摘? 要：為解決5G時代傳輸網(wǎng)絡匯聚機房的選址問題，通過分析傳輸網(wǎng)絡收斂區(qū)域內(nèi)相關業(yè)務的傳輸代價及其影響因素，提出一種基于傳輸代價最小化的匯聚機房選址方法，并通過具體實例進行仿真測算，同時將仿真結果與傳統(tǒng)的坐標法和重心法測算結果進行比較。仿真結果表明，基于傳輸代價最小化的匯聚機房選址方法在兼顧業(yè)務安全性的基礎上，可使區(qū)域內(nèi)收斂業(yè)務的傳輸代價最小，減少傳輸網(wǎng)絡資源消耗和建設成本，可實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)匯聚機房的科學選址。

關鍵詞：傳輸；帶寬；光纜；匯聚機房；選址

中圖分類號：TP391；TN802? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）05-0116-04

Research on the Site Selection Method of Aggregation Computer Room Based on Minimum Transmission Cost

ZHU Mingliang

（School of Information Engineering， Suqian University， Suqian? 223800， China）

Abstract： In order to solve the site selection problem of the aggregation computer room of the transmission network in the 5G era， based on analyzing the transmission cost and its influencing factors of the relevant services in the convergence area of the transmission network， a method for site selection of the aggregation computer room based on the minimization of the transmission cost is proposed， and the simulation calculation is carried out through a specific example. At the same time， the simulation results are compared with the calculation results of the traditional coordinate method and the center of gravity method. The simulation results show that the site selection method of aggregation computer room based on the minimization of transmission cost can minimize the transmission cost of convergence services in the region on the basis of business security， reduce the resource consumption and construction cost of transmission network， and realize the scientific site selection of aggregation computer room in the region.

Keywords： transmission; bandwidth; optical cable; aggregation computer room; site selection

0? 引? 言

隨著5G等通信技術的不斷發(fā)展，各類大帶寬、低時延、廣覆蓋的通信方式已然走進千家萬戶，悄然改變著人們的生產(chǎn)方式和生活習慣。全面信息化社會的來臨使得通信網(wǎng)絡的業(yè)務類型越來越豐富，單位面積內(nèi)的設備密度越來越大，通信流量的數(shù)量級越來越高[1]。與此同時，不同通信網(wǎng)絡的使用場景和使用人群也對網(wǎng)絡服務的具體指標提出了個性化的訴求，面向特定行業(yè)、特定人群的網(wǎng)絡垂直應用更加多樣化[2]。

據(jù)測算，5G時代移動通信基站的峰值帶寬需求將進一步提高，單站承載需求將大于等于10 GE，站址密度進一步提升，無線集中化接入網(wǎng)的部署趨勢更加明顯[3]。同時為了滿足5G高可靠、低時延等相關應用場景的網(wǎng)絡需求，核心網(wǎng)部分功能將下沉至匯聚層，傳輸網(wǎng)絡組網(wǎng)架構將進一步優(yōu)化[4]。再加上高品質家庭互聯(lián)網(wǎng)寬帶、集團政務專線等業(yè)務的飛速普及和發(fā)展，均對現(xiàn)有匯聚機房的數(shù)量、可用空間、收斂能力提出了更高的要求，使得區(qū)域內(nèi)的匯聚機房承載壓力不斷增大，可用的資源愈發(fā)緊張[5]。

作為承載區(qū)域內(nèi)通信網(wǎng)絡的關鍵性傳輸節(jié)點[6，7]，匯聚機房不僅是通信基礎設施的組成部分，更是傳輸網(wǎng)絡的重要組成部分。面對5G超密度組網(wǎng)和1 000 M大帶寬接入等新的網(wǎng)絡要求，匯聚機房選址的科學性將直接關系到區(qū)域內(nèi)各類通信接入業(yè)務的收斂和匯總效果，對能否實現(xiàn)5G時代的大帶寬、低時延、高可靠、低功耗的網(wǎng)絡需求至關重要[8]。針對以上問題，本文提出了一種在兼顧各類通信業(yè)務保護需求及承載帶寬需求的基礎上，以最小的傳輸代價對匯聚機房選址進行較為科學規(guī)劃的方法。

1? 傳輸代價及其影響因素

匯聚業(yè)務的傳輸代價所涉及的因素可從業(yè)務承載帶寬B和業(yè)務保護指數(shù)Q兩個維度分別進行考慮。

1.1? 業(yè)務承載帶寬

匯聚機房的業(yè)務承載帶寬與該機房所收斂區(qū)域內(nèi)的業(yè)務種類有直接關系。一般來說，一個匯聚機房的收斂區(qū)域內(nèi)均包含有小區(qū)家庭寬帶用戶數(shù)據(jù)、沿街商業(yè)店鋪用戶數(shù)據(jù)、無線移動基站數(shù)據(jù)、集團政企客戶數(shù)據(jù)、通信網(wǎng)絡內(nèi)部數(shù)據(jù)等不同業(yè)務場景下的全量數(shù)據(jù)[9，10]。

根據(jù)全量數(shù)據(jù)中業(yè)務種類的不同，可將一定區(qū)域內(nèi)的待收斂業(yè)務劃分為內(nèi)網(wǎng)業(yè)務、無線業(yè)務、寬帶業(yè)務、專線業(yè)務四類，各業(yè)務的承載設備類型及單站點帶寬需求如表1所示。

1.2? 業(yè)務保護指數(shù)

匯聚機房所收斂的業(yè)務各不相同，不同業(yè)務的重要性也不相同。針對重要的業(yè)務，要求有較強的業(yè)務保護功能，常見的保護方式有雙路由保護等，其所消耗的傳輸資源必然較多。

因此根據(jù)業(yè)務種類的不同，將不同業(yè)務賦予不同的保護指數(shù)，保護指數(shù)選取的賦值越大，說明相關業(yè)務量在該匯聚機房收斂的業(yè)務區(qū)域內(nèi)的重要性越高，業(yè)務服務等級和業(yè)務保護力度越高，也即占用的傳輸資源越多。不同業(yè)務保護指數(shù)的選取可依據(jù)表2進行賦值。

2? 基于傳輸代價最小化的匯聚機房選址方法

2.1? 選址方法介紹

假設某新增的匯聚機房業(yè)務收斂區(qū)域內(nèi)有三個待匯聚接入業(yè)務點S1、S2、S3，其對應的經(jīng)緯度坐標分別為（x1， y1）、（x2， y2）、（x3， y3），對應的業(yè)務保護指數(shù)分別為Q1、Q2、Q3，各業(yè)務有效承載所需要的分配帶寬分別為B1、B2、B3，匯聚機房總承載帶寬為B。則可通過仿真，計算出該場景下三個業(yè)務接入點以最小的傳輸消耗實現(xiàn)匯聚收斂，也即傳輸代價最小值時候的坐標，作為最終的匯聚機房選址坐標（x0， y0）。

其中匯聚機房選址坐標的選取與業(yè)務帶寬分配、業(yè)務保護指數(shù)、業(yè)務接入點坐標有關系，具體計算公式可歸納為：

（1）

公式中的x和y即為不同業(yè)務接入點坐標的經(jīng)緯度值，其范圍應滿足以下關系：

xMIN≤x≤xMAX? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

yMIN≤y≤yMAX? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

其中xMIN為待收斂區(qū)域內(nèi)的經(jīng)度坐標最小值，xMAX為待收斂區(qū)域內(nèi)的經(jīng)度坐標最大值，yMIN為待收斂區(qū)域內(nèi)的緯度坐標最小值，yMAX為待收斂區(qū)域內(nèi)的緯度坐標最大值。

公式中的Qi即為不同接入點業(yè)務的保護指數(shù)，另外公式中的各接入點分配帶寬Bi和總帶寬B的取值應根據(jù)實際的網(wǎng)絡業(yè)務匯聚規(guī)模和承載需求來動態(tài)確定。業(yè)務帶寬占比的定義即為接入點分配帶寬Bi和總帶寬B的比值。

需要說明的是，根據(jù)上述公式的仿真出的匯聚機房選址坐標僅為理論的參考點，最終在根據(jù)上述公式計算出理論最佳坐標后，還應根據(jù)現(xiàn)場勘查的結果，結合傳輸管道、光纜、可用空間等實際情況，在坐標范圍50 m內(nèi)擇優(yōu)進行選址，確定實際備選點的真實物理位置。

2.2? 選址實現(xiàn)步驟

基于傳輸代價最小化的匯聚機房選址方法的具體實現(xiàn)步驟過程可總結為：

（1）設定待選址匯聚機房的業(yè)務收斂區(qū)域，明確區(qū)域內(nèi)各業(yè)務點的業(yè)務接入類型和接入點坐標，形成匯聚機房業(yè)務收斂區(qū)域布局圖；

（2）依據(jù)匯聚機房業(yè)務收斂區(qū)域布局圖，明確該區(qū)域內(nèi)各通信業(yè)務接入需求點的業(yè)務流量信息、帶寬需求信息及相關業(yè)務的保護指數(shù)信息，形成匯聚機房業(yè)務收斂區(qū)域示意圖；

（3）依據(jù)匯聚機房業(yè)務收斂區(qū)域示意圖，將搜集的上述信息代入傳輸代價最小化選址模型公式進行最小值的仿真計算，得出區(qū)域內(nèi)匯聚機房的理論最佳選址坐標；

（4）根據(jù)現(xiàn)場的實際管道、光纜、空間因素等通信資源環(huán)境，圍繞仿真出的理論最佳選址坐標進行實地選址，提高選址的準確性和成功率。

具體流程如圖1所示。

3? 匯聚機房選址實例分析

選取某城市待收斂匯聚區(qū)域進行實例測試分析，已知該區(qū)域的經(jīng)度范圍為[118.232 871，118.245 196]，區(qū)域的緯度范圍為[33.955 305，33.967 630]。區(qū)域內(nèi)包含居民小區(qū)8處、無線基站4處、商務樓宇2處、學校1處、文體中心1處，共計16處業(yè)務點。區(qū)域內(nèi)各業(yè)務點的具體分布如圖2所示。

針對區(qū)域內(nèi)各業(yè)務點的布局，可整理出相關的業(yè)務類型劃分和待收斂點的經(jīng)緯度信息，具體信息如表3所示。

3.1? 坐標法測算結果

傳統(tǒng)的坐標法計算區(qū)域內(nèi)選點坐標的公式為：

（4）

（5）

將待收斂匯聚區(qū)域內(nèi)的16處業(yè)務點經(jīng)緯度坐標代入式（4）和（5）進行計算，可得出坐標法下匯聚機房的選點坐標為（118.239 017， 33.960 622）。

3.2? 重心法測算結果

重心法的計算原理是通過找到區(qū)域內(nèi)各個業(yè)務點流量最佳位置來確定匯聚機房的選址[11]。重心法計算區(qū)域內(nèi)選點坐標的公式為：

（6）

（7）

根據(jù)各業(yè)務點業(yè)務類型，我們可設16個業(yè)務點的帶寬需求如表4所示。

將上述各業(yè)務點帶寬需求Bi連同經(jīng)緯度信息代入式（6）和（7）計算，可得出重心法下匯聚機房的選點坐標為（118.237 678， 33.961 152）。

3.3? 傳輸代價最小化算法測算結果

在進行傳輸代價最小化算法的仿真之前，還需明確各業(yè)務點的保護指數(shù)Qi。根據(jù)各業(yè)務點業(yè)務類型，我們可設16個業(yè)務點的保護指數(shù)如表5所示。

將上述各業(yè)務點保護指數(shù)Qi連同帶寬需求Bi、經(jīng)緯度信息代入式（1）進行仿真計算，可得出在經(jīng)度范圍為[118.232 871，118.245 196]，緯度范圍為[33.955 305， 33.967 63]的合圍區(qū)間內(nèi)的傳輸代價消耗情況，并明確傳輸代價消耗最小時所對應的匯聚機房的選點坐標經(jīng)緯度為（118.237 832， 33.960 211）。

3.4? 測算結果分析

光纜作為連接各個接入點和匯聚機房的物理傳輸通道，提供了各類通信網(wǎng)絡中光信號的上下路徑，其主要的敷設方式根據(jù)周圍環(huán)境和施工條件的不同可分為桿路架空敷設、管道施工敷設和直埋敷設等。不管采用何種敷設方式進行施工，各個接入點到匯聚機房的光纜敷設距離的數(shù)值都將直接影響到材料費、施工費等各項網(wǎng)絡建設成本，因此可用光纜敷設距離值的大小直觀的判斷算法的優(yōu)劣。

依據(jù)計算結果，以三種算法的匯聚機房選址點經(jīng)緯度坐標為依據(jù)，分別將其與16處業(yè)務點的經(jīng)緯度坐標進行坐標距離計算，同時根據(jù)匯聚機房選址點坐標依照光纜敷設路徑沿街道走向進行實地距離測量以模擬光纜的敷設距離，可以得出表6中的三種不同算法下的坐標距離和與實際距離和。

可見采用傳輸代價最小化算法仿真出的坐標距離，在保證業(yè)務安全性的基礎上比重心法計算結果節(jié)約光纜敷設約530 m左右，比坐標法計算結果節(jié)約光纜敷設約1 090 m左右，算法優(yōu)越性較為明顯。

需要特別說明的是，通過采用傳輸代價最小化算法得到的匯聚機房選址位置只是理論意義上的最佳點，在實際的機房選址建設中，還應綜合考慮理論點附近的地形地貌、建筑物條件、傳輸網(wǎng)絡可用資源以及周邊業(yè)主意愿等因素，在理論點周圍50 m區(qū)域內(nèi)，擇優(yōu)進行站址建設。

4? 結? 論

作為5G等信息通信網(wǎng)絡的基礎設施，匯聚機房等傳輸基礎資源必須要提前進行布局和考慮。實驗證明基于傳輸代價最小化的匯聚機房選址方法充分考慮了收斂區(qū)域內(nèi)業(yè)務的帶寬需求，保護需求，可解決目前機房選址中存在的選址不合理、選址效率低下等缺點，實現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡中業(yè)務匯聚機房的科學選址，為節(jié)約網(wǎng)絡建設成本，實現(xiàn)高效運維提供有力支撐。

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作者簡介：朱明亮（1989—），男，漢族，江蘇宿遷人，講師，碩士，主要研究方向：傳輸網(wǎng)絡組網(wǎng)。

收稿日期：2022-11-14

基金項目：2021年宿遷市科技計劃項目（S202108）