城域PTN 专线承载网规划容量测算及扩容策略∗

周 伟

（上海市信息网络有限公司 上海 200081）

1 引言

随着通信技术的不断发展，数据专线［1］在国民经济各领域承担着重要的技术基础。其承载网络——城域专线承载网［2］也不断进行着网络技术的升级和网络能力的拓展［3］。

PTN（Packet Transport Network，分组传送网）是一种以分组业务传送为基础的光传输网络［4］，它具备高可靠性、高带宽、低时延［5］、较强的操作维护管理［6］等特点，并可灵活实现多业务承载应用［7］。用于数据专线承载可实现多种业务模型［8］，因此越来越受到电信运营商在城域组网中的青睐［9］。相比互联网业务［10］，专线承载网的电路平均占用带宽相对较小，业务流向不明确，这与移动回传网［11］等其他应用而言具有很大的区别。

由于城域专线承载网的规模较大，要求承载网具备灵活的可扩展性，必须在网络性能和网络容量［12］发生不足之前，能够提前测算出实际的可用性，并实现及早预警扩容。传统的网络容量测算方法往往比较简单，且较多关注当前的网络容量［13］，缺乏前瞻性的测算。本文提出了一种对网络规划容量的测算方法，适用于以PTN为基础的城域承载网。

2 PTN 的网络结构及影响网络容量的关键因素

城域PTN专线承载网的结构分为三个层次，即核心层、汇聚层、接入层［14］。影响城域专线承载网承载容量的关键因素首先是物理限制，即节点设备的槽位数量、端口数量限制。其次为设备及芯片的能力限制，主要涉及整机标签交换能力等限制。第三类为网络承载的业务模型限制，不同业务模型对资源消耗量是不同的，直接影响网络承载能力。

3 网络容量估算方法

可以把网络容量估算方法分为基本容量评估方法和网络规划容量评估修正两部分。

3.1 基本容量评估方法

最基本的容量评估方法是根据网络设备的物理特性即槽位、端口等进行初步估算。根据网络架构，逐一对核心层、汇聚层、接入层的物理承载能力进行评估，确定全网可提供的业务端口数量。通过对各层级的承载能力限制和匹配再结合业务模型算出基于物理特性的容量。

第一步是进行核心层评估，对核心层提供的端口评估。核心设备以字母c作为标记。

第二步是进行汇聚层评估。汇聚设备以字母b 作为标记。设定全网汇聚设备数量为Nb，每个设备的槽位总数为Sbn，其中用于上联核心设备的槽位数量为Sbc，用于下联接入设备的槽位数量为Sba，用于用户专线接入的槽位数量为Sbl，则设备槽位总数Sbn为

用户接入侧业务板卡可提供端口数量为Pbl，网络侧业务板卡可提供端口数量为Pba。

第三步是接入层评估。接入设备以字母a 作为标记。接入层物理结构以环网方式组成，上联端口为两个。设定每个接入设备用户接入端口数量为Pl，每个接入环的接入设备数量为Nra。按此计算，每个接入环可提供的接入端口数量Par为

结合第二步和第三步可得出，每个汇聚设备可下挂的接入环数量为

全网可下挂接入环数量为

全网所有接入层设备可提供接入端口总数量：

以上数量均需剔除预留抢修备用数量。根据计算公式可进行细致的计算。

依据数据专线业务发展较好的代表性城市上海市多年的PTN 专线承载网络的统计数据分析得到，其中约70%的专线电路为接入层端口至汇聚层端口的点对多点类型，另外30%的电路为接入层至接入层的点对点电路。因此可以得出以下经验公式：

其中占比约为70%的接入层端口至汇聚用户接入端口的专线电路数量为x，这些电路每条占用1个接入层用户接口。而占比约为30%的接入层端口至接入层端口的专线电路数量为y，这些电路每条占用2 个接入层用户接口。所有专线占用的接入层用户接口的数量则为P。

将式（5）所计算出的Patl代入式（8）中的变量P可以估算出两种业务流向的专线电路x、y 的数量，由此可推算出全网可承载的电路数量L：

考虑到专线电路地域分布具有一定的不均衡性。设定β（0＜β＜1）为端口不均衡分布指数，则全网可承载的电路数量L2降为

依据统计数据，β可设定为0.8左右为宜。以上是根据专线承载网设备的物理特性以及承载业务的模型相结合所总结的容量估算方法。但是仅使用这种方法得出的最终结论可能与实际情况存在一定的偏差，因此还需将网络规划作为一个重要条件来估算承载网的容量。

3.2 网络规划容量评估修正

专线承载网全网业务呈现出流向不确定。可以采用隧道全预置方式，依托业务类型来确定，即根据上文中阐述的业务类型70%为接入层至汇聚层的流向，所以隧道预置的原则是全网所有接入层设备均与汇聚层设备建立隧道，且所有汇聚层设备之间建立全互联隧道。

在全预置隧道的网络中，全预置的隧道会占用一部分设备的OAM 等资源，为了更准确地评估网络承载能力，这个影响因子必须考虑在内。核心层设备的标签交换（Label Switched Path，LSP）能力，即核心设备处理隧道的能力，决定全网可承载的预置隧道数量，由于这些预置隧道大部分为汇聚层至接入层的隧道，就决定全网可承载接入层设备的数量。

其中Lc为核心设备的标签交换能力，是由设备性能确定的一个确定值。而Lab则为接入设备至汇聚设备的LSP 数量，Lbb为汇聚设备至汇聚设备的LSP 数量。当全网接入设备数量为Na，汇聚设备数量为Nb，核心设备数量为Nc时，Lbb=2Nb( Nb-1) ，而Lab=2Na( Nb-2 )，由此所有核心设备承载的主备LSP数量为Lab+Lbb。因此，每台核心设备承载LSP数量：

在此公式中，Lc是定量，核心设备数量Nc及汇聚设备数量Nb也定量，接入设备数量Na为变量。当核心设备标签交换能力有限时，从设备标签交换能力的角度，可根据以上公式计算出全网可最多承载接入设备的数量。接入设备的数量直接决定全网可提供接入端口数量和承载用户数量。此计算结果需与式（5）中Patl值计算结果作对比，取较小的值作为评估结果。

汇聚层设备的OAM 能力，由于70%的业务最终会终结于汇聚设备，因此在汇聚设备上会有大量隧道和伪线终结［15］，而每条隧道和每条伪线均需消耗OAM 资源，所以OAM 能力将决定汇聚设备的业务落地能力。

其中汇聚设备的OAM 能力为Ob，汇聚设备LSP 终结数量为Lbt，汇聚设备PW 终结数量为Wbt。

每台汇聚设备终结的LSP数量为

其中Ob和Nb为定量，Na已通过以上公式计算得出，而Wb1t为变量。Wb1t为每台汇聚设备可落地的PW值，即每台汇聚设备落地的电路数量，也直接影响全网的承载能力。

全网汇聚可落地的电路数量：

此数值需与上文中x 值进行对比，取较小的值作为评估结果。

4 扩容策略

当网络容量发生预警时，必须采取合理的扩容策略以实现网络的容量扩充。全预置隧道模式下，针对用户接口预警、带宽利用率预警、OAM 门限值预警，扩容主要有以下方法。

第一，若用户接口预警发生于接入层设备，解决办法是新建新增接入层设备。根据式（2）、（5）增加接入设备的数量。在网络承载能力内，即式（13）中的Na不超过最大值，可按需新增接入层设备，新增的接入层设备与原有的所有汇聚层设备之间配置隧道。若用户接口预警发生于汇聚层设备，根据式（6）、（7），需要增加汇聚设备用户接入板卡的数量。对于汇聚层设备来说，如果规划槽位已全部使用，只能用槽位数量更多的设备进行替换。

第二，带宽预警的扩容策略。当某接入环带宽发生预警时，接入环无法进行带宽扩容，该接入环需停止新增用户接入。当汇聚层设备上联方向带宽预警时，可通过新增汇聚至核心的中继链路进行带宽扩容。当核心层设备之间链路带宽预警时，可通过新增核心至核心设备的中继链路进行带宽扩容。

第三，当接入层设备OAM 门限值预警发生时，该接入层设备即停止新增需消耗OAM 资源的各项配置，若有相关业务需求，可在同一物理地址新规划一套接入层设备。当汇聚层设备或核心层设备板卡OAM 门限值预警发生时，可在该汇聚层设备或核心层设备上新增同类型板卡，新增业务需求配置于新扩容的板卡上。当汇聚层设备或核心层设备整机OAM 门限值预警发生时，需要用OAM 处理能力更强的设备替换原有的汇聚层设备。

5 应用分析

以上海市的一家运营商所建设的PTN 专线承载网为基础，分析承载容量和扩容方面的情况。网络的第一期建设完成了核心和汇聚设备的安装。从第二期建设起，开始增加接入设备的安装。其中一期、二期、三期的实际容量上限和容量估算的结果相吻合。四期建设的实际容量出现了瓶颈，和测算的结果存在着细微的差异。

待分析的PTN 专线承载网络核心层和汇聚层设备均使用ZTE 9008 系列设备，接入层设备采用ZTE 6000 系列设备。核心层设备4 台、汇聚层设备16台，接入层设备按期建设。

表1 PTN专线承载网建设示例

从表1 分析可以得出，当接入层设备数量Na增加时，PTN 网络所能承载的电路数量L 也同时增加。

图1 接入设备数量和可承载电路数的对比

PTN 网络建设从第一期至第三期，估算网络承载能力，符合预期，建设第四期后发现，在汇聚层下联接入层设备的端口仍然有空余的情况下，新建的接入层设备已无法根据规划配置相关隧道。原因是核心层设备的标签交换能力已达到最大值。因此应根据上文3.2 节内容对网络承载能力进行修正。根据式（12）、（13）、（14）计算得出，核心设备标签交换能力最多可支持约550 台接入设备，约17600个用户接入端口。PTN网络最大承载能力为13537 条电路，再根据式（10）进行β调整后，网络承载能力为10829 条电路。由于以9008 设备为核心汇聚的PTN 网络承载能力约10000 条电路，且核心层设备标签交换能力和汇聚层设备槽位端口接近饱和，为了提升PTN 网络的承载能力，必须对核心层、汇聚层设备整体替换。经分析，以6500 系列作为替换对象，这类设备的标签交换能力以及槽位端口数量大幅增加。

核心汇聚替换成6500 以后，同样根据式（12）、（13）、（14）计算得出，核心设备标签交换能力最多可支持至少2000台接入设备，约64000个用户接入端口。根据式（5）计算得出，核心汇聚升级替换后，PTN 网络最大承载能力为49231 条电路，再根据式（10）进行β调整后，最终网络承载能力为39385 条电路。

表2 PTN核心汇聚升级替换后的专线承载情况

按照每年安装300 台接入设备的建设常规进度，2000台接入设备的网络承载能力，可实现约四万条电路的承载，至少能让PTN网络满足升级后五年的业务发展需求。

图2 升级后接入设备数量和可承载电路数的对比

6 结语

本文提出了一种规划容量测算的方法，通过对核心层、汇聚层和接入层的设备、板卡、端口进行分析，并结合业务模型特点和端口不均衡分布指数，对可承载专线数量进行测算。针对不同的预警情况，可分别采取接入层扩容、带宽扩容和汇聚扩容等策略。对实际运营数据的采集后证实，能有效发现承载容量的瓶颈，并通过扩容策略实现网络承载能力的突破，满足专线客户的承载需求。