城區(qū)光纜資源協(xié)同優(yōu)化方式探析

杜進(jìn)，盧曌

(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)陜西有限公司，西安 710119；2 中國(guó)通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，西安 710077)

1 當(dāng)前城區(qū)光纜網(wǎng)建網(wǎng)模式和不足之處

對(duì)各大運(yùn)營(yíng)商而言，城區(qū)是業(yè)務(wù)開(kāi)展的重點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，光纜遍布大街小巷，路由錯(cuò)綜復(fù)雜，資源紛繁浩瀚；隨著信息化進(jìn)程的不斷深入，光纖作為廉價(jià)的高帶寬媒介，正在廣泛、迅速的延伸至生產(chǎn)生活的各個(gè)角落；而目前各項(xiàng)工程獨(dú)立建設(shè)，缺乏協(xié)同，重復(fù)建設(shè)比比皆是，城區(qū)光纜網(wǎng)也因雜亂被戲稱(chēng)為“蜘蛛網(wǎng)”。因此，如何充分利用現(xiàn)有這些光纜資源，支撐業(yè)務(wù)開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)降本、增效、提速的要求越來(lái)越迫切地體現(xiàn)出來(lái)。

現(xiàn)有城區(qū)光纜網(wǎng)一般按照“縱向分層、橫向分區(qū)”、“一張光纜網(wǎng)”統(tǒng)一承載各類(lèi)業(yè)務(wù)的原則建設(shè)。具體情況見(jiàn)圖1所示。

城區(qū)光纜經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，能夠較好的支撐各項(xiàng)業(yè)務(wù)，但還存在一些不足，除安全性問(wèn)題外，其他主要體現(xiàn)在資源的使用方式上，具體如下：

（1）多條中繼光纜同路由敷設(shè)情況較多，對(duì)于同一系統(tǒng)，安全隱患較大；對(duì)于不同系統(tǒng)，容易引起故障擴(kuò)散。部分中繼光纜還存在進(jìn)出局通路由情況。

圖1 現(xiàn)有城區(qū)光纜網(wǎng)建網(wǎng)模式示意圖

（2）部分重要節(jié)點(diǎn)間缺乏直達(dá)路由，業(yè)務(wù)連接需要多層次、多節(jié)點(diǎn)跳接，資源消耗量大，網(wǎng)絡(luò)安全也受到一定影響。例如：視頻監(jiān)控、政企客戶專(zhuān)線等業(yè)務(wù)跳接大量占用中繼光纜纖芯，層次多、距離長(zhǎng)、迂回大，資源消耗嚴(yán)重。

（3）接入主干層光纜纖芯利用率不均衡，部分系統(tǒng)纖芯消耗量大，主要原因有3個(gè)：一是光交覆蓋范圍過(guò)大，接入寬帶用戶過(guò)多；或是光交覆蓋區(qū)域業(yè)務(wù)量大，寬帶用戶密集程度高。二是政企專(zhuān)線直接使用光纖開(kāi)通，全程大量消耗主干纖芯。三是大量OLT設(shè)備設(shè)置過(guò)于集中設(shè)置，大量占用主干纖芯。

（4）除承載基站傳輸系統(tǒng)（PTN/IP RAN/MSTP）的配線光纜采用環(huán)形和鏈形相結(jié)合的方式建設(shè)外，其他配線光纜大多采用星形方式建設(shè)，接入距離長(zhǎng)、纖芯利用率低。

（5）存在中繼光纜和接入光纜、接入主干和配線光纜混用的情況，網(wǎng)絡(luò)層次不清晰，纖芯消耗量大，網(wǎng)絡(luò)安全也受到一定影響。

2 業(yè)務(wù)需求和能力評(píng)估

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的特點(diǎn)，我們結(jié)合業(yè)務(wù)需求，從業(yè)務(wù)架構(gòu)支撐能力、網(wǎng)絡(luò)安全性、業(yè)務(wù)承載能力和業(yè)務(wù)響應(yīng)能力4個(gè)方面入手，區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)層次，進(jìn)行科學(xué)的能力評(píng)估，以求準(zhǔn)確的檢查出網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的癥結(jié)。

2.1 業(yè)務(wù)需求

中繼光纜：核心網(wǎng)設(shè)備連接、核心路由器連接，IP城域網(wǎng)設(shè)備（OLT/交換機(jī)/BRAS/MSE/SR）上行業(yè)務(wù)連接、中繼傳輸系統(tǒng)（OTN、MSTP、PTN、IP RAN等）、政企專(zhuān)線跳接等。

接入主干光纜：接入網(wǎng)（PON）、視頻監(jiān)控（PON、MSAP等）、傳輸系統(tǒng)（OTN、MSTP、PTN、IP RAN等）、政企專(zhuān)線跳接等。

配線光纜：寬帶接入（PON）、視頻監(jiān)控（PON、MSAP等）、傳輸節(jié)點(diǎn)接入（OTN、MSTP、PTN、IP RAN等）、政企專(zhuān)線接入、基站光纖拉遠(yuǎn)（BBU—RRU）等。

2.2 網(wǎng)絡(luò)能力評(píng)估

2.2.1 業(yè)務(wù)架構(gòu)支撐能力評(píng)估

對(duì)于中繼光纜中的核心層網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)架構(gòu)以網(wǎng)形和環(huán)形為主，網(wǎng)絡(luò)能力由節(jié)點(diǎn)間直達(dá)路由的數(shù)量體現(xiàn)，至少應(yīng)達(dá)到2條。

對(duì)于匯聚層、接入主干層和基站接入配線光纜，主要采用環(huán)形和鏈形方式組網(wǎng)，同時(shí)在系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量、組網(wǎng)方式等方面都有較為細(xì)致的要求。它們對(duì)業(yè)務(wù)架構(gòu)的支撐能力可以采用式（1）的方法評(píng)估，其結(jié)果越接近1，光纜系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)的支撐能力越強(qiáng)。

P表示對(duì)業(yè)務(wù)架構(gòu)的支撐能力，D表示節(jié)點(diǎn)數(shù)量，S代表光纜系統(tǒng)數(shù)量， A代表單業(yè)務(wù)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)參考值，C%代表成環(huán)率。

寬帶和政企接入配線光纜主要采用星形方式建設(shè)，其自身接入組網(wǎng)簡(jiǎn)單，但需要從全網(wǎng)考慮，合理設(shè)置上層網(wǎng)絡(luò)的接入層面，以降低建設(shè)成本，提高響應(yīng)速度。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)安全性評(píng)估

考察網(wǎng)絡(luò)安全可以先采用成環(huán)率體現(xiàn)概況，具體方法見(jiàn)式（2）。

P%表示成環(huán)率，D表示環(huán)路節(jié)點(diǎn)數(shù)量，Dm表示節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

對(duì)于同一系統(tǒng)的安全性，可以采用式（3）的方法評(píng)估，安全指標(biāo)能力越低網(wǎng)絡(luò)安全性越差。

對(duì)于不同系統(tǒng)間的影響，可以采用式（4）的方法評(píng)估，安全指標(biāo)能力越低，故障波及的范圍越大。

S表示網(wǎng)絡(luò)安全能力，P表示路由總數(shù)量，Pk表示重合路由的數(shù)量，Lk表示重合路由的長(zhǎng)度，L表示系統(tǒng)路由總長(zhǎng)度，Dn表示重合節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，D表示系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)量。

此外，在網(wǎng)絡(luò)層面銜接處，需要考察銜接點(diǎn)的數(shù)量，一般雙節(jié)的連接較為適宜。

2.2.3 業(yè)務(wù)承載能力評(píng)估

對(duì)于中繼光纜、配線光纜主要調(diào)研纖芯使用數(shù)量和利用率，分析纖芯使用是否合理，是否可以通過(guò)優(yōu)化方式釋放纖芯，是否需要新建其他路徑的光纜優(yōu)化結(jié)構(gòu)，具體方法見(jiàn)式（5）。

C表示纖芯總數(shù)，P表示業(yè)務(wù)種類(lèi)，N表示某類(lèi)業(yè)務(wù)占用的纖芯數(shù)量，R%表示某類(lèi)業(yè)務(wù)占用的纖芯占比。

接入主干光纜是城區(qū)業(yè)務(wù)接入的主力，除以上要求外，還需要評(píng)估主干系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和容量是否可以滿足業(yè)務(wù)需要，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供依據(jù)。系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以按照式（6）的方法評(píng)估。

B表示節(jié)點(diǎn)數(shù)量，P表示業(yè)務(wù)種類(lèi)，N表示某類(lèi)業(yè)務(wù)占用的纖芯數(shù)量，CI表示單系統(tǒng)纖芯參考容量，CB表示單節(jié)點(diǎn)平均配置容量。

2.2.4 業(yè)務(wù)響應(yīng)能力評(píng)估

按照不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型（例如寬帶業(yè)務(wù)接入光交，基站間互聯(lián)，政企客戶接入模塊局或基站等）考察相應(yīng)業(yè)務(wù)接入上游節(jié)點(diǎn)的覆蓋面積，接入距離越小，越利用業(yè)務(wù)響應(yīng)。接入半徑可以按照式（7）方法計(jì)算。

d表示某業(yè)務(wù)接入距離，S表示上游節(jié)點(diǎn)覆蓋面積，B表示節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

3 資源優(yōu)化的總體思路

光纜網(wǎng)易受城市發(fā)展、道路規(guī)劃等因素制約，服務(wù)年限長(zhǎng)，系統(tǒng)擴(kuò)容、改造困難且一次性投資大，因此保持總體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期穩(wěn)定是光纜網(wǎng)建設(shè)的前提；又因?yàn)闃I(yè)務(wù)發(fā)展變化快、不可預(yù)測(cè)性很強(qiáng)，特別是貼近用戶的區(qū)域尤為明顯，因此保持區(qū)域建設(shè)的靈活、便捷、快速對(duì)適應(yīng)用戶需求至關(guān)重要。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化需要將二者結(jié)合，在業(yè)務(wù)需求不斷變化的情況下，仍能夠有步驟、有指向性、有目標(biāo)的進(jìn)行光纜網(wǎng)建設(shè)。

目前城區(qū)“縱向分層、橫向分區(qū)”的建設(shè)模式在整體架構(gòu)方面適應(yīng)業(yè)務(wù)和光纜網(wǎng)自身發(fā)展的要求，優(yōu)化主要是在這種框架下，協(xié)同其他網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化業(yè)務(wù)承載，整理光纖使用方式，并適當(dāng)配置光纜資源優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，提升業(yè)務(wù)架構(gòu)支撐能力、網(wǎng)絡(luò)安全性、業(yè)務(wù)承載能力和業(yè)務(wù)響應(yīng)能力。

4 優(yōu)化措施

4.1 管理實(shí)施優(yōu)化措施

優(yōu)化光纜資源首先要從管理方面做起，理清理順建設(shè)流程和思路并嚴(yán)格執(zhí)行，具體實(shí)施方法如下：

（1）貫徹先優(yōu)化、后建設(shè)的思路，落實(shí)后評(píng)估，明確網(wǎng)絡(luò)能力；考慮是否能夠優(yōu)化釋放出網(wǎng)絡(luò)資源，充分利用既有投資。同時(shí)，每年應(yīng)設(shè)定專(zhuān)門(mén)的優(yōu)化工程，解決其他項(xiàng)目需要進(jìn)行建設(shè)前優(yōu)化的投資。

（2）將網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化詳細(xì)體現(xiàn)在規(guī)劃中，便于有組織、有步驟、有計(jì)劃的實(shí)施。

（3）資源管理準(zhǔn)確、及時(shí)。不但要對(duì)光纜分層、分區(qū)管理，還要注重分系統(tǒng)、分用途管理，因?yàn)閺闹心軌蚯逦目吹焦饫|的使用方式，更有利于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，提出解決方案。

（4）不但要做好前后端聯(lián)動(dòng)，精確配置資源；還要做好與業(yè)務(wù)和傳輸系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，協(xié)同優(yōu)化承載方式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使各類(lèi)資源達(dá)到最優(yōu)配比。

4.2 業(yè)務(wù)承載及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

目前城區(qū)光纜網(wǎng)總體架構(gòu)合理，能夠支持業(yè)務(wù)發(fā)展；在存在的各類(lèi)問(wèn)題中，由于地理、路由和市政限制，引起的網(wǎng)絡(luò)組織、安全性等方面不足，并非可以由建設(shè)單位獨(dú)立、主觀的完成優(yōu)化改造；但在資源配置和使用等方面的一些問(wèn)題，是主觀可控的，可以自主或協(xié)同其他網(wǎng)絡(luò)完成優(yōu)化，進(jìn)而全面、迅速的提升全網(wǎng)各項(xiàng)性能。具體可以采用方法如下：

（1）對(duì)于中繼光纜被政企專(zhuān)線跳纖大量占用的情況，可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)專(zhuān)線的起止點(diǎn)，選擇互通業(yè)務(wù)量大、相距較短的中繼節(jié)點(diǎn)建設(shè)系統(tǒng)間直連光纜，減少跳接層次和距離，提高網(wǎng)絡(luò)安全性和業(yè)務(wù)支撐能力。具體方式見(jiàn)圖2所示。

（2）對(duì)于覆蓋范圍過(guò)大，容納用戶多引起接入主干纖芯消耗量大的情況，應(yīng)補(bǔ)充設(shè)置光交，分割環(huán)路，調(diào)整組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，新建綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)。具體方式見(jiàn)圖3所示。

（3）對(duì)于一些繁華區(qū)域，大量OLT在匯聚節(jié)點(diǎn)集中設(shè)置，部分局站甚至達(dá)到40臺(tái)以上。PON系統(tǒng)的這種建網(wǎng)方式對(duì)接入主干光纜產(chǎn)生了巨大的壓力，即便敷設(shè)288芯光纜也未必能夠滿足OLT的纖芯需求。因此在這種情況下，應(yīng)協(xié)同PON系統(tǒng)，將部分OLT下沉至一些業(yè)務(wù)量大的住宅小區(qū)、商務(wù)樓宇等用戶群周邊，將相關(guān)的ODN網(wǎng)絡(luò)壓縮在接入主干層以下，從而減輕主干消耗壓力，提高網(wǎng)絡(luò)承載能力。

（4）對(duì)于政企專(zhuān)線接入距離上游節(jié)點(diǎn)距離長(zhǎng)，或就近接入基站安全性不足的情況，應(yīng)與傳輸系統(tǒng)（PTN/IP RAN/OTN）協(xié)同，選擇一些局房條件好、網(wǎng)絡(luò)安全性高、地理位置適合的節(jié)點(diǎn)，作為政企專(zhuān)線的上游接入點(diǎn)，就近接入附近業(yè)務(wù)；當(dāng)政企專(zhuān)線業(yè)務(wù)量大時(shí)，也可以與基站業(yè)務(wù)分離，獨(dú)立建設(shè)傳輸系統(tǒng)。

（5）配線光纜有目標(biāo)、有計(jì)劃的向用戶推進(jìn)，有條件的應(yīng)采用環(huán)形方式建設(shè)。這種方式便于給基站光纖拉遠(yuǎn)、寬帶和政企專(zhuān)線接入提供纖芯資源并提高響應(yīng)速度，防止配線和主干光纖混用，同時(shí)避免星形組網(wǎng)造成的資源利用率低、網(wǎng)絡(luò)安全隱患大的問(wèn)題，是后期建設(shè)需要重要關(guān)注的方向。

（6）有計(jì)劃的歸并小芯數(shù)光纜，整合資源，減少管孔消耗或桿路附掛壓力。

（7）在繁華區(qū)域推廣使用微管微纜，提高管道容量和承載效率。

4.3 新技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化

在光纜網(wǎng)建設(shè)中，一些與光纜相關(guān)或不相關(guān)的新技術(shù)，可以明顯對(duì)建設(shè)、維護(hù)產(chǎn)生促進(jìn)作用，具體可以采用的一些技術(shù)如下。

（1）擴(kuò)大智能ODF的部署范圍，提高維護(hù)效率和資源調(diào)用速度。

（2） 在光纖資源特別緊張的區(qū)域，若BBU集中設(shè)置，需建設(shè)RRU拉遠(yuǎn)時(shí)，可以采用光纖無(wú)源擴(kuò)展器，克服資源瓶頸，提高纖芯容量。該方案需要BBU配置彩光接口。具體方式見(jiàn)圖4所示。

（3）在光纜敷設(shè)受限的區(qū)域，采用IP微波接入業(yè)務(wù)或?yàn)楣饫|網(wǎng)提供保護(hù)路由，提高業(yè)務(wù)響應(yīng)速度和網(wǎng)絡(luò)安全性。

圖2 系統(tǒng)間直連光纜建設(shè)方案示意圖

圖3 環(huán)路分割組網(wǎng)方式示意圖

圖4 無(wú)源波分器件應(yīng)用方式示意圖

（4）采用4G路由器，為政企專(zhuān)線提供保護(hù)，可以應(yīng)對(duì)突發(fā)事故，降低建設(shè)成本。

（5）對(duì)于OLT集中設(shè)置的場(chǎng)景，在網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)條件具備的情況下，可以在PON口和分光器之間配置光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備，將PON口信號(hào)映射到OTN幀結(jié)構(gòu)中傳送，壓縮光纖用量，減少接入主干纖芯消耗。具體方式見(jiàn)圖5所示。

5 未來(lái)建設(shè)和優(yōu)化的方向

圖5 光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備應(yīng)用方式示意圖

目前產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、NB-IoT已經(jīng)逐步開(kāi)展，提速降費(fèi)繼續(xù)深入，5G的部署也提上日程，這些業(yè)務(wù)將大大拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；光纜網(wǎng)作為開(kāi)展各項(xiàng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋范圍、部署密度和承載業(yè)務(wù)將不斷增加，也會(huì)與用戶的進(jìn)一步貼近。業(yè)務(wù)的豐富和互動(dòng)的頻繁，對(duì)科學(xué)有序使用光纜資源、發(fā)揮既有投資效能的要求愈加重要，因此后期光纜網(wǎng)優(yōu)化將會(huì)更傾向于資源使用方式的優(yōu)化，更注重多網(wǎng)協(xié)同和多項(xiàng)技術(shù)配合使用，從而提升總體網(wǎng)絡(luò)性能，更好的為各項(xiàng)業(yè)務(wù)發(fā)展提供有力的支撐。