超寬帶CMNet城域網優化組網策略

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，工業和信息化部正式印發了《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持續增長和革新。

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、商業和教育、視頻通話和會議；

·基于互聯網的廣告；

·大眾市場對于商業和住宅的互聯網客戶游戲，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。

中國移動互聯網（CMNet）的定位為面向公眾客戶的互聯網。CMNet城域網對用戶側實現快速接入，對核心層實現流量控制、業務疏導、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城域網現狀及存在的問題

2.1 承載的業務

CMNet城域網承載的主要業務為移動自有業務系統接入、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務系統可考慮CMNet城域網或自有業務承載網。

2.2 網絡現狀

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。城域網業務控制層由SR（業務路由器）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互聯進行寬帶接入。

盡管CMNet城域網架構已經初步搭建完成，但業務控制層節點少，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城域網網絡匯聚節點少，被迫采用傳輸網承載各類業務，導致傳輸網負荷重、調度復雜。寬帶業務量少，用戶規模小，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點少，另一方面是傳輸運維與數據運維界面的簡化，目前WLAN接入歸口傳輸專業運維，再有就是業務發展初期業務量較少，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城域網設備疏導業務，而仍采用傳輸接入，那么傳輸網規模將會進一步擴大，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，現有BRAS和SR的端口密度不能滿足業務發展的需要。

·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傳輸到數據設備，對BRAS、SR端口的需求壓力很大，且BRAS端口的利用率低下。

3 優化組網策略

3.1 優化組網技術

根據寬帶論壇TR-185描述的基于下一代互聯網應用的帶寬，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應用。在帶寬高速發展的環境下，CMNet需要根據自身的業務特點跟蹤和部署承載網絡，滿足業務需求，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的優點及WDM的優點，可在光層及電層實現波長及子波長業務的交叉調度，并實現業務的接入、封裝、映射、復用、級聯、保護/恢復、管理及維護，形成一個以大顆粒寬帶業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務為主，兼容TDM、ATM和FC等業務的基于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（multichassis），簡單來說，就是將多臺路由器互聯起來，形成一套邏輯上一體的路由器系統。集群技術通過集中化、一體化的控制管理，使集群系統各臺路由器單機之間能夠很好地協同工作，極大地擴展了路由器的容量，從而突破了單機在開發技術工藝方面的限制。在成本方面，由于集群系統中各臺路由器通過高速光背板互連，節省了額外的內部互聯端口，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規范，采用標準以太網封裝，對支持話音或電路型數據專線等TDM業務存在不足。GPON重新設計了新的物理層傳輸速率和傳輸匯聚層，發布了G.984.x系列的相關標準。GPON的封裝除了支持傳統的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、數據和視頻信號。基于萬兆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 優化組網原則

CMNet遵循網絡統一規劃、分步實施的原則。網絡優先滿足接入，規模部署扁平化業務接入控制層BRAS，根據集團客戶業務發展漸進部署SR，核心層根據需求擴充容量。業務就近入網，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狀。在網絡優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、高帶寬的多業務承載網絡，充分考慮未來新業務、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議、QoS、TE、ACL等高可用性的網絡，具備提供話音、數據和視頻等多種業務的承載和接入能力。

（3）高可靠性原則

在采用高穩定可靠、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務發展的需求。

（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，滿足未來業務的發展要求。

（7）扁平化原則

網絡架構需遵循扁平化原則，業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 優化組網方案

CMNet城域網優化組網總體策略是在保護現網投資的基礎上，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、業務等復雜運營環境，實現網絡資源的可管、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，后續逐步提升性能，按需擴充容量的策略。CMNet近期快速滿足用戶便捷接入，遠期根據業務需求逐步擴充出口流量，并結合傳輸技術的發展提高網絡可靠性。

綜合考慮業務可運營、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、區域匯聚層、業務控制層3級規模目標網絡結構。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。客戶通過寬帶接入網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，降低城域網造價。

（1）優化CMNet資源管控平臺，滿足管控能力

優化CMNet城域網資源管控平臺部署架構如圖2所示。

實現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、省網緩存系統進行相應擴容，分別滿足HTTP和P2P業務并發用戶數的需求，監控省網出口和互聯互通出口流量。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。而采取引入優質CDN服務商，適當租用CDN以實現自有業務外推加速的服務。IDC發展的重點在于引入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，面向本地或其他規模較小的ICP客戶。通過優化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）擴大業務控制層覆蓋，適時部署核心層路由集群或新核心節點

進一步下沉部署BRAS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核心機房條件部署新的核心節點，增強網絡的頑健性。優化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，實現業務就近入網，業務快速分流。

（3）聯合傳輸技術優化組網，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等技術的發展情況，根據業務需求及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環網保護的技術發展情況。接入層根據業務發展情況，積極關注10 Gbit/s PON以及10GE PTN接入環的技術發展情況，另外，可引入小容量波分承載大顆粒業務需求。

在業務控制層設備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，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）優化WLAN承載，提升網絡性能

優化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。通過優化WLAN承載，可以極大地降低AP對傳輸接入的依賴，通過規模部署的OLT實現快速接入，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，結合現有網絡條件的CMNet優化建設方案。通過優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，實現快速寬帶接入和業務控制能力；提升CMNet城域網匯聚層端口匯聚，實現快速轉發；漸進式推進核心路由器集群或新建核心節點，優化路由性能；優化WLAN AP承載方案，節約傳輸資源，進而降低城域網綜合造價。緊密結合OTN等光傳輸技術，實現超寬帶條件下的快速光層調度。優化方案對提升CMNet網絡性能、提高寬帶業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數據網與光網融合的超寬帶網絡發展演進.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