廣東省IP數據網絡規劃方法探討

劉 鷹

(中國電信集團廣東分公司，廣東 廣州 510081)

1 廣東省IP數據網建設現狀

廣東省IP數據網經過多年的建設和發展，目前已經覆蓋全省21個本地網。到2011年底，全省已形成以廣州、深圳為省網核心匯接節點，各地市分別有1～2個骨干節點與省網匯接點相連的骨干網絡拓撲結構。各本地網以各自的骨干節點為匯聚中心，按照骨干層、匯接層和接入層的方式組成本地網絡拓撲結構。在省骨干網層面，迄今大部分節點已實現10 Gbit/s、40 Gbit/s IP over DWDM光網絡化。但是，隨著網絡規模的擴大以及網絡新技術、新設備的采用，IP數據網絡的投資規模也越來越大，這就給IP數據網絡的規劃工作提出了更加嚴格的要求，即如何根據市場的變化，快速準確地預測網絡的擴容規模，科學地調整和優化現有網絡，同時也要結合技術的演進提出網絡的優化發展思路和策略，從而指導網絡建設，提高網絡的利用率，更好地為用戶服務。

廣東省IP數據網的規劃流程如圖1所示。本文將結合規劃的主要步驟，提出一些IP數據網規劃的具體方法以供探討。

圖1 省IP數據網絡規劃流程

2 潛在用戶數預測

網絡規劃中的一項重要工作是對用戶數指標進行預測。由規劃流程圖可以看到，用戶數預測的準確程度直接影響到網絡節點業務流量計算及最終的網絡建設和投資規模。結合現有的業務報表以及經濟發展情況等因素，推知未來用戶發展情況的方法很多，其中有線性趨勢外推法、曲線擬合法、指數預測法、多元回歸預測法等等［1］。本文介紹基于瑞利分布模型的方法，對潛在用戶數進行預測。

基于瑞利分布模型的方法原理是，研究寬帶互聯網業務在潛在用戶群中滲透率的變化趨勢，從而得到對用戶數的預測結果。潛在用戶群是指有經濟能力使用寬帶互聯網業務的群體，即個人的平均收入達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使用寬帶業務，這種方法能夠為市場規模及網絡規模等指標的預測提供一個初步參考信息。

該預測模型涉及到兩個關鍵的環節，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計算出收入超過該門限的人口數，即潛在的用戶數。

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

圖2 家庭人均收入分布曲線圖

瑞利分布的概率密度函數為

經計算，式中的常數σ與收入均值即收入分布模型中的人均GDP值存在如下關系

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

對廣東省潛在家庭寬帶用戶數的預測而言，通過每年的統計年鑒得到全省21個本地網的人均GDP的發展情況;按照線性預測及曲線擬合等方法預測出規劃期內各地市的人均GDP發展水平;根據式(2)參考各地區不同的經濟及網絡發展水平設定不同的最低門限值(例如，珠三角地區的門限值應該高于省內其他地區的值);由此門限根據式(3)可以預測出家庭寬帶用戶每年的發展情況，潛在用戶的預測結果能夠為市場部門及網絡建設部門制定相關政策提供決策依據［2］。

3 網絡節點業務量的計算

網絡節點內產生的業務量主要由本地業務流量和出本地的流量組成，省級IP數據網絡的規劃主要關注后者的估算情況。具體可由兩種方法得到:一種是通過網管部門對各個本地網骨干節點的出口流量進行采集，用流量探針或是軟件方式實現，利用OPNET等網絡仿真工具對采集到的業務流量進行分析預測，從而得到規劃期內骨干網絡上的流量情況［3］;另一種方法是根據各個本地網上網用戶在規劃期內的預測數和上網特性來推算由此產生的總流量，按照一定的比例得到出本地網的業務流量。本節將對后一種方法進行闡述。

寬帶上網用戶實際上包括公眾上網客戶、政企專線用戶等多種情況。由于各種用戶的上網特性和上網速度不太一樣，所以要對以上各種類型的用戶分別進行預測，根據預測結果按照不同的計算公式得到各種用戶上網產生的業務流量。下面將以公眾上網用戶為例說明該計算過程。

不同地市的寬帶上網公眾用戶具有類似的上網特性，每月的上網次數和每天上網集中的時間段都比較接近。據CNNIC中國互聯網絡發展狀況統計報告顯示，每天晚上8時至11時上網的用戶數占總用戶數的70%左右。因此，在計算公眾上網用戶的業務量時可以根據現有的數據業務統計報表，按照大致相同的上網特性估算上網流量。業務統計表明，廣東省每個寬帶上網用戶的平均，由此可以得到普通PSTN撥號用戶產生的上網流量為

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

每個本地網節點產生的業務總流量是由該本地網內普通公眾上網流量、政企專線上網流量、ITV互聯網電視業務流量等累加得到的。根據節點總流量的大小可以對該節點內所需設備的處理能力作一個預測，將預測結果和現有設備的處理能力相比即得到每年節點設備需要擴容的規模。結合設備的性能參數等資料，如果僅靠擴容已經無法滿足網絡的處理能力時可以考慮對原有的網絡結構進行調整，根據用戶分區預測的結果增加新的網絡節點，并為該節點配備相應處理能力的網絡節點設備。這樣的網絡擴容或網絡改造與其配套項目(如機房、電力等)構成了IP數據專業規劃期項目建設投資的一部分。

實際上，以上計算出來的本地網流量中有一部分是屬于節點內的流量，這部分流量不占用省網中繼電路帶寬，因此在計算本地網之間的流量時首先要把本地網內的流量從總流量中進行扣除。

4 本地網間流量流向計算

本地網節點產生的總業務流量在扣除節點內流量之后即為出本地網流量，其中又包含了兩部分:出省網流量和省網內部流量。顯然，在推導本地網間流量時，只需要考慮省網內部流量即可。此處用到的是一種稱為用戶權系數重力法的計算方法。

交換專業中也經常使用經典重力法來計算話務流量流向矩陣［4］，其預測局間話務量的基本公式為

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

考慮到數據專業中節點間業務量的大小與流向與距離無關的特性，因此可以將式(5)中的Dij歸一化為常數1，則該式變為

簡化為

重新定義各物理量，式中:Yi為出本地網節點i，但屬于省網內部的業務流量;Ci，Cj分別為本地網i和本地網j預測的寬帶用戶數。此處，稱公式右側與Yi相乘的部分為用戶權系數。因此，這個方法被稱作用戶權系數重力法。可以看到，該方法是傳統重力法的一個簡化和改進。

式(7)的物理意義也很明顯:用戶數聚集的地方一般也是信息流聚集的地方，本地網節點覆蓋范圍內的用戶越多，那么產生的信息量會越大，同時也越可能吸引其它節點的用戶來訪問，即在其他節點產生的省網內部流量中的權重越大。在這里，由于數據業務的特殊性(網絡訪問流量與距離無關并且流量來去的路由可以一致)，所用重力法的權重系數是目的節點用戶數占全部用戶數的比例，而不是交換專業中常使用的距離。

由式(7)，結合第3節中得到的網絡節點總流量值，計算得到省網內各本地網節點間的流量流向矩陣。由前面介紹的規劃流程框圖可以看到，在流量流向矩陣的基礎上，按照現有網絡的實際拓撲情況將本地網節點間的流量折算到實際拓撲圖中，即得到未來網絡中繼帶寬需求。根據本地網節點間的中繼帶寬現狀，進一步算出數據專業中繼的擴容需求和規劃期內建設項目投資預算。這與第3節計算得到的本地網節點擴容需求一起構成IP數據網絡投資中的重點項目。此外，網絡中繼擴容情況將為傳輸專業的規劃提供項目建設依據和投資概算。

5 結論

本文闡述了省IP數據網絡規劃中的一些計算方法，其基本思路是:由最初的本地網用戶數預測算出每個本地網內產生的總數據業務量;根據用戶權系數重力法推算節點間的流量流向矩陣;節點內的總業務量與節點設備處理能力的差值得到節點內設備擴容需求，流量流向矩陣的計算結果與現有的局向中繼情況相比較，得到規劃期內需要在網絡中繼方面擴容和優化改造的投資規模;加上相關的配套項目投資就構成了下年度的投資建設計劃。由此形成了市場指導規劃，規劃指導計劃，計劃指導建設，建設服務市場的良性閉環。這些方法在近年廣東省IP數據網絡規劃中已經被采用，事實證明能夠根據市場的變化迅速、科學、較準確地計算網絡投資規模。當然，網絡規劃的另一個重要內容是要根據現有網絡技術和市場發展等情況，制定相應的網絡發展策略并能提出適當的網絡優化或改造方案，這些不是本文所探討的主要內容。

［1］鮑寧遠，姜震.通信網業務預測軟件技術探討［J］.郵電規劃，2003，6(11):13-18.

［2］信息產業部電信研究院.2010-2013中國電信運營業發展潛力預測報告［R］.北京:信息產業部電信研究院，2009.

［3］聶英.OPNET網絡仿真方法研究［J］.計算機與網絡，2010(14):240-242.

［4］馬永源，馬力.電信規劃方法［M］.北京:北京郵電大學出版社，2001.