電信運營商鄉鎮DWDM網絡優化策略探究

林毅

摘要：隨著電信運營商移動+寬帶協同發展戰略的大力推進，農村地區“IPTV+寬帶WIFI+4G”融合業務快速發展，導致鄉鎮OLT和IPRAN設備流量增長迅速，傳統DWDM系統對寬帶及移動業務發展的支撐已顯得吃力，尤其是當5G商用進入中遠期后，隨著5G基站部署逐步加密，鄉鎮DWDM系統將面臨著更大帶寬、更低時延、更高可靠性的挑戰。另外，政企專線的組網或提速，也面臨鄉鎮SDH時隙不足、IPRAN帶寬不足、DWDM光通道資源不足等問題。因此，本文基于電信運營商業務發展趨勢，從業務需求分析著手，分析傳統DWDM系統存在的問題，并提出網絡優化策略，對鄉鎮OTN網絡建設有重要的指導意義。

關鍵詞：鄉鎮;需求分析;傳統DWDM;優化;OTN

一、引言

通信技術發展日新月異，移動通信網經歷了2G到5G的演進，有線寬帶網則經歷了從傳統ADSL到FTTH的轉變，業務網絡對傳輸網絡的帶寬需求起來越大。為適應業務網絡帶寬不斷增長的需求，鄉鎮層面的傳輸技術也經歷了從SDH到OTN的演變。下表為鄉鎮層面業務及傳輸網絡演進歷程：

電信運營商傳輸網絡在省干層面均建設有ROADM及OTN系統，本地網層面也已部署市縣及城域OTN網絡，均具備高速承載的能力，而鄉鎮層面主要以傳統DWDM為主。

面臨有線寬帶網絡流量增長、4G網絡流量增長、政企專線提速及5G網絡承載等諸多挑戰，鄉鎮層面已出現業務瓶頸，具體表現為SDH系統時隙不足、傳統DWDM系統容量不足。本文通過對鄉鎮業務需求進行分析，并結合廣西電信工程實際情況，提出OTN網絡優化策略，從而提高鄉鎮傳輸網絡容量，并為打造一張綜合承載的全程端到端網絡打下良好的平臺基礎。

二、鄉鎮業務需求分析

作為鄉鎮層面的高帶寬業務承載網絡，目前鄉鎮DWDM網絡主要承載農村地區（含鄉鎮，后同）有線寬帶業務、4G無線上網業務及少量大顆粒政企專線業務。農村地區有線接入OLT設備采用GE/10GE端口通過匯聚交換機一級匯聚后上行至MSE或直掛MSE;IPRAN A設備多采用GE組環上行至IPRAN B設備。具體業務上行承載示意圖如下：

隨著移動+IPTV營銷策略的大力推廣，移動用戶及IPTV用戶數逐年增加，農村地區的有線寬帶網絡及IPRAN網絡流量增長迅速，因此，網絡規劃設計需要借助有效手段對業務網絡進行需求分析，以便合理指導網絡優化建設。

（一）有線寬帶網絡鏈路需求分析

有線寬帶流量目前主要為上網流量和IPTV視頻流量，其中，IPTV視頻流量又分為點播流量和直播流量。農村地區單臺OLT上聯帶寬測算可從多角度進行分析，本文選取2個維度進行分析，如下：

1、根據流量增長率測算OLT上聯帶寬

OLT上聯帶寬應能夠滿足全年該OLT所帶用戶的家庭帶寬任意時間點上行需求。基于中國國情及歷年流量情況，春節期間的農村地區OLT上聯端口流量是最大的，故將春節期間OLT的平均流量峰值作為基準，在此基礎上乘以年增長率（經驗值）進行迭代計算。

2、根據用戶數及單用戶流量模型測算OLT上聯帶寬（組播復制點在OLT）

OLT上聯帶寬=目標寬帶用戶數*寬帶流量忙時戶均流量+目標IPTV用戶數*IPTV單用戶流量*觀看點播節目占比+IPTV組播固定頻道流量。其中，寬帶單用戶流量=（Σ各速率簽約帶寬*在線平均流量*各速率簽約用戶占比）*并發率;IPTV單用戶流量=整體用戶并發*[4K用戶占比*Σ（4K用戶觀看各節目源的占比*節目源速率）+高清用戶占比*Σ（高清用戶觀看各節目源的占比*節目源速率）+標清用戶占比*Σ（標清用戶觀看各節目源的占比*節目源速率）];IPTV組播固定頻道流量=∑各節目源頻道數*節目源速率。

測算出OLT上聯帶寬后，可計算OLT上聯端口需求，輸出上行鏈路需求給DWDM傳輸系統，OLT上聯端口需求≥OLT上聯帶寬/（上聯端口可用帶寬*鏈路帶寬利用率）。

進行傳輸系統設計時，為確保DWDM系統配置的可靠性，建議采用兩種方式對OLT上聯帶寬進行測算比較，采用測算結果中的大值作為需求輸入，避免傳輸系統端口配置不足導致業務無法正常開通。

廣西電信自提出寬帶與移動協同發展以來，加大農村地區LTE基站和寬帶接入網的建設力度，基本實現農村地區4G+光網絡覆蓋，以支撐農村“IPTV+寬帶WIFI+4G”融合業務的快速發展。幾年來，從用戶數發展來看，農村區域有線寬帶及IPTV用戶數凈增量超200萬;從速率上看，截至2019年12月，100M及以上用戶占比超80%，寬帶單用戶速率提升了數倍。根據OLT設備現狀分布來看，業務發達的鄉鎮一般設置有3臺-5臺OLT，目標需求為6-10個10GE上行端口;業務一般的鄉鎮設置有1-2臺OLT，目標需求為2-4個10GE上行端口。

（二）IPRAN網絡鏈路需求分析

IPRAN網絡定位于承載基站業務和政企專線業務。為了保障業務的安全性，鄉鎮IPRAN A設備一般采用GE組環方式接入縣局IRPAN B設備，成環時需確保有兩條不同物理路由的光纜上聯到IRPAN B設備。

1、基站IPRAN組網需求分析

基站IPRAN A設備上行鏈路總帶寬按“1*基站峰值+（N-1）*基站均值”計算，其中4G基站峰值帶寬一般按300M計算，基站均值不超過50M。假設平均每鄉鎮下帶8個基站，則承載4G基站的IPRAN網絡A設備上行鏈路總帶寬=300M（峰值）+7*50（均值）=650M。

理論上，5G基站峰值速率遠期可達10-20Gbps，商用初期可達4G基站峰值速率的10倍，而用戶體驗速率為100Mbps至1Gbps，具體流量模型待研究試驗明確。

目前業界關注較多的是城市熱點區域、一般區域的5G基站承載組網，鄉鎮的5G基站中遠期承載方式尚不明確，4G、5G基站也將長期并存。為保護現有網絡投資，在5G網絡商用初期，鄉鎮層面考慮沿用4G基站的承載方式，使用IPRAN網絡承載，而這將對鄉鎮傳輸系統產生新的10GE鏈路需求;隨著5G商用越來越成熟，產生100GE鏈路需求也未可知。

2、政企IPRAN組網需求分析

目前鄉鎮層面政企專線業務帶寬以10M以下小顆粒為主，專線開通方式以SDH/MSTP居多。SDH/MSTP具有物理隔離的高安全性特點，然而鄉鎮層面SDH傳輸系統面臨時隙資源不足、中心節點交叉容量不足、部分老舊設備停產等問題，擴容難度相當大，無法滿足政企專線提速需求。因此，政企專線業務需考慮逐漸遷移到政企IPRAN網絡、WDM/OTN網絡。

政企IPRAN網絡主要承載GE及以下帶寬顆粒，超過GE的專線業務則主要由WDM/OTN進行承載;沒有硬管道要求的，可采用IPRAN網絡承載，要求采用硬管道的專線，使用WDM/OTN網絡進行承載。目前沒有較為有效的方法能夠測算出政企業務需求，一般采用應急擴容方式解決政企專線類的提速需求。

隨著移動用戶數的增長、5G基站的部署、政企專線的提速，基站/政企IPRAN網絡A設備上行GE鏈路逐漸不能滿足業務需求，需通過升級為10GE的方式解決。

綜上所述，根據廣西電信的業務發展趨勢，再結合IPRAN網絡及OLT網絡的部署情況，業務發達的鄉鎮OLT設備及IPRAN設備對10GE上行端口的需求預測可達8-14個，業務量一般的鄉鎮對10GE上行端口的需求預測可達4-8個。

三、傳統DWDM網絡局限性

面臨有線寬帶網絡流量增長、5G網絡承載及政企專線提速等諸多挑戰，鄉鎮層面傳統DWDM系統逐漸突顯出其局限性，主要體現在以下幾個方面：

（一）傳統40x10Gb/s DWDM系統波長容量不足，難以滿足有線寬帶網絡流量日益增長需求，以及未來5G基站大規模部署到鄉鎮時的組網需求。

（二）傳統DWDM系統業務模式比較單一，目前不支持分組、VC交叉功能，不具備直接承載GE顆粒以下政企專線業務的能力，再者由于鄉鎮SDH時限不足的問題較為突出，難以滿足有硬管道要求的政企專線提速需求。

（三）傳統DWDM系統設備存在一定的局限性，不支持電可調、光譜測試、時延測試等運維功能，難以適應網絡自動化、智能化運維的演進趨勢。

四、網絡優化策略

針對40x10Gb/s DWDM傳輸系統的局限性，結合廣西電信工程實際情況，本文提出以下幾個優化策略：

（一）升級80x10Gb/s DWDM系統

鄉鎮40x10Gb/s DWDM系統站點設置時，縣局中心節點設置為OTM站，配置40波合分波板;鄉鎮站點為了方便后續擴容工程免去穿通波跳纖的麻煩，一般設置為OADM站，配置光分插復用板，不在本站上下業務的波長采用直通的方式去往下一個站點。

40波升級80波系統一般需要對單個環上所有業務節點進行升級，部分業務量較小的環上站點也需要同時升級。容量升級時需將原有40波合分波板或4/8波光分插復用板更換為80波合分波板，實施期間割接難度較大，而且升級80x10Gb/s DWDM系統，僅解決了DWDM系統容量不足問題，并不能解決鄉鎮SDH時隙不足以致難以滿足政企專線提速的問題。

（二）隔點拆環，1個大環拆成2個小環

鄉鎮40x10Gb/s DWDM系統站點設置時，環路系統上下業務節點的數量為4-8的居多，隔點拆環可以在不升級環路的前提下達到大環拆小，提高接入能力的目的，但該方式實施期間割接難度大，且在拆環的同時增加了網絡相鄰節點的傳輸距離，傳輸性能受到影響，且鄉鎮中繼光纜結構、纖芯數量和纖芯質量也限制該方案的有效實施。

（三）新建80x10G/80x100G OTN系統

相對于升級80x10Gb/s DWDM系統和隔點拆壞的方式，新建OTN系統初期建網成本較高，但綜合考慮實施難易程度、機房配套及纖芯利用率、設備可擴展性、承載業務類型多樣性等方面來看，新建OTN系統不失為一種理想的優化策略。在投資允許的情況下，遵循傳輸網絡適度提前建設的原則，建議采用新型設備新建80x100Gb/s OTN系統，配置分組及VC交叉、電可調、光譜測試、時延測試等功能，試點配置ROADM站型，以提升網絡容量，同時亦能簡化網絡運維手段。

OTN（optical transport network）技術為當下最熱門的傳輸技術，它同時具備了SDH和WDM的優勢，將SDH的可運營和可管理能力應用到WDM系統中。OTN技術可提供多種客戶信號的封裝和透明傳輸，支持大顆粒的帶寬復用和交叉調度，可提供強大的保護恢復能力，具有強大的開銷和維護管理能力，而ROADM的引入，則更是增強了OTN的組網能力。總而言之，OTN更大程度地滿足多業務、大容量、高可靠、高質量的傳送需求，可為數據業務提供電信級的網絡保護，更好地滿足目前電信運營商的需求。

五、結束語

隨著業務的不斷增長和高速傳輸技術的發展，鄉鎮層面傳統的波分復用（WDM）已經明顯的力不從心，100G OTN技術已非常成熟，在國內得到了廣泛應用，只不過用于鄉鎮層面的寥寥無幾。本文對鄉鎮層面的業務需求進行了分析，并結合傳統DWDM網絡存在問題，提出了鄉鎮100G OTN建設性建議。鄉鎮100G OTN系統需要因地制宜的建設，應根據建設成本、業務需求、光纖資源、機房及配套條件的不同，選取適宜的網絡優化策略。筆者僅針對廣西電信鄉鎮DWDM網絡進行分析并提出一種網絡優化的思路，不同省份不同運營商可參考相關分析思路并基于自身實際情況調整建網策略。

參考文獻：

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作者簡介：

林毅（1979-），男，壯族，廣西南寧人，本科學歷，工程師，研究方向：通信傳輸系統工程建設。