广电城域网承载能力计算简析

庞文辉

(太原有线电视网络有限公司，山西 太原 030024)

城域网介于局域网和广域网之间，是在城市(包括郊区)范围内实现信息传输与交换的一种网络。如今，广电城域网不只是传输传统的图像、音频等业务，还需能够完成VOD、宽带、企业大客户专线等多项业务。

网络架构一般分为核心层、汇聚层、接入层。核心层主要完成各个分前端之间的业务调度；汇聚层完成一定地域内的业务汇接，实现较小颗粒业务的汇聚，负责将本地交换局连接到骨干节点，以多业务颗粒汇聚、传送、调度和处理为核心，对带宽的需求多变化，要求可扩展性高、成本低；接入层则实现对用户的覆盖并提供多业务的用户接入。

1 广电城域网发展现状

目前广电城域网双向技术主要采用DOCSIS技术和PON技术。随着“宽带中国”战略的实施，E/GPON技术不断涌现，打破了有线电视传统的DOCSIS技术。但考虑到改造及运维成本，以及DOCSIS技术对于带宽瓶颈的突破，目前大多数广电运营商依旧采用DOCSIS技术传播双向数据。

2 城域网承载能力分析

以某地市公司为例，城域网目前采用的是双核心双归属的网络架构，即两个星型叠加方式保证冗余安全，又可以负载均担。提高双向网络带宽，大力发展宽带业务，同时积极推广智能融合平台一体化业务，预计共发展20万户。

2.1 CMTS下行承载能力现状分析

周强从著名的尼尔森定律出发，设立了一个比较合适的流量工程模型[1,2]。根据Cloonan数据带宽分析模型：

CSG=TMAX+S*TAVG.

其中，CSG为服务组所需要的带宽能力，S是服务组内实际用户数，TMAX是运营商提供的名义最大带宽服务，TAVG是高峰时间平均每用户消耗带宽。目前，该公司现网提供的最大带宽为20M，因此TMAX按20M计算，同时按每个频点提供50M带宽计算。

1) 当为用户提供10M带宽时，CMTS的接入能力分析

当用户带宽普遍提供为10M时，TAVG系统实际平均带宽按400k计算。

当1个下行端口只开通1个频点时：

50M=20M+S*400k

S=75

即：可支持用户数75户

2) 当为用户提供20M带宽时，CMTS的接入能力分析

当用户带宽普遍提供为20M时，TAVG系统实际平均带宽按500k计算。

当1个下行端口只开通1个频点时：

50M=20M+S*500k

S=60

即：可支持用户数60户。

3) 根据目前各分前端CMTS板卡数及开通下行频点数，则实际可支持用户数如表1所示。

表1 CMTS支持用户数

2.2 物理链路承载能力现状分析

目前汇聚层主要选用华为多业务交换机,部署在各分前端机房。其中大部分前端采用万兆上行与总前端2台核心交换机连接，少数分前端采用千兆上行与总前端相连，实现双归属连接。

以覆盖用户数较多的某机房为例，采集连续三日高峰时(22：00)NE5000至ME60、ME60至IPQAM及ME60至CMTS端口流量数据进行分析。

表2 某分前端高峰时端口流量

根据表2数据分析可知：宽带流量约占总流量的60%左右，VOD约占总流量的40%左右。所以，目前物理链路承载能力约为：

1) 宽带用户并发率按30%计算，户均带宽500k，则各分前端理论可支持宽带用户数约：

20G×60%=12G

12G÷0.000 5÷30%=80 000户

2) VOD用户并发率按10%计算，节目源全部按高清带宽8MB计算，则各分前端理论可支持VOD用户约：

20G×40%=8G

8G÷0.008÷10%=10 000户

2.3 CMTS上行承载能力现状分析

CMTS上、下行带宽速率按照1∶10的比例进行配置，TAVG系统实际平均带宽为100k，带宽利用率按80%计算。

最大理论带宽等于信道数目乘以每个信道最大带宽。每信道最大理论速率(带宽)=频道利用率*信道带宽*数据调制比特率。

1) 下行信道α=0.15， 下行信道利用率：

1/(1+α)=0.869

上行信道α=0.25, 上行信道利用率：

1/(1+α)=0.8

其中：α升余弦滚降系数

2) 信道带宽

下行信道带宽=8M

上行信道带宽=6.4M/n,n=1,2,4,8,……

3) 数据调制比特率log2M(qpsk 的M值取 4)

上行信号的数据速率取决于符号率和调制方式。在DOCSIS2.0标准中，上行信道的最大频宽为6.4 MHz，上行信号的最大符号率为5.12 M，调制方式支持QPSK、16QAM、64QAM。

因此，当调制方式为QPSK时，最大的上行数据速率为5.12*2=10.24M；当调制方式为16QAM时，最大的上行数据速率为5.12*4=20.48M；当调制方式为64QAM时，最大的上行数据速率为5.12*6=30.72M。

考虑到大约有10%的比特用于前向纠错，因此QPSK调制方式的净数据速率约为9.2M，16QAM调制方式的净数据速率约为18.4M，64QAM调制方式的净数据速率约为27.6M。

综上所述，不同的频宽及调制方式，对应于上行带宽，如表3所示。

表3 不同调制方式对应上行带宽

目前该公司上行调制方式采用16 QAM，频宽设置为3.2 MHz。

1) 当为用户提供10M下行带宽时，因此上行TMAX按1M计算：

9.2M=1M+S*100k

S=82

即：可支持用户数82户。

2) 当为用户提供20M下行带宽时，因此上行TMAX按2M计算：

9.2M=2M+S*100k

S=72

即：可支持用户数72户。

3 总结

当上行采用16QAM和QPSK调制方式，1个下行端口开通4连频时，4个上行端口与1个下行端口支持用户数如表4所示。

表4 上下行端口最大支持用户数

本文通过借助Cloonan模型分析，可对该公司城域网承载力得出以下结论：

1) 通过对各分前端下行支持用户数叠加，得出目前该公司局域网完全可以支持20万宽带用户发展；

2) 当上行采用16QAM调制方式，频宽设置为3.2 MHz，上行带宽不会成为宽带用户发展的瓶颈；

3) 当链路质量较好时，可以尝试采用64QAM调制方式，同时增加CMTS上、下行带宽比例，可提高用户的上行速率。