城域网宽带接入网规划内容方法研究.docx
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城域网和宽带接入网规划内容和方法研究
编号：
内部资料，注意保密
软科学研究报告
城域网、宽带接入网规划内容及
方法研究
（报批稿）
研究单位：
中国电信集团广州研发中心
广东省电信公司科学技术研究院
完成日期：
2002年7月目录
1 前言 3
2 城域网网络规划方法研究 3
2.1 网络与业务现状调研研究 3
网络现状调研 4
业务现状调研 4
2.2 业务发展预测研究 4
2.3 城域网及宽带接入网分析与优化方法 5
宽带用户上网的业务流量计算 5
网络流量流向矩阵计算 6
网络拓扑和优化矩阵 7
2.4 建设计划形成方法 8
3 接入网光缆规划方法研究 9
3.1 本地网现状统计与分析 10
3.2 社会经济分析 14
3.3 宏观需求预测 14
宽带接入的光纤需求 15
窄带接入的光纤需求 15
传送方式对光纤需求的影响 15
3.4 发展目标的制定 15
3.5 建设需求的提出 16
3.6 节点设置 16
3.7 路由选择及拓扑结构 18
3.8 光纤组织与芯数配置 19
4 结束语 23
1前言
随着Internet网络的迅速发展，Internet的骨干网容量越来越大，网上信息也越来越多，尤其是宽带信息或应用的不断丰富，使得高速上网需求越来越大。
目前，国内外在宽带接入方面，有多种实现技术或方式，例如：
xDSL、HFC、FTTX+LAN等。
各种方式都已经有了一定用户规模。
而国内多家电信运营商或视频广播网络也都在采用特定的方式建设宽带网络和宽带接入。
尤其是广播电视网络公司以及网通公司，都在积极建设宽带网络，发展宽带业务。
这对中国电信构成了极大的挑战。
可以预见，宽带网（含城域网、宽带接入网、光纤接入网）将是中国电信下阶段的建设重点。
但中国电信有自身的特定环境，例如有电信资源的地方和没有电信资源的地方，宽带网络建设还面临的诸如技术的多样性、业务的不确定性以及市场培育期等等问题，给网络规划和建设带来许多问题。
因此宜尽快研究其规划方法，为中国电信各省公司提供指导意见。
本项目针对本地宽带网提出相应的规划提纲以及规划要求的内容，制定相应的系列电子表格，以目标局（或端局）为单位对象，提出系统的规划量化计算方法。
范围包括城域网、宽带接入网和光纤接入网的规划内容和规划方法。
宽带网规划内容将包括网络现状调研、业务发展预测、网络及业务发展策略、网络流量流向分析、网络规划建设、投资建设预案等章节，提供相关各章节的电子表格量化描述相关内容，并提供这些表格间的关联链接。
而规划章节的网络与业务发展策略研究（形成技术、业务指导意见）将结合目前的宽带业务发展，把握市场需求现状及业务发展趋势，针对目前的多种宽带技术分析，例如：
城域网网络模型、宽带接入技术的选择（包括ADSL、xDSL、HomePNA、LAN、宽带无线接入、CableModem、宽带PON等）等，进行网络技术发展趋势的分析，并提出一些策略性指导意见。
此外，文本还结合各地光纤接入网的发展情况，提出发展城域网和宽带接入业务的参考性意见。
2城域网网络规划方法研究
2.1网络与业务现状调研研究
对网络资源及业务发展现状的准确把握是网络规划工作的前提。
网络及业务现状的调查工作主要是在规划区域内按照网络节点的设置（一般以市或县为单位而设置）来统计区域内设备/端口的数量及规模。
城域网以目标局和非目标局为基本单位来进行统计，宽带接入网要以接入点来进行统计。
网络现状调研
城域网方面：
骨干路由器、核心交换机的数量、，以及网络中继带宽大小等。
宽带接入网方面：
接入层交换机、接入节点设备DSLAM、用户接口板的端口类型及数量等。
表格：
IP城域网节点设备网络现状表
支持ADSL的ATM网络现状表
宽带接入网络现状表
业务现状调研
业务发展现状调研需要统计用户数、上网时长、业务收入等发展指标。
宽带业务上网时长、业务收入指标近期由于计费系统的建设滞后等原因，目前暂不作要求。
但有条件的地区仍要坚持进行统计。
未来全网都要统计所有指标。
表格：
参见第3章的业务分类总汇表。
2.2业务发展预测研究
规划期间业务的发展情况预测一方面能够为规划期内各分区域的网络流量和网络通信规模预测提供计算依据，另一方面也能为业务发展部门提供相应的决策参考。
如用户数的预测、上网时长的预测、网络业务收入等。
在进行业务发展预测时，将结合业务发展和现有的市场需求以及市场资费策略，综合利用二次、三次、指数预测和回归分析等数学方法，使得预测结果接近实际的业务发展实况并尽量做到分规划子区域进行预测。
因应网络的发展和资费的调整，宽带业务从去年开始才大量发展。
由于发展时间短，历史数据少，给业务发展预测带来一定的难度。
因此在发展初期，要借鉴其他电信业务的发展模式，加强人工干预，保证准确预测。
经过几年之后，数学分析预测才能真正发挥作用。
从去年的发展来看，宽带上网是今后几年业务发展的重点，随着宽带上网使用资费的下调，宽带用户数会有很大的提高。
表格：
宽带用户分类预测总汇表（与业务现状汇为一表）
2.3城域网及宽带接入网分析与优化方法
网络的分析与优化主要基于对网络现状的准确把握和规划期内业务的发展预测。
在现有用户发展规模的基础上，引入流量计算模型和现实的网络流量采集指标，经过用户流量计算、各子区域（分节点）流量合计、各子区域（分节点）之间的流量流向计算、规划期内流量预测对网络通信能力的需求分析等几个步骤，得出今后几年网络大致的建设规模，同时根据目前网络相关建设单位成本计算出相应的网络建设投资额度，尤其是下一年度的网络投资规模。
此外，在网络流量流向的基础上，结合现有网络端口数量、中继带宽等资源的配置情况可对现有网络进行优化。
主要包括网络拓扑的优化、网络的链路容量分配、网络的流量分配等内容。
根据业务发展现状和网络资源状况提出几种相关的网络拓扑优化方案，在分析各种方案所得网络投资和网络通信能力的基础上选择网络优化最优解。
宽带用户上网的业务流量计算
宽带上网用户类型可以分为动态上网用户和固定上网用户。
前者类似拨号接入服务的特性，一般通过PPPoE等的方式动态地建立PPP连接，通过用户注册认证后，才连接到163网络。
后者类似专线上网，有静态固定的IP地址，有固定的10/100Mb/s接口连接163网络。
另外还有一种用户类型是同城互联用户，企业各分部利用VPN等构筑企业内部网，再经一个出口连到163网络。
由于几类用户使用网络的方式不同，其所产生的业务流量也有很大的不同。
因此，在计算多媒体网络的流量时，必须加以区分，分别计算，最后，将几类流量叠加。
宽带动态上网的业务流量计算
由于宽带用户动态上网访问Internet的使用特性类似拨号用户的使用特性，因此，可以采用拨号用户的业务量预测方式。
该公式适用于利用宽带接入Internet，进行Web、Email等操作的情况。
不适应进行VOD等操作的持续视频流情况的业务流量预测。
拨号上网流量计算公式为：
*用户数（单位：
Mb/s）
其中，n为每月每个用户上网的通信次数；
T为平均每次通信时长（秒）；
R为用户通信速率（kb/s）；
r为IP分组方式的统计复用系数（1/5）；
r1为每月的忙日集中系数（1/20）；
r2为每日的忙时集中系数（1/10）。
作为举例，以下给出广东电信的相关参数。
各个省市可根据具体统计数据参照采用。
n值根据广东省数据通信局的业务报表统计，每人每月平均为28次，接近每人每天拨号上网一次的水平，因此，此值在今后几年应该不会有太大的变动。
T值的取定稍微复杂，99年的计算基数采用数据局的业务报表统计的每人每次的通信时长约为30分钟。
考虑到市场竞争和价格调整等因素，预计每年增长20%。
则2000年到2002年依次取值为36分钟、43.2分钟、51.84分钟。
R取定为PSTN为拨号MODEM的最高速率56kb/s，ISDN为2B即128kb/s。
r值是由于IP通信具有统计复用能力，用户上网时，一条56kb/s的通信通道，不可能时时用满，根据统计一般约用到1/5。
因此，r取值1/5。
r1、r2根据原邮电部文件，分别取定1/20和1/10。
宽带固定上网的业务流量计算
由于宽带用户固定静态上网访问Internet的使用特性类似专线用户的使用特性，因此，可以采用专线用户的业务量预测方式。
该公式适用于利用宽带接入Internet，进行Web、E_Mail等操作的情况。
同样不适应进行VOD等操作的持续视频流情况的业务流量预测。
由于宽带固定上网速率有1.5M、10M、100M等差别，在确定上式中的平均接入带宽参数方面要参考宽带用户统计报表，从报表中取得各类专线用户的大致比例，则由此可得平均接入带宽。
同城互联用户的业务流量计算亦采用如上公式。
动态上网和固定上网用户比例
由于宽带业务的预测没有细分为动态上网和固定上网两类用户，因此要根据报表中宽带用户数统计来假定两者的比例。
例如在广东，2001年9月的现状为动态上网的用户数占全部宽带用户数的99.85%，所以假定这个比例在2002年及2003年分别为99.8%、99.85%。
宽带用户上网的业务量是将每个节点的固定上网用户业务量和动态上网用户业务量相加后而得到的结果。
固定上网中亦要类似统计分出同城互联用户和专线上网用户的比例。
表格：
网络节点业务总量表
网络流量流向矩阵计算
本地网节点产生的总业务流量在扣除节点内流量之后即为出本地网流量，其中又包含了两部分：
出本地网流量和本地网内部流量。
宽带用户的上网行为是这样的：
用户主要访问本地外站点和本地核心节点的服务器，用户相互间的流量是很少的；仅仅同城互联用户的行为是与此相反的，互联用户在本地网内充分交流，其流量主要是在本地网络中，出本地网络流量相对较少。
在推导本地网节点间的流量流向矩阵时主要采用一种称为用户权系数重力法的计算方法。
该重力法的算法公式如下：
式中：
Fij表示从起点i到终点j方向的流量；
Ri表示起点i的业务流出的总量；
Si表示起点i的用户数；
Sj表示终点j的用户数；
Sn表示某节点的用户数；
上式的物理意义也比较明显：
用户数聚集的地方一般也是信息流聚集的地方，节点覆盖范围内的用户越多，那么产生的信息量会越大，同时也越可能吸引其它节点的用户来访问，即在其他节点产生的本地网内部流量中的权重越大。
在这里，由于数据业务的特殊性（网络访问流量与距离无关并且流量来去的路由可以不一致），所用重力法的权重系数是目的节点用户数占全部用户数的比例。
表格：
网络节点流量流向矩阵表
在流量流向矩阵的基础上，结合现有及未来拓扑结构设置情况根据流量的路由计算得到网络中继带宽需求。
网络拓扑和优化矩阵
在做网络拓扑优化时利用到一个计算中继流量的程序，根据最新数据业务报表及假定参数计算出各地市节点间流量流向数据，将此矩阵作为计算的数据源输入到该程序中，另一个已知条件是基于现有网络中继拓扑建立的拓扑连接矩阵。
程序事先将所有POP节点按连接关系进行排序，并依照跳数最少的条件找出任意两节点间的最优路由（除最优路由外，另为备选路由预留20％的流量冗余），按顺序读入流量流向矩阵中的数据并累加到对应起始节点和中止节点的最优路由上去。
整张矩阵表读取计算完之后将得到基于现有拓扑结构的中继流量矩阵，将该矩阵同省163骨干网络监测的MRTG流量做比较，如两者之间相差太大，则适当调整相应的流量计算参数，然后重新计算各地市上网用户的流量，按照本节初的方法得到新的中继流量值。
如此反复调整直到两者流量间的差别在预定的门限以内为止。
当然，由于在计算中选用的某些参数是根据全省的该类用户上网行为假定的，并没有体现出各地市用户之间及网络资源的特性差异（如湛江的本地上网用户数虽然不多，但由于其碧海银沙等网上应用资源丰富，吸引了大量其他地市的流量），所以需要对个别地市计算出来的中继流量做适当修正。
利用修正后的流量计算参数及2002～2003年业务预测数来推导今后两年的中继流量情况，并可以由此设计不同的拓扑结构进行拓扑优化。
比较各种拓扑下的网络中继流量情况及相应的网络设备、链路容量扩容投资等状况来选取最优方案。
以上优化计算流程如下图所示。
各节点用户数现状
流量计算参数
总流量计算
流量流向矩阵
中继流量计算
流量修正
现MRTG流量
误差较小？
否
是
参数修正
用户数预测
*
2002～2003中继流量计算
根据以上思路计算得到下年中继拓扑及流量表格。
表格：
网络拓扑流量流向矩阵表
表格：
网络中继需求表
2.4建设计划形成方法
利用网络拓扑流量流向扩容表格计算结果及网络优化结论，结合网络设备应用现状，直接形成建设计划，包括中继、设备容量、所需资金等。
相关表格见前述。
再结合现有的市场需求来建设相关项目，如大客户需求、增值业务支撑平台、宽带应用、网络管理网络安全等。
根据网络发展和业务发展策略的指导，有选择地投资一些项目的试验及应用研究，如MPLSVPN试验、组播业务应用等。
表格：
设备现状和网络扩容计算表
表格：
资金测算表
3接入网光缆规划方法研究
一个本地网的接入网光缆规划，一方面需要在宏观上对地区的整体情况有较好的把握，另一方面，在具体的建设中需要把工作做得细致。
因此，在接入网光缆的规划研究中，我们把它分成宏观和微观两个层面。
如图，宏观上是指整个地区的总体情况，而微观上是指在一个本地网某个目标局覆盖范围内的具体建设项目而言的。
在宏观上，首先必须进行规划基础资料的收集和调查。
基础数据一方面要对现有的光缆资源进行准确的反映，以利于规划的进行。
另一方面，也要对其他的网络资源进行整体上的把握，以利于整体发展目标的制定。
在收集基础数据的同时，还必须了解当地的社会经济状况，包括当地的现在经济规模、各产业在社会经济中所占的比重和可持续发展的因素，以利于对本地网的宏观发展目标和各种业务发展有一个合理的预测。
在基础数据收集和社会经济状况的基础上，要对本地区的业务发展进行相应的需求预测。
预测的目的是为了明确今后用户对业务的需求而带来的对接入网光缆需求情况。
准确的需求预测是做好规划的关键所在。
在掌握了基础数据和需求预测的基础上，并考虑市场竞争以及今后网络、技术的发展等因素，进行充分比较和论证后提出可行的规划发展目标。
宏观目标的确定，其目的是为了更好的指导微观（即具体建设项目）建设。
在微观上，对于具体区域的规划建设，要具体问题具体分析，以保证规划的实用性。
其步骤可分为：
项目提出、节点设置、路由选择及拓扑结构、配纤和方案确定四个步骤。
目前，各个省市和地区在接入网光缆的层次划分和界定上并没有统一的标准，在此，我们采用大多数地区所使用的方法。
为方便统计各地的接入网光缆资源，先将本文所提到的有关接入网光缆的术语定义如下：
机楼：
指一栋通讯大楼，通常是目标局所（或非目标局所）所在大楼。
光交接点：
指有光配线架、可进行光缆跳接的节点。
可分为光交接间和光交接箱。
光交接间：
户内设备间，并且可以放置设备的光交接点。
光交接箱：
光缆交接箱，仅提供光缆跳接功能的光交接点，通常是指室外的交接箱。
光节点：
放置末端设备的节点，某些光交接点由于有接入设备，也是光节点。
节点：
所有光交接点和光节点统称为节点。
覆盖区域：
在接入网光缆中，往往根据每一个目标局所地理位置的不同而确定的覆盖区域，目标局所通常是覆盖区域内接入网点的业务汇聚点。
下面，将对上述所说在宏观和微观上的七个步骤进行详明的阐述。
3.1本地网现状统计与分析
要做好接入网光缆的规划工作，首先必须对现有的光缆资源进行统计。
比较理想的统计管理办法是采用专业化的地理信息资源系统（如MapInfo）和相关的软件进行资源的管理和统计。
这一方面可以把现有资源在地图上清晰、直观的表示出来，另一方面也可以对资源进行统计和筛选。
但这种方法需要投入大量的人力和物力，并且在现有资源统计力量较为薄弱的情况下较难实现。
在现阶段，比较方便和实用的方法是采用较为简单的Excel表格进行资源的统计。
这种方法可以较快的对整个地区的光缆资源进行掌握，而且作为本地区的规划人员，本身对地区的地理概貌和管道资源有一定程度的了解，这可以在一定程度上弥补表格统计无法在地图上呈现的不足。
采用表格统计的目的是为了准确把握现有的光纤资源。
目前的接入网光缆，星型结构和线形结构在光缆和光纤的统计上都较好实现。
对于环形结构，由于光缆成环，根据业务需求的不同，环上的不同节点对光缆中的不同纤芯进行了跳接和直通，因此，在如何清晰表达纤芯路由组织和连接情况的时候存在着一定的困难，也较难把握统计的格式和方法。
在此，对光缆成环的统计进行一些探讨。
如下图：
甲为一栋中心机楼，乙、丙为甲机楼所属的光交接间，同时乙也是一个光节点。
丁、戊、已、庚为光节点。
为了描述的方便，以12芯作为一组光纤在图中以一条直线表示。
现有48芯的光缆从甲到乙到丙到甲，同时在乙－丁，乙－戊，丙－已，已－庚之间各有一条12芯的光缆。
具体的光纤跳接情况如图。
假设图中采用带状光缆，最内侧的一带12芯光缆在环上所有光节点处打开，其中的纤芯既可以配置为SDH设备环使用，也可以作为环上各节点的备用纤芯，我们称之为公用纤芯带。
因此公用纤芯带的概念只在环网中出现。
一旦公用纤芯带中部分纤芯被某节点使用，比如12芯中的2芯被乙节点使用，则只剩下10芯的公用纤芯，被乙节点占用的2芯以及环的另一侧空闲的2芯被分配到相应节点上。
各光节点对光纤的具体使用情况是：
乙光节点已用4芯从光缆A到达甲，丁已用6芯从光缆D、A到达甲，戊已用6芯从光缆E、A达到甲，“已”已用4芯从光缆F、C达到甲，庚已用2芯从光缆G、F、C达到甲。
在表格的设计上，采用两个表格对光缆和节点光纤情况分别进行填写。
表一为“光缆统计表”，其目的是为了统计光缆的资源情况，从中了解目前所拥有的光缆公里数、纤芯数、纤芯公里数。
在“光缆统计表”中，每一行代表一段光缆。
一段光缆是指两点间具有相同的路由和纤芯数，且没有纤芯跳接的一段光缆。
表一由10列组成，其含义如下：
“所属局所”描述的是光缆段属于哪个目标局所的覆盖范围。
对于有双归结构的地区，可以选择其中的一个目标局填写。
“光缆段”为一段光缆的名称，它可以采用命名或编号的方法，但在一个本地网内必须是唯一的。
若为了简化，也必须保证在一个目标局的覆盖范围内唯一。
“起点”和“终点”为一段光缆的起始节点和终止节点。
“公里数”、“芯数”、“纤芯公里”、“已用芯数”、“光纤类型”和“投产日期”分别描述了光缆的相关信息。
表一：
光缆统计表
所属局所
光缆段
起点
终点
公里数
芯数
纤芯公里
已用芯数
光纤类型
投产日期
甲
A
甲
乙
10
48
480
16
G.652
1999年12月
甲
B
乙
丙
8
48
384
0
G.652
1999年12月
甲
C
丙
甲
10
48
480
6
G.652
1999年12月
甲
D
乙
丁
5
12
60
6
G.652
1999年12月
甲
E
乙
戊
5
12
60
6
G.652
1999年12月
甲
F
丙
已
5
12
60
6
G.652
2000年3月
甲
G
已
庚
7
12
84
2
G.652
2000年3月
表二是“节点芯数表”，其目的是为了统计各个节点所拥有的到达目标局所的光纤芯数。
表中每一行代表一个光节点。
表二由7列组成，其含义如下：
“所属局所”和表一中的相同，描述的是节点属于哪个目标局所的覆盖范围。
对于有双归结构的地区，可以选择其中的一个目标局填写。
“接入节点”为节点的名称，可以采用命名或编号的方式。
在本例中，我们采用文字（从乙到庚）来描述。
“节点性质”是指节点属于光节点。
“节点容量”为根据现有的光缆组织对该节点安排的节点纤芯容量。
如在此例中，节点“已”有12芯光缆到丙，但由于“庚”的存在，“已”和“庚”只能共用光缆F的12芯。
因此，我们在表二的“节点容量”此项，对“已”安排6芯，对“庚”安排6芯。
在实际的统计过程中，这样的安排是要根据各节点的业务发展情况而定。
原则上，“已”和“庚”的合计“节点容量”为光缆F的芯数，且这两个节点的“节点容量”不得小于其“已用芯数”的值。
“已用芯数”为节点设备已经使用了的光纤芯数。
根据实际情况填写。
“环形公用纤芯”为环形光缆网上公用纤芯的数量。
“公用纤芯已用芯数”为被占用的公用纤芯数。
表二：
节点芯数表
所属局所
接入节点
节点性质
节点容量
已用芯数
环形公用纤芯
公用纤芯已用芯数
甲
甲
光节点
12
0
甲
乙
光节点
24
4
12
0
甲
丙
光节点
12
0
12
0
甲
丁
光节点
12
6
甲
戊
光节点
12
6
甲
已
光节点
6
4
甲
庚
光节点
6
2
通过表一和表二的统计，我们就可以较好的对一个地区光缆段和纤芯的相关资源情况进行掌握。
同时，可以利用Excel表格内部的筛选和统计功能对光纤数据进行整理和分析。
在现实的物理网络中，接入网的光缆情况是非常复杂和多变的。
因此，两个表格往往很难对所有的情况进行完整清晰的反映。
因此，表格统计的目的是为了尽可能的去掌握现有光缆资源的整体情况并准确的反映出来，为下一步的规划工作提供依据。
因此，表一和表二的设计，其主要目的是去掌握现有光缆资源和各节点可提供光纤芯数的情况，至于具体的路由安排，可通过图纸辅助来描述。
在分析现有光缆资源的使用情况后，对接入网的其他资源如：
管道、铜缆、接入网传输系统、接入网业务设备、接入网设备间等也要进行整体的把握，并从中找出目前影响接入网光缆发展的主要问题所在。
以利于制定总体的发展目标。
3.2社会经济分析
从根本上来说，社会经济才是通信网发展的决定因素，社会经济情况决定了人们对通信业务的需求大小。
为了更合理的预测网络的发展目标，进行适度的社会经济状况的分析是必要的。
经济总规模大，发展得快，人们对电信业务需求增长也快，对新兴的电信业务也有较旺盛的需求势头。
在最近几年，随着改革开放的逐步深入，全国地区都都在进行产业结构的调整，正建立起以电子信息产业为主导的具有较强国际竞争力的产业基础，但是在全国的各个地区之间，经济发展还是有一定差异的，因此对不同地区的电信业务发展要结合当地具体的经济情况来分析。
电信业务的需求与一个地区内大型客户、经济区的数量密切相关。
在经济越发达的地区，大型客户越多，各类经济区也越多，其电信业务需求不但稳定，而且对新业务的接受能力也较强，那么对接入网的要求也比较高。
对这部分客户，电信运营商不仅要提供通信的能力，而且要保证其通信的质量和可靠性，因此要求接入网具有多业务的接入能力同时，还要求接入网具有一定的保护和留有一定的富余资源，以保证通信业务发展的连续性。
此外，接入网的分布还与辖区内的各类客户的分布有很大的关系。
在一个地区内，各种行业对电信业务的需求是不相同的，比如，政府集中的地方对电信业务的需求与其它用户需求就有很大的不一样，其业务要求具有很好保密性；而写字楼集中的地方要求大量的数据业务
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