城域传输网的规划与优化方法

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1、引言　　目前电信市场竞争日益激烈，如何降低投资成本和运行维护成本，以最小的投资获取最大的利益回报，成为运营商竞争的关键。而本地传输网作为业务承载网，是重要的基础资源。一个结构清晰、容量充足、性能安全稳定的本地传输网对各种业务的开展尤为重要。
　　目前各运营商都在尝试降低在网络基础设施建设方面的投资，但随着业务量的增加，网络必须不断地扩容。如何能够满足实际需求并且在恰当地点扩展网络，需要通过网络规划来解决。另一方面，企业的盈利需要不断地降低OAM(操作、管理和维护)费用，围绕“提升网络安全稳定性，提升资源利用率，提高网络维护效率”3大目标，对网络进行优化是必然的选择，因此，网络优化必须与网络规划建设相结合。当前运营商应该在网络规划和网络建设时，预先想到网络优化问题，以网络优化的思想来引导网络规划，着眼于长期发展的需要，以建立一个高效、优化、增值的光传送网络为目标。本文结合工作实例先容了城域传输网相应的优化与规划方法。
　　2、目前本地传输网中存在的问题
　　设备就像一个个关节，通过脉络——光缆组成了庞大的传输网络。随着中国国内运营商的不断发展壮大，其传输网络越来越庞大，网络结构更加复杂，运行维护的难度也越来越大。由于资金、技术等方面的限制，早期建设的传输网络存在诸多问题并逐渐暴露出来，具体表现如下。
　　(1)光缆网方面
　　●光缆网芯数种类过多，层次不清，不利于维护管理，线路迂回过大，造成损耗增大。比如有些接入层SDH(同步数字系列)环路占用了主干光缆纤芯。
　　●管道线路资源不足，严重限制了光传输网络的发展。
　　●存在重大安全隐患。部分地区由于管道光缆缺乏，路由上不能形成环路，影响了SDH成环。接入层存在大量PDH(准同步数字系列)光设备及PDH微波设备。SDH设备或以长链出现，或为同路由光缆成环，无法发挥SDH环保护的功能，一段光缆的中断就可能导致整个区域的业务中断。
　　(2)设备网方面
　　●资源配置不合理：有的设备端口利用率、槽位利用率偏高，无法增加新的业务;通路组织安排不合理，有些站点由于交叉能力的限制不能开通新的业务，造成资源浪费;存在单节点失效时大量电路中断的安全隐患。例如核心层时隙没有合理规划，对于跨多节点的业务，各跨段的时隙不连续，形成了大量时隙空分和时分的现象，当单节点失效时，由于SDH环时隙错连，大量电路就会中断。
　　●网络结构不合理，未能发挥SDH优势。例如，有些接入环上的站点太多(20多个)，造成业务开通困难，断环风险过大，资源利用率低。
　　●设备版本不一致，有些设备板卡级别低，不能支撑SNCP(子网连接保护)倒换，造成业务无保护。
　　●SDH自愈环在光缆中断时可以对环路业务提供有效的保护。随着技术的发展和业内竞争的加剧，单一的环保护已不能满足运营商的要求，必须考虑对关键节点或环路的容灾。
　　3、本地传输网的规划与优化方法
　　3.1　光缆网的规划与优化
　　对于光缆网主要从网络稳定性、覆盖面、抗故障风险等方面来考虑其规划建设，需进行以下几个方面的工作：
　　●尽量提高光缆线路安全性，加大管道建设力度。能铺设管道的要尽量铺设管道，不能铺设管道的可根据具体情况利用杆路架空，光缆无法接入时再考虑无线接入。原则上要求所有SDH环路光缆路由成环，做到以有线为主、无线为辅。进局的光缆要选择两条不同的物理路由，从而实现真正意义上的保护。
　　●尽量扩大管道覆盖范围，在保证组网路由上各段落具备一定的管道资源外，应结合城市道路的建设进行管道敷设，保证未来传输网络的发展。依据近期城市基础设施完善和城市道路交通规划中提出的道路建设项目，结合运营商的实际业务发展需求，在保证网络组织的基础上再选择部分路段作为管道基础建设的先期投入。同时考虑为使数据业务便捷地接入用户，应提前进行接入层光缆管道的建设。
　　●合理选取汇聚机房。应在管道汇聚区选取汇聚节点并建设汇聚机房，形成安全、清晰的汇聚区域划分，充分发挥汇聚节点设备的汇聚作用和能力，避免边缘网络为了成环而进行的跨区域迂回，提高纤芯利用率。
　　●结合传输业务的分层设置，建议将核心/汇聚层的光缆分离出来，成为核心/汇聚层的专用光缆。根据这个原则，核心节点之间、大汇聚点之间没有直达光缆或有直达光缆但纤芯为基站使用的段落，建议新建光缆。由于这个层面涉及的节点数量并不多，同时可采用的技术手段选择余地比较大，因而新建光缆的芯数不必过大，一般可选光缆芯数在24芯至144芯。
　　●建立光缆自动监测系统，优先建立主干光缆的监测系统。通过测试光缆中的备纤，分析光纤网络的运行质量，实现光缆的预防性维护。尤其当光缆发生中断等异常情况时，系统能够自动通过OTDR(光时域反射仪)进行测试，定位光缆故障发生的具体位置并迅速通知相应的线路维护人员进行抢修，从而缩短故障历时。
　　3.2　设备网的规划与优化
　　3.2.1　评估
　　首先要做好网络的评估，网络评估是网络规划与优化的第一步，包括资源评估和网络评估。依据一系列指标，对全网进行详细的了解和把握，找出其中存在的瓶颈和风险点，在此基础上提出切实可行的网络优化方案，为网络的后期发展、规划提供全面、系统的数据参考。
　　3.2.1.1　资源评估
　　资源评估的具体指标包括以下内容：
　　●槽位资源占用率。查看设备已插机盘占可插机盘的比例，机盘包括支路盘、线路盘、交叉盘等。当占用率很高甚至达到100%时，说明站点已无扩容能力，需通过工程新建、下挂扩展子架、负荷分担等方法分担压力，其要考虑这种站点的容灾，一般占用率为70%时比较合适。对于骨干、汇聚层站点，统计时要看这些站点是否已经配置了TPS(支路保护倒换)和交叉主备保护。
　　●线路时隙资源占用率。以某一环路为单位，查看环上相邻两站点的在用线路时隙占线路总时隙的比例，统计颗粒为VC4。当环路为复用段环时，不计算后一半的保护时隙。此指标可以衡量组网的合理性，找出光线路时隙的瓶颈段落(数值较大的段落)，通过调整电路的流量及流向，最终提高光线路时隙资源使用率的合理性。
　　●交叉资源占用率，包括高阶交叉和低阶交叉。以站点为单位，查看已用交叉占可用交叉的比例(以VC4为单位)。指标主要体现每个站点设备内部数据设置使用方面的情况，当已用资源占全部资源的比例比较高时，说明再进行数据设置将较为紧张，可考虑通过扩容和调整时隙路由等方法来解决。
　　●网管资源占用率。主要查看各网管管理的网元数，当超过网管配置的硬件要求时，网管就会变慢;ECC子网如果设置不合理，会引起ECC风暴，造成大量网元脱管。
　　3.2.1.2　网络评估
　　网络评估的内容包括网络结构、网络生存性、同步网情况等方面，目标是拆除不合理的环和链，建立层次结构清晰的3层网络，避免出现大量迂回路由，使骨干层真正发挥骨干的调度作用，使网络具有更为合理的网络架构，更高的网络可靠性，可更好地满足3G网络大量的电路需求，并使本地网网络架构适合将来ASON技术的引入。主要评估以下几项。
　　●网络拓扑结构是否合理，是否存在不合理的环和链;汇聚层设置是否合理，是否真正起到汇聚的作用。
　　●是否存在大量的链型网络，造成业务无法保护。尤其对于对电路质量要求高的大客户，要尽快与线路部门商议方案，做成环处理。
　　●汇聚层和核心层的业务转接安全性如何，骨干层与汇聚层相连是否使用了双节点互联(DNI)技术。
　　●PP(单向通道保护)环上带环、链的站点是否配置了SNCP属性，交叉板、线路板的版本是否支撑SNCP倒换，查看是否有实际路由已经成环，但逻辑配置仍然是无保护链的情况存在。
　　●保护方式是否正确，对于汇聚型的业务最好设成PP环，设成MSP(复用段保护)环没有任何优势并且会造成业务保护倒换的时间过长。
　　3.2.2　优化方法
　　通过重新规划骨干和汇聚层各环的VC4通路时隙，解决设备的高/低阶交叉问题，以下是时隙调整的原则。
　　●在骨干层节点全部用VC4穿通，以避免以后骨干层节点的低阶交叉成为瓶颈。事先规划好骨干层任意两站点间的时隙，跨点时各段尽量用相同的VC4，避免复用段环在单节点失效时发生时隙错连。
　　●环间的业务尽量用VC4调度，环上线路速率为10 Gbit/s的设备尽量少用低阶。
　　●尽量使当前的业务排满每个VC4通道，以避免设备时分交叉能力的不同形成时隙碎片。
　　●根据网络的分层，建议低阶通道的疏导、归并尽量在网络的边缘进行(接入点至汇聚点)。在网络的核心层采用高阶通道整体规划，减小对交叉资源的浪费，最好根据业务的流向、局向归类进行通道分配。对高阶通道的占用尽量按照短路由规划，并综合考虑通道利用的均衡性，避免某一段通道占用过甚造成业务开通困难。
　　●对数据业务的通路规划，应考虑数据业务的动态特性，采用共享通路方式兼顾基本带宽和动态峰值带宽分配。
　　通过以下的网络结构调整来提高资源利用率及网络生存性。
　　●汇聚层作为一个独立的传输层面，应具有有效覆盖及有效汇聚的功能，过于密集的环网或覆盖不足均不可行。对于机房条件好的汇聚点，如满足机房面积50 m2，双外电引入及光缆入局安全时，可建单汇聚点接入环作为永久汇聚方式。若机房条件不够理想，则应建双节点引入。
　　●通过接入环拆环或升级容量来充分发挥环路的优势。城区汇聚环所带节点数量应在4～6个(不含核心节点)，业务需求不大的时候，采用10 Gbit/s设备框，但只插入2.5 Gbit/s板卡，组成2.5 Gbit/s传输系统。将来业务增大的时候，插入10 Gbit/s板卡升级为10 Gbit/s传输系统。在线速率为622 Mbit/s时，以3～6个节点为宜;STM-16以4～8为宜。一个汇聚环下挂的接入层链、环数量不宜过多，为3～4个;边缘层接入环所带节点数量应不超过16个，从方便电路调配来考虑，8～10个为宜。宏基站与微蜂窝(包括大客户)尽量分别组环，宏基站接入环采用622 Mbit/s传输系统，微蜂窝接入环采用155 Mbit/s传输系统。
　　4、具体案例
　　为了更清楚地说明如何进行传输网评估分析和优化，下面以一个案例来说明。图1为某一网络的网络结构，网络名称为“城域网1”。
　　

　　图1　城域网1组网结构

　　4.1　传输网评估
　　4.1.1　资源评估
　　线路时隙占用率：统计各环路线路时隙的占用情况，以汇接环1为例，其线路时隙占用率如表1所示。

　　

　　表1　汇聚环1的线路时隙占用率

　　由统计可知，环上各站点间线路时隙占用率不均衡，并且有些区段占用率偏高，如“A→E”、“H→A”段时隙占用率分别达到了100%、87.5%。有些VC4通道的时隙还没有用完，就开通了新的VC4通道，形成了时隙碎片，存在安全隐患并使资源利用率变低。如“H→A”段某个VC4通道使用率仅为7.9%，此段其他VC4通道占用率都在80%左右。
　　槽位占用率：由于大部分业务为汇聚业务，都需要在中心站点落地，骨干节点(站点A、B、C、D)的槽位占用率都非常高，普遍达到了95%以上，已无扩容的可能。目前还有银行等大客户的业务急需接入进来，电路需求量都是VC4级别，电路需求大。同时为了解决网络覆盖范围不够广的问题，需要接入更多的站点。随着3G时代的到来，各站点的电路需求会进一步的增加，对核心节点的电路接入能力的压力也会进一步增加，骨干层将不堪重负。
　　交叉资源占用率：统计骨干层、汇聚层各站点的交叉资源占用情况。骨干层核心节点主要用于大颗粒业务的调度，支路业务的上下应由其下挂的扩展子架来完成。但由于VC4通道规划得不合理，各核心节点普遍存在大量占用低阶交叉资源的情况，如核心层站点“A”的低阶交叉占用率达到了87.5%，造成进一步开通业务困难。
　　网管资源占用情况：城域网1网管管理的等效网元数已经达到了975个，而目前使用的网管硬件的管理能力是1 000个等效网元，很快将超过网管所能管理的上限。超过网管能力的上限后，将出现网管运行缓慢等问题，该问题需要尽快解决。
　　4.1.2　网络评估
　　网络安全情况：汇聚层节点E通过1个支链下挂接入环1，没有任何保护意义。环上有安全性不高的单链(接入环3所带的长支链)，需做成环处理。对于接入层环路，很多都是汇聚点单点带环。汇聚节点并不像核心节点那么安全(双外电引入并且有油机发电保障，光缆入局安全)，一旦带环汇聚节点失效，将造成大量业务中断。有的环路过长，如接入环2所带节点达到了25个，不但危险性大，而且线路资源利用率太低，需劈环并组成小环。网上设备版本不一致，有些交叉板、线路板的版本过低，并不支撑SNCP的业务倒换，光缆断裂时业务将不能得到保护。
　　保护方式合理性差：汇聚节点N所带的接入环3上的业务都是集中型业务，环上任意两点之间并没有业务，但配置成了MSP环。这种情况下MSP环与PP环相比没有任何优势，而且倒换时间延长，需更改保护配置。
　　4.2　优化方法
　　(1)时隙调整
　　查看线路时隙占用原因。以“E→A”为例，除了“E”所带的附近基站业务，还有“E→A”、“G→A”(路由为G→F→E→A)的数据业务，用于承载ATM网。目前网络中还有同在站点E的10 Gbit/s设备(用“J”表示)，决定利用其来分担压力。同时将“H→A”利用率不高的VC4通道中的时隙调整到其他VC4通道，减少时隙碎片。时隙调整后，此环的前后线路时隙对比如图2所示。

　　

　　图2　汇聚环1优化前后线路时隙对比

　　查看骨干节点A、B、C、D产生低阶交叉的原因。因为VC4服务层路径都是在两两节点之间设置的，所以配置VC 12级别业务时各核心节点就会产生低阶交叉。现在直接配置各汇聚节点到骨干层核心节点扩展子架的VC4服务层路径，中间站点都是VC4穿通，并且时隙连续。这样核心层站点就不会存在占用低阶交叉资源的情况，并且由于时隙连续减小了单节点失效时MSP环时隙错连的危险，产生故障时排除也非常方便。
　　(2)搭建新环
　　针对城域网1核心节点槽位占用率高，网管能力到达极限，电路要求多，但扩容能力弱的现象，决定利用其他站点的原有的已安装但未开通的10 Gbit/s的设备搭建城域网2骨干环A1、B1、C1、D1，并将城域网1中的一些站点割接进入城域网2，以减小城域网1的压力。预先规划各汇聚节点到扩展子架的VC4通道，避免核心节点存在低阶交叉。调整完后，两个网管管理的网元数都不超过600个。考虑到M、L两站点需要汇聚附近的接入环，并且这两站点机房条件也好，将这两站点升级为汇聚点，和城域网2中的两核心节点C1、D1组成新的汇聚环。随着数据业务带宽需求的增大，原来用于承载数据业务的2.5 Gbit/s环路已经不够，在汇聚环中的I、J、K、M、L站点插入2.5 Gbit/s板卡组成新的2.5 Gbit/s环路用来承载ATM网，并将原来的接入网上承载的一部份ATM业务割接到此环路，以减轻原环压力。
　　对于近期急需接入的大客户(如银行、证券企业)业务，由于此类电路业务颗粒大(一般为VC4量级)，电路安全要求高，此站点不再通过接入、汇聚、骨干3层进行接入，而是直接接入骨干层。这样不但不会浪费汇聚层的带宽，而且电路安全性会提高，符合网络向“扁平化”方向发展的趋势。
　　(3)提高网络生存性
　　●E点带环，光缆资源丰富，通过实纤和F点进行双节点接入。但对于N点带环，由于光缆资源匮乏，从汇聚环中分出一个VC4(N、O间)组成虚拟环来提高安全性，组成了SNCP交MSP虚拟环的保护方式。这样利用有限的资源来实现业务的可靠保护，可实现两处断纤以及单节点失效时对业务得到正常的保护。
　　●针对接入环2站点数目过多(达到了25个)的情况，决定劈大环组小环。通过与线路部门进行协商，最后组成了3个小环。两个小环站点数为8个(调整后的接入环1、2)，一个为9个(调整后的接入环4)。
　　●对版本低不支撑SNCP倒换的站点进行板卡升级。
　　此外将接入环3改造成622 Mbit/s的PP环，调整后的组网结构如图3所示。城域网2组成两级汇聚结构，以“汇聚环4”为例，站点Q、R、S将业务汇聚到汇聚环1时，业务就可以到达核心节点A1、B1。到核心节点C1、D1的业务再通过骨干层进行转接。调整后网络结构清晰，资源利用合理。
　　

　　图3　调整后的城域网结构1和城域网2组网结构

　　5、结束语
　　本文先容了在传输网优化过程中应遵循的一些原则和方法，最后结合实例进行了说明。传输网络优化贯穿于日常维护和网络规划建设的全过程，需从网络安全性、资源配置合理性两方面来综合考虑。首先通过准确的网络评估对现网进行科学、全面的分析，在此基础上结合未来的业务需求提出切实可行的网络优化与规划方案。线路部门应和设备维护部门密切联系，做到真正的网络安全，避免逻辑上有保护、物理上无保护的情况发生。在保障网络安全的基础上，使现网资源发挥最大的作用。