（2020年江蘇省通信學會“華蘇杯”論文征集三等獎）“新基建”助力長三角高質量一體化發(fā)展探索
——優(yōu)化骨干傳送網(wǎng)結構，打造江蘇聯(lián)通一體化精品網(wǎng)絡

薛金明 潘 皓 梁 昆 宋 梅

中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司江蘇省分公司

0 引言

近年來，網(wǎng)絡時延（Delay/Latency）性能越來越得到人們的重視，逐漸成為通信業(yè)界的新熱點。低時延網(wǎng)絡也成為運營商所關注的發(fā)展方向。光傳送網(wǎng)作為最基礎的承載網(wǎng)絡，在各類通信技術中擁有最低和最穩(wěn)定的時延性能。但是隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的深入發(fā)展，通信網(wǎng)絡開始與各行各業(yè)深度融合，某些新興行業(yè)和新興業(yè)務對網(wǎng)絡時延提出了近乎苛刻的需求，某些需求甚至到了現(xiàn)有光傳送網(wǎng)絡技術和組網(wǎng)結構無法滿足的程度。因此，非常有必要對低時延業(yè)務需求進行深入分析，從而進一步研究光傳送網(wǎng)絡的低時延優(yōu)化技術，以更好地滿足這些低時延業(yè)務的需求。

江蘇聯(lián)通部分地市業(yè)務電路存在時延大和時延不均衡的問題，主要原因為這些地市至業(yè)務核心節(jié)點地市的光纜距離較長、跨段較多以及不同方向光纜路由差別較大，同時存在多個老舊10G波分系統(tǒng)，網(wǎng)絡容量及時延均不具備優(yōu)勢。以連云港169網(wǎng)為例，上聯(lián)南京和無錫核心的電路時延為6到11毫秒不等，用戶感知不佳，進而影響業(yè)務發(fā)展，傳輸時延優(yōu)化急需實施。

1 光網(wǎng)絡時延分析

1.1 光網(wǎng)絡的時延優(yōu)勢

圖1給出了OSI七層網(wǎng)絡模型中各個層次的處理時延示意圖，可見層次越低，處理時延越小。表1給出了網(wǎng)絡中L0層至L3層各種網(wǎng)元引入時延的數(shù)量級分布，簡單理解如下：L0層網(wǎng)元引入時延ns級、L1層網(wǎng)元引入時延us級、L2/L3層網(wǎng)元引入時延ms級、光纖引入時延與傳輸距離成正比（5us/km）。

圖1 OSI七層模型時延比較示意圖

光網(wǎng)絡的低時延優(yōu)勢源于其對業(yè)務信號處理層次極低，在全光傳輸距離可達范圍內，除了5us/km的光纖固有傳輸時延以外，光網(wǎng)絡設備引入的時延均為ns級的（1ns等于1us的千分之一）。OTN的傳輸設備進入了L1層處理，單節(jié)點的時延多數(shù)也是在10us級（復雜封裝結構下可能達到100us級）。相對于交換機、路由器等L2、L3層網(wǎng)絡設備單節(jié)點引入的1ms 至 10ms 量級的時延，光網(wǎng)絡設備節(jié)點引入時延只有其百分之一到千分之一。

1.2 光網(wǎng)絡時延構成分析

進一步優(yōu)化光網(wǎng)絡電路時延需要深入分析光網(wǎng)絡電路中的時延分布，光網(wǎng)絡工作在L0和L1層，根據(jù)表1給出的不同層次網(wǎng)元引入的時延量級，光纖傳輸時延是光網(wǎng)絡電路時

表1 相干光網(wǎng)絡電路時延分布量化分析表

2 網(wǎng)絡優(yōu)化設計思路及應用分析

2.1 省際波分系統(tǒng)開口，新增業(yè)務落地骨干節(jié)點

江蘇聯(lián)通省際干線主要有五個方向，即南京經(jīng)常州、無錫、蘇州到上海方向，南京經(jīng)蚌埠、徐州等地市到濟南方向，南京經(jīng)滁州到合肥方向，南京經(jīng)宜興、湖州等地市到杭州方向、青島經(jīng)連云港、鹽城、南通等地市到上海。能夠上下業(yè)務的波分節(jié)點為南京、無錫，OTN節(jié)點為南京，其他途徑的江蘇地市均為中繼站點。

將省際100G波分系統(tǒng)中繼站點蘇州、徐州、連云港、南通開口改造為OADM站點，為省際直達電路開通創(chuàng)造基礎條件。下面以宿遷京東業(yè)務時延優(yōu)化為例進行說明。

JD作為國內互聯(lián)網(wǎng)巨頭之一，是聯(lián)通的重要大客戶，跨省JDIDC及專線業(yè)務需求大，為了解決宿遷JD數(shù)據(jù)中心上聯(lián)、JD大顆粒專線就近接入以及至北方電路時延問題，啟動了JD業(yè)務優(yōu)化專項工作。

為實現(xiàn)JD專線業(yè)務時延最優(yōu)化，在徐州一干開口進行波道轉接，宿遷通過100G OTN延的決定性因素，其次是L1電層的處理（FEC編解碼、成幀/解幀、業(yè)務封裝、等），L0光學器件處理時延基本上可以忽略。EDFA光放大器時延相對于其他光學器件比較高，是因為其內部集成了一段用作放大介質的摻鉺光纖帶來的傳輸時延。

光傳送網(wǎng)絡進入100G/400Gbps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(tǒng)相比較，100G/400gbps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(wǎng)絡中，光纜傳輸時延占到光網(wǎng)絡電路時延的90%以上。

所以說光網(wǎng)絡不僅是目前主流通信技術中具有最低時延優(yōu)勢的技術，而且光網(wǎng)絡電路時延具有良好的可預測性。

綜上所述，光網(wǎng)絡時延優(yōu)化主要措施是，第一優(yōu)化路由距離，降低光纖傳輸時延；第二采用大管道傳輸，例如現(xiàn)階段10Gbps WDM 傳輸系統(tǒng)，優(yōu)先升級到 100G/400Gbps 等更高速率的相干光傳輸系統(tǒng)。波分與一干濟南/南京100G OTN節(jié)點連接，實現(xiàn)往北/南業(yè)務路由距離最短。

優(yōu)化后的JD專線電路分南北方向，選取最短光纜路由通過南京、濟南節(jié)點，建立專線電路路由。

宿遷JD業(yè)務優(yōu)化效果：通過省際波分開口以及對宿遷JD納入至一干OTN精品網(wǎng)絡，實現(xiàn)專線業(yè)務至北/南業(yè)務路由時延最優(yōu)，至北方傳輸距離從1773Km縮短為1143Km，單向傳輸時延縮短3.35ms。未來JD核心機房落戶宿遷，跨省業(yè)務將迅猛增長，本次優(yōu)化方案將明顯提升業(yè)務質量，增強市場競爭優(yōu)勢。同時，對后續(xù)其他大客戶至北方的專線業(yè)務，也有較好的市場宣傳亮點作用。

圖2 優(yōu)化后JD專線路由示意圖

2.2 省內傳送網(wǎng)MESH化改造，實現(xiàn)多地市間直達

江蘇聯(lián)通省內OTN網(wǎng)絡為環(huán)狀結構，通過地市間干線光纜將各地市骨干節(jié)點按地理位置串聯(lián)起來，組成多個按方位劃分的OTN環(huán)網(wǎng)（蘇北環(huán)、蘇南環(huán)、蘇中環(huán)），從省內核心節(jié)點兩個方向分別開通短徑和長徑分擔的電路到達各地市。

通過啟用或新建部分地市間光纜，建造多段地市間直達OMSP系統(tǒng)，從而實現(xiàn)減少核心節(jié)點到地市途徑節(jié)點數(shù)量和距離。如圖3所示。

圖3 優(yōu)化改造后的省內干線OTN網(wǎng)絡示意圖

（1）新建淮安-鹽城、淮安-連云港直達OMSP系統(tǒng)

將淮安-鹽城、淮安-連云港原有無保護的OTN單鏈改造為OMSP，將其保護鏈路疊加在現(xiàn)有OTN環(huán)網(wǎng)上，有效解決鹽城、連云港、淮安上聯(lián)省內核心節(jié)點100G低時延電路的開通。

（2）新建泰州-南通直達OMSP系統(tǒng)

利用新建寧通光纜新建泰州-南通直達OMSP系統(tǒng)，打通蘇中環(huán)和蘇北環(huán)，有效解決南通上聯(lián)省內核心節(jié)點100G低時延電路的開通，同時為南通直達上海創(chuàng)造第二路由的條件。

2.3 利用相干光通信技術降低時延—承載路由優(yōu)化

2019年10月開始，江蘇聯(lián)通對省內干線蘇北O(jiān)TN網(wǎng)絡結構進行時延改造，并對169網(wǎng)、LTE回傳網(wǎng)電路進行割接優(yōu)化，以連云港169城域網(wǎng)上聯(lián)電路為例說明時延優(yōu)化的應用。

（1）原電路上聯(lián)狀態(tài)

連云港城域網(wǎng)上聯(lián)2個核心CRS共有12條10G電路、2條100G電路，每個局向的電路均通過長短徑分攤。各條路徑的時延為6到11毫秒不等，部分路徑時延較大的原因主要為淮安經(jīng)宿遷、徐州到連云港段的光纜路由較長，以及南京經(jīng)無錫南通鹽城到連云港的光纜路由較長。

（2）優(yōu)化改造措施

通過對淮安至連云港時延工程進行OMSP保護優(yōu)化，減少蘇北方向路徑底層光纜長度，通過泰州-鹽城段的現(xiàn)有OMSP系統(tǒng)減少蘇南方向路徑底層光纜長度；每個局向在時延優(yōu)化路由上新開1條100G電路，同時將原有的南京-連云港100G電路割接至時延優(yōu)化路由；將業(yè)務割接至100G電路，拆除10G電路。

（3）優(yōu)化改造后上聯(lián)電路狀態(tài)

優(yōu)化后南京核心-連云港節(jié)點的兩個方向電路路徑長度分別減少274Km、259Km，無錫核心-連云港節(jié)點的一個方向電路路徑長度減少267Km，且所有業(yè)務均承載于采用相干光通信技術的100G電路，雙向時延降低約3到4ms，且多個方向的路由長度趨向均衡。

截止2019年12月底，完成蘇北O(jiān)TN網(wǎng)絡結構優(yōu)化及城域網(wǎng)上聯(lián)電路割接調整工作。優(yōu)化項目取得顯著效果，蘇北五地市上聯(lián)核心的長徑電路時延降低6到8毫秒，且業(yè)務全部割接至100G電路，極大地提升了用戶感知和大客戶的認可度。

2.4 利用相干光通信技術降低時延—提高電路傳輸速率

江蘇聯(lián)通承載主要業(yè)務的承載網(wǎng)絡包括169網(wǎng)、LTE回傳網(wǎng)、IP承載網(wǎng)A/B的主流電路速率為10G。隨著云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術的推出帶來了網(wǎng)絡業(yè)務層、應用層的深層次變革，視頻、大規(guī)模的存儲、共享等數(shù)據(jù)類業(yè)務層出不窮，數(shù)據(jù)傳送的帶寬需求日趨增長，相對于10G、40G速率的電路而言，具備高速率和先進技術的100G電路能更好地解決運營商日益面臨的業(yè)務流量及網(wǎng)絡帶寬持續(xù)增長的壓力。

2019年江蘇聯(lián)通將業(yè)務電路速率改造結合時延優(yōu)化工作同步實施，陸續(xù)開通多個地市的100G低時延高可靠性電路，并將原有10G和40G業(yè)務割接至100G電路，同時解決了電路帶寬和時延的問題。如表2所示。

表2 電路優(yōu)化改造前后速率及數(shù)量對比分析表

2.5 打破省際壁壘，實現(xiàn)滬蘇滬通直通

江蘇聯(lián)通積極主動推進集團“長三角區(qū)域一體化網(wǎng)絡總體規(guī)劃”，落實長三角一體化國家戰(zhàn)略。目前已完成南通、蘇州IDC直連上海，IDC專網(wǎng)時延從原來5-9ms降為3ms，率先完成了環(huán)滬3ms時延圈節(jié)點布局，實現(xiàn)了滬通直聯(lián)輻射蘇北城市，滬蘇直聯(lián)輻射蘇南城市，降低長三角區(qū)域間訪問時延，以南通IDC直連上海為例說明時延優(yōu)化的應用。

（1）直連上海前網(wǎng)絡架構

南通數(shù)據(jù)流量需要經(jīng)過江蘇南京骨干節(jié)點后轉至上海核心節(jié)點。南通上海理論時延10.197ms，實測時延13.709ms。而地理位置上，南通、蘇州距上海更近，改變現(xiàn)有結構后可改善時延。針對長三角一體化融合需求和網(wǎng)絡時延及效率提升需求，需要打破常規(guī)行政區(qū)屬網(wǎng)絡架構，建立南通直達上海核心節(jié)點網(wǎng)絡架構路由。

（2）南通直連上海建設

城域網(wǎng)方面，南通中央創(chuàng)新區(qū)新建兩臺核心路由器，通過波分系統(tǒng)直連上海集團骨干A1路由器。南通國際數(shù)據(jù)中心和中央創(chuàng)新區(qū)的用戶與新建的核心路由器進行口字型組網(wǎng)。網(wǎng)絡結構簡單，路由策略簡單，對網(wǎng)絡現(xiàn)有業(yè)務影響最小，網(wǎng)絡管理方便。

傳輸網(wǎng)方面，目前一干波分系統(tǒng)經(jīng)過南通到上海且在南通地區(qū)裝有設備的共有4套，直接將其中100G一干波分系統(tǒng)做簡單調整即可實現(xiàn)業(yè)務落地，隨著業(yè)務增長，可逐步擴容，滿足后期業(yè)務增長，傳輸擴容成本，相對從二干繞行，成本降低。

（3）南通直連上海效果

南通直連上海路由的開通，標志著南通信息港的出口由原來經(jīng)過南京骨干節(jié)點轉接改為直連上海骨干核心路由器，經(jīng)測試，南通信息港經(jīng)直連上海骨干路由的平均時延僅有4.3ms，比原來平均時延11.2ms下降了61.6%，時延大幅降低。南通聯(lián)通信息港至上?；ヂ?lián)網(wǎng)直達出口建立，優(yōu)化南通城域網(wǎng)網(wǎng)絡結構，實現(xiàn)長三角網(wǎng)絡一體化工作突破，提升了江蘇聯(lián)通信息化發(fā)展水平和信息基礎設施能級，是中國聯(lián)通推進長三角一體化建設工作中的重要里程碑。

3 應用效益

通過以上分析，并在江蘇聯(lián)通各本地網(wǎng)內應用解決方案，達成以下效果：

江蘇聯(lián)通對OTN網(wǎng)絡結構進行優(yōu)化改造，及時上線多條低時延的省際和省內大顆粒電路，經(jīng)客戶測試使用反饋情況良好，隨之達成使用協(xié)議，在提升客戶滿意度的同時亦實現(xiàn)了業(yè)務的增收。按照目前1G直連上海網(wǎng)絡路由資費15萬元/年，目前直達上海流量為50G，收入預計750萬。

由于時延優(yōu)化后電路路徑距離縮短，騰退出14塊100G中繼板卡用于后續(xù)擴容，加上增開電路減少的板卡擴容數(shù)量，已節(jié)省投資成本320萬元，根據(jù)系統(tǒng)容量測算最終將節(jié)省投資成本1920萬元。

4 結束語

長三角地區(qū)是中國移動通信發(fā)展最為迅猛的區(qū)域之一。長三角區(qū)域內經(jīng)濟發(fā)達，交通網(wǎng)密布，高鐵和高速的快速建設，形成了滬杭寧區(qū)域的一小時經(jīng)濟圈；區(qū)域內聯(lián)動效應明顯，長三角一體化已上升為國家戰(zhàn)略。

江蘇聯(lián)通朝著優(yōu)化網(wǎng)絡結構，降低時延，提升網(wǎng)絡效能的目標進行了積極的探索與實踐，通過不懈努力，提升了客戶感知，聯(lián)通品牌得到客戶的高度認可，為江蘇聯(lián)通帶來了較好的社會效益，為進一步統(tǒng)籌推進長三角區(qū)域網(wǎng)絡一體化規(guī)劃和建設提供了經(jīng)驗。打造長三角區(qū)域主要城市8ms時延圈、環(huán)滬區(qū)域3ms時延圈，構建國際領先的長三角區(qū)域一體化的信息基礎設施，以新基建筑牢高質量發(fā)展之基，支持產(chǎn)業(yè)體系協(xié)同創(chuàng)新、公共服務便利共享，推動長三角區(qū)域高質量發(fā)展。

江蘇聯(lián)通致力于通過一體化的數(shù)字能力平臺，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、交通物流、生態(tài)環(huán)境等領域推動產(chǎn)業(yè)體系協(xié)同創(chuàng)新，在智慧城市、金融、教育、醫(yī)療等領域，打造一批標桿項目，助力長三角數(shù)智化升級；通過一體化的營銷服務體系，加快線上線下一體化、業(yè)務受理互聯(lián)網(wǎng)化、客服智慧服務集約化，實現(xiàn)區(qū)域內服務一體化；通過積極參與示范區(qū)的建設，將示范區(qū)作為中國聯(lián)通推進長三角一體化的抓手，實現(xiàn)一體化發(fā)展的突破。