一種基于類矩形分布模型結合熱力圖的 市區政企傳輸網絡規劃設計方法

南蜀崇，陳騁，練汛彪，汪晗

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

政企集團客戶專線業務是通信運營商未來主要的盈利點之一，但政企集團客戶分別從用戶規模、單業務帶寬、承載形式、業務時延及服務功能等提出了更高的差異化需求[1]，對業務品質提出了更高的要求。

當前，面向政企集團客戶專線業務存在主觀性強、變量多、不確定性大、突發性強、客戶需求多變等因素。傳統的政企集團客戶專線業務的傳輸網絡采用線性建設流程，即當通信運營商接收政企集客業務需求后，首先對各層級的傳輸網絡進行資源核實，再根據核實結果進行相應的物資采購及設計，最后根據設計進行施工。由此導致網絡建設周期長，不利于業務快速開通。傳統的傳輸網絡設計方法已經不適用于政企集團客戶業務，亟待一種面向該類業務的新型傳輸網絡規劃與設計方法。

文獻[2]提供了一種部署至重要匯聚層的VC-OTN（VC cross-connecting function with optical transport network）系統，其通過組建接入層客戶前置設備（customer premise equipment，CPE）環或CPE直接掛接至匯聚層方式實現。文獻[3]中提供了兩種基于VC-OTN系統的集客專網組網架構，分別為利舊原有OTN光層建設以及新建光層、電層組網，但兩種方案均考慮布放至區縣的匯聚層。文獻[4]提供了4種場景，分別為接入層同步數字體系（synchronous 2igital hierarchy，SDH）對接VC-OTN、VC-OTN端到端、分組傳送網（packet transport network，PTN）+VC-OTN以及混合組網方式。但針對VC-OTN端到端并未說明以哪種建設節奏和原則部署。文獻[5]從存量的SDH業務遷移角度出發，結合利舊現有城域OTN結構+新建城域OTN規劃角度對VC-OTN進行部署。

本文提供一種類矩形分布模型結合熱力圖的政企傳輸網絡規劃設計方法。通過分析高價值政企客戶特性出發和典型市區分布特征，搭建典型市區內綜合業務區、機房以及客戶點仿真環境。基于客戶點-業務點接入距離判定，構造一種類矩形分布的單VC-OTN節點覆蓋模型，通過類覆蓋率面積映射相關性算法，確定一定覆蓋率需求的理論最小部署規模等約束條件。分析多VC-OTN節點的客戶點覆蓋率影響因素，提出結合熱力圖的2種部署策略。并通過仿真模型探究不同影響因素和部署策略對VC-OTN系統部署效益的影響。

1 政企傳輸網絡系統架構及客戶模型

1.1 高價值政企客戶特性

5G、家庭寬帶等業務，是由運營商基于自身市場發展需求自我明確網絡部署的范圍、區域以及建設目標，因此能夠有規劃、有節奏地逐年建設傳輸網絡。但政企集團客戶專線業務的電路局向、業務接入點等是每個政企集團客戶自行決定的，因此該類業務的規模、位置、容量等存在較大的不可預見性，使政企傳輸網絡很難提前部署。一方面，若提前在全部節點部署，則可能出現無業務承載、設備空載等情況，投資效益差；另一方面，若不提前部署，則當業務需求觸發時難以快速開通，影響市場發展。

高價值政企客戶作為最高級別的集客專線客戶，其主要特性如下。

· 安全性高：需要剛性帶寬專線，要求自身業務與其他業務保持剛性帶寬隔離。

· 開通速度快：以政務、金融、醫療為代表的高價值客戶通常需要在數天至數周內開通專線業務，提供給運營商的建網時間非常短。

· 需求變化頻繁：專線業務點位均由客戶自行決定且點位需求多變，存在較大人為因素及隨機性。

因此，考慮高價值政企客戶的特征，本文將對市區全部綜合業務區內采用離散均勻分布模型。

1.2 政企傳輸系統架構

政務、金融、醫療三大行業，占據著高價值專線 60% 以上的市場，是政企市場的龍頭行業，受到了運營商重點關注[1]。VC-OTN系統是政企傳輸網的主流技術之一，通過融合VC交叉功能的OTN技術，解決SDH大帶寬演進問題以及OTN小顆粒承載能力不足的問題，具備滿足多種業務速率要求的統一交叉能力[6]。VC-OTN實際僅部署到市/縣重要層，相對于已部署的SDH系統，需接入的匯聚節點相對較少且難以快速滿足所有政企業務接入需求。現階段的VC-OTN系統架構如圖1所示。

圖1 VC-OTN系統架構

1.3 市區綜合業務區模型

市區區域主要由多個綜合業務區緊密組合而成，雖然大多綜合業務區由于人為劃分、地形等因素呈現各類不規則多邊形，但是典型的綜合業務區往往結合市區城市道路交通呈現為方格型。密集城區綜合業務區覆蓋面積為2～5 km2[7]，綜合考慮市區綜合業務區平均面積情況，搭建典型的市區綜合業務區大小為2 km×2 km、面積為=4km2的方形區域。則市區總綜合業務區面積可表示為S(N )=n ·，其中，n為市區綜合業務區數量。且根據網絡規劃業務收斂需求，每個綜合業務區至少需具備一個匯聚節點。

此外，實際綜合業務區面積與典型面積存在一定差距。但在本模型中，由于高價值政企客戶點位采用均勻分布，此面積大小不影響總體客戶點分布，但影響該業務區VC-OTN部署點位的可選范圍，對總體覆蓋率為次要影響，本文暫不展開分析。

2 一種基于類矩形分布模型的政企傳輸網絡規劃設計方法

2.1 搭建類矩形分布模型

（1）實際接入距離判定

由于網絡點位與客戶點通常采用經緯度記錄，地圖上兩點之間的實際距離需要通過經度、緯度之間測算獲得。設網絡點A與客戶點B。實際上，該網絡點位至客戶點并非直線覆蓋，末端光纜往往通過管道、桿路等方式敷設，考慮市區城市規劃及道路建設呈方格型，采用棋盤距離作為兩點間的物理距離，引入中間點A′。當0 ＜L ≤L0時，對應網絡點位可覆蓋L距離下的該客戶點位。由于0L R?，地圖上實際接入距離可等效為平面模型棋盤距離L，即：

考慮政企客戶就近接入的特性，往往接入為本綜合業務區機房或相鄰綜合業務區機房，則其可考慮接入距離L0≤ L0max如式（2）所示，接入距離理論最大值L0max示意圖如圖2所示。

（2）類矩形單節點模型

根據設定的最大接入距離L0，獲得網絡點位最大覆蓋客戶點范圍。由于實際業務接入光纜距離覆蓋受城市房屋用地及道路規劃影響，實際覆蓋范圍為類矩形，節點最大覆蓋范圍類矩形示意圖如圖3所示。

圖2 接入距離理論最大值L0max示意圖

圖3 節點最大覆蓋范圍類矩形示意圖

模型單位網絡點位最大覆蓋范圍可等效為對角線距離為 02L的矩形，面積0S可近似表示為根據設計經驗以及實際投資效益，L0不能太大，太大會導致業務難以就近接入，影響業務發展；也不能太小，太小會導致M過大，投資太大。

結合市區模型，搭建市區類矩形分布模型如圖4所示。方形范圍為該業務區所有客戶點覆蓋面積邊界，大顆粒黑點表示該業務區所有匯聚及以上機房部署點位，類矩形區域為最大接入距離為0L的VC-OTN節點的覆蓋范圍。

圖4 市區類矩形分布模型

2.2 需求覆蓋率的相關約束條件

根據運營公司設定的政企傳輸網絡占有率目標值和轉化率計算需求點位覆蓋率。運營商的需求點位覆蓋率可表示為需求覆蓋客戶點位數 1N與總客戶點位數N的比值，即：

根據需求點位數和點位最大覆蓋范圍獲得點位面積覆蓋率，則理論最小覆蓋率只需滿足式（4）即可滿足需求客戶點覆蓋率需求。

設定 0M為最小需求VC-OTN點位數，極端場景下，0M個類矩形區域應不存在重疊，則此網絡點位覆蓋的面積總客戶點位覆蓋面積即市區總綜合業務區面積。根據上述條件推導理論最小的VC-OTN點位數 0M如式（5）所示。

其中，[·]為向上取整符號。即實際需部署的VC-OTN點位數存在約束條件 M ≥ M0。此外，根據實際項目需求，可以根據投資等因素，獲得的進一步約束條件。

2.3 兩種不同部署策略的實際點位覆蓋率

結合機房點位所有客戶點的經緯度信息，依次根據接入距離判定式，計算獲得各機房在最大接入距離0L條件的理論可覆蓋客戶數。通過選取的M個機房記錄所有實際覆蓋客戶點位數1N，結合總客戶點數N計算實際點位覆蓋率，如式（6）所示。

在最大接入距離0L和選取M個機房數量固定的情況下，實際覆蓋率同樣會受到多個相鄰機房重疊覆蓋客戶點數的影響，重疊覆蓋客戶數越多，實際覆蓋率越低。因此，為盡量提高覆蓋率，本文根據不同場景，提出了2種機房選取策略。

· 策略1：面向需求機房點位數較少，幾乎無重疊覆蓋客戶的場景。選取單一機房覆蓋客戶點數最多的前M個機房，優先向熱點區域覆蓋。

· 策略2：面向機房點位數較多，重疊覆蓋客戶數多的場景。在機房點位數較多場景下，策略1的前M個機房會存在較多客戶點重復覆蓋。綜合業務區可根據成熟度劃分為：成熟區、部分成熟區、非成熟區，其分布往往將市區綜合業務區環形切分。將單一機房覆蓋客戶點數依次排列，切分為相鄰的3組。當 M≠（0 m o23）時，剩余

機房數量從這3組中選取最大的幾個機房。

通過預先對政企傳輸網絡提前進行高層級網絡部署，在業務觸發后再基于客戶實際業務需求進行底層級網絡部署。

3 仿真分析

采用蒙特卡洛算法驗證本文搭建的模型下，不同機房選取策略的系統性能，本仿真模型的蒙特卡洛次數為1 000。其他系統仿真參數設置為：總客戶點位數 N= 5 000，需求客戶點覆蓋率P實際(N1/N)≥ 80%，市 區 綜 合 業 務 區 總 數n= 100。綜合考慮各類業務區的機房選址情況，各綜合業務區內匯聚機房的點位和客戶點位模型均采用離散均勻分布。

最小VC點位數與最大接入距離0L的關系如圖5所示。可知，當L0≤ 1 200 m 時，需求的理論最小VC點位數均大于或等于100個，表明即使所有匯聚機房節點作為VC點位，且不考慮重疊覆蓋客戶點位情況，依舊無法滿足業務接入需求，需向下一層級推廣部署才能滿足需求；當L0≤1 200 m 時，需求的理論最小VC點隨著L0增大，需求的理論最小VC點位數逐步減少且逐漸區域平緩。

圖5 最小VC點位數與最大接入距離0L的關系

最小接入距離為2 500 m，VC-OTN節點數為26條件下，采用策略2篩選的機房可覆蓋客戶點位直觀示意圖如圖6所示。圖6（a）為本文模型仿真下，各機房節點若部署VC-OTN系統，基于本文類矩形模型可覆蓋的客戶點數熱力圖。圖6（b）為圖6（a）矩陣下，采用策略2篩選的26個機房作為VC-OTN節點對應的可覆蓋客戶點數熱流圖。可知策略1、策略2的覆蓋客戶點統計總數分別為4 340個、3 867個，策略1較策略2的統計總數大，但熱點區域篩選的節點更加緊密，重疊覆蓋現象更加顯著，導致策略實際可覆蓋客戶點總數明顯低于統計總數。圖6（c）為該仿真下客戶點位、機房點位、VC-OTN點位的仿真示意圖。通過策略2篩選的VC-OTN點位相對策略1更加分散，在滿足熱點部分熱點區域高覆蓋的同時，盡量減小重疊覆蓋客戶數。

圖6 最小接入距離為2 500 m、VC-OTN節點數為26條件下，采用策略2篩選的機房可覆蓋客戶點位直觀示意圖

不同策略下，VC地位與客戶點覆蓋率的關系如圖7所示。可知，隨著VC點位數增大，客戶點覆蓋率增大，且增大幅度逐漸放緩。相同VC-OTN點位數下，策略2的覆蓋率明顯高于策略1，在VC-OTN點位大于90個后逐漸趨近。當覆蓋率滿足80%時，理論最小、策略1和策略2所需的最小VC-OTN點位數分別為26個、58個和50個。

圖7 不同策略下，VC地位與客戶點覆蓋率的關系

滿足80%覆蓋率，不同策略下，最大接入距離與VC-OTN點位數的關系如圖8所示。可知，在相同策略下，隨著最大接入距離增大，需部署的VC-OTN點位數減小，且減小趨勢逐漸放緩。其中，按照實際策略1、策略2部署的節點在最大接入距離0L小于或等于1 500 m時，即使所有站點均部署VC-OTN節點，也無法滿足覆蓋率需求。當最大接入距離大于1 400 m時，策略2較策略1下降的趨勢更加明顯。最大接入距離相同條件下，策略2較策略1需要更少的VC-OTN點位就能滿足覆蓋率需求。

圖8 滿足80%覆蓋率，不同策略下， 最大接入距離與VC-OTN點位數的關系

4 結束語

本文提出的一種基于類矩形分布模型結合熱力地圖的政企傳輸網絡規劃設計方法。通過搭建典型市區仿真環境，探究了VC-OTN節點部署數量、策略、最大業務接入距離等影響因素對VC-OTN系統部署效益的影響。

為實際網絡系統精準快速建設提供可靠理論指導，進一步簡化設計復雜度，壓縮網絡建設周期，加速網絡交付速度，實現業務快速開通，避免了盲目部署VC-OTN點位，提升了點位部署規劃精度，另外，也能提升投資效益。在實際業務觸發之前能提前對點位進行部署，對潛在客戶進行地理位置梳理，預先對政企傳輸網絡進行高層級網絡部署，在業務觸發后再基于客戶實際業務需求進行底層級網絡部署。

同時，本綜合業務區、客戶點模型是基于分布總體情況搭建的，實際建設與該模型存在一定差距。且實際建設還需考慮建設投資、需求接入率等約束條件限制。在實際應用中，結合實際市區個性化需求，可不斷修正系統參數和業務模型，從而提升規劃精準度，以適用各種場景。