龐文輝

(太原有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)有限公司，山西 太原 030024)

城域網(wǎng)介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，是在城市(包括郊區(qū))范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息傳輸與交換的一種網(wǎng)絡(luò)。如今，廣電城域網(wǎng)不只是傳輸傳統(tǒng)的圖像、音頻等業(yè)務(wù)，還需能夠完成VOD、寬帶、企業(yè)大客戶(hù)專(zhuān)線(xiàn)等多項(xiàng)業(yè)務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一般分為核心層、匯聚層、接入層。核心層主要完成各個(gè)分前端之間的業(yè)務(wù)調(diào)度；匯聚層完成一定地域內(nèi)的業(yè)務(wù)匯接，實(shí)現(xiàn)較小顆粒業(yè)務(wù)的匯聚，負(fù)責(zé)將本地交換局連接到骨干節(jié)點(diǎn)，以多業(yè)務(wù)顆粒匯聚、傳送、調(diào)度和處理為核心，對(duì)帶寬的需求多變化，要求可擴(kuò)展性高、成本低；接入層則實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的覆蓋并提供多業(yè)務(wù)的用戶(hù)接入。

1 廣電城域網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前廣電城域網(wǎng)雙向技術(shù)主要采用DOCSIS技術(shù)和PON技術(shù)。隨著“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略的實(shí)施，E/GPON技術(shù)不斷涌現(xiàn)，打破了有線(xiàn)電視傳統(tǒng)的DOCSIS技術(shù)。但考慮到改造及運(yùn)維成本，以及DOCSIS技術(shù)對(duì)于帶寬瓶頸的突破，目前大多數(shù)廣電運(yùn)營(yíng)商依舊采用DOCSIS技術(shù)傳播雙向數(shù)據(jù)。

2 城域網(wǎng)承載能力分析

以某地市公司為例，城域網(wǎng)目前采用的是雙核心雙歸屬的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即兩個(gè)星型疊加方式保證冗余安全，又可以負(fù)載均擔(dān)。提高雙向網(wǎng)絡(luò)帶寬，大力發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)，同時(shí)積極推廣智能融合平臺(tái)一體化業(yè)務(wù)，預(yù)計(jì)共發(fā)展20萬(wàn)戶(hù)。

2.1 CMTS下行承載能力現(xiàn)狀分析

周強(qiáng)從著名的尼爾森定律出發(fā)，設(shè)立了一個(gè)比較合適的流量工程模型[1,2]。根據(jù)Cloonan數(shù)據(jù)帶寬分析模型：

CSG=TMAX+S*TAVG.

其中，CSG為服務(wù)組所需要的帶寬能力，S是服務(wù)組內(nèi)實(shí)際用戶(hù)數(shù)，TMAX是運(yùn)營(yíng)商提供的名義最大帶寬服務(wù)，TAVG是高峰時(shí)間平均每用戶(hù)消耗帶寬。目前，該公司現(xiàn)網(wǎng)提供的最大帶寬為20M，因此TMAX按20M計(jì)算，同時(shí)按每個(gè)頻點(diǎn)提供50M帶寬計(jì)算。

1) 當(dāng)為用戶(hù)提供10M帶寬時(shí)，CMTS的接入能力分析

當(dāng)用戶(hù)帶寬普遍提供為10M時(shí)，TAVG系統(tǒng)實(shí)際平均帶寬按400k計(jì)算。

當(dāng)1個(gè)下行端口只開(kāi)通1個(gè)頻點(diǎn)時(shí)：

50M=20M+S*400k

S=75

即：可支持用戶(hù)數(shù)75戶(hù)

2) 當(dāng)為用戶(hù)提供20M帶寬時(shí)，CMTS的接入能力分析

當(dāng)用戶(hù)帶寬普遍提供為20M時(shí)，TAVG系統(tǒng)實(shí)際平均帶寬按500k計(jì)算。

當(dāng)1個(gè)下行端口只開(kāi)通1個(gè)頻點(diǎn)時(shí)：

50M=20M+S*500k

S=60

即：可支持用戶(hù)數(shù)60戶(hù)。

3) 根據(jù)目前各分前端CMTS板卡數(shù)及開(kāi)通下行頻點(diǎn)數(shù)，則實(shí)際可支持用戶(hù)數(shù)如表1所示。

表1 CMTS支持用戶(hù)數(shù)

2.2 物理鏈路承載能力現(xiàn)狀分析

目前匯聚層主要選用華為多業(yè)務(wù)交換機(jī),部署在各分前端機(jī)房。其中大部分前端采用萬(wàn)兆上行與總前端2臺(tái)核心交換機(jī)連接，少數(shù)分前端采用千兆上行與總前端相連，實(shí)現(xiàn)雙歸屬連接。

以覆蓋用戶(hù)數(shù)較多的某機(jī)房為例，采集連續(xù)三日高峰時(shí)(22：00)NE5000至ME60、ME60至IPQAM及ME60至CMTS端口流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

表2 某分前端高峰時(shí)端口流量

根據(jù)表2數(shù)據(jù)分析可知：寬帶流量約占總流量的60%左右，VOD約占總流量的40%左右。所以，目前物理鏈路承載能力約為：

1) 寬帶用戶(hù)并發(fā)率按30%計(jì)算，戶(hù)均帶寬500k，則各分前端理論可支持寬帶用戶(hù)數(shù)約：

20G×60%=12G

12G÷0.000 5÷30%=80 000戶(hù)

2) VOD用戶(hù)并發(fā)率按10%計(jì)算，節(jié)目源全部按高清帶寬8MB計(jì)算，則各分前端理論可支持VOD用戶(hù)約：

20G×40%=8G

8G÷0.008÷10%=10 000戶(hù)

2.3 CMTS上行承載能力現(xiàn)狀分析

CMTS上、下行帶寬速率按照1∶10的比例進(jìn)行配置，TAVG系統(tǒng)實(shí)際平均帶寬為100k，帶寬利用率按80%計(jì)算。

最大理論帶寬等于信道數(shù)目乘以每個(gè)信道最大帶寬。每信道最大理論速率(帶寬)=頻道利用率*信道帶寬*數(shù)據(jù)調(diào)制比特率。

1) 下行信道α=0.15， 下行信道利用率：

1/(1+α)=0.869

上行信道α=0.25, 上行信道利用率：

1/(1+α)=0.8

其中：α升余弦滾降系數(shù)

2) 信道帶寬

下行信道帶寬=8M

上行信道帶寬=6.4M/n,n=1,2,4,8,……

3) 數(shù)據(jù)調(diào)制比特率log2M(qpsk 的M值取 4)

上行信號(hào)的數(shù)據(jù)速率取決于符號(hào)率和調(diào)制方式。在DOCSIS2.0標(biāo)準(zhǔn)中，上行信道的最大頻寬為6.4 MHz，上行信號(hào)的最大符號(hào)率為5.12 M，調(diào)制方式支持QPSK、16QAM、64QAM。

因此，當(dāng)調(diào)制方式為QPSK時(shí)，最大的上行數(shù)據(jù)速率為5.12*2=10.24M；當(dāng)調(diào)制方式為16QAM時(shí)，最大的上行數(shù)據(jù)速率為5.12*4=20.48M；當(dāng)調(diào)制方式為64QAM時(shí)，最大的上行數(shù)據(jù)速率為5.12*6=30.72M。

考慮到大約有10%的比特用于前向糾錯(cuò)，因此QPSK調(diào)制方式的凈數(shù)據(jù)速率約為9.2M，16QAM調(diào)制方式的凈數(shù)據(jù)速率約為18.4M，64QAM調(diào)制方式的凈數(shù)據(jù)速率約為27.6M。

綜上所述，不同的頻寬及調(diào)制方式，對(duì)應(yīng)于上行帶寬，如表3所示。

表3 不同調(diào)制方式對(duì)應(yīng)上行帶寬

目前該公司上行調(diào)制方式采用16 QAM，頻寬設(shè)置為3.2 MHz。

1) 當(dāng)為用戶(hù)提供10M下行帶寬時(shí)，因此上行TMAX按1M計(jì)算：

9.2M=1M+S*100k

S=82

即：可支持用戶(hù)數(shù)82戶(hù)。

2) 當(dāng)為用戶(hù)提供20M下行帶寬時(shí)，因此上行TMAX按2M計(jì)算：

9.2M=2M+S*100k

S=72

即：可支持用戶(hù)數(shù)72戶(hù)。

3 總結(jié)

當(dāng)上行采用16QAM和QPSK調(diào)制方式，1個(gè)下行端口開(kāi)通4連頻時(shí)，4個(gè)上行端口與1個(gè)下行端口支持用戶(hù)數(shù)如表4所示。

表4 上下行端口最大支持用戶(hù)數(shù)

本文通過(guò)借助Cloonan模型分析，可對(duì)該公司城域網(wǎng)承載力得出以下結(jié)論：

1) 通過(guò)對(duì)各分前端下行支持用戶(hù)數(shù)疊加，得出目前該公司局域網(wǎng)完全可以支持20萬(wàn)寬帶用戶(hù)發(fā)展；

2) 當(dāng)上行采用16QAM調(diào)制方式，頻寬設(shè)置為3.2 MHz，上行帶寬不會(huì)成為寬帶用戶(hù)發(fā)展的瓶頸；

3) 當(dāng)鏈路質(zhì)量較好時(shí)，可以嘗試采用64QAM調(diào)制方式，同時(shí)增加CMTS上、下行帶寬比例，可提高用戶(hù)的上行速率。