傳輸網絡結構的時延優化分析

徐貴明 黃銘鋒 陸帥衡

摘要：近年來部分跨省市重要大客戶用戶對網絡時延要求越來越高，現有傳輸網絡無法實現時延要求，本文從網絡結構出發，對如何降低時延進行研究和優化，以適應業務發展需要進行研究分析，提高網絡安全性。

關鍵詞： 大客戶 干線 網絡結構 時延 優化 網絡安全

1項目背景

隨著近年來干線系統的增加，省內前期敷設的部分段落的光纜纖芯日趨緊張，同時由于使用年限過長、多次故障修復后引入的衰耗、或因鐵路電氣化改造造成光纜多次遷改等，個別段落已無法滿足使用。為了進一步提升干線傳輸網的安全性，同時降低傳輸延時從而提高客戶感知度，對部分段落應新建光纜做為干線光纜網資源的補充和替代。通過本優化方案的建設，可優化現有光纜網，提供更加安全可靠的光纜系統，提高網絡安全性。

2時延優化分析

光傳送網絡進入100Gbps時代以后全面采用相干光通信技術，線路上不再需要DCF，進一步降低了電路時延。與采用DCF的10Gbps光傳輸系統相比較，100Gbps光傳輸電路在相同的光纜路由條件下，能夠降低10%左右。這也是相干光通信帶來的另一個好處。在相干光通信網絡中，光纜傳輸時延占到光網絡電路時延的90%以上。

光纖傳輸時延是光網絡電路時延中占據主導地位的組成部分，光網絡設備引入時延比重較低（5%左右）。雖然比重較低，但是在光纜路由無法進一步優化的限制條件下，光網絡設備時延還能提供一定的優化空間，對于一些對時延要求積極苛刻的極端應用場景，也有較大的價值。

基于光網絡時延構成的量化分析，光纖傳輸時延占據光網絡電路時延的90%以上，因此光網絡時延的首要優化舉措是路由優化，盡可能降低路由長度。優化路由距離的時延優化結果非常容易量化，每減少1公里的路由距離，業務雙向傳輸時延（RTT）減低10us。

研究表明，傳統光WDM系統中的色散補償光纖（DCF）引入的時延在光網絡電路時延中占據了大約10%的比例。隨著相干光通信技術的普及，不再需要DCF進行色散補償，有利于進一步降低光網絡電路時延。在相同的光纜路由條件下，采用相干光通信技術的100Gbps WDM系統相對于早期10Gbps和40Gbps WDM系統，電路時延可以減低10%左右。因此，低時延業務首先盡量選擇采用相干光通信技術的100Gbps WDM系統，其次未來優先升級到400Gbps等更高速率的光傳輸系統。

綜上所述，優化光網絡時延的兩大利器分別是：（1）優化路由距離，降低光纖傳輸時延;（2）采用大管道傳輸，例如現階段采用相干100Gbps WDM傳輸系統，未來優先升級到400Gbps等更高速率的光傳輸系統。

3優化原則

目前江蘇某運營商省內干線優化基本原則為：一二干統籌規劃，完善網格狀光纜架構，形成容量充足、路由豐富、安全可靠、較低時延、面向未來演進的干線網絡架構。結合江蘇某運營商自身干線光纜現狀以及未來發展目標，初步優化目標為：

省內干線光纜與省際干線光纜應協同發展、綜合考慮;實現網格狀光纜架構，降低時延，提高安全性;蘇北以淮安為中心，逐步實現各地市間雙路由架構，實現各地市一跳可達;蘇南城市群以南京&無錫為雙中心，各地市一跳可達，各地市至少保證3條路由

4優化方案

4.1現狀分析

根據近幾年工程建設情況，截至2019年底，江蘇某運營商省內干線光纜架構相對比較完善，容量充足，蘇南區域各地市間基本可以做到三條及以上光纜資源，蘇北地區部分地市間有二條及以上光纜資源，但作為蘇北地理中心位置的淮安市，到其他蘇北地市目前基本只有一條光纜路由，部分光纜段落為架空光纜且路由過長，無法保證滿足客戶對時延及安全性方面的需求。

4.2優化方案

4.2.1傳輸系統優化方案

為滿足蘇北地區大客戶數據業務對時延的要求，同時優化移動網數據業務的傳輸性能，利舊現有光纜網在部分站點新設光放設備，實現連云港、鹽城、宿遷等蘇北地市到南京、無錫出口的路徑最短，降低時延，提升用戶感知度。

綜合考慮干線光纜資源現狀及現有省干100G傳輸系統拓撲，同時結合江蘇省地理位置特點，以淮安為中心，連接蘇北連云港及鹽城，同時在兩段路由中根據實際情況添加一些光放站。

傳輸系統優化后，從淮安到無錫電路開通可走淮安-鹽城-南通-無錫路由，光纜距離縮短510Km;從連云港到南京電路開通可走連云港-淮安-南京路由，光纜距離縮短500Km;鹽城到南京電路開通可走鹽城-淮安-南京路由，光纜距離縮短510Km。時延對比分析如下表：

由此可見，通過傳輸系統優化方案后，進一步縮短傳輸光纜距離，時延進一步降低，對于重要大客戶的競爭有更大優勢。

4.2.2傳輸光纜優化方案

為滿足大客戶數據業務對時延的要求，同時優化移動網數據業務的傳輸性能，結合現有高速公路及高鐵線路現狀，綜合考慮現有干線光纜拓撲以及蘇北地理環境，規劃方案如下：

為解決淮安-鹽城、淮安-連云港現有路由時延較高且單路由問題，綜合考慮大客戶業務對時延要求，規劃二干建設高速管道光纜;為豐富路由資源，考慮宿遷大客戶低時延需求，規劃二干建設南京-宿遷直達光纜（宿遷泗洪-淮安馬壩段落）;為提高網絡安全性，降低維護成本，規劃二干建設淮安-宿遷-徐州段落，取代現有架空光纜。

結合現有光纜資源及客戶需求，對于各優化段落按照以下優先級進行建設，經過干線光纜優化，江蘇某運營商蘇北光纜得到進一步豐富，初步形成以淮安為中心格狀光纜網，同時進一步提高干線傳輸系統安全性，時延也有相應降低。

結論

通過以上傳輸系統跟光纜優化方案，傳輸系統方面對于電路開通有更多選擇，蘇北各地市到南京、無錫兩核心節點的時延得到降低，從而滿足重要大客戶對時延的要求。干線光纜方面蘇北地區實現以淮安為中心的格狀光纜架構，通過租用或共建高速管道方式解決了二干光纜架空問題，從而可實現連云港、鹽城、宿遷等地市到省會南京路徑最短，降低時延，提升用戶感知度。南京-宿遷、淮安-連云港直達光纜完成建設后，兩地市間時延有明顯提升（參見表一）?；窗?連云港&淮安-鹽城段落實現雙路由光纜，從而省干傳輸系統安全性得到很大提升。

參考文獻

1、趙繼勇. 光纜線路工程. 西安電子科技大學出版社.2017.

2、袁付順. 時延網絡系統與非完整系統的分析鎮定與綜合.科學出版社.2014

3、中國標準化委員會. GB/T 13993.2-1999通信光纜系列第2部分：干線和中繼用室外光纜.中國質檢出版社.2014

4、胡慶. 光纖通信系統與網絡（第3版）. 電子工業出版社.2014

中訊郵電咨詢設計院有限公司上海分公司 上海 200082