基于流量監(jiān)控數(shù)據(jù)的IPRAN網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)建設(shè)研究

郭祥明，黃長春

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計咨詢有限公司，北京 100070）

1 4G業(yè)務(wù)增長趨勢

隨著網(wǎng)游、直播、視頻等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用加速向移動終端轉(zhuǎn)移，運營商介入到與互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容合作經(jīng)營，新一輪4G業(yè)務(wù)競爭加劇，運營商紛紛推出不限流量套餐。隨著流量競爭日益加劇，流量資費大幅降低，用戶上網(wǎng)行為在改變，對網(wǎng)絡(luò)游戲、手機視頻流量消耗需求越來越大，導(dǎo)致4G流量爆發(fā)式增長。

以某省為例，2017年1-9月某省聯(lián)通無線站點單日流量由282 TB增長至920 TB，月均增長率為25%，城區(qū)無線站點單日流量增長量大于非城區(qū)。LTE站點單日流量增長情況如圖1所示。

2 IPRAN面臨考驗

圖1 某省聯(lián)通2017年1～9月LTE站點單日流量增長情況

某省聯(lián)通IPRAN網(wǎng)絡(luò)定位于移網(wǎng)業(yè)務(wù)回傳，作為2G/3G/4G業(yè)務(wù)主要承載網(wǎng)絡(luò)一直以輕載為主，但隨著4G流量爆發(fā)式增長，對IPRAN網(wǎng)絡(luò)帶來嚴(yán)重沖擊，在網(wǎng)絡(luò)承載能力、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全方面面臨嚴(yán)峻考驗。

（1）不合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無法滿足4G業(yè)務(wù)高質(zhì)量回傳要求、影響業(yè)務(wù)承載安全：某省聯(lián)通IPRAN網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署時，才進(jìn)行兩區(qū)三點目標(biāo)網(wǎng)規(guī)劃，IPRAN部署大都沿用MSTP時代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，存在匯聚層跨區(qū)組網(wǎng)、接入層超大環(huán)、長支鏈現(xiàn)象，從接入層至核心層業(yè)務(wù)經(jīng)過轉(zhuǎn)接點較多，對時延較為敏感業(yè)務(wù)，如手機支付、手機游戲業(yè)務(wù)影響較大。

（2）環(huán)路容量不足，無法滿足4G流量增長需求：4G流量迅猛增長，部分IPRAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)路容量無法滿足需求，4G用戶視頻業(yè)務(wù)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，嚴(yán)重影響用戶感知。

3 IPRAN流量監(jiān)控需求

IPRAN網(wǎng)絡(luò)在面向業(yè)務(wù)和體驗方面缺少必要的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析手段，使得IPRAN網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)的實際承載能力無法感知，無法對IPRAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精準(zhǔn)優(yōu)化、擴容。

針對上述問題，在現(xiàn)有網(wǎng)管功能的基礎(chǔ)上提出IPRAN流量采集模型，對IPRAN匯聚層、接入層環(huán)路流量進(jìn)行采集分析，準(zhǔn)確定位網(wǎng)絡(luò)短板，指導(dǎo)IPRAN網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)擴容。并對同一環(huán)路在不同時期流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)流量增長趨勢，對未來幾個月內(nèi)流量增加情況進(jìn)行預(yù)測，為IPRAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供參考依據(jù)。

4 基于流量監(jiān)控數(shù)據(jù)的IPRAN網(wǎng)絡(luò)分析方法

4.1 流量監(jiān)控模型

IPRAN網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測數(shù)據(jù)是衡量整個網(wǎng)絡(luò)的重要工具，也是判斷鏈路擴容及環(huán)路優(yōu)化的依據(jù)。由于IPRAN不同網(wǎng)絡(luò)層面、不同時間段監(jiān)測數(shù)據(jù)差距較大，必須建立一套完善的流量監(jiān)控模型，才能真實反應(yīng)出IPRAN網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)承載能力。

IPRAN網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計首先要根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)拓?fù)?，建立接入環(huán)首尾端口（主備匯聚設(shè)備端口）、匯聚環(huán)首尾端口（主備核心設(shè)備端口）與環(huán)路名的對應(yīng)關(guān)系表項及業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)連接鏈路（CE/AR/RNC等）端口表項，在網(wǎng)管上定期倒出相應(yīng)端口高峰時段平均流量、峰值流量數(shù)據(jù)，加以對比分析（統(tǒng)計端口如圖2所示）。

圖2 IPRAN網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控端口示意圖

IPRAN網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計包括傳統(tǒng)15 min流量統(tǒng)計功能和秒級流量統(tǒng)計功能，視不同廠家網(wǎng)管功能支持而定（據(jù)了解，華為、烽火網(wǎng)管支持秒級流量統(tǒng)計，中興網(wǎng)管僅支持15 min流量統(tǒng)計）。

采樣時段應(yīng)是高峰時段，高峰時段的確認(rèn)應(yīng)在前期采樣24 h數(shù)據(jù)分析得出，確認(rèn)高峰時段后，定期例行采樣時長建議設(shè)為60 min，采樣周期15 min。采集鏈路按照網(wǎng)絡(luò)層次劃分，主要包含業(yè)務(wù)匯聚至業(yè)務(wù)網(wǎng)元（無線網(wǎng)RNC、IP承載B網(wǎng)AR）環(huán)路；一級匯聚至核心設(shè)備環(huán)路；接入至匯聚設(shè)備環(huán)路。

4.2 IPRAN網(wǎng)絡(luò)流量分析方法

4.2.1 基于無線覆蓋場景的差異化擴容門限設(shè)定

IPRAN網(wǎng)絡(luò)作為4G業(yè)務(wù)回傳的主要承載網(wǎng)絡(luò)，隨著IPRAN與IP承載A網(wǎng)打通（規(guī)劃2018年打通），會逐漸演變?yōu)橐蝗珮I(yè)務(wù)承載網(wǎng)。根據(jù)IPRAN網(wǎng)絡(luò)輕載化設(shè)計目標(biāo)，日常運維中會根據(jù)環(huán)路帶寬利用率設(shè)定擴容門限。帶寬利用率計算方案如下。

環(huán)路帶寬利用率=（主用端口流量+備用端口流量)/環(huán)路單邊帶寬

表1 不同網(wǎng)絡(luò)層級不同價值區(qū)域擴容門限

通常情況下會根據(jù)IPRAN網(wǎng)絡(luò)峰值下行流量定義擴容門限，根據(jù)分組網(wǎng)絡(luò)覆蓋的目標(biāo)區(qū)域價值不同，按照高峰時段監(jiān)測的環(huán)路下行峰值流量帶寬利用率，設(shè)定不同價值區(qū)域差異化擴容門限（如表1所示）。在大量監(jiān)測數(shù)據(jù)累計后可根據(jù)實際用戶體驗情況逐漸優(yōu)化擴容門限值，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)投資與用戶感知的完美結(jié)合。

4.2.2 某省聯(lián)通IPRAN網(wǎng)絡(luò)流量現(xiàn)狀分析

2017年9月對某省聯(lián)通IPRAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)1個月的流量監(jiān)控，通過整理分析流量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)某省IPRAN網(wǎng)絡(luò)在核心、匯聚、接入層都存在流量超過擴容門限情況。具體流量監(jiān)測情況如下。

（1）業(yè)務(wù)匯聚至IP承載B網(wǎng)AR流量（4G出口流量）。某省聯(lián)通大部分地市業(yè)務(wù)匯聚至IP承載B網(wǎng)AR為10 GE鏈路（省會城市、個別大地市為多條10 GE鏈路捆綁），隨著4G流量爆發(fā)式增長，大部分地市4G出口鏈路帶寬超過擴容門限，急需進(jìn)行擴容。

（2）一級匯聚環(huán)路流量。某省聯(lián)通共有137個IPRAN一級匯聚環(huán)路，全部為10 GE環(huán)路，9月一級匯聚環(huán)路峰值下行帶寬平均利用率為23%，有16個一級匯聚環(huán)路峰值下行帶寬利用率超過擴容預(yù)警線，應(yīng)著手進(jìn)行環(huán)路的優(yōu)化/擴容。

（3）接入環(huán)路流量。根據(jù)9月流量數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，參考不同覆蓋區(qū)域門限值，全省共有102個接入環(huán)路下行峰值帶寬利用率超過擴容門限，其中19個接入環(huán)路帶寬利用率超過100%，應(yīng)從承載業(yè)務(wù)、環(huán)路結(jié)構(gòu)、環(huán)路容量等方面進(jìn)行優(yōu)化。

5 基于流量監(jiān)控數(shù)據(jù)的IPRAN網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)建設(shè)流程

（1）IPRAN網(wǎng)絡(luò)流量提?。焊鶕?jù)流量監(jiān)測模型，提取核心、匯聚、接入層環(huán)路流量數(shù)據(jù)。

（2）對流量超限環(huán)路分優(yōu)先級實行名單制管理：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層級將超限環(huán)路分為核心、匯聚、接入3個層級，根據(jù)流量大小及影響范圍優(yōu)先考慮核心層環(huán)路優(yōu)化調(diào)整。

（3）分析業(yè)務(wù)承載合理性：根據(jù)網(wǎng)管數(shù)據(jù)，分析IPRAN網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載是否合理，對承載的不合理業(yè)務(wù)優(yōu)先考慮割接至其它方式承載。

（4）分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理性：根據(jù)兩區(qū)三點目標(biāo)網(wǎng)規(guī)劃，分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否與目標(biāo)網(wǎng)相匹配，對跨區(qū)組網(wǎng)、超大環(huán)、長支鏈進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

（5）對網(wǎng)絡(luò)容量進(jìn)行擴容：在確保業(yè)務(wù)承載、結(jié)構(gòu)合理的前提下，根據(jù)流量分析分輕重緩急對網(wǎng)絡(luò)擴容。

（6）建立網(wǎng)絡(luò)流量常態(tài)化監(jiān)測機制：由于4G流量增長極快，且存在不確定性，應(yīng)盡快建立常態(tài)化的流量監(jiān)控制度，如在省分層面統(tǒng)一流量監(jiān)控系統(tǒng)，使得流量監(jiān)控實施具備常態(tài)化執(zhí)行的條件。

6 基于流量監(jiān)控數(shù)據(jù)的IPRAN網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)建設(shè)方案

6.1 核心匯聚層優(yōu)化方案

核心層流量瓶頸主要在業(yè)務(wù)匯聚設(shè)備至IP承載B網(wǎng)AR鏈路容量不足，某省聯(lián)通業(yè)務(wù)匯聚設(shè)備都是口字型組網(wǎng)與IP承載B網(wǎng)AR直連，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不存在問題；該鏈路基本承載4G業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)承載合理。對于該鏈路超限地市擴容方案如下。

（1）非省會城市：采用10 GE鏈路捆綁方式來解決上行帶寬不足問題（方案1）。擴容1條10 GE鏈路，業(yè)務(wù)匯聚設(shè)備需具備3個10 GE端口（上聯(lián)、互聯(lián)、下聯(lián)），根據(jù)目前流量監(jiān)測數(shù)據(jù)，大部分地市擴容1-2條鏈路即可滿足4G流量承載需求，單邊鏈路最多可擴容至4條10 GE鏈路，超過4條應(yīng)從核心設(shè)備出100 GE端口直連EPC MCE設(shè)備。

（2）省會城區(qū)：省會城市4G流量較大，如長沙目前單邊10 GE鏈路已擴容6條，不建議再繼續(xù)擴容10 GE鏈路，可從核心設(shè)備出100 GE端口直連EPC MCE設(shè)備，減少跳接點。

6.2 一級匯聚優(yōu)化方案

某省聯(lián)通IPRAN網(wǎng)絡(luò)一級匯聚層環(huán)路137個，根據(jù)IPRAN網(wǎng)絡(luò)評測結(jié)果，一級匯聚環(huán)路以承載4G業(yè)務(wù)為主，部分匯聚環(huán)路承載少量大客戶業(yè)務(wù)，對匯聚環(huán)流量影響不大。但部分一級匯聚環(huán)路存在跨匯聚區(qū)組網(wǎng)現(xiàn)象，對環(huán)路流量影響較大，需先對環(huán)路結(jié)構(gòu)進(jìn)行“口字型”調(diào)整后再根據(jù)流量監(jiān)測情況判斷是否需求環(huán)路擴容。

已調(diào)整為“口字型結(jié)構(gòu)”的匯聚環(huán)路，環(huán)路流量仍超限的，應(yīng)考慮采用10 GE鏈路捆綁方式將10 GE環(huán)路擴容為20 GE環(huán)路。一級匯聚擴容10 GE端口應(yīng)分布在不同單板上以防單板故障而導(dǎo)致整個節(jié)點失效。

6.3 接入層優(yōu)化方案

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)評測結(jié)果，某省聯(lián)通IPRAN接入層環(huán)路在業(yè)務(wù)承載、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在不合理現(xiàn)象，如部分地市接入環(huán)路承載大量鄉(xiāng)鎮(zhèn)OLT上行業(yè)務(wù)、環(huán)路網(wǎng)元較多，導(dǎo)致環(huán)路帶寬利用率偏高，全省已有19個接入環(huán)路帶寬利用率超過100%，嚴(yán)重影響用戶體驗。 應(yīng)從業(yè)務(wù)割接、結(jié)構(gòu)調(diào)整、環(huán)路擴容3個方面對接入環(huán)路進(jìn)行優(yōu)化。

6.3.1 不合理業(yè)務(wù)割接

不合理業(yè)務(wù)定位：首先根據(jù)流量監(jiān)測數(shù)據(jù)定位到某個接入環(huán)路，再找到該接入環(huán)上聯(lián)匯聚設(shè)備，若分組接入層承載OLT業(yè)務(wù)，在縣城匯聚設(shè)備勢必要占用大量的GE端口落地，通過網(wǎng)管查詢匯聚設(shè)備端口來定位不合理業(yè)務(wù)。

圖3 IPRAN一級匯聚設(shè)備端口占用圖

以某地市接入環(huán)1為例，該環(huán)路下行峰值帶寬利用率為126%，通過查詢網(wǎng)管發(fā)現(xiàn)該環(huán)路所屬匯聚設(shè)備配置的48×GE單板，GE端口全部被占用，OLT占用34個GE端口，如圖3所示。

接入環(huán)1峰值流量嚴(yán)重超載，導(dǎo)致數(shù)據(jù)分組丟失、上網(wǎng)卡頓，引起用戶多次投訴，嚴(yán)重影響用戶感知。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)該環(huán)路承載了7端OLT上行業(yè)務(wù)，且該部分OLT周邊都已部署縣鄉(xiāng)OTN設(shè)備，通過將OLT業(yè)務(wù)割至縣鄉(xiāng)OTN承載后，該環(huán)路下行峰值帶寬利用率由126%下降為24%，降至擴容門限以下。

6.3.2 不合理結(jié)構(gòu)調(diào)整

IPRAN接入層網(wǎng)元數(shù)量較多，環(huán)路結(jié)構(gòu)復(fù)雜：超大環(huán)、長支鏈、環(huán)套環(huán)、跨區(qū)組網(wǎng)等現(xiàn)象較為普遍，通過網(wǎng)管或網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D無法理清接入環(huán)路與光纜網(wǎng)、傳輸系統(tǒng)匹配關(guān)系，對環(huán)路結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整難度較大。

解決方案：可依托谷歌地圖工具，將網(wǎng)管拓?fù)鋱D網(wǎng)元逐個在谷歌地市上進(jìn)行展示，通過疊加基礎(chǔ)架構(gòu)、光纜網(wǎng)、縣鄉(xiāng)OTN系統(tǒng)等圖層，可根據(jù)兩區(qū)三點目標(biāo)網(wǎng)規(guī)劃利用主干光纜、OTN波道資源等快速制定超大環(huán)、長支鏈優(yōu)化方案。某地市IPRAN結(jié)構(gòu)谷歌展示如圖4所示。

方案難點：IPRAN接入網(wǎng)元數(shù)量較多，在谷歌地市上標(biāo)記工作量較大，且接入層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整頻率較高，需在谷歌地圖上經(jīng)常更新組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。雖有困難，一旦做起來將會大幅提升接入層優(yōu)化調(diào)整方案設(shè)計速度及質(zhì)量。

接入層超大環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路：利用縣鄉(xiāng)OTN系統(tǒng)GE波道資源進(jìn)行裂環(huán)優(yōu)化。某省聯(lián)通縣鄉(xiāng)OTN鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋率已達(dá)80%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)有大量的GE波道資源冗余，可用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)超大GE環(huán)路裂環(huán)。

目前，某省聯(lián)通縣鄉(xiāng)OTN系統(tǒng)在縣城兩個匯聚機房都部署有縣鄉(xiāng)OTN設(shè)備，鄉(xiāng)鎮(zhèn)分組設(shè)備可通過裸纖上聯(lián)至就近縣鄉(xiāng)OTN節(jié)點，通過縣鄉(xiāng)OTN系統(tǒng)GE波道資源回傳至縣城IPRAN匯聚設(shè)備，完成超大環(huán)路的裂環(huán)，提升接入環(huán)路容量。

6.3.3 環(huán)路擴容

對于業(yè)務(wù)承載、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均合理的接入環(huán)路，應(yīng)根據(jù)流量監(jiān)測數(shù)據(jù)對超限環(huán)路進(jìn)行及時擴容，通過綜合業(yè)務(wù)接入點分組獨立組網(wǎng)升級為10 GE環(huán)路、普通GE環(huán)路升級為10GE環(huán)路等方式提升接入層環(huán)路容量。

7 結(jié)束語

圖4 某地市IPRAN結(jié)構(gòu)谷歌展示示意圖

圖5 IPRAN接入層超大環(huán)利用縣鄉(xiāng)OTN系統(tǒng)裂環(huán)示意圖

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)高速發(fā)展，運營商之間流量競爭日益加劇，4G流量爆發(fā)式增長，對IPRAN網(wǎng)絡(luò)帶來較大沖擊，為提高用戶體現(xiàn)，必須在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資上實現(xiàn)精準(zhǔn)、高效、快速投放。通過建立IPRAN網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控模型，對IPRAN網(wǎng)絡(luò)不同層面、不同覆蓋場景進(jìn)行流量監(jiān)測，可直接有效的發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的問題，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)精準(zhǔn)建設(shè)，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、維護(hù)、規(guī)劃、可研各階段均發(fā)揮重要作用。

雖然該方法能定位出容量不足環(huán)路，但對流量監(jiān)測數(shù)據(jù)分析過程仍較為粗略，鑒于4G流量增長較快，現(xiàn)有網(wǎng)管系統(tǒng)不能持續(xù)對IPRAN網(wǎng)絡(luò)某單個網(wǎng)元進(jìn)行不間斷、秒級的監(jiān)測，流量數(shù)據(jù)還存在一些不確定性，建議盡快建立流量監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對IPRAN網(wǎng)絡(luò)更為精準(zhǔn)的監(jiān)測。