薛金明 潘 皓 梁 昆 宋 梅
中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司
近年來(lái),網(wǎng)絡(luò)時(shí)延(Delay/Latency)性能越來(lái)越得到人們的重視,逐漸成為通信業(yè)界的新熱點(diǎn)。低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)也成為運(yùn)營(yíng)商所關(guān)注的發(fā)展方向。光傳送網(wǎng)作為最基礎(chǔ)的承載網(wǎng)絡(luò),在各類通信技術(shù)中擁有最低和最穩(wěn)定的時(shí)延性能。但是隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的深入發(fā)展,通信網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始與各行各業(yè)深度融合,某些新興行業(yè)和新興業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(luò)技術(shù)和組網(wǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足的程度。因此,非常有必要對(duì)低時(shí)延業(yè)務(wù)需求進(jìn)行深入分析,從而進(jìn)一步研究光傳送網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延優(yōu)化技術(shù),以更好地滿足這些低時(shí)延業(yè)務(wù)的需求。
江蘇聯(lián)通部分地市業(yè)務(wù)電路存在時(shí)延大和時(shí)延不均衡的問(wèn)題,主要原因?yàn)檫@些地市至業(yè)務(wù)核心節(jié)點(diǎn)地市的光纜距離較長(zhǎng)、跨段較多以及不同方向光纜路由差別較大,同時(shí)存在多個(gè)老舊10G波分系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)容量及時(shí)延均不具備優(yōu)勢(shì)。以連云港169網(wǎng)為例,上聯(lián)南京和無(wú)錫核心的電路時(shí)延為6到11毫秒不等,用戶感知不佳,進(jìn)而影響業(yè)務(wù)發(fā)展,傳輸時(shí)延優(yōu)化急需實(shí)施。
圖1給出了OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型中各個(gè)層次的處理時(shí)延示意圖,可見(jiàn)層次越低,處理時(shí)延越小。表1給出了網(wǎng)絡(luò)中L0層至L3層各種網(wǎng)元引入時(shí)延的數(shù)量級(jí)分布,簡(jiǎn)單理解如下:L0層網(wǎng)元引入時(shí)延ns級(jí)、L1層網(wǎng)元引入時(shí)延us級(jí)、L2/L3層網(wǎng)元引入時(shí)延ms級(jí)、光纖引入時(shí)延與傳輸距離成正比(5us/km)。
圖1 OSI七層模型時(shí)延比較示意圖
光網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延優(yōu)勢(shì)源于其對(duì)業(yè)務(wù)信號(hào)處理層次極低,在全光傳輸距離可達(dá)范圍內(nèi),除了5us/km的光纖固有傳輸時(shí)延以外,光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備引入的時(shí)延均為ns級(jí)的(1ns等于1us的千分之一)。OTN的傳輸設(shè)備進(jìn)入了L1層處理,單節(jié)點(diǎn)的時(shí)延多數(shù)也是在10us級(jí)(復(fù)雜封裝結(jié)構(gòu)下可能達(dá)到100us級(jí))。相對(duì)于交換機(jī)、路由器等L2、L3層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備單節(jié)點(diǎn)引入的1ms 至 10ms 量級(jí)的時(shí)延,光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點(diǎn)引入時(shí)延只有其百分之一到千分之一。
進(jìn)一步優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)電路時(shí)延需要深入分析光網(wǎng)絡(luò)電路中的時(shí)延分布,光網(wǎng)絡(luò)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(shí)延量級(jí),光纖傳輸時(shí)延是光網(wǎng)絡(luò)電路時(shí)
表1 相干光網(wǎng)絡(luò)電路時(shí)延分布量化分析表
江蘇聯(lián)通省際干線主要有五個(gè)方向,即南京經(jīng)常州、無(wú)錫、蘇州到上海方向,南京經(jīng)蚌埠、徐州等地市到濟(jì)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(wù)的波分節(jié)點(diǎn)為南京、無(wú)錫,OTN節(jié)點(diǎn)為南京,其他途徑的江蘇地市均為中繼站點(diǎn)。
將省際100G波分系統(tǒng)中繼站點(diǎn)蘇州、徐州、連云港、南通開(kāi)口改造為OADM站點(diǎn),為省際直達(dá)電路開(kāi)通創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。下面以宿遷京東業(yè)務(wù)時(shí)延優(yōu)化為例進(jìn)行說(shuō)明。
JD作為國(guó)內(nèi)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(wù)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(shí)延問(wèn)題,啟動(dòng)了JD業(yè)務(wù)優(yōu)化專項(xiàng)工作。
為實(shí)現(xiàn)JD專線業(yè)務(wù)時(shí)延最優(yōu)化,在徐州一干開(kāi)口進(jìn)行波道轉(zhuǎn)接,宿遷通過(guò)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(wù)封裝、等),L0光學(xué)器件處理時(shí)延基本上可以忽略。EDFA光放大器時(shí)延相對(duì)于其他光學(xué)器件比較高,是因?yàn)槠鋬?nèi)部集成了一段用作放大介質(zhì)的摻鉺光纖帶來(lái)的傳輸時(shí)延。
光傳送網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入100G/400Gbps時(shí)代以后全面采用相干光通信技術(shù),線路上不再需要DCF,進(jìn)一步降低了電路時(shí)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(lái)的另一個(gè)好處。在相干光通信網(wǎng)絡(luò)中,光纜傳輸時(shí)延占到光網(wǎng)絡(luò)電路時(shí)延的90%以上。
所以說(shuō)光網(wǎng)絡(luò)不僅是目前主流通信技術(shù)中具有最低時(shí)延優(yōu)勢(shì)的技術(shù),而且光網(wǎng)絡(luò)電路時(shí)延具有良好的可預(yù)測(cè)性。
綜上所述,光網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(shí)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(jí)到 100G/400Gbps 等更高速率的相干光傳輸系統(tǒng)。波分與一干濟(jì)南/南京100G OTN節(jié)點(diǎn)連接,實(shí)現(xiàn)往北/南業(yè)務(wù)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(guò)南京、濟(jì)南節(jié)點(diǎn),建立專線電路路由。
宿遷JD業(yè)務(wù)優(yōu)化效果:通過(guò)省際波分開(kāi)口以及對(duì)宿遷JD納入至一干OTN精品網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)專線業(yè)務(wù)至北/南業(yè)務(wù)路由時(shí)延最優(yōu),至北方傳輸距離從1773Km縮短為1143Km,單向傳輸時(shí)延縮短3.35ms。未來(lái)JD核心機(jī)房落戶宿遷,跨省業(yè)務(wù)將迅猛增長(zhǎng),本次優(yōu)化方案將明顯提升業(yè)務(wù)質(zhì)量,增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí),對(duì)后續(xù)其他大客戶至北方的專線業(yè)務(wù),也有較好的市場(chǎng)宣傳亮點(diǎn)作用。
圖2 優(yōu)化后JD專線路由示意圖
江蘇聯(lián)通省內(nèi)OTN網(wǎng)絡(luò)為環(huán)狀結(jié)構(gòu),通過(guò)地市間干線光纜將各地市骨干節(jié)點(diǎn)按地理位置串聯(lián)起來(lái),組成多個(gè)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(nèi)核心節(jié)點(diǎn)兩個(gè)方向分別開(kāi)通短徑和長(zhǎng)徑分擔(dān)的電路到達(dá)各地市。
通過(guò)啟用或新建部分地市間光纜,建造多段地市間直達(dá)OMSP系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)減少核心節(jié)點(diǎn)到地市途徑節(jié)點(diǎn)數(shù)量和距離。如圖3所示。
圖3 優(yōu)化改造后的省內(nèi)干線OTN網(wǎng)絡(luò)示意圖
(1)新建淮安-鹽城、淮安-連云港直達(dá)OMSP系統(tǒng)
將淮安-鹽城、淮安-連云港原有無(wú)保護(hù)的OTN單鏈改造為OMSP,將其保護(hù)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(nèi)核心節(jié)點(diǎn)100G低時(shí)延電路的開(kāi)通。
(2)新建泰州-南通直達(dá)OMSP系統(tǒng)
利用新建寧通光纜新建泰州-南通直達(dá)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(nèi)核心節(jié)點(diǎn)100G低時(shí)延電路的開(kāi)通,同時(shí)為南通直達(dá)上海創(chuàng)造第二路由的條件。
2019年10月開(kāi)始,江蘇聯(lián)通對(duì)省內(nèi)干線蘇北O(jiān)TN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)延改造,并對(duì)169網(wǎng)、LTE回傳網(wǎng)電路進(jìn)行割接優(yōu)化,以連云港169城域網(wǎng)上聯(lián)電路為例說(shuō)明時(shí)延優(yōu)化的應(yīng)用。
(1)原電路上聯(lián)狀態(tài)
連云港城域網(wǎng)上聯(lián)2個(gè)核心CRS共有12條10G電路、2條100G電路,每個(gè)局向的電路均通過(guò)長(zhǎng)短徑分?jǐn)?。各條路徑的時(shí)延為6到11毫秒不等,部分路徑時(shí)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(zhǎng),以及南京經(jīng)無(wú)錫南通鹽城到連云港的光纜路由較長(zhǎng)。
(2)優(yōu)化改造措施
通過(guò)對(duì)淮安至連云港時(shí)延工程進(jìn)行OMSP保護(hù)優(yōu)化,減少蘇北方向路徑底層光纜長(zhǎng)度,通過(guò)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(zhǎng)度;每個(gè)局向在時(shí)延優(yōu)化路由上新開(kāi)1條100G電路,同時(shí)將原有的南京-連云港100G電路割接至?xí)r延優(yōu)化路由;將業(yè)務(wù)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(diǎn)的兩個(gè)方向電路路徑長(zhǎng)度分別減少274Km、259Km,無(wú)錫核心-連云港節(jié)點(diǎn)的一個(gè)方向電路路徑長(zhǎng)度減少267Km,且所有業(yè)務(wù)均承載于采用相干光通信技術(shù)的100G電路,雙向時(shí)延降低約3到4ms,且多個(gè)方向的路由長(zhǎng)度趨向均衡。
截止2019年12月底,完成蘇北O(jiān)TN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及城域網(wǎng)上聯(lián)電路割接調(diào)整工作。優(yōu)化項(xiàng)目取得顯著效果,蘇北五地市上聯(lián)核心的長(zhǎng)徑電路時(shí)延降低6到8毫秒,且業(yè)務(wù)全部割接至100G電路,極大地提升了用戶感知和大客戶的認(rèn)可度。
江蘇聯(lián)通承載主要業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)絡(luò)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(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的推出帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層、應(yīng)用層的深層次變革,視頻、大規(guī)模的存儲(chǔ)、共享等數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)層出不窮,數(shù)據(jù)傳送的帶寬需求日趨增長(zhǎng),相對(duì)于10G、40G速率的電路而言,具備高速率和先進(jìn)技術(shù)的100G電路能更好地解決運(yùn)營(yíng)商日益面臨的業(yè)務(wù)流量及網(wǎng)絡(luò)帶寬持續(xù)增長(zhǎng)的壓力。
2019年江蘇聯(lián)通將業(yè)務(wù)電路速率改造結(jié)合時(shí)延優(yōu)化工作同步實(shí)施,陸續(xù)開(kāi)通多個(gè)地市的100G低時(shí)延高可靠性電路,并將原有10G和40G業(yè)務(wù)割接至100G電路,同時(shí)解決了電路帶寬和時(shí)延的問(wèn)題。如表2所示。
表2 電路優(yōu)化改造前后速率及數(shù)量對(duì)比分析表
江蘇聯(lián)通積極主動(dòng)推進(jìn)集團(tuán)“長(zhǎng)三角區(qū)域一體化網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)劃”,落實(shí)長(zhǎng)三角一體化國(guó)家戰(zhàn)略。目前已完成南通、蘇州IDC直連上海,IDC專網(wǎng)時(shí)延從原來(lái)5-9ms降為3ms,率先完成了環(huán)滬3ms時(shí)延圈節(jié)點(diǎn)布局,實(shí)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(zhǎng)三角區(qū)域間訪問(wèn)時(shí)延,以南通IDC直連上海為例說(shuō)明時(shí)延優(yōu)化的應(yīng)用。
(1)直連上海前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
南通數(shù)據(jù)流量需要經(jīng)過(guò)江蘇南京骨干節(jié)點(diǎn)后轉(zhuǎn)至上海核心節(jié)點(diǎn)。南通上海理論時(shí)延10.197ms,實(shí)測(cè)時(shí)延13.709ms。而地理位置上,南通、蘇州距上海更近,改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)后可改善時(shí)延。針對(duì)長(zhǎng)三角一體化融合需求和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延及效率提升需求,需要打破常規(guī)行政區(qū)屬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),建立南通直達(dá)上海核心節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)路由。
(2)南通直連上海建設(shè)
城域網(wǎng)方面,南通中央創(chuàng)新區(qū)新建兩臺(tái)核心路由器,通過(guò)波分系統(tǒng)直連上海集團(tuán)骨干A1路由器。南通國(guó)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(jìn)行口字型組網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,路由策略簡(jiǎn)單,對(duì)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有業(yè)務(wù)影響最小,網(wǎng)絡(luò)管理方便。
傳輸網(wǎng)方面,目前一干波分系統(tǒng)經(jīng)過(guò)南通到上海且在南通地區(qū)裝有設(shè)備的共有4套,直接將其中100G一干波分系統(tǒng)做簡(jiǎn)單調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)落地,隨著業(yè)務(wù)增長(zhǎng),可逐步擴(kuò)容,滿足后期業(yè)務(wù)增長(zhǎng),傳輸擴(kuò)容成本,相對(duì)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(kāi)通,標(biāo)志著南通信息港的出口由原來(lái)經(jīng)過(guò)南京骨干節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接改為直連上海骨干核心路由器,經(jīng)測(cè)試,南通信息港經(jīng)直連上海骨干路由的平均時(shí)延僅有4.3ms,比原來(lái)平均時(shí)延11.2ms下降了61.6%,時(shí)延大幅降低。南通聯(lián)通信息港至上?;ヂ?lián)網(wǎng)直達(dá)出口建立,優(yōu)化南通城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)三角網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)設(shè)施能級(jí),是中國(guó)聯(lián)通推進(jìn)長(zhǎng)三角一體化建設(shè)工作中的重要里程碑。
通過(guò)以上分析,并在江蘇聯(lián)通各本地網(wǎng)內(nèi)應(yīng)用解決方案,達(dá)成以下效果:
江蘇聯(lián)通對(duì)OTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改造,及時(shí)上線多條低時(shí)延的省際和省內(nèi)大顆粒電路,經(jīng)客戶測(cè)試使用反饋情況良好,隨之達(dá)成使用協(xié)議,在提升客戶滿意度的同時(shí)亦實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的增收。按照目前1G直連上海網(wǎng)絡(luò)路由資費(fèi)15萬(wàn)元/年,目前直達(dá)上海流量為50G,收入預(yù)計(jì)750萬(wàn)。
由于時(shí)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(kuò)容,加上增開(kāi)電路減少的板卡擴(kuò)容數(shù)量,已節(jié)省投資成本320萬(wàn)元,根據(jù)系統(tǒng)容量測(cè)算最終將節(jié)省投資成本1920萬(wàn)元。
長(zhǎng)三角地區(qū)是中國(guó)移動(dòng)通信發(fā)展最為迅猛的區(qū)域之一。長(zhǎng)三角區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),交通網(wǎng)密布,高鐵和高速的快速建設(shè),形成了滬杭寧區(qū)域的一小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈;區(qū)域內(nèi)聯(lián)動(dòng)效應(yīng)明顯,長(zhǎng)三角一體化已上升為國(guó)家戰(zhàn)略。
江蘇聯(lián)通朝著優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),降低時(shí)延,提升網(wǎng)絡(luò)效能的目標(biāo)進(jìn)行了積極的探索與實(shí)踐,通過(guò)不懈努力,提升了客戶感知,聯(lián)通品牌得到客戶的高度認(rèn)可,為江蘇聯(lián)通帶來(lái)了較好的社會(huì)效益,為進(jìn)一步統(tǒng)籌推進(jìn)長(zhǎng)三角區(qū)域網(wǎng)絡(luò)一體化規(guī)劃和建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)。打造長(zhǎng)三角區(qū)域主要城市8ms時(shí)延圈、環(huán)滬區(qū)域3ms時(shí)延圈,構(gòu)建國(guó)際領(lǐng)先的長(zhǎng)三角區(qū)域一體化的信息基礎(chǔ)設(shè)施,以新基建筑牢高質(zhì)量發(fā)展之基,支持產(chǎn)業(yè)體系協(xié)同創(chuàng)新、公共服務(wù)便利共享,推動(dòng)長(zhǎng)三角區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展。
江蘇聯(lián)通致力于通過(guò)一體化的數(shù)字能力平臺(tái),在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、交通物流、生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域推動(dòng)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(lǐng)域,打造一批標(biāo)桿項(xiàng)目,助力長(zhǎng)三角數(shù)智化升級(jí);通過(guò)一體化的營(yíng)銷服務(wù)體系,加快線上線下一體化、業(yè)務(wù)受理互聯(lián)網(wǎng)化、客服智慧服務(wù)集約化,實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)服務(wù)一體化;通過(guò)積極參與示范區(qū)的建設(shè),將示范區(qū)作為中國(guó)聯(lián)通推進(jìn)長(zhǎng)三角一體化的抓手,實(shí)現(xiàn)一體化發(fā)展的突破。