廣東省IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法探討

劉 鷹

(中國電信集團廣東分公司，廣東 廣州 510081)

1 廣東省IP數(shù)據(jù)網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀

廣東省IP數(shù)據(jù)網(wǎng)經(jīng)過多年的建設(shè)和發(fā)展，目前已經(jīng)覆蓋全省21個本地網(wǎng)。到2011年底，全省已形成以廣州、深圳為省網(wǎng)核心匯接節(jié)點，各地市分別有1～2個骨干節(jié)點與省網(wǎng)匯接點相連的骨干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。各本地網(wǎng)以各自的骨干節(jié)點為匯聚中心，按照骨干層、匯接層和接入層的方式組成本地網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在省骨干網(wǎng)層面，迄今大部分節(jié)點已實現(xiàn)10 Gbit/s、40 Gbit/s IP over DWDM光網(wǎng)絡(luò)化。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大以及網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、新設(shè)備的采用，IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的投資規(guī)模也越來越大，這就給IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃工作提出了更加嚴(yán)格的要求，即如何根據(jù)市場的變化，快速準(zhǔn)確地預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的擴容規(guī)模，科學(xué)地調(diào)整和優(yōu)化現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，同時也要結(jié)合技術(shù)的演進(jìn)提出網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化發(fā)展思路和策略，從而指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提高網(wǎng)絡(luò)的利用率，更好地為用戶服務(wù)。

廣東省IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的規(guī)劃流程如圖1所示。本文將結(jié)合規(guī)劃的主要步驟，提出一些IP數(shù)據(jù)網(wǎng)規(guī)劃的具體方法以供探討。

圖1 省IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

2 潛在用戶數(shù)預(yù)測

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的一項重要工作是對用戶數(shù)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測。由規(guī)劃流程圖可以看到，用戶數(shù)預(yù)測的準(zhǔn)確程度直接影響到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點業(yè)務(wù)流量計算及最終的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和投資規(guī)模。結(jié)合現(xiàn)有的業(yè)務(wù)報表以及經(jīng)濟發(fā)展情況等因素，推知未來用戶發(fā)展情況的方法很多，其中有線性趨勢外推法、曲線擬合法、指數(shù)預(yù)測法、多元回歸預(yù)測法等等［1］。本文介紹基于瑞利分布模型的方法，對潛在用戶數(shù)進(jìn)行預(yù)測。

基于瑞利分布模型的方法原理是，研究寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)在潛在用戶群中滲透率的變化趨勢，從而得到對用戶數(shù)的預(yù)測結(jié)果。潛在用戶群是指有經(jīng)濟能力使用寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的群體，即個人的平均收入達(dá)到或超過一定的門限值，就稱為潛在用戶。由于實際的需求、消費心理以及具體資費的不同，只有部分潛在的用戶會真正上網(wǎng)使用寬帶業(yè)務(wù)，這種方法能夠為市場規(guī)模及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等指標(biāo)的預(yù)測提供一個初步參考信息。

該預(yù)測模型涉及到兩個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，即潛在用戶群的確定和潛在用戶群中的普及率變化趨勢的量化。由于人們的收入分布服從瑞利分布的規(guī)律，所以分布曲線可以由人均收入值唯一確定。給定一個收入門限，就可以由瑞利分布的概率分布函數(shù)計算出收入超過該門限的人口數(shù)，即潛在的用戶數(shù)。

如圖2所示，該瑞利分布密度函數(shù)的均值即為人均GDP值。所以若取定一個收入最低門限作為承擔(dān)寬帶上網(wǎng)通信費用的基本值，對高于這個最低門限的用戶進(jìn)行統(tǒng)計就可以得到潛在寬帶上網(wǎng)家庭用戶數(shù)。

圖2 家庭人均收入分布曲線圖

瑞利分布的概率密度函數(shù)為

經(jīng)計算，式中的常數(shù)σ與收入均值即收入分布模型中的人均GDP值存在如下關(guān)系

x指人均收入分布變量，取定一個收入門限值x0，對式(1)進(jìn)行積分運算，得到潛在用戶數(shù)計算公式

對廣東省潛在家庭寬帶用戶數(shù)的預(yù)測而言，通過每年的統(tǒng)計年鑒得到全省21個本地網(wǎng)的人均GDP的發(fā)展情況;按照線性預(yù)測及曲線擬合等方法預(yù)測出規(guī)劃期內(nèi)各地市的人均GDP發(fā)展水平;根據(jù)式(2)參考各地區(qū)不同的經(jīng)濟及網(wǎng)絡(luò)發(fā)展水平設(shè)定不同的最低門限值(例如，珠三角地區(qū)的門限值應(yīng)該高于省內(nèi)其他地區(qū)的值);由此門限根據(jù)式(3)可以預(yù)測出家庭寬帶用戶每年的發(fā)展情況，潛在用戶的預(yù)測結(jié)果能夠為市場部門及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部門制定相關(guān)政策提供決策依據(jù)［2］。

3 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點業(yè)務(wù)量的計算

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點內(nèi)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量主要由本地業(yè)務(wù)流量和出本地的流量組成，省級IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃主要關(guān)注后者的估算情況。具體可由兩種方法得到:一種是通過網(wǎng)管部門對各個本地網(wǎng)骨干節(jié)點的出口流量進(jìn)行采集，用流量探針或是軟件方式實現(xiàn)，利用OPNET等網(wǎng)絡(luò)仿真工具對采集到的業(yè)務(wù)流量進(jìn)行分析預(yù)測，從而得到規(guī)劃期內(nèi)骨干網(wǎng)絡(luò)上的流量情況［3］;另一種方法是根據(jù)各個本地網(wǎng)上網(wǎng)用戶在規(guī)劃期內(nèi)的預(yù)測數(shù)和上網(wǎng)特性來推算由此產(chǎn)生的總流量，按照一定的比例得到出本地網(wǎng)的業(yè)務(wù)流量。本節(jié)將對后一種方法進(jìn)行闡述。

寬帶上網(wǎng)用戶實際上包括公眾上網(wǎng)客戶、政企專線用戶等多種情況。由于各種用戶的上網(wǎng)特性和上網(wǎng)速度不太一樣，所以要對以上各種類型的用戶分別進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果按照不同的計算公式得到各種用戶上網(wǎng)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)流量。下面將以公眾上網(wǎng)用戶為例說明該計算過程。

不同地市的寬帶上網(wǎng)公眾用戶具有類似的上網(wǎng)特性，每月的上網(wǎng)次數(shù)和每天上網(wǎng)集中的時間段都比較接近。據(jù)CNNIC中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告顯示，每天晚上8時至11時上網(wǎng)的用戶數(shù)占總用戶數(shù)的70%左右。因此，在計算公眾上網(wǎng)用戶的業(yè)務(wù)量時可以根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)統(tǒng)計報表，按照大致相同的上網(wǎng)特性估算上網(wǎng)流量。業(yè)務(wù)統(tǒng)計表明，廣東省每個寬帶上網(wǎng)用戶的平均，由此可以得到普通PSTN撥號用戶產(chǎn)生的上網(wǎng)流量為

式中:R為用戶通信速率(kbit/s)，各地市公眾用戶寬帶上網(wǎng)的平均速率為600～900 kbit/s不等，具體數(shù)量可從網(wǎng)管處統(tǒng)計平均得到;n為綜合考慮忙日、忙時后的集中系數(shù)，各地的集中系數(shù)略有不同，一般為0.5～0.7不等。

每個本地網(wǎng)節(jié)點產(chǎn)生的業(yè)務(wù)總流量是由該本地網(wǎng)內(nèi)普通公眾上網(wǎng)流量、政企專線上網(wǎng)流量、ITV互聯(lián)網(wǎng)電視業(yè)務(wù)流量等累加得到的。根據(jù)節(jié)點總流量的大小可以對該節(jié)點內(nèi)所需設(shè)備的處理能力作一個預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果和現(xiàn)有設(shè)備的處理能力相比即得到每年節(jié)點設(shè)備需要擴容的規(guī)模。結(jié)合設(shè)備的性能參數(shù)等資料，如果僅靠擴容已經(jīng)無法滿足網(wǎng)絡(luò)的處理能力時可以考慮對原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)用戶分區(qū)預(yù)測的結(jié)果增加新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并為該節(jié)點配備相應(yīng)處理能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備。這樣的網(wǎng)絡(luò)擴容或網(wǎng)絡(luò)改造與其配套項目(如機房、電力等)構(gòu)成了IP數(shù)據(jù)專業(yè)規(guī)劃期項目建設(shè)投資的一部分。

實際上，以上計算出來的本地網(wǎng)流量中有一部分是屬于節(jié)點內(nèi)的流量，這部分流量不占用省網(wǎng)中繼電路帶寬，因此在計算本地網(wǎng)之間的流量時首先要把本地網(wǎng)內(nèi)的流量從總流量中進(jìn)行扣除。

4 本地網(wǎng)間流量流向計算

本地網(wǎng)節(jié)點產(chǎn)生的總業(yè)務(wù)流量在扣除節(jié)點內(nèi)流量之后即為出本地網(wǎng)流量，其中又包含了兩部分:出省網(wǎng)流量和省網(wǎng)內(nèi)部流量。顯然，在推導(dǎo)本地網(wǎng)間流量時，只需要考慮省網(wǎng)內(nèi)部流量即可。此處用到的是一種稱為用戶權(quán)系數(shù)重力法的計算方法。

交換專業(yè)中也經(jīng)常使用經(jīng)典重力法來計算話務(wù)流量流向矩陣［4］，其預(yù)測局間話務(wù)量的基本公式為

式中:Yi為i局預(yù)測的局間去話量;Ci，Cj分別為i局和j局的預(yù)測用戶數(shù);Dij為i局至j局的距離;Yij為i局至j局的話務(wù)流量。

考慮到數(shù)據(jù)專業(yè)中節(jié)點間業(yè)務(wù)量的大小與流向與距離無關(guān)的特性，因此可以將式(5)中的Dij歸一化為常數(shù)1，則該式變?yōu)?/p>

簡化為

重新定義各物理量，式中:Yi為出本地網(wǎng)節(jié)點i，但屬于省網(wǎng)內(nèi)部的業(yè)務(wù)流量;Ci，Cj分別為本地網(wǎng)i和本地網(wǎng)j預(yù)測的寬帶用戶數(shù)。此處，稱公式右側(cè)與Yi相乘的部分為用戶權(quán)系數(shù)。因此，這個方法被稱作用戶權(quán)系數(shù)重力法。可以看到，該方法是傳統(tǒng)重力法的一個簡化和改進(jìn)。

式(7)的物理意義也很明顯:用戶數(shù)聚集的地方一般也是信息流聚集的地方，本地網(wǎng)節(jié)點覆蓋范圍內(nèi)的用戶越多，那么產(chǎn)生的信息量會越大，同時也越可能吸引其它節(jié)點的用戶來訪問，即在其他節(jié)點產(chǎn)生的省網(wǎng)內(nèi)部流量中的權(quán)重越大。在這里，由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特殊性(網(wǎng)絡(luò)訪問流量與距離無關(guān)并且流量來去的路由可以一致)，所用重力法的權(quán)重系數(shù)是目的節(jié)點用戶數(shù)占全部用戶數(shù)的比例，而不是交換專業(yè)中常使用的距離。

由式(7)，結(jié)合第3節(jié)中得到的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點總流量值，計算得到省網(wǎng)內(nèi)各本地網(wǎng)節(jié)點間的流量流向矩陣。由前面介紹的規(guī)劃流程框圖可以看到，在流量流向矩陣的基礎(chǔ)上，按照現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的實際拓?fù)淝闆r將本地網(wǎng)節(jié)點間的流量折算到實際拓?fù)鋱D中，即得到未來網(wǎng)絡(luò)中繼帶寬需求。根據(jù)本地網(wǎng)節(jié)點間的中繼帶寬現(xiàn)狀，進(jìn)一步算出數(shù)據(jù)專業(yè)中繼的擴容需求和規(guī)劃期內(nèi)建設(shè)項目投資預(yù)算。這與第3節(jié)計算得到的本地網(wǎng)節(jié)點擴容需求一起構(gòu)成IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)投資中的重點項目。此外，網(wǎng)絡(luò)中繼擴容情況將為傳輸專業(yè)的規(guī)劃提供項目建設(shè)依據(jù)和投資概算。

5 結(jié)論

本文闡述了省IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的一些計算方法，其基本思路是:由最初的本地網(wǎng)用戶數(shù)預(yù)測算出每個本地網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生的總數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量;根據(jù)用戶權(quán)系數(shù)重力法推算節(jié)點間的流量流向矩陣;節(jié)點內(nèi)的總業(yè)務(wù)量與節(jié)點設(shè)備處理能力的差值得到節(jié)點內(nèi)設(shè)備擴容需求，流量流向矩陣的計算結(jié)果與現(xiàn)有的局向中繼情況相比較，得到規(guī)劃期內(nèi)需要在網(wǎng)絡(luò)中繼方面擴容和優(yōu)化改造的投資規(guī)模;加上相關(guān)的配套項目投資就構(gòu)成了下年度的投資建設(shè)計劃。由此形成了市場指導(dǎo)規(guī)劃，規(guī)劃指導(dǎo)計劃，計劃指導(dǎo)建設(shè)，建設(shè)服務(wù)市場的良性閉環(huán)。這些方法在近年廣東省IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中已經(jīng)被采用，事實證明能夠根據(jù)市場的變化迅速、科學(xué)、較準(zhǔn)確地計算網(wǎng)絡(luò)投資規(guī)模。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的另一個重要內(nèi)容是要根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和市場發(fā)展等情況，制定相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展策略并能提出適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)優(yōu)化或改造方案，這些不是本文所探討的主要內(nèi)容。

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