超寬帶CMNet城域網優(yōu)化組網策略

姜全澤，來志遠，陳方榮

（1.華信郵電咨詢設計研究院有限公司 杭州310014；2.中國移動通信集團北京有限公司 北京100007）

1 引言

隨著政府兩化融合和智慧城市的規(guī)劃建設，對通信基礎設施的要求越來越高。家庭客戶從2000年初的56 kbit/s撥號上網到如今的4 Mbit/s寬帶上網的普遍應用，經歷了10年左右的時間。20 Mbit/s的光纖寬帶和100 Mbit/s以上超寬帶的應用也逐漸部署。國內三大運營商紛紛參與政府在智慧城市基礎上開展的網絡建設戰(zhàn)略合作，如無線城市、云平臺、光網城市、智慧交通等基礎網絡的建設。2012年4月1日，工業(yè)和信息化部正式印發(fā)了《關于實施寬帶普及提速工程的意見》。社會信息化的應用層出不窮，用戶對帶寬的需求日益增長，運營商針對用戶需求先后推出了寬帶提速計劃。

寬帶論壇TR-185認為推動寬帶應用主要有如下所述的3個因素：

·更多的用戶應用和設備需要通過寬帶基礎設施提供連接的需求；

·在任何地方提供多種服務；

·寬帶連接和交付產業(yè)持續(xù)增長和革新。

寬帶應用需求主要來源于以下3個方面：

·視頻應用，如住宅娛樂、商業(yè)和教育、視頻通話和會議；

·基于互聯(lián)網的廣告；

·大眾市場對于商業(yè)和住宅的互聯(lián)網客戶游戲，包括游戲下載、互動游戲和多玩家游戲。

這些應用的前提都離不開寬帶基礎網絡和應用程序的支持。

中國移動互聯(lián)網（CMNet）的定位為面向公眾客戶的互聯(lián)網。CMNet城域網對用戶側實現(xiàn)快速接入，對核心層實現(xiàn)流量控制、業(yè)務疏導、策略控制，起到承上啟下的重要作用。寬帶市場競爭的日益激烈，使得寬帶應用成倍增長。在寬帶提速的大背景下，CMNet城域網及時實施網絡組網優(yōu)化，有利于應對未來超寬帶條件下網絡性能和客戶感知的提升，增強市場競爭力。

2 CMNet城域網現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 承載的業(yè)務

CMNet城域網承載的主要業(yè)務為移動自有業(yè)務系統(tǒng)接入、WLAN（willess LAN，無線局域網）用戶、家庭用戶和集團用戶。從CMNet城域網的業(yè)務、服務質量、安全需求3方面進行了分析（見表1）。

表1 CMNet城域網承載業(yè)務分析

·家庭用戶、WLAN用戶等對安全要求相對較低，采用CMNet城域網承載。

·集團用戶按照業(yè)務產品的不同等級，對網絡QoS和安全的要求不一。大部分集團用戶應用均能通過CMNet城域網提供的不同解決方案承載。高隔離要求的集團用戶應用，考慮用專用網絡承載，如PTN、SDH傳輸承載。

·按服務對象不同自有業(yè)務系統(tǒng)可考慮CMNet城域網或自有業(yè)務承載網。

2.2 網絡現(xiàn)狀

以如圖1所示的中國移動通信集團某直轄市有限公司（以下簡稱某直轄市移動）的CMNet城域網為例。核心層采用4臺Juniper T640，通過網關路由器Juniper MX960與第三方進行互通，核心層路由器與IP專網和IDC進行互通。城域網業(yè)務控制層由SR（業(yè)務路由器）和BRAS（寬帶接入服務器）組成。接入層通過PTN（packet transport network）、裸光纖等傳輸資源與OLT互聯(lián)進行寬帶接入。

盡管CMNet城域網架構已經初步搭建完成，但業(yè)務控制層節(jié)點少，對傳輸網依賴程度很高。移動網內的IDC資源少，網間結算成本高。CMNet城域網存在傳輸調度復雜，WLAN傳輸獨立組網、端口速率、端口密度不能滿足業(yè)務的快速增長需求等問題。

·CMNet城域網用戶出口目前流向移動IDC/緩存資源的比例占9%，流向第三方的占15%，流向中國移動通信集團的比例占76%，網間結算成本居高不下。出現(xiàn)這方面問題的原因是IDC內容源少，緩存和智能管控平臺建設滯后。

·CMNet城域網網絡匯聚節(jié)點少，被迫采用傳輸網承載各類業(yè)務，導致傳輸網負荷重、調度復雜。寬帶業(yè)務量少，用戶規(guī)模小，寬帶用戶接入需要通過已經搭建的PTN、SDH等傳輸網絡調度匯聚層的SR、BRAS進入IP網絡。當業(yè)務量急劇增加時，傳輸網的光纜、電路迅速消耗，將不能滿足網絡的擴展性要求。

·當前的WLAN AP接入采用傳輸獨立組網承載。一方面原因是城域網控制層設備節(jié)點少，另一方面是傳輸運維與數(shù)據(jù)運維界面的簡化，目前WLAN接入歸口傳輸專業(yè)運維，再有就是業(yè)務發(fā)展初期業(yè)務量較少，采用傳輸承載基本能夠滿足要求。近年來智能手機的廣泛應用、PDA、筆記本電腦等無線終端對帶寬的要求和連接時間呈幾何增長。若不及時調整用戶就近接入CMNet城域網設備疏導業(yè)務，而仍采用傳輸接入，那么傳輸網規(guī)模將會進一步擴大，造成城域網整體造價提高。

·CMNet城域網的WLAN用戶、家庭寬帶用戶、集團寬帶用戶等業(yè)務需求快速增長，對CMNet各層設備匯聚端口密度、端口的速率造成壓力。由于用戶量增長和帶寬提速的要求，現(xiàn)有BRAS和SR的端口密度不能滿足業(yè)務發(fā)展的需要。

·CMNet城域網接入層設備不完善，當前沒有部署匯聚層交換機。城域網大量OLT通過傳輸光纜或PTN傳輸?shù)綌?shù)據(jù)設備，對BRAS、SR端口的需求壓力很大，且BRAS端口的利用率低下。

3 優(yōu)化組網策略

3.1 優(yōu)化組網技術

根據(jù)寬帶論壇TR-185描述的基于下一代互聯(lián)網應用的帶寬，以美國為例，預計到2015年，家庭應用帶寬將普遍達到25 Mbit/s。另外E-Japan也提出了100 Mbit/s到桌面的計劃，中國電信20 Mbit/s家庭接入已經得到商業(yè)應用。在帶寬高速發(fā)展的環(huán)境下，CMNet需要根據(jù)自身的業(yè)務特點跟蹤和部署承載網絡，滿足業(yè)務需求，應對激烈的市場競爭。影響CMNet組網的關鍵技術有WDM、OTN、PTN、路由集群、PON等，具體介紹如下。

（1）IP over WDM

WDM利用SDH幀或GE/10GE幀結構，將IP業(yè)務直接映射進WDM網絡進行傳輸和交換，減少了網絡各層間的中間冗余部分，也減少了SDH、ATM和IP等各層間的功能重疊以及設備操作、維護和管理費用。同時，由于省去了ATM層和SDH層，傳輸效率提高，額外開銷降低。這種直接、簡單、經濟的IP網絡體系結構，適用于城域網的核心層和骨干層。

（2）OTN技術

OTN以多波長傳送（單波長傳送為其特例）、大顆粒調度為基礎，綜合了SDH的優(yōu)點及WDM的優(yōu)點，可在光層及電層實現(xiàn)波長及子波長業(yè)務的交叉調度，并實現(xiàn)業(yè)務的接入、封裝、映射、復用、級聯(lián)、保護/恢復、管理及維護，形成一個以大顆粒寬帶業(yè)務傳送為特征的大容量傳送網絡。OTN有能力支持40 Gbit/s和未來的100 Gbit/s線路傳送能力，是真正面向未來的網絡。

（3）PTN技術

PTN是一種以分組作為傳送單位，以承載電信級以太網業(yè)務為主，兼容TDM、ATM和FC等業(yè)務的基于PWE3的偽線仿真技術。PTN技術基于分組架構，繼承了MSTP的理念，融合了Ethernet和MPLS的優(yōu)點。PTN在網絡擴展性方面存在端口容量代價高的問題，與基于傳統(tǒng)以太網支持的技術相比代價高昂，適合應用于集團專線和可靠性較高的網絡，對于面向高帶寬的普遍服務網絡而言存在不足。

（4）路由集群

路由器集群，又叫路由器矩陣或多機框互聯(lián)（multichassis），簡單來說，就是將多臺路由器互聯(lián)起來，形成一套邏輯上一體的路由器系統(tǒng)。集群技術通過集中化、一體化的控制管理，使集群系統(tǒng)各臺路由器單機之間能夠很好地協(xié)同工作，極大地擴展了路由器的容量，從而突破了單機在開發(fā)技術工藝方面的限制。在成本方面，由于集群系統(tǒng)中各臺路由器通過高速光背板互連，節(jié)省了額外的內部互聯(lián)端口，大大減少了投資。更為重要的是，由于集群路由器對外僅體現(xiàn)為一臺路由器，使得網絡拓撲和路由策略變得簡單、清晰，維護也更加方便、快捷。

（5）PON技術

PON技術主要應用于寬帶接入場景，主要有EPON和GPON產品。EPON遵循IEEE 802.3ah規(guī)范，采用標準以太網封裝，對支持話音或電路型數(shù)據(jù)專線等TDM業(yè)務存在不足。GPON重新設計了新的物理層傳輸速率和傳輸匯聚層，發(fā)布了G.984.x系列的相關標準。GPON的封裝除了支持傳統(tǒng)的ATM外，還可以支持全新的GEM（GPON封裝模式）格式，可以適應各種用戶信號格式和任何傳輸網絡制式，按固有格式傳送話音、數(shù)據(jù)和視頻信號?；谌f兆GPON的應用將是寬帶接入的一個重要方向，產品和技術正走向成熟。

應對超寬帶和市場競爭時，CMNet組網的這些技術都將會得到應用。以OTN為代表的光傳輸技術將會應用在CMNet核心層；路由器集群匯聚大量的萬兆端口，支持40 Gbit/s或100 Gbit/s端口，將會應用在核心層，并逐步向匯聚層延伸；支持雙向萬兆GPON也是應用的一個重要方向。

3.2 優(yōu)化組網原則

CMNet遵循網絡統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施的原則。網絡優(yōu)先滿足接入，規(guī)模部署扁平化業(yè)務接入控制層BRAS，根據(jù)集團客戶業(yè)務發(fā)展?jié)u進部署SR，核心層根據(jù)需求擴充容量。業(yè)務就近入網，有效分流，通過CMNet城域網設備實施分流，緩解傳輸網絡大量調度現(xiàn)狀。在網絡優(yōu)化時還遵守以下建設原則。

（1）高起點建設原則

高起點建設電信級、大容量、高帶寬的多業(yè)務承載網絡，充分考慮未來新業(yè)務、新技術對網絡的擴展需求。

（2）高可用性原則

建設支持高性能路由協(xié)議、QoS、TE、ACL等高可用性的網絡，具備提供話音、數(shù)據(jù)和視頻等多種業(yè)務的承載和接入能力。

（3）高可靠性原則

在采用高穩(wěn)定可靠、成熟的路由設備基礎上，使用較先進的電路連接技術以提高整體的網絡安全可靠性，盡可能在網絡各層面使用有效的保護技術。

（4）可擴展性原則

能夠通過產品升級、增加模塊、升級控制平臺等手段滿足長遠業(yè)務發(fā)展的需求。

（5）二三層分離原則

CMNet城域網原則上不做二層接入，二層接入由xPON與PTN等新技術完成，CMNet城域網為三層路由網。

（6）投資保護原則

網絡組網過程中應注意投資的長期有效性，網絡應具有平滑演進能力，滿足未來業(yè)務的發(fā)展要求。

（7）扁平化原則

網絡架構需遵循扁平化原則，業(yè)務控制層設備需要進一步扁平化，進一步靠近用戶，便于OLT等設備快速部署接入。

3.3 優(yōu)化組網方案

CMNet城域網優(yōu)化組網總體策略是在保護現(xiàn)網投資的基礎上，提升承載能力、滿足高帶寬接入需求，提升流量疏導控制能力。CMNet通過高起點建設智能承載網絡，適應用戶、終端、業(yè)務等復雜運營環(huán)境，實現(xiàn)網絡資源的可管、可控，以增強硬管道的軟能力。CMNet城域網遵循近期搭建網絡框架，完成功能實現(xiàn)，后續(xù)逐步提升性能，按需擴充容量的策略。CMNet近期快速滿足用戶便捷接入，遠期根據(jù)業(yè)務需求逐步擴充出口流量，并結合傳輸技術的發(fā)展提高網絡可靠性。

綜合考慮業(yè)務可運營、可管理等方面的影響，結合對傳輸資源的需求，CMNet形成了城域網核心層、區(qū)域匯聚層、業(yè)務控制層3級規(guī)模目標網絡結構。在城域網出口部署IDC、緩存、智能DNS等，盡量把流量控制在移動城域網內部，減少網間結算成本?？蛻敉ㄟ^寬帶接入網OLT，就近接入CMNet城域網下沉BRAS或交換機，形成有效分流，減少傳輸調度次數(shù)，降低城域網造價。

（1）優(yōu)化CMNet資源管控平臺，滿足管控能力

優(yōu)化CMNet城域網資源管控平臺部署架構如圖2所示。

實現(xiàn)資源管控總線對緩存、CDN和IDC內的HTTP資源的全局調度。在核心層部署資源共享服務功能，配合DNS實現(xiàn)資源管控調度，在城域網匯聚層部署質量撥測模塊探針。緩存近期部署對鏈路、省網緩存系統(tǒng)進行相應擴容，分別滿足HTTP和P2P業(yè)務并發(fā)用戶數(shù)的需求，監(jiān)控省網出口和互聯(lián)互通出口流量。CDN有自建和租用兩種方式，由于當前ICP簽約客戶少，談判過程漫長，初期不自建CDN。而采取引入優(yōu)質CDN服務商，適當租用CDN以實現(xiàn)自有業(yè)務外推加速的服務。IDC發(fā)展的重點在于引入ICP入駐IDC，分類建設不同標準的IDC機房，在中心IDC機房部署大功率的機架，提高制冷、照明、出口帶寬、配套設施的建設標準，通過VIP服務，該類中心IDC主要面向全國性的大型ICP客戶；其他IDC機房部署普通功率的機架，制冷、照明、出口帶寬、配套設施也按照普通標準建設，面向本地或其他規(guī)模較小的ICP客戶。通過優(yōu)化CMNet資源管控平臺部署，引導用戶的流量盡可能流向移動內網IDC和緩存，減少網間結算成本，提升客戶感知。

（2）擴大業(yè)務控制層覆蓋，適時部署核心層路由集群或新核心節(jié)點

進一步下沉部署B(yǎng)RAS和匯聚交換機，減少OLT傳輸距離，降低城域網綜合造價。帶寬的急劇增長，對核心層路由器萬兆端口的需求增加，需要適時部署路由集群或者根據(jù)核心機房條件部署新的核心節(jié)點，增強網絡的頑健性。優(yōu)化CMNet城域網架構如圖3所示。對具備條件的傳輸匯聚機房，建設成對下沉BRAS；不具備BRAS裝機條件，但具備安裝匯聚交換機的機房，以匯聚交換機作為補充。如果BRAS和匯聚交換機安裝條件都不具備，OLT通過傳輸至匯聚BRAS，實現(xiàn)業(yè)務就近入網，業(yè)務快速分流。

（3）聯(lián)合傳輸技術優(yōu)化組網，城域網引入大容量的OTN、PTN、10 Gbit/s PON傳輸技術

核心層關注40GE/100GE OTN以及控制層GMPLS等技術的發(fā)展情況，根據(jù)業(yè)務需求及IP網絡的組網需要，適時引入相關技術。匯聚層需要關注PTN 40GE以及PTN環(huán)網保護的技術發(fā)展情況。接入層根據(jù)業(yè)務發(fā)展情況，積極關注10 Gbit/s PON以及10GE PTN接入環(huán)的技術發(fā)展情況，另外，可引入小容量波分承載大顆粒業(yè)務需求。

在業(yè)務控制層設備SR或BRAS下沉建設之后，增強了網絡控制能力，減少了傳輸調度次數(shù)，縮短了OLT的接入半徑，降低了城域網綜合造價。通過部署大顆粒的傳輸設備，清晰了網絡層次；同時也通過光層保護，提高了網絡的安全性。

（4）優(yōu)化WLAN承載，提升網絡性能

優(yōu)化WLAN承載方案如圖4所示。

專網式AC，如高校，近期保持傳輸承載策略，遠期過渡到IP城域網承載。一般社會熱點經過IP城域網由集中AC或下沉AC承載。對于已建社會熱點AP，保持當前傳輸接入策略，新建社會熱點AP，通過OLT就近接入CMNet城域網設備BRAS或匯聚交換機，到達最近AC的承載策略。通過優(yōu)化WLAN承載，可以極大地降低AP對傳輸接入的依賴，通過規(guī)模部署的OLT實現(xiàn)快速接入，同時降低了接入成本。

4 結束語

CMNet超寬帶城域網建設是漸進式的推進過程，構建可控制、可擴展、多業(yè)務承載的具有市場競爭力的IP城域網無疑是網絡建設的重要課題。本文提出了在寬帶提速并向超寬帶條件演進過程中，結合現(xiàn)有網絡條件的CMNet優(yōu)化建設方案。通過優(yōu)化資源管控平臺建設，增強城域網流量疏導控制能力，減少網間結算成本；BRAS和匯聚交換機下沉覆蓋，實現(xiàn)快速寬帶接入和業(yè)務控制能力；提升CMNet城域網匯聚層端口匯聚，實現(xiàn)快速轉發(fā)；漸進式推進核心路由器集群或新建核心節(jié)點，優(yōu)化路由性能；優(yōu)化WLAN AP承載方案，節(jié)約傳輸資源，進而降低城域網綜合造價。緊密結合OTN等光傳輸技術，實現(xiàn)超寬帶條件下的快速光層調度。優(yōu)化方案對提升CMNet網絡性能、提高寬帶業(yè)務的競爭能力具有重要意義。方案中還有一些需要深入研究和細化的問題，如QoS實施、IPv6部署、VPN實施、LTE條件下是否進行第二IP城域網平面的建設等，這些課題是下一步的研究方向。

1 Broadband Forum MR-185.Next Generation Broadband Access White Paper.http://www.broadband-forum.org,2009

2 趙慧玲,徐向輝.智能管道構建思路探討.電信科學,2011(3):7～11

3 蔡康，唐宏.超寬帶城域網架構設計思路和關鍵技術淺析.電信科學,2012(1):1～6

4 彭巍，唐宏.IP數(shù)據(jù)網與光網融合的超寬帶網絡發(fā)展演進.電信科學,2012(1):7～11

5 倪作廷，王紅梅.IP網絡建設中的傳輸承載模式研究.郵電設計技術,2012(4):13～17