基于地鐵網(wǎng)絡(luò)的通信城域網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

江蘇省無錫專用通信局 梁韻芳 章勇剛

地鐵作為城市的地下軌道交通系統(tǒng)，擁有豐富的管道資源。隨著通信用戶的不斷發(fā)展，通信管道資源日漸稀缺，如何合理利用地鐵管道來建設(shè)網(wǎng)絡(luò)成為城域網(wǎng)建設(shè)的新課題。

1 特定城市環(huán)境下城域網(wǎng)建設(shè)方式

1.1 城域網(wǎng)線路的傳統(tǒng)建設(shè)方式

光纖是目前骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首選。光纜的傳統(tǒng)建設(shè)方式有架空、直埋、管道、水底這4種方式[1]。表1為城域傳統(tǒng)建設(shè)方式對(duì)比。

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1.2 特定城市環(huán)境下城域網(wǎng)線路建設(shè)方式

1.2.1 利用下水管道系統(tǒng)建設(shè)城域網(wǎng)

排水管道是市政建設(shè)的重要系統(tǒng)，幾乎遍布城市的每個(gè)角落，因此可以在通信管道缺乏的區(qū)域利用排水管道敷設(shè)光纜。

排水管道光纜敷設(shè)可采用以下幾種方式。一是采用自承式結(jié)構(gòu)光纜進(jìn)行吊掛敷設(shè)；二是采用鎧裝光纜進(jìn)行水底敷設(shè)；三是在排水管道的管壁上建一空管，進(jìn)行管道敷設(shè)。考慮到管道敷設(shè)的建設(shè)成本較高，排水管疏通時(shí)可能對(duì)水底敷設(shè)光纜造成影響，因此最為常用的是吊掛敷設(shè)方式。光纜吊掛在雨水管道的頂部，僅占用很小的空間，幾乎不影響管道的排水和疏通。

利用雨水管道系統(tǒng)敷設(shè)光纜的優(yōu)點(diǎn)是施工效率較高，建設(shè)成本低。其缺點(diǎn)是會(huì)受到洪水、腐蝕及鼠嚙等的影響，安全性一般，后期維護(hù)不方便。

1.2.2 利用地鐵管道系統(tǒng)建設(shè)城域網(wǎng)

地鐵覆蓋城市的大部分區(qū)域，因此可以借助地鐵的發(fā)展契機(jī)，同步敷設(shè)光纜線路。

地鐵管道光纜敷設(shè)可以采用以下幾種方式。一是在鐵軌根部布放光纜，通過皺紋無縫不銹鋼護(hù)套對(duì)光纜進(jìn)行保護(hù)；二是在管道側(cè)壁的橋架上布放光纜，采用普通光纜進(jìn)行綁扎固定。綜合考慮建設(shè)成本及后期維護(hù)便利性，通常采用第二種方式。

利用地鐵管道系統(tǒng)敷設(shè)光纜的優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)成本低，安全性高，施工效率高。其缺點(diǎn)是必須在地鐵建設(shè)期進(jìn)行同步施工，且地鐵正式啟用后軌行區(qū)的線路維護(hù)只能在夜間進(jìn)行。

1.3 利用地鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)城域網(wǎng)的可行性分析

1）城市地鐵網(wǎng)的普及性。截至2013年，中國(guó)有大約28個(gè)城市正在籌備建設(shè)城市軌道交通。

2）用戶分布情況對(duì)比。城市地鐵網(wǎng)作為一個(gè)城市的地下交通網(wǎng)絡(luò)，其服務(wù)對(duì)象是城市居民，其地理覆蓋范圍包括金融中心、商業(yè)中心、居民區(qū)、辦公密集區(qū)、學(xué)校等人流密集區(qū)域和火車站、汽車站、飛機(jī)場(chǎng)、博物館等重要場(chǎng)所，和城域網(wǎng)的用戶群體有高度吻合性。

3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)比。地鐵網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常都是先由南北向和東西向兩條線路構(gòu)成“十”字形結(jié)構(gòu)，然后再逐步增加若干條環(huán)線形成環(huán)形和網(wǎng)格型結(jié)合的城市地鐵網(wǎng)。城域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常在前期采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)展逐步向網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)平滑過渡。因此利用地鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)城域網(wǎng)可以在逐步建設(shè)的過程中自然形成網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)。

4）經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。利用地鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)光纜線路其建設(shè)成本和室內(nèi)光纜布放成本相當(dāng)，且其安全性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的架空方式、直埋方式和管道方式，且后期的維護(hù)管理更為方便。

2 通信城域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

城域網(wǎng)通常從邏輯上分為三層結(jié)構(gòu)：核心層、匯聚層、接入層[2]。核心層以大顆粒業(yè)務(wù)的調(diào)度和多業(yè)務(wù)處理為核心，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與長(zhǎng)途網(wǎng)的互聯(lián)；匯聚層主要負(fù)責(zé)多種業(yè)務(wù)的匯聚、傳送、調(diào)度和處理；接入層通過各種接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的接入。圖1為通信城域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)圖。

在具體實(shí)施中，通常將城域網(wǎng)分為城域骨干網(wǎng)（三層路由網(wǎng)絡(luò)）和寬帶接入網(wǎng)（二層交換網(wǎng)絡(luò)）。其中城域骨干網(wǎng)對(duì)應(yīng)三層結(jié)構(gòu)中的核心層和業(yè)務(wù)接入控制層；寬帶接入網(wǎng)對(duì)應(yīng)三層結(jié)構(gòu)中的匯聚層和接入層。

城域骨干網(wǎng)中的核心層通過核心路由器實(shí)現(xiàn)與長(zhǎng)途骨干網(wǎng)的鏈接，完成高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。業(yè)務(wù)接入控制層是二層網(wǎng)絡(luò)與三層IP（網(wǎng)際協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，并負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)的控制、用戶的管理、計(jì)費(fèi)信息采集等項(xiàng)目。業(yè)務(wù)接入控制層設(shè)備有寬帶接入服務(wù)器（BRAS）和業(yè)務(wù)路由器（SR）。

城域接入網(wǎng)是業(yè)務(wù)接入控制點(diǎn)一下的二層接入網(wǎng)絡(luò)。負(fù)責(zé)二層鏈路的接入和匯聚，如交換以太網(wǎng)、ATM/FR/DDN（異步轉(zhuǎn)移模式/幀中繼/數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)）等，負(fù)責(zé)將以太網(wǎng)、OLT（光線路終端）匯聚到BRAS，或?qū)TM/FR/DDN等專線業(yè)務(wù)匯聚到業(yè)務(wù)路由器。

需要指出的是，城域網(wǎng)的分層并不是固定的，它所包含的是一個(gè)全集，實(shí)際應(yīng)用中可能只是它的子集，這與城市規(guī)模、業(yè)務(wù)類型以及業(yè)務(wù)發(fā)展等因素有關(guān)[3]。隨著城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，其接入層面與接入網(wǎng)的重疊部分開始增多，特別是對(duì)于辦公樓、賓館等大用戶，往往將光纖延伸至大樓，直接與樓宇內(nèi)部的LAN（局域網(wǎng)）相連，從而使城域網(wǎng)接入部分等同于成為接入網(wǎng)[4]。

3 基于地鐵網(wǎng)絡(luò)通信城域網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1 城市城域網(wǎng)發(fā)展特點(diǎn)

3.1.1 業(yè)務(wù)類型

某市城域網(wǎng)承載的主要業(yè)務(wù)包括語音（包括固定電話、IP電話等）、數(shù)據(jù)（包括Internet上網(wǎng)業(yè)務(wù)、虛擬專用網(wǎng)業(yè)務(wù)等）、視頻（包括視頻會(huì)議、視頻監(jiān)控等）三大類，旨在為用戶提供“三網(wǎng)合一”的ICT（信息通信技術(shù)）服務(wù)和融合通信服務(wù)。ICT服務(wù)可同時(shí)提供電信業(yè)務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和企業(yè)應(yīng)用服務(wù)，單位用戶可以享受從網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)建設(shè)到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用建設(shè)的全方位服務(wù)。融合通信服務(wù)通過多樣化的終端將語音、數(shù)據(jù)、視頻、傳真等信息類型綜合為一體，為用戶提供更全面的服務(wù)。

3.1.2 需求預(yù)測(cè)

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)傳輸容量的需求占總傳輸帶寬的比例可達(dá)到75%，即數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所需要的帶寬是傳統(tǒng)話音所需要的帶寬的2～3倍，而在城域網(wǎng)骨干層，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所需要的帶寬可達(dá)到傳統(tǒng)話音的4～5倍。根據(jù)某市城域網(wǎng)不同業(yè)務(wù)的帶寬需求，個(gè)人用戶需要的下行帶寬為20 Mb/s左右，上行帶寬為512 kb/s～4 Mb/s；單位用戶需要的下行帶寬在100 Mb/s左右。同時(shí)考慮到未來3～5年用戶可能會(huì)有多路高質(zhì)量業(yè)務(wù)需求，因此城域網(wǎng)接入層在設(shè)計(jì)時(shí)需具備提供50～100 Mb/s下行帶寬的能力。

3.2 某城市城域骨干網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.2.1 組網(wǎng)方案

城域骨干網(wǎng)的組網(wǎng)方案有兩種：路由器組網(wǎng)方案和LAN交換機(jī)組網(wǎng)方案。

考慮到該市城域網(wǎng)的覆蓋范圍廣、發(fā)展?jié)摿Υ螅捎寐酚善鹘M網(wǎng)方案更符合實(shí)際需要。路由器組網(wǎng)方案是大規(guī)模采用路由器組建IP城域網(wǎng)的方案。在整個(gè)城域網(wǎng)內(nèi)部采用純IP路由的方式傳輸來自用戶的IP數(shù)據(jù)。該方案所采用的傳輸技術(shù)一般包括光纖、ATM、SDH（同步數(shù)字體系）、GE（千兆以太網(wǎng)）、DWDM（密集波分復(fù)用）等方式，是中等和大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)普遍采用的組網(wǎng)方式。某市城域網(wǎng)將采用SDH光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)來組建城域骨干網(wǎng)。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

某市城域網(wǎng)核心層采用雙星型結(jié)構(gòu)，擬選擇2個(gè)地鐵交匯站點(diǎn)作為核心節(jié)點(diǎn)。通過對(duì)該市的城域網(wǎng)用戶地理分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共選取了31個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)。

節(jié)點(diǎn)之間采用144芯G.652D單模光纜進(jìn)行雙路由鋪設(shè)，將匯聚機(jī)房OLT（光線路終端）和位于不同物理位置的ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）串接起來，利用華為交換系統(tǒng)作傳輸路由，連通交換機(jī)和用戶，即形成基于某城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的環(huán)形和網(wǎng)格型綜合的城域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

雖然至今未中過一毛錢，我的情緒倒也沒什么大的起伏。畢竟只是動(dòng)動(dòng)手指，也沒付出多大成本。只是成功塑造了一個(gè)價(jià)格敏感型消費(fèi)者（窮鬼）的形象而已。

3.3 城域接入網(wǎng)設(shè)計(jì)

某市城域網(wǎng)將采用目前已經(jīng)成熟的GPON（吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)和FTTx（光纖接入）技術(shù)進(jìn)行傳統(tǒng)銅纜接入網(wǎng)的改造以及新開發(fā)區(qū)域的接入。FTTx接入系統(tǒng)主要由OLT、ONU和光分配網(wǎng)（ODN）組成。其中OLT是接入網(wǎng)的局端設(shè)備，匯聚下屬所有的ONU信號(hào)，并按照業(yè)務(wù)類型分別送入各種業(yè)務(wù)網(wǎng)中。ONU是接入網(wǎng)的用戶側(cè)設(shè)備，為用戶提供各種業(yè)務(wù)接口。ODN是光纖系統(tǒng)，為OLT和ONU之間提供光傳輸通道[5]。

3.3.1 OLT上行組網(wǎng)接入方案

OLT是接入層中層級(jí)最高的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通常安裝在接入機(jī)房中，在網(wǎng)絡(luò)中起到“承上啟下”的作用。根據(jù)不同類型的用戶，OLT的上行方向有以下兩種組網(wǎng)接入方案（見圖1）。

OLT上行組網(wǎng)接入方案一：OLT下掛在匯聚交換機(jī)上，再通過匯聚交換機(jī)連至SR/BRAS。該方案適用于OLT上行帶寬要求較小的情況，適合于家庭用戶和業(yè)務(wù)分散地區(qū)。其優(yōu)點(diǎn)是OLT就近接入?yún)R聚交換機(jī)節(jié)點(diǎn)，節(jié)約光纖資源，同時(shí)無需占用大量核心設(shè)備光端口。缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)層級(jí)和節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加無形中增加了故障節(jié)點(diǎn)，提高了維護(hù)成本和維護(hù)難度。

OLT上行組網(wǎng)接入方案二：OLT通過光纖直接上聯(lián)至SR/BRAS。該方案適用于OLT帶寬要求高的情況，更適合于政企大客戶和賓館客戶。其優(yōu)點(diǎn)是使網(wǎng)絡(luò)扁平化、業(yè)務(wù)集中化，可以滿足用戶個(gè)性化的需求。缺點(diǎn)是占用大量光纖資源及核心設(shè)備光端口，擴(kuò)容難度相對(duì)較大，同時(shí)對(duì)OLT設(shè)備的性能要求較高。

3.3.2 FTTx接入方案

根據(jù)光纖到達(dá)深度和用戶線的不同，F(xiàn)TTx常用的接入方式可以分為以下 4種[6-7]：FTTC（光纖到路邊），F(xiàn)TTB（光纖到樓），F(xiàn)TTO（光纖到辦公室）和FTTH（光纖到戶）。后三種較常用。

光纖到樓（FTTB）指在某個(gè)區(qū)域內(nèi)將光纖進(jìn)入到樓宇（通常放置在樓頂），在用戶樓宇的某個(gè)單元內(nèi)設(shè)置1～N個(gè)分光器和ONU，再通過五類線或雙絞線接入到用戶室內(nèi)。

光纖到戶（FTTH）指在光線路終端（OLT）到用戶間無有源設(shè)備，ONU或ONT（光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）在用戶家中。

按照FTTx類型的不同，ONU有不同的安裝位置和形態(tài)，并可以提供多種類型的網(wǎng)絡(luò)接口：ONU的POTS（普通電話業(yè)務(wù)）接口可以與用戶電話機(jī)連接，提供語音業(yè)務(wù)；ONU的以太網(wǎng)接口可以與用戶計(jì)算機(jī)連接，提供上網(wǎng)業(yè)務(wù)。

考慮到某市城域網(wǎng)的潛在業(yè)務(wù)量大、覆蓋范圍廣、用戶疏密程度不均的特點(diǎn)，下面將根據(jù)不同用戶的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源狀況和不同業(yè)務(wù)需求，給出多種設(shè)計(jì)方案。

1）家庭用戶。可采用FTTB（ONU加小區(qū)樓內(nèi)五類線/電話雙絞線）或FTTH的接入方式，保證每戶50～100Mb/s以上的帶寬接入能力。采用家庭網(wǎng)關(guān)單元ONU設(shè)備〔部分內(nèi)置IAD（綜合接入設(shè)備）〕，具有 2POTS、4FE（快速以太網(wǎng)）、1 WLAN（無線局域網(wǎng)）、1USB（通用串聯(lián)總線）端口，提供電話、寬帶接入。同時(shí)，可在用戶個(gè)人計(jì)算機(jī)終端上安裝軟phone軟件或視頻通信軟件為用戶提供語音服務(wù)和視頻通信服務(wù)。具體接入方式結(jié)構(gòu)圖見圖2。

2）賓館用戶。借助賓館內(nèi)樓層到各房間的綜合布線系統(tǒng)，采用FTTB的接入方式，保證每個(gè)房間50～100Mb/s以上的帶寬接入能力。按樓層集中配置ONU設(shè)備，保證ONU設(shè)備至用戶信息點(diǎn)的五類線長(zhǎng)度在90 m以內(nèi)。根據(jù)不同需求采用不同的ONU設(shè)備：在客房區(qū)采用多住戶單元型ONU，合計(jì)具有8～64 POTS、8～64 FE/DSL端口，提供電話、寬帶接入；在商務(wù)區(qū)采用多商戶單元型ONU，合計(jì)具有8～16 POTS、8～16 FE、4～8 E1端口，提供電話、寬帶、2 Mb/s專線和視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)接入。具體接入方式結(jié)構(gòu)圖見圖3。

3）政企客戶。對(duì)于綜合辦公樓，可采用和賓館用戶類似的FTTB接入方式。對(duì)于樓內(nèi)按區(qū)域租用給各單位辦公的大樓，采用FTTO接入方式，保證每個(gè)單位100 Mb/s～1 Gb/s的寬帶接入能力。根據(jù)不同需求采用不同的ONU設(shè)備：對(duì)于小型單位可采用家庭網(wǎng)關(guān)單元ONU設(shè)備（部分內(nèi)置IAD），合計(jì)具有2 POTS、4 FE、1 WLAN、1 USB端口，提供電話、寬帶業(yè)務(wù)接入；對(duì)于大型單位可采用多商戶單元型ONU，合計(jì)具有8～16 POTS、8～16 FE、4～8 E1端口，提供電話、寬帶、2 Mb/s專線和視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)接入。具體接入方式結(jié)構(gòu)圖見圖4。

3.4 設(shè)備配置原則

某市城域網(wǎng)采用高性能的國(guó)內(nèi)主流廠家設(shè)備，設(shè)備板卡及端口將按照目前的實(shí)際需求進(jìn)行配置，后期再根據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)容。設(shè)備配置將遵循以下原則[8]：

1）考慮到設(shè)備端口配置的統(tǒng)一，同機(jī)房設(shè)備間互聯(lián)端口統(tǒng)一配置為單模短距接口。

2）如果兩臺(tái)設(shè)備在不同節(jié)點(diǎn)或不同機(jī)房則端口配置如下：

·節(jié)點(diǎn)之間距為0～l0km則配置短距光模塊（10km）；

·節(jié)點(diǎn)之間距為10～40km則配置長(zhǎng)距光模塊（40km）；

·節(jié)點(diǎn)之間距為40～70km則配置超長(zhǎng)距光模塊（70km）。

3）城域網(wǎng)核心路由器與省網(wǎng)核心路由器之間、核心路由器之間采用10GPOS（SDH封裝數(shù)據(jù)包）端口連接，核心路由器和SR/BRAS之間采用10 GE/GE端口連接，匯聚交換機(jī)和SR/BRAS之間采用GE端口連接。

4 結(jié)束語

本方案可充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，利用地鐵網(wǎng)絡(luò)大幅降低建設(shè)費(fèi)用，并具有高安全可靠性。該方案在地鐵逐條線路建設(shè)時(shí)同步進(jìn)行城域骨干網(wǎng)的建設(shè)以及相應(yīng)接入網(wǎng)的用戶接入。如何在該網(wǎng)絡(luò)不斷演進(jìn)的情況下進(jìn)行后期的路由優(yōu)化，是本課題下一步的研究工作。

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