo)，形成匯聚機(jī)房業(yè)務(wù)收斂區(qū)域布局圖；

（2）依據(jù)匯聚機(jī)房業(yè)務(wù)收斂區(qū)域布局圖，明確該區(qū)域內(nèi)各通信業(yè)務(wù)接入需求點(diǎn)的業(yè)務(wù)流量信息、帶寬需求信息及相關(guān)業(yè)務(wù)的保護(hù)指數(shù)信息，形成匯聚機(jī)房業(yè)務(wù)收斂區(qū)域示意圖；

（3）依據(jù)匯聚機(jī)房業(yè)務(wù)收斂區(qū)域示意圖，將搜集的上述信息代入傳輸代價(jià)最小化選址模型公式進(jìn)行最小值的仿真計(jì)算，得出區(qū)域內(nèi)匯聚機(jī)房的理論最佳選址坐標(biāo)；

（4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際管道、光纜、空間因素等通信資源環(huán)境，圍繞仿真出的理論最佳選址坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)地選址，提高選址的準(zhǔn)確性和成功率。

具體流程如圖1所示。

3? 匯聚機(jī)房選址實(shí)例分析

選取某城市待收斂匯聚區(qū)域進(jìn)行實(shí)例測(cè)試分析，已知該區(qū)域的經(jīng)度范圍為[118.232 871，118.245 196]，區(qū)域的緯度范圍為[33.955 305，33.967 630]。區(qū)域內(nèi)包含居民小區(qū)8處、無(wú)線基站4處、商務(wù)樓宇2處、學(xué)校1處、文體中心1處，共計(jì)16處業(yè)務(wù)點(diǎn)。區(qū)域內(nèi)各業(yè)務(wù)點(diǎn)的具體分布如圖2所示。

針對(duì)區(qū)域內(nèi)各業(yè)務(wù)點(diǎn)的布局，可整理出相關(guān)的業(yè)務(wù)類(lèi)型劃分和待收斂點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，具體信息如表3所示。

3.1? 坐標(biāo)法測(cè)算結(jié)果

傳統(tǒng)的坐標(biāo)法計(jì)算區(qū)域內(nèi)選點(diǎn)坐標(biāo)的公式為：

（4）

（5）

將待收斂匯聚區(qū)域內(nèi)的16處業(yè)務(wù)點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)代入式（4）和（5）進(jìn)行計(jì)算，可得出坐標(biāo)法下匯聚機(jī)房的選點(diǎn)坐標(biāo)為（118.239 017， 33.960 622）。

3.2? 重心法測(cè)算結(jié)果

重心法的計(jì)算原理是通過(guò)找到區(qū)域內(nèi)各個(gè)業(yè)務(wù)點(diǎn)流量最佳位置來(lái)確定匯聚機(jī)房的選址[11]。重心法計(jì)算區(qū)域內(nèi)選點(diǎn)坐標(biāo)的公式為：

（6）

（7）

根據(jù)各業(yè)務(wù)點(diǎn)業(yè)務(wù)類(lèi)型，我們可設(shè)16個(gè)業(yè)務(wù)點(diǎn)的帶寬需求如表4所示。

將上述各業(yè)務(wù)點(diǎn)帶寬需求Bi連同經(jīng)緯度信息代入式（6）和（7）計(jì)算，可得出重心法下匯聚機(jī)房的選點(diǎn)坐標(biāo)為（118.237 678， 33.961 152）。

3.3? 傳輸代價(jià)最小化算法測(cè)算結(jié)果

在進(jìn)行傳輸代價(jià)最小化算法的仿真之前，還需明確各業(yè)務(wù)點(diǎn)的保護(hù)指數(shù)Qi。根據(jù)各業(yè)務(wù)點(diǎn)業(yè)務(wù)類(lèi)型，我們可設(shè)16個(gè)業(yè)務(wù)點(diǎn)的保護(hù)指數(shù)如表5所示。

將上述各業(yè)務(wù)點(diǎn)保護(hù)指數(shù)Qi連同帶寬需求Bi、經(jīng)緯度信息代入式（1）進(jìn)行仿真計(jì)算，可得出在經(jīng)度范圍為[118.232 871，118.245 196]，緯度范圍為[33.955 305， 33.967 63]的合圍區(qū)間內(nèi)的傳輸代價(jià)消耗情況，并明確傳輸代價(jià)消耗最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的匯聚機(jī)房的選點(diǎn)坐標(biāo)經(jīng)緯度為（118.237 832， 33.960 211）。

3.4? 測(cè)算結(jié)果分析

光纜作為連接各個(gè)接入點(diǎn)和匯聚機(jī)房的物理傳輸通道，提供了各類(lèi)通信網(wǎng)絡(luò)中光信號(hào)的上下路徑，其主要的敷設(shè)方式根據(jù)周?chē)h(huán)境和施工條件的不同可分為桿路架空敷設(shè)、管道施工敷設(shè)和直埋敷設(shè)等。不管采用何種敷設(shè)方式進(jìn)行施工，各個(gè)接入點(diǎn)到匯聚機(jī)房的光纜敷設(shè)距離的數(shù)值都將直接影響到材料費(fèi)、施工費(fèi)等各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，因此可用光纜敷設(shè)距離值的大小直觀的判斷算法的優(yōu)劣。

依據(jù)計(jì)算結(jié)果，以三種算法的匯聚機(jī)房選址點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)為依據(jù)，分別將其與16處業(yè)務(wù)點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)距離計(jì)算，同時(shí)根據(jù)匯聚機(jī)房選址點(diǎn)坐標(biāo)依照光纜敷設(shè)路徑沿街道走向進(jìn)行實(shí)地距離測(cè)量以模擬光纜的敷設(shè)距離，可以得出表6中的三種不同算法下的坐標(biāo)距離和與實(shí)際距離和。

可見(jiàn)采用傳輸代價(jià)最小化算法仿真出的坐標(biāo)距離，在保證業(yè)務(wù)安全性的基礎(chǔ)上比重心法計(jì)算結(jié)果節(jié)約光纜敷設(shè)約530 m左右，比坐標(biāo)法計(jì)算結(jié)果節(jié)約光纜敷設(shè)約1 090 m左右，算法優(yōu)越性較為明顯。

需要特別說(shuō)明的是，通過(guò)采用傳輸代價(jià)最小化算法得到的匯聚機(jī)房選址位置只是理論意義上的最佳點(diǎn)，在實(shí)際的機(jī)房選址建設(shè)中，還應(yīng)綜合考慮理論點(diǎn)附近的地形地貌、建筑物條件、傳輸網(wǎng)絡(luò)可用資源以及周邊業(yè)主意愿等因素，在理論點(diǎn)周?chē)?0 m區(qū)域內(nèi)，擇優(yōu)進(jìn)行站址建設(shè)。

4? 結(jié)? 論

作為5G等信息通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，匯聚機(jī)房等傳輸基礎(chǔ)資源必須要提前進(jìn)行布局和考慮。實(shí)驗(yàn)證明基于傳輸代價(jià)最小化的匯聚機(jī)房選址方法充分考慮了收斂區(qū)域內(nèi)業(yè)務(wù)的帶寬需求，保護(hù)需求，可解決目前機(jī)房選址中存在的選址不合理、選址效率低下等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的科學(xué)選址，為節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)維提供有力支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳兵兵，賀琳，汪福造.城域網(wǎng)匯聚機(jī)房建設(shè)模型研究 [J].通信電源技術(shù)，2018，35（1）：81-82+85.

[2] 宋羅娜.互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代電信運(yùn)營(yíng)商產(chǎn)業(yè)生態(tài)研究 [D].北京：北京郵電大學(xué)，2021.

[3] 李隆勝.面向5G移動(dòng)前傳的數(shù)字與模擬光纖傳輸關(guān)鍵技術(shù) [D].上海：上海交通大學(xué)，2020.

[4] 肖榮軍，夏志超.現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)快速應(yīng)對(duì)5G發(fā)展策略初步探討 [J].江蘇通信，2019，35（3）：74-78.

[5] 陳鑾雄，郝瑞，廖艷娟，等.面向5G的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房指標(biāo)加權(quán)評(píng)估方法 [J].電信技術(shù)，2018（10）：70-72.

[6] 劉光軼.面向未來(lái)的匯聚機(jī)房建設(shè)研究 [J].電信快報(bào)，2019（5）：35-37+40.

[7] 李永嫚，周鶴.傳輸節(jié)點(diǎn)機(jī)房的選址要求及操作流程 [J].現(xiàn)代傳輸，2010（4）：76-79.

[8] 陳一偉，黃梅蘇，丁為民.面向5G匯聚機(jī)房規(guī)劃思路研究 [C]//5G網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研討會(huì)（2019）論文集.北京：《移動(dòng)通信》雜志社會(huì)議論文集，2019：207-210.

[9] 雷進(jìn)，許付才.綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)規(guī)劃及建設(shè)思路探討 [J].通信與信息技術(shù)，2022（3）：75-77.

[10] 顧偉.通信光纜的敷設(shè)及測(cè)試技術(shù)探討 [J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2022，12（2）：139-140+143.

[11] 王嘉捷，凌云，呂聰生，等.重心法在傳輸機(jī)房選址中的應(yīng)用 [J].中國(guó)新通信，2017，19（21）：94-96.

作者簡(jiǎn)介：朱明亮（1989—），男，漢族，江蘇宿遷人，講師，碩士，主要研究方向：傳輸網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。

收稿日期：2022-11-14

基金項(xiàng)目：2021年宿遷市科技計(jì)劃項(xiàng)目（S202108）