分组传送网流量分析与扩容策略探讨*

张 啸，赵铭浩，钱永良

（1.华夏邮电咨询监理有限公司，河南 郑州 450007；2.中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南 郑州 450007）

0 引 言

在互联网业务爆发式增长的背景下，分组传送网络承载现网3G/4G业务回传，未来5G网络也将在分组网络上进行承载。网络流量在不同时刻存在较大差异，因此有必要对网络流量进行周期性或实时性动态监控，分析分组网络流量随时间变化的规律，预测网络流量增长的趋势及规律，将这些规律与传送网络建设、优化、维护相结合，发现现有网络中可能存在的资源瓶颈与问题，为后续制定相应的优化方案与建设策略提供依据。

1 分组网络现状分析

分组网现状数据应从以下几方面收集。

（1）网络结构现状：核心层、汇聚层、接入层，本地分组网与IP承载A网等业务网、分组省核心对接等情况。

（2）设备配置现状：设备型号、定位、槽位、板卡、端口占用等信息。

（3）网络流量现状：分组网各层面及分组网与IP承载A网等业务网、分组省核心对接的链路利用率情况[1]。

1.1 分组网络结构现状

以某本地网为例，分组网络采用3层结构组网，分为核心层、汇聚层和边缘层。核心层两个核心节点互联组网，汇聚层口字形组网，综合业务接入点环形组网。其中，城区以光纤直驱方式组网，市到县采用WDM/OTN承载；在核心层部署2端核心设备和4端业务汇聚设备，其中核心设备主要负责与分组网省核心直连以及局间业务转发，业务汇聚设备负责业务收敛以及与业务网的对接[2]。

分组网络与各业务网对接情况。IPRAN核心与分组省核心、IP承载网、无线网对接链路情况如图1所示。

图1 分组网与业务网对接情况

1.2 网络设备配置现状

根据网管导出的分组设备数据及面板图情况，统计各层级设备型号、板卡使用情况、槽位使用情况、配置端口数及占用端口情况。以某本地网为例，现网各层级设备端口配置及使用情况如表1和图2所示。

表1 分组设备配置现状表

1.3 流量数据现状提取

1.3.1 流量统计端口选择

分组传送网络承载业务主要以南北向业务为主，在明确网络范围的情况下，没必要对网络中所有端口进行流量分析，仅需对关键端口进行分析即可，以减少分析数据规模，提高分析效率，如图3所示。

图2 各节点槽位及端口占用情况

图3 流量端口提取

1.3.2 流量采集选择

流量采集根据图3中注明的端口提取。从网管提取每周链路的均值及峰值流量，对端口连续监测5个月（所有提取内容应统一时间段）。抽样时段为全天24 h，抽样时长为15 min。分组流量数据按环路提取，环路带宽利用率按主备端口之和计算[3]。

主备情况下，流量计算方法为：

2 无线基站流量数据分析

2.1 无线基站数据流量增长率计算

无线流量增长率计算有多种方式，这里采用计算某本地网4G站点单日流量增长率的方法。分组网络流量增长与4G业务流量应保持相近的增长率，结合4G流量增长率和目前分组网络流量对流量增长进行预估[4]。

2.2 分场景流量统计预估

无线基站流量统计中，可通过城区、乡镇等不同场景进行分析，找到重点关注场景。

以某市联通为例，分析城区站点、非城区站点2个场景，通过全网端口流量分析发现城区站点1—6月流量增长11%，高于非城区站点（增长8%），如图4和图5所示。

对城区场景进一步细化分析发现，高等院校、商业集中区等增长迅猛，应作为重点关注场景；个别乡镇行政村场景站点流量增长也较为迅速，需加以关注。

目前，以无线侧2018年10月—2019年6月单站流量月均增长率（10%）来预估2019年底IPRAN网络流量增长情况。流量预估公式为：

12月分组网络带宽利用率=6月分组网络带宽利用率×（1+4G基站流量月均增长率×6） （3）

图4 市区接入环路流量增长率对比

图5 非市区接入环路流量增长率对比

3 本地分组网流量压力分析

3.1 分组网各层级流量分析

3.1.1 分组核心至省核心流量分析

目前，该地（市）分组网核心设备通过省干100G OTN直连省会MR设备，并配备2条100G链路。根据2019年6月提取数据情况，核心设备至省会MR链路峰值下行带宽利用率为26%。若核心设备至MR链路流量以10%月均增长率增长，则到2019年底该地市核心设备至MR链路峰值下行带宽利用率超过45%的扩容预警线，需要进行链路扩容，如图6所示。

图6 地市核心至省核心MR流量趋势

3.1.2 汇聚节点至分组核心流量分析

现网共有IPRAN一级汇聚环路13个，2019年6月一级汇聚环路峰值下行带平均宽利用率为23.5%，峰值下行带宽利用率未超过扩容预警线。若一级汇聚环路流量以10%月均增长率计算，则到2019年底该地（市）预计有3个一级汇聚环路峰值下行带宽利用率超过45%扩容预警线，需进行环路优化或扩容，如图7所示。

图7 一级汇聚环路带宽利用率

该地（市）二级汇聚10GE链路共216条，上半年峰值下行带宽利用率最高为32%。该地（市）为劳动力输出型城市，二级汇聚流量随节假日务工人员返乡上涨浮动较大。2月、3月春节期间，利用率较平时整体上涨180%；4月、5月后，带宽利用率回落，峰值最高21%。若按照10%月均增长率增长，到2019年年底该地（市）二级汇聚链路最高达到33.6%，二级汇聚链路未达到扩容预警线，无需扩容，如图8所示。

图8 二级汇聚链路带宽利用率统计

对于接入环路，因其部分承载OLT、大客户等业务，不宜采用流量测算公式对接入环流量增长情况进行预估，可通过网管并根据业务情况对接入环路实时监控，达到扩容预警线后制定相应改造或扩容方案[5]。

3.2 结合流量分析，调整及扩容分组网络

本地网内同层次链路之间的流量进行横向对比，对流量增速较快链路、区域列为重点观测对象。从业务承载、网络结构优化扩容等方面制定相应方案，将链路流量与历史流量纵向对比，当网络流量出现不合理突发性增长时，应着重分析是否承载不合理的业务。纵向对比则可反映该环路、区域的业务发展情况，为市场决策提供数据支撑[6]。

通过对本地网历史流量分析，预估分组网各层级流量增长情况，根据分组网络流量现状制定优化扩容预案，结合中国联通5G承载网建设指导意见，指导分组网络精准投资建设[7]。

3.2.1 评估分组网络各层级扩容需求

因流量增长，分组网络面临扩容压力，涉及到本地分组网核心上行带宽、省干OTN、市县OTN及分组设备的扩容，应从上而下逐层分析[8]。

（1）分组网核心至省干波分：4G链路扩容需要考虑核心设备是否具备扩容能力，替换不具备条件的设备。替换设备应具备IPRAN2.0设备技术要求，以满足未来5G网络需求。分组核心上联需考虑省干波分波道扩容需求。根据IPRAN网络流量预测，结合现有核心设备槽位及板卡冗余资源情况，该地市核心设备槽位仅剩余1个，已无法满足业务发展需求，建议对该地（市）核心设备进行替换。

（2）一级汇聚环路：按照目标架构调整现网网络结构，将跨汇聚区的环路进行裂环优化，按目标架构调整为口字型结构；达到目标架构后，环路容量仍不能满足需求的，将10GE环扩容N×10GE环路。5G站点规模建设时，可用IPRAN2.0设备替换现有一级汇聚设备。

（3）接入环路：从业务割接、结构优化调整和网络容量扩容3个方面优化。业务割接是指将分组网络上不合理业务割接至其他网络承载，将OLT业务割接至县乡OTN承载；结构优化调整是指通过将综合业务接入点独立组网、超大环裂环和长支链成环等操作；网络容量扩容是根据流量分析，逐步将综合业务接入点环路升级为10GE环路，或采用IPRAN2.0设备新建更高容量环路。

环路扩容各层级设备升级及新建方案，如图9所示。

图9 环路扩容各层级设备升级及新建方案

3.2.2 现网资源挖潜，适时扩容替换

通过对现状的梳理，评估需扩容的环路、站点及板卡。

以该地（市）IPRAN核心至省核心MR互通链路为例，根据IPRAN网络流量预测，2019年年底预计地市核心-省核心MR链路峰值下行带宽利用率超过45%。需考虑扩容，现网设备槽位数量及单槽位接入能力已无法满足扩容需求，需进行设备替换。现网一级汇聚设备、综合业务点设备结合流量增长情况，可满足4G业务发展需求，但设备能力和端口接入能力不满足规划期2020年5G站点需求，后期按需进行设备扩容或替换。

根据现网IPRAN网络流量预估及考虑未来5G网络建设，核心设备需替换为IPRAN2.0设备、一级汇聚及综合业务点设备。在5G建设初期可利旧现网设备板卡扩容，5G中后期需替换为IPRAN2.0设备。

现网分组设备配置满足情况及扩容建议表，如表2所示。

表2 现网分组设备配置满足情况及扩容建议表

4 结 语

根据分组网各层级网络现状分析及流量统计，对网络中带宽利用率较高的环路，从网络结构、业务承载合理性等多方面分析原因，按照从业务割接、结构优化调整和网络容量扩容等方面，对流量较高环路进行优化调整。分析该地（市）4G业务发展趋势及各层面流量增长情况，建立分组网网络流量增长模型，预测未来各层级流量增长情况，通过实时监控并结合未来5G网络提出分组网各层级设备扩容及替换建议。