多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)時(shí)延特性分析

中國(guó)電信股份有限公司連云港分公司 陳素春 陳長(zhǎng)勝

中國(guó)電信股份有限公司江蘇分公司 劉亞峰

多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)時(shí)延特性分析

中國(guó)電信股份有限公司連云港分公司 陳素春 陳長(zhǎng)勝

中國(guó)電信股份有限公司江蘇分公司 劉亞峰

摘要：根據(jù)MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)）以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)的信號(hào)傳遞過程，分析了該類型業(yè)務(wù)的時(shí)延組成部分，給出了常用的時(shí)延分析和計(jì)算方法以及一些常用數(shù)據(jù)，對(duì)時(shí)延過大問題給出了一般的障礙分析和處理思路。

關(guān)鍵詞：垃多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)；時(shí)延；以太網(wǎng)；同步數(shù)字體系

MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)）技術(shù)融合了SDH（同步數(shù)字體系）網(wǎng)絡(luò)高可靠性的關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)和IP（因特網(wǎng)協(xié)議）靈活承載業(yè)務(wù)及低成本高效率的固有優(yōu)勢(shì)，具備端到端帶寬靈活調(diào)整能力并能保證端到端高QoS（業(yè)務(wù)質(zhì)量）。在業(yè)務(wù)開放和維護(hù)過程中，影響用戶正常使用業(yè)務(wù)的因素是多種多樣的，會(huì)出現(xiàn)丟包、時(shí)延大、帶寬不足、時(shí)延抖動(dòng)等障礙現(xiàn)象。在影響IP業(yè)務(wù)的眾多因素中，對(duì)時(shí)延特性往往缺乏足夠的重視，在日常的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)和業(yè)務(wù)維護(hù)過程中缺乏全程的考慮，也缺少相應(yīng)的評(píng)估手段和技術(shù)規(guī)范。

1　時(shí)延對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的影響

延時(shí)特性對(duì)IP承載的不同業(yè)務(wù)有著不同的影響。對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的影響主要表現(xiàn)為隨著時(shí)延的增大，回波干擾的影響也逐漸加大，降低了收話的清晰度。延時(shí)超過24 ms，人聽覺就會(huì)有感覺。對(duì)于單向電視業(yè)務(wù)，絕對(duì)時(shí)延影響不大，但延時(shí)的變化會(huì)導(dǎo)致圖形信號(hào)和伴音信號(hào)的不一致，產(chǎn)生畫面和聲音脫節(jié)的現(xiàn)象。對(duì)于像IPTV（網(wǎng)絡(luò)電視）這類互動(dòng)業(yè)務(wù)，時(shí)延特性對(duì)用戶的使用體驗(yàn)有較大的影響，比如用戶使用遙控器進(jìn)行點(diǎn)播、快進(jìn)、回看等與業(yè)務(wù)平臺(tái)互動(dòng)操作時(shí)，對(duì)操作的延時(shí)特性有較為敏感的要求。IP網(wǎng)的時(shí)延對(duì)單向傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)沒有實(shí)質(zhì)性的影響，但對(duì)采用TCP（傳輸控制協(xié)議）的業(yè)務(wù)或信令系統(tǒng)等應(yīng)用有較大的影響，對(duì)該類業(yè)務(wù)的使用帶寬有顯著的降低作用，因?yàn)樵擃悩I(yè)務(wù)是依賴一系列請(qǐng)求和確認(rèn)協(xié)議來確?？煽康臄?shù)據(jù)交互，應(yīng)用在等待完成這些流程的同時(shí)無法全面利用以太網(wǎng)鏈路上的可用帶寬，因此時(shí)延影響降低了應(yīng)用數(shù)據(jù)的交付效率，使得應(yīng)用響應(yīng)顯得緩慢。時(shí)延被稱為IP網(wǎng)絡(luò)的“應(yīng)用性能的無聲殺手”，比如，對(duì)于采用Windows系統(tǒng)的終端，它的默認(rèn)最大發(fā)送數(shù)據(jù)包為65 500 byte，由于TCP使用確認(rèn)機(jī)制，所以它的單線程下載帶寬最大為65 500×8÷t，t為線路時(shí)延，與線路時(shí)延是成反比的。比如用戶開通了一條100 Mb/s專線電路，線路時(shí)延假定為30 ms,則用戶用單線程工具下載的最大速率為17.5 Mb/s。當(dāng)用戶業(yè)務(wù)時(shí)延達(dá)到一定值以后，提升帶寬對(duì)用戶單線程業(yè)務(wù)的實(shí)際使用帶寬是沒有效果的。表1給出了采用TCP的終端在不同時(shí)延下單線程下載帶寬限制的數(shù)值。

2　MSTP以太網(wǎng)專線時(shí)延構(gòu)成

2.1以太網(wǎng)時(shí)延分析

時(shí)延是反映IP網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)。時(shí)延按幀轉(zhuǎn)發(fā)方式可以分為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和比特轉(zhuǎn)發(fā)兩種方式，MSTP以太網(wǎng)專線一般均采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。對(duì)于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式而言，時(shí)延是指輸入信號(hào)幀最后一位到達(dá)輸入端口到該幀第一位出現(xiàn)在輸出端口的時(shí)間間隔。但在實(shí)際生產(chǎn)情況下，MSTP以太網(wǎng)專線的時(shí)延一般是指運(yùn)營(yíng)商在客戶機(jī)房的最靠近用戶的以太網(wǎng)端口之間的信號(hào)時(shí)延，測(cè)試時(shí)一般還要包含測(cè)試終端到該以太網(wǎng)端口的信號(hào)時(shí)延。

MSTP以太網(wǎng)專線的端到端時(shí)延主要由串行時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延3個(gè)部分組成。在用戶帶寬較低的情形下，串行時(shí)延對(duì)整個(gè)端到端時(shí)延影響較大，對(duì)于傳輸距離較遠(yuǎn)的情形則傳播時(shí)延占整個(gè)端到端時(shí)延的比例最大。

2.2串行時(shí)延

串行時(shí)延是指一個(gè)信號(hào)幀在被處理前全部被一個(gè)接受節(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間。串行時(shí)延中影響較大的MAC（媒體接入控制）幀開銷和GFP（通用成幀規(guī)程）封裝時(shí)引入的時(shí)延。

對(duì)于MAC幀而言，因其幀結(jié)構(gòu)中需要7個(gè)字節(jié)的幀前碼（Preamble）、1個(gè)字節(jié)的幀起始符（SOF）和12個(gè)字節(jié)的幀間隙（IFG）共20 byte的開銷。因此，因以太網(wǎng)幀引入的串行時(shí)延可以用表示為

其中PEth為凈負(fù)荷，CEth為容量。以太網(wǎng)幀引入的串行時(shí)延與傳輸端口速率成反比，速率越高，接收一個(gè)完整幀的時(shí)間越短。串行時(shí)延與幀長(zhǎng)有關(guān)，幀越長(zhǎng)，時(shí)延也就越大。見表2。

另一個(gè)對(duì)串行時(shí)延有影響的因素是以太網(wǎng)幀的封裝過程。我們就以應(yīng)用最為廣泛的GFP來進(jìn)行分析。從以太網(wǎng)MAC幀使用GFP封裝的基本過程中，我們可以看出，以太網(wǎng)幀封裝進(jìn)VC-n-Xv時(shí)增加了CoreHeader和PayLoadType共8 byte的開銷，其時(shí)延可以表示為

其中PGFP為凈負(fù)荷，BVc-n-Xv表示以太網(wǎng)電路的業(yè)務(wù)帶寬。表3給出了GFP封裝形成的時(shí)延典型值。

2.3傳播時(shí)延

傳播時(shí)延T是指信號(hào)在傳輸介質(zhì)中從發(fā)端到收端所需的

時(shí)間，它和傳輸距離以及傳輸媒質(zhì)有關(guān)。其值可以由下式得到：

式中L為信號(hào)經(jīng)過的光纜線路長(zhǎng)度，C為光信號(hào)在真空中的速度，取C＝3×105km/s，n1為折射率，取1.468，如果是G.655光纜，n1取1.469。由上式可得光纜引起的時(shí)延約為4.9μs/km。L一般可以通過資源系統(tǒng)查詢獲得。需要指出的是，跨本地網(wǎng)的業(yè)務(wù)信號(hào)在傳輸過程中通常會(huì)使用DWDM（密集波分復(fù)用）、OTN（光傳送網(wǎng)）傳輸系統(tǒng)等設(shè)備，也可能在本地網(wǎng)內(nèi)使用了40 Gb/s的傳輸系統(tǒng)或波分設(shè)備，這些設(shè)備一般都會(huì)使用色散補(bǔ)償光纖，其長(zhǎng)度一般可以從設(shè)計(jì)文件查得，設(shè)計(jì)文件上一般會(huì)提供色散補(bǔ)償光纖所補(bǔ)償?shù)墓饫w長(zhǎng)度，色散補(bǔ)償光纖的自身長(zhǎng)度大約為所補(bǔ)償?shù)拈L(zhǎng)度的1/7。如果無法獲得設(shè)計(jì)文件，可由光纜長(zhǎng)度來代替色散補(bǔ)償光纖所補(bǔ)償?shù)墓饫w長(zhǎng)度對(duì)時(shí)延進(jìn)行估算。表4給出了信號(hào)在G.652光纖中的往返傳播時(shí)延隨傳輸距離變化的參考值（含色散補(bǔ)償光纖因素）。

2.4處理時(shí)延

處理時(shí)延是指信號(hào)經(jīng)過光—電—光設(shè)備時(shí)，從入設(shè)備到出設(shè)備所需時(shí)間延遲。對(duì)于SDH設(shè)備而言，處理時(shí)延是隨設(shè)備的不同實(shí)現(xiàn)方法而變化的。以數(shù)字交叉連接設(shè)備為例，采用純空分交叉連接處理140 Mb/s信號(hào)到140 Mb/s信號(hào)時(shí)，一般延時(shí)只有幾μs，而采用時(shí)空時(shí)矩陣時(shí)時(shí)延可達(dá)30μs。另外，不同的輸出輸入口組合也會(huì)有不同的時(shí)延，速率越高需要的時(shí)延越小。根據(jù)YD/T 974—1998，SDH的處理時(shí)延對(duì)于VC12級(jí)別，應(yīng)小于125μs，對(duì)于VC4級(jí)別，應(yīng)小于50μs，網(wǎng)元的實(shí)測(cè)值比規(guī)范要小一些。SDH的設(shè)備延時(shí)在估算時(shí)可以通過儀表測(cè)試獲得，也可以每一個(gè)網(wǎng)元不分交叉級(jí)別統(tǒng)一用0.05 ms來估算。對(duì)于DWDM設(shè)備而言，其延時(shí)主要發(fā)生在編碼和解碼的電層處理上，每個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換網(wǎng)元引起的往返時(shí)延在0.05 ms左右，即一個(gè)光復(fù)用段引入0.1 ms的往返處理時(shí)延。

3　以太網(wǎng)專線端到端時(shí)延評(píng)估

通過上面的時(shí)延分析，我們來進(jìn)行以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)端到端時(shí)延性能來進(jìn)行評(píng)估。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的串行時(shí)延雖然受端口帶寬和信號(hào)包長(zhǎng)度等影響而變得不固定，但一般變化不大，還是比較容易分析。在一般情況下，業(yè)務(wù)兩端的串行時(shí)延在1 ms左右，一般不會(huì)超過2 ms，在評(píng)估時(shí)一般可以用1 ms來代替。

處理時(shí)延和傳播時(shí)延的分析都必須建立在獲得以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的全程傳輸路徑的基礎(chǔ)上，至少需要包括承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的本地MSTP設(shè)備（m1）、干線ASON（自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)）或SDH設(shè)備（m2）、干線波分或OTN設(shè)備段落（m3）、干線光纜路由（Lt）、本地光纜路由（Ll）、色散補(bǔ)償光纖長(zhǎng)度（Ld）。往返處理時(shí)延可以用（m1＋m2＋m3）×0.1 ms來估算，往返傳播時(shí)延可以用（Lt＋Ll＋Ld）/100×0.98 ms來估算。在MSTP以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)的開放過程中，用來承載業(yè)務(wù)的VC（虛通道）可能通過不同的路由來進(jìn)行傳輸，我們?cè)趯?duì)業(yè)務(wù)時(shí)延進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候應(yīng)選擇延時(shí)最大的一條路由。

由于OTN的引入，確定SDH或ASON段落的傳輸光纜路徑時(shí)需要特別注意，兩個(gè)局點(diǎn)之間的SDH或ASON傳輸段落既可以承載在直達(dá)短路徑的波分設(shè)備上，也可以承載在兩個(gè)局點(diǎn)之間的迂回波分長(zhǎng)路徑上，所經(jīng)過的傳輸距離會(huì)有較大變化，這一點(diǎn)在長(zhǎng)途網(wǎng)絡(luò)上需要引起特別注意。

以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)時(shí)延過大的原因主要有：由于系統(tǒng)規(guī)劃不合理或發(fā)生倒換導(dǎo)致傳輸距離過長(zhǎng)，用戶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)原因，以太網(wǎng)端口工作方式與客戶設(shè)備配置不一致，MSTP以太網(wǎng)卡板故障等情形。障礙排查的思路是分段排查，首先確定障礙段落，然后重點(diǎn)排查該段落，找出障礙引起的原因，確定故障點(diǎn)。MSTP業(yè)務(wù)的時(shí)延測(cè)試既可以用Ping命令來初步確定，也可以由專門的MSTP測(cè)試儀來測(cè)試。在排除了本地網(wǎng)絡(luò)故障段落的可能性之后，推薦使用在承載業(yè)務(wù)的復(fù)用段內(nèi)使用空閑時(shí)隙逐段環(huán)回的方法，通過在運(yùn)營(yíng)商的局端使用傳輸測(cè)試儀的delay功能來測(cè)試延時(shí)特性，這樣既可以釋放用戶端的配合人員，還可以不中斷業(yè)務(wù)快速進(jìn)行障礙段落判斷。

4　結(jié)束語(yǔ)

由于各種原因，我們對(duì)包括以太網(wǎng)在內(nèi)的業(yè)務(wù)的時(shí)延性能在工程設(shè)計(jì)、驗(yàn)收、維護(hù)以及業(yè)務(wù)開通過程中，都缺少必要的操作、測(cè)試、設(shè)計(jì)、驗(yàn)收規(guī)范，都是等用戶申告或業(yè)務(wù)運(yùn)行不正常才會(huì)進(jìn)行處理。但隨著IP技術(shù)向各類電信業(yè)務(wù)顛覆性的滲透，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將會(huì)快速崛起，業(yè)務(wù)的時(shí)延性能的重要性會(huì)逐漸提高，其重要性可能在不遠(yuǎn)的將來會(huì)超過業(yè)務(wù)的誤碼丟包等性能參數(shù)。我們要慢慢轉(zhuǎn)變思路，強(qiáng)化對(duì)業(yè)務(wù)時(shí)延性能的關(guān)注力度和管控能力，確保網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)高效運(yùn)行。◆