1 引言

網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展演進，業(yè)務需求不斷向高速率、低時延、廣覆蓋、密集連接、高安全、智能化的方向發(fā)展，以實現(xiàn)移動視頻、寬帶提速、IPTV、4K等業(yè)務大帶寬需求；ICT專線、金融專線、移動支付、在線游戲等業(yè)務的高可靠、低時延需求；IoT業(yè)務的廣接入、智能化的需求。IP RAN承載網(wǎng)作為本地網(wǎng)業(yè)務的主要承載網(wǎng)絡，在某省運營商近年來的業(yè)務發(fā)展中發(fā)揮了巨大作用。

2 IP RAN承載網(wǎng)現(xiàn)狀及問題分析

2.1 IP RAN承載網(wǎng)現(xiàn)狀綜述

某省運營商IP RAN網(wǎng)絡從2012年開始規(guī)模部署，截至目前，全省網(wǎng)絡層次清晰，覆蓋完善。已實現(xiàn)了基礎架構節(jié)點（含核心、匯聚、綜合接入點）的全覆蓋。本地網(wǎng)IP RAN系統(tǒng)建成從核心到接入的三級架構，每個地市分別設置2個核心機房，每個機房配置2端核心設備，4個核心設備建成mesh結構。每個匯聚區(qū)設置1個匯聚機房，每個匯聚機房配置2端匯聚設備分別雙上聯(lián)至核心節(jié)點，組建口字型環(huán)網(wǎng)結構。綜合接入點或普通基站機房設置接入設備，接入層網(wǎng)絡結構以環(huán)形為主鏈形為輔，每個接入環(huán)設置4～8個接入節(jié)點。針對目前的IP RAN三層網(wǎng)絡架構。IP RAN網(wǎng)絡現(xiàn)狀如圖1所示。

圖1 某運營商本地IP RAN網(wǎng)絡架構圖

目前本地大顆粒/小顆粒專線業(yè)務及常規(guī)普通專線業(yè)務通過IP RAN傳輸IP承載A網(wǎng)終結的方式承載；無線專業(yè)移動網(wǎng)業(yè)務經本地IP RAN接入通過IP承載B網(wǎng)承載移動數(shù)據(jù)業(yè)務流量，業(yè)務承載網(wǎng)絡結構示意圖如圖2所示。

圖2 某運營商IP RAN網(wǎng)絡業(yè)務承載示意圖

以4G業(yè)務承載現(xiàn)狀為例，4G網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務流向有兩種場景。

場景一為4G數(shù)據(jù)業(yè)務在本地網(wǎng)層面由IP RAN系統(tǒng)承載，省干層面由IP承載B網(wǎng)承載至核心網(wǎng)CE設備；

場景二4G數(shù)據(jù)業(yè)務在本地網(wǎng)層面直接由IP RAN系統(tǒng)承載上聯(lián)至核心網(wǎng)（EPC）U面設備。4G承載網(wǎng)絡架構圖如圖3所示。

圖3 某運營商本地4G數(shù)據(jù)業(yè)務流向圖

由于4G核心網(wǎng)用戶面尚未完成地市級下沉，第一種接入場景成為了4G移動網(wǎng)業(yè)務的主要接入方式，業(yè)務路徑為經本地IPRAN接入設備、匯聚設備、核心設備轉至IP承載B網(wǎng)的AR設備，再經省級BR設備、核心網(wǎng)綜合接入路由器MCE設備轉到4G核心網(wǎng)CE設備，最后進入4G核心網(wǎng)網(wǎng)關。

2.2 IP RAN網(wǎng)絡問題分析及挑戰(zhàn)

根據(jù)對某省份IPRAN網(wǎng)絡架構現(xiàn)狀的分析，IP承載網(wǎng)目前主要存在如下幾方面問題。

（1）IP RAN網(wǎng)絡承載業(yè)務較為復雜，IP RAN上行與各系統(tǒng)對接較多，少量匯聚存在匯聚層設備組環(huán)以及二級匯聚的情況；接入層成環(huán)率不足維護難度大，易引起流量不均，擴容成本較高。

（2）IP RAN網(wǎng)絡與IP承載B網(wǎng)并行建設，網(wǎng)絡節(jié)點設備同址堆疊，業(yè)務需求引起的網(wǎng)絡擴容涉及節(jié)點多、專業(yè)界面過于復雜，網(wǎng)絡擴容、建設響應速度慢，維護成本高，難以應對突發(fā)性流量風暴的沖擊。

（3）IP承載網(wǎng)網(wǎng)絡現(xiàn)狀表現(xiàn)為結構復雜，平面堆疊，分域層級繁多，系統(tǒng)利用率低，網(wǎng)絡架時延高，網(wǎng)絡安全性差等問題。

無線移動網(wǎng)、集客專線類業(yè)務的飛速發(fā)展，對IP RAN承載網(wǎng)提出了更高的要求，網(wǎng)絡運營商主要面臨投資效益、網(wǎng)絡時延、流量增長、建設周期等多方面壓力，對現(xiàn)有承載網(wǎng)的承載能力、交付周期、安全性能提出了更高的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)為以下幾點。

（1）極致時延網(wǎng)絡體驗。隨著實時互動類游戲及遠程醫(yī)療、自動駕駛技術的發(fā)展及應用，網(wǎng)絡時延的要求也日益提高，目前端到端網(wǎng)絡時延一般要求在50～100 ms，現(xiàn)有IPRAN網(wǎng)絡基本能夠滿足要求；未來，應關注交互類的業(yè)務時延（如移動在線游戲）和控制類的時延（如車聯(lián)網(wǎng)）的低時延需求。

時延對于我們移動有什么價值？我們這里重點講講最近最火熱的在線游戲、騰訊王者榮耀。

① 市場滲透率高達22.3%，用戶規(guī)模突破2億，年輕化趨勢明顯，24歲以下用戶超過54%，高ARPU的手機用戶，很多人都在玩，我們認為這款游戲不光是游戲里面組團對戰(zhàn)，更是我們運營商網(wǎng)絡口碑的終極PK。

② 這款游戲會顯示游戲預測延時，而且因為是組團對戰(zhàn)，1個用戶網(wǎng)絡延時，會極大影響隊員，所以用戶對延時非常敏感（游戲右上角顯示預測延時，0～105綠色游戲流暢，105～200黃色 游戲有卡頓，200+紅色 游戲卡

為了驗證目前咱們移動網(wǎng)絡情況，我們選取高校、車站等區(qū)域，隨機測試100條，發(fā)現(xiàn)預測時延大都在50～110 ms。

影響網(wǎng)絡時延的關鍵要素在承載網(wǎng)方面主要有4個：①光纖材質、距離、接頭等引起的時延，②IP RAN系統(tǒng)設備光電轉換、數(shù)據(jù)交換引起的時延，③IP承載B網(wǎng)網(wǎng)絡設備引起的時延，④中間承載的傳輸系統(tǒng)如波分系統(tǒng)引起的時延。網(wǎng)絡時延主要構成圖如圖4所示。本地承載網(wǎng)側時延的關鍵要素如表1所示。

圖4 網(wǎng)絡時延主要構成圖

表1 本地承載網(wǎng)側時延的關鍵要素

（2）帶寬需求迅猛增加。隨著4G移動網(wǎng)視頻類業(yè)務迅猛增加，尤其是雙頻段及載波聚合等技術的應用，對傳輸網(wǎng)絡帶寬提出了更高的要求。IP RAN網(wǎng)絡建設初期核心層采用10G速率互聯(lián)，中遠期難以適應快速增長的實際業(yè)務需求，周期性的擴容已形成常態(tài)化建設需求。

以某本地網(wǎng)為例：2017年4月份-2018年3月份流量增長情況，

2017年4月份，至B網(wǎng)總流量為8.7 G；2017年8月份，至B網(wǎng)總流量為15.5 G；2017年12月份，至B網(wǎng)總流量為22.68 G；2018年3月初，至B網(wǎng)總流量為42.18 G；2017年8月至12月期間，月均流量增長11%，2017年12月至2018年3月期間，月均流量增長28%。根據(jù)目前業(yè)務發(fā)展速度，預計至2018年8月，ASBR至B網(wǎng)流量將增長至52.55 GE。增長情況如圖5所示。

圖5 IP RAN至IP承載B網(wǎng)出口流量曲線圖

（3）網(wǎng)絡響應速度要求敏捷靈活。從前期網(wǎng)絡規(guī)劃、到中期網(wǎng)絡建設、最后到網(wǎng)絡投產運營都突出一個快字。隨著新興業(yè)務的快速發(fā)展和對網(wǎng)絡服務提出的超快、極簡、智能的需求，傳統(tǒng)分層、分域、分布迭代的建設方式已無法支撐瞬息萬變的市場發(fā)展需求。

綜上所述，為了更好地滿足4G及集團客戶日益增長的業(yè)務需求，迫切需要打造層次扁平、結構極簡、體驗最優(yōu)的IP RAN承載網(wǎng)架構。本文結合某省運營商IP RAN網(wǎng)絡實際情況及工程情況，針對現(xiàn)有網(wǎng)絡核心匯聚至IP承載B網(wǎng)提出優(yōu)化方案，以供參考。

3 IP RAN網(wǎng)絡扁平化及與IP承載B網(wǎng)融合策略

根據(jù)市場業(yè)務發(fā)展需求預測對IP RAN網(wǎng)絡帶來的問題與挑戰(zhàn)，結合網(wǎng)絡現(xiàn)狀實際情況，以提效益、促發(fā)展為原則，提出了IP RAN網(wǎng)絡簡化及多平面融合策略。

3.1 網(wǎng)絡扁平化

3.1.1 核心層優(yōu)化

某地IP RAN網(wǎng)絡設置2個核心局址，配置4端核心設備，網(wǎng)狀網(wǎng)mesh化結構互聯(lián)，面對日益增長的業(yè)務需求，存在主要問題如下：

擴容投資大：若其中單邊流量超過擴容閾值，為保障單點失效，業(yè)務安全倒換，其余鏈路均需擴容，存在大量的板卡

流量不均衡：ASBR設備上聯(lián)B網(wǎng)，一側承載流量1.1 G，另一側承載流量7.6 G，流量不均衡。且為了保障業(yè)務增長，高流量側配置了兩條10 G鏈路，低流量側配置了一條10 G鏈路，兩方向上行端口配置速率不一致，存在網(wǎng)絡故障時流量倒換擁塞風險。

業(yè)務路徑迂回：對現(xiàn)有四核心流量分析的時候發(fā)現(xiàn)，四核心互聯(lián)鏈路中存在大量的流量，流量路徑不符合南北走向。從圖6可以分析出，二樞紐七樓1至北向樞紐樓4G匯聚流量為0.05 G；二樞紐七樓1至高開區(qū)2流量為5.6G ，高開區(qū)2至高開區(qū)4G匯聚流量為4.5 G。二樞紐七樓核心的流量少量走北向接口，大量的流量通過從核心之間調度轉發(fā)至4G匯聚ASBR。存在流量不均衡的增長、單邊失效流量倒換風險等問題。同時也增長了業(yè)務路徑，增加了網(wǎng)絡時延，尤其在在流量出現(xiàn)擁堵時造成的網(wǎng)絡時延增大更是影響了用戶的網(wǎng)絡體驗。

圖6 某地市IP RAN架構及流量圖

設備配置低：目前四核心配置的是CX600-X8設備，單槽位容量最大支持100 G，配置的子卡主要為5*10 G，不支持100 G單端口板卡。目前的配置與流量增長日益不符，傳統(tǒng)的10 G鏈路疊加擴容已不能滿足現(xiàn)有業(yè)務需求。

優(yōu)化建議如下：

架構優(yōu)化建議：將IP RAN的4核心結構調整為兩核心結構，使網(wǎng)絡簡潔化，原有各業(yè)務匯聚區(qū)分別配置1-2端一級匯聚設備，匯聚設備單環(huán)形、雙路由歸屬至本地核心設備。減少接入層單環(huán)上的節(jié)點數(shù)量，優(yōu)化光纜路由，改造單鏈結構為環(huán)形接入，縮短業(yè)務路徑，降低網(wǎng)絡時延，提高網(wǎng)絡效能、提升運營效益。

設備配置建議：結合長遠業(yè)務需求，綜合考慮可采框架目錄設備的交叉容量、設備槽位、設備造價等因素，建議選擇新增較大交叉容量的設備為核心設備，滿足遠期需求，設備板卡+端口配置考慮中遠期預留，適當冗余，以滿足快速擴容需求，兩核心設備互聯(lián)端口采用100 GE速率互聯(lián)。核心設備上聯(lián)核心網(wǎng)設備采用直連方式，配置100 GE速率端口，且預留少量10 G端口以備不時之需；核心UTN設備10 GE下連端口數(shù)量根據(jù)匯聚節(jié)點規(guī)模和口字型組網(wǎng)結構，按需配置，10 GE板卡盡量考慮利舊；新增10 GE板卡須采用高密度板卡。從網(wǎng)絡結構、設備槽位、主控、交叉、端口、模塊、配套等多維度綜合提升網(wǎng)絡能力，保障后續(xù)業(yè)務快速接入。

流量均衡建議：全面梳理、綜合分析、優(yōu)化調整數(shù)據(jù)業(yè)務承載策略，使出口設備配置與業(yè)務接入匹配，承載方式按不同方向均衡流量，制定事實監(jiān)控機制，遵從超前擴容門限指標，對數(shù)據(jù)鏈路配置LAG及負載分擔保護，對長距及安全隱患中繼段配置線路保護，降低數(shù)據(jù)倒換風險，提升網(wǎng)絡安全。

3.1.2 接入層優(yōu)化

以騰訊王卡全國網(wǎng)絡感知影響周報為契機，本次在某地市存在投訴的區(qū)域，梳理出現(xiàn)網(wǎng)絡卡頓的站點，對網(wǎng)絡結構分析。

主要的分析要點為：網(wǎng)絡卡頓站址的傳輸網(wǎng)絡結構；分析環(huán)/鏈路容量；同時周期性對環(huán)/鏈路即時、均值流量進行分析；對業(yè)務路徑進行分析。

某本地網(wǎng)IP RAN接入環(huán)網(wǎng)絡結構現(xiàn)狀圖如圖7所示，在往期網(wǎng)絡感知影響周報中，幼兒師范站點多次存在，本期選取此點為案例分析：

網(wǎng)絡結構：主要存在接入環(huán)上節(jié)點數(shù)量過多，接入環(huán)存在環(huán)套環(huán)現(xiàn)象，接入環(huán)路存在單歸屬問題，存在網(wǎng)絡安全隱患。

圖7 某本地網(wǎng)IP RAN接入環(huán)網(wǎng)絡結構現(xiàn)狀圖

環(huán)路容量：接入環(huán)設備節(jié)點機房均為綜合業(yè)務接入點機房，單節(jié)點配置10 GE速率接入層設備，環(huán)路容量為1*10 GE，配置基本合理。

流量分析：鹿泉開發(fā)區(qū)支局北向上行流量峰值為3.2 G，占比保持在32%左右，未出現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞；鹿泉開發(fā)區(qū)支局與鹿泉幼兒師范為GE鏈路，其中鹿泉開發(fā)區(qū)支局下行接入層環(huán)路最大流量已接近800 M，占比環(huán)路容量80%，嚴重超過擴容門限。

業(yè)務路徑：業(yè)務路徑與網(wǎng)絡架構不匹配，未通過最短路徑回傳，存在路徑迂回。

優(yōu)化建議如下。

架構優(yōu)化建議：對超大環(huán)路裂環(huán)優(yōu)化，環(huán)路承載節(jié)點控制在4～6個；對環(huán)套環(huán)問題的場景進行拆環(huán)處理，優(yōu)化改造為單層結構，接入環(huán)上行雙歸至異局址的兩個匯聚節(jié)點。

流量分析建議：定期進行流量帶寬監(jiān)測、分析，對超過門限值的環(huán)路及時擴容，優(yōu)化調整，避免由于流量擁塞導致的網(wǎng)絡卡頓、數(shù)據(jù)丟失。

業(yè)務路徑配置建議：IP RAN接入層網(wǎng)絡建設通常是逐步“加站”，環(huán)路配置業(yè)務時，選取東、西其中一個方向為主路徑，后期均以此路徑默認為主路徑，隨著接入層IP RAN環(huán)上節(jié)點逐漸增多，路徑迂回的現(xiàn)象越來越突出。這要求后期在進行網(wǎng)絡建設時，需統(tǒng)籌考慮周邊業(yè)務需求，統(tǒng)一規(guī)劃，分布實施，減少大環(huán)、超大環(huán)、長鏈建設，同時在進行業(yè)務路徑配置時，應充分考慮網(wǎng)絡結構，避免迂回路徑的配置。從各方面減少業(yè)務路徑，讓網(wǎng)絡從物理架構、邏輯結構均實現(xiàn)最優(yōu)、扁平化的配置。

3.2 網(wǎng)絡融合

目前無線網(wǎng)業(yè)務的數(shù)據(jù)流量主要來自4G網(wǎng)移動網(wǎng)，2G、3G網(wǎng)絡主要數(shù)據(jù)類型為語音業(yè)務，流量較低。本文主要結合4G承載網(wǎng)需求分析IP RAN網(wǎng)絡融合演進思路。

網(wǎng)絡融合分為三步走。

第一步：地市IP RAN系統(tǒng)核心設備直連4G核心網(wǎng)EPC/U面；

第二步： IP承載B網(wǎng)的本地AR與IP RAN業(yè)務匯聚ASBR融合，實現(xiàn)本地層面一張網(wǎng)承載；

第三步：進一步向匯聚、接入層深度融合，打造面向DC的綜合承載網(wǎng)絡。

3.2.1 第一步：IP RAN直連核心網(wǎng)改造

4G核心網(wǎng)EPC主要分為信令面（C面）和用戶面（U面），首先將核心網(wǎng)用戶面設備下沉至非EPC地市，本地IP RAN網(wǎng)絡核心設備直連下沉的核心網(wǎng)U面設備。核心網(wǎng)C面設備位置和承載路徑保持現(xiàn)狀。改造后的業(yè)務路徑如圖8所示。

圖8 4G本地網(wǎng)業(yè)務承載路徑示意圖

原則在IP RAN四核心改造成雙核心后再進行IP RAN核心設備直連核心網(wǎng)設備改造。改造后的網(wǎng)絡結構如圖9所示。

圖9 IP RAN承載網(wǎng)絡架構圖

IP RAN網(wǎng)絡進行架構簡化、多平面融合改造后，移動網(wǎng)4G數(shù)據(jù)業(yè)務路徑減少4個以上，網(wǎng)絡故障點降低，直接降低了網(wǎng)絡時延，提升了客戶感知、節(jié)約了網(wǎng)絡擴容成本，提升投資及運營效益。

3.2.2 第二步：IP承載B網(wǎng)AR與IP RAN融合

融合后IP承載B網(wǎng)只保留省級BR節(jié)點，地市AR與ASBR融合，本地數(shù)據(jù)業(yè)務統(tǒng)一承載，實現(xiàn)IP承載網(wǎng)集約化，網(wǎng)絡結構簡單化，可極大降低網(wǎng)絡運營成本。AR與IP RAN融合后業(yè)務路徑示意圖如圖10所示。

圖10 AR與IP RAN融合后業(yè)務路徑示意圖

3.2.3 第三步：打造面向DC的綜合承載體系

未來將打破行政區(qū)域及專業(yè)界面限制，建成全省一張IP網(wǎng)絡底座，打造面向數(shù)據(jù)中心的綜合承載體系。目標架構如圖11所示。

圖11 面向DC的綜合承載體系目標架構

4 結論

通過對現(xiàn)有某本地網(wǎng)IP RAN承載網(wǎng)存在的問題和未來面臨挑戰(zhàn)的分析。從網(wǎng)絡時延、容量、安全、效益等方面進行深入分析，提出網(wǎng)絡層級扁平化、網(wǎng)絡平面統(tǒng)一化、網(wǎng)絡結構簡單化三方面給出優(yōu)化建議，以指導網(wǎng)絡進一步優(yōu)化完善和適應未來業(yè)務承載趨勢。

面向5G技術的發(fā)展及應用、IoT業(yè)務的快速興起、集客、政企及ICT專線，對IP分組網(wǎng)絡提出了超高帶寬的承載能力、超低時延的感知能力、超密集組網(wǎng)的覆蓋能力都提出了新的要求。

隨著軟件定義網(wǎng)絡（SDN）及網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）技術的發(fā)展，本地傳送網(wǎng)對于未來新興業(yè)務的承載方式仍需進一步研究。

面對當前的問題和挑戰(zhàn)，本文也總結了6條建議：

建議1：做好流量監(jiān)控，適度網(wǎng)絡擴容

建議2：優(yōu)化網(wǎng)管工具，輔助精準規(guī)劃

建議3：關注技術動態(tài)，把控升級節(jié)奏

建議4：優(yōu)化網(wǎng)絡架構，減少傳輸距離

建議5：引入新的技術，降低設備時延

建議6：監(jiān)控業(yè)務性能，優(yōu)化網(wǎng)絡瓶頸