全光网络下IP城域网的构建探讨

中国联合网络通信有限公司河南省分公司 | 冯仕军

中国联合网络通信有限公司郑州市分公司 | 冯桂平

全光网络下IP城域网的构建探讨

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本文结合IP城域网的结构，通过对业务流量和带宽需求的详细分析，探讨将来全光网络下IP城域网的构建策略，并分析在网络构建过程中需要注意的问题。

为了响应国家“宽带中国”战略的推出，各大运营商都在大力推进铜缆网向光网的改造步伐，随着光网改造的完成，运营商将建立起一张全光宽带网络架构，为未来“三网融合”业务提供强有力的网络支撑。IP城域网作为IP骨干网的本地延伸，定位于本地固移宽带、OTT/IPTV、CDN、IDC等互联网业务接入，在全光网路情况下将对现有的IP城域网结构产生一定的影响，如何精准地对现有IP城域网构建进行优化改造显得尤为迫切。

全光网络下IP城域网的结构

IP城域网主要由核心层路由器CR、业务控制层路由器BRAS和接入层OLT设备以及各层设备间的中继链路组成。随着业务的发展，IPv4地址越来越紧缺，但IPv4向IPv6过渡又需要一定的时间，通常的做法是在IP城域网中加载NAT44设备以解决IPv4地址紧缺的问题，一般有集中式部署和分布式部署两类。如图1所示。

图1 IP城域网网络结构图

全光网络趋势下，随着宽带业务的不断发展，业务需求越来越多样化，带宽需求越来越大，因此各层设备间的链路带宽需求越来越大，对各层设备的要求也越来越高。本文重点对层间链路带宽、各层设备需求及应对策略进行测算和分析。

层间链路带宽需求及应对策略

全光网络的业务流量分析

在全光网络下，从接入层至业务控制层，从业务控制层至核心层，从核心层至骨干网，各层之间不同的业务流量均会有一定的收敛，但不同的业务收敛比例不同，如图2所示。

图2 IP城域网各层间相对流量结构示意图

各层级业务流量的收敛比例根据现网数据可分析得出如下结论。

1. 普通宽带业务

● 在接入层OLT、业务控制层BRAS的下联业务本地互访的流量基本可以忽略，所有接入层、业务控制层上下联的收敛接近于1。

● 核心层CR的下联业务存在一定的省内流量需求，因此本地流量与总的下联业务流量之间有一定的收敛比例，可根据运营商现网用户数据进行分析得出。

2. 可控IPTV业务

● 直播（组播方式）业务各层间流量相同。

● 点播业务：根据CDN存储部分部署的架构分析。

若作二级架构部署：在BRAS侧部署的CDN业务会存储80%～90%的热点内容，大部分点播业务流量将会终结在业务控制层，减少上层间带宽的压力，剩余业务流量基本会终结在核心层。

若作一级架构部署：仅在BR AS侧部署的CDN业务会存储80%～90%的热点内容，减少业务控制层以上层间带宽的压力；仅在CR侧部署的CDN业务会存储80%～90%的热点内容，减少核心路由器至骨干网的出口带宽压力。

3. OTT（单播）业务

由于OTT业务的不可控性，内容大部分在互联网存储，所以在不作本地CDN部署的情况下，上下层间的流量将基本无收敛。

带宽需求分析

1.用户接入带宽需求分析

作为接入层光线路终端设备，现有运营商OLT部署主要为EPON、GPON、10G EPON，10G GPON尚未实现商用，且多为1：32或1∶64分光。用户接入情况如图3所示。

公式为FD=D*V/F/BV。其中：FD为平均用户最大分配带宽；D为PON口带宽；V为实际利用率，实测得出；F为每PON口分光比；BV为最大用户并发率，实测得出。

具体接入模式下用户带宽保证情况详见表1。

表1 各类接入模式下用户带宽的保证情况

由上述分析可知，在每用户平均带宽需求不超过32Mb/s、最大用户并发率不超过50%的情况下，现有用户接入带宽均可得到保证。

随着业务需求的不断提高，未来宽带用户对带宽的要求将会越来越大。随着10G EPON技术和10G GPON技术的发展，可通过对OLT进行升级，下联端口提高为10G PON口，PON口业务割接至10G PON口来满足需求。

2.各层间带宽需求分析

根据业务发展趋势可知，未来带宽占用量主要表现为3个方面，如图4所示。

层间宽带业务峰值总流量Z可用如下公式表示：

其中：N表示不同业务类型的峰值总流量（N1/N2/N3/N4），U表示设备下挂所有宽带用户数，n表示直播频道数，X/Y/Z表示不同业务类型的带宽收敛比，V表示不同业务类型的最大用户并发率（V1/V3/V4），S表示不同业务类型的业务渗透率（S3/S4），D表示不同业务类型的每用户平均业务带宽（D1/D2/D3/D4）。

对IP城域网流量影响较大的视频业务码流如下：高清码流，2Mb/s；超清码流，4Mb/s～6Mb/s；准4K，15Mb/s～20Mb/s；真4K，30Mb/s～50Mb/s；极致4K，50Mb/s～100Mb/s；未来业务，＞100Mb/s。

随着技术的发展和高带宽业务渗透率的不断提高，未来对带宽的需求将呈几何倍数增长。

带宽需求增加的应对策略

1.各层设备应对策略

根据带宽需求分析，核心路由器CR、业务控制层BRAS的上下联带宽将随着业务的发展逐步增加，对端口的需求将愈来愈高，对高密度板卡的需求也越来越大，平台的处理能力将需要进行相应的升级。而接入层OLT上联中继带宽随着业务的发展将逐渐由多GE上联发展为多10G上联。表2为各层设备可以采取的应对策略。

2.管道智能化部署

随着网络提速、光网改造完成、大带宽的网络管道建成，由粗放型网路管道逐步向智能管道方向拓展，打破增带宽不增收益的瓶颈，需通过引入智能管道的发展模式加以实现。图5为管道智能化改造的思路。

网络能力开放可实现管道价值最大化，发掘网络潜能将为互联网业务提供专属带宽通道，有助于网络能力变现。根据提速方式不同可分为以下几种方式：第一，用户自助宽带提速方式（BOD），网上自助办理带宽提速；第二，基于业务的定向提速（DAA），根据流量的目的IP地址不同划分几个业务管道，提供不同的带宽；第三，业务灵活关联（eDSG），支持用户同时绑定多个业务模板，实现用户灵活开通业务。表3为智能管道提速方式对比。

图3 用户接入部分示意图

图4 层间流量模型示意图

表2 各层设备应对策略

表3 智能管道提速方式对比

全光网络下网络构建需要注意的问题

网络结构扁平化

部分运营商IP城域网网络结构仍较为复杂，分层过多，核心至接入共分4～5层，用户上网需经过多条路径，增加网络时延，且增加故障节点，对网络安全不利，最终影响用户感知。

随着技术的发展，网络设备功能愈加强大，有必要减少不必要的网络结构层次，使网络结构更加简单高效，既能降低网络的运维成本，又提高网络的运行质量，增强网络的安全性。

设备改造及地址分配需要注意的问题

图5 管道智能化示意图

为向IPv6网络平滑过渡，避免资源浪费，运营商IP城域网扩容时新增或改造设备均需同时支持IPv4和IPv6。

随着宽带用户的增长和新应用业务的发展，各运营商现有IPv4地址均相对紧张，部分城域网地址资源严重不足，部分城域网已开展相应的NAT部署以暂时解决现有IP地址资源不足的问题。在地址转换的过程中发现，IP地址转换效率较低，主要由原有业务的IP地址分配非连续性造成。在后续的IP地址分配过程中，需要充分考虑业务类型，对IP地址进行整体的规划，避免出现再次浪费。

与传输网络相结合

全光网络下的IP城域网组网与传输网络的建设密不可分，随着传输网络的日趋完善，干线传输、本地市内/市县传输、县乡传输等资源将逐步成为制约IP城域网网络建设的主要因素之一，在网络改造扩容过程中，需要及时向传输网络建设部门提出IP网络建设对传输资源的需求。

全光网络下的IP城域网，将以高速管道为基础，合理利用现有网络资源，发掘网络潜能，合作/发展新应用业务，以努力提升用户感知和服务效益为目标。

业务发展是网络发展的驱动力，高带宽新应用业务的广泛应用是宽带提速的源动力。IP城域网络作为多业务承载的基础高速管道，将随着高带宽业务渗透率的逐渐增加而不断优化改造。

城区光网络改造接近尾声，农村光网络改造正在大规模开展；业务需求急速提高，势必要求农村光改在未来2～3年内亦要快速部署完成，同时IP城域网各层设备及层间链路均需做好相应的优化部署。