趙汝威?陳超?伍坤怡

摘要：隨著傳送網(wǎng)匯聚機(jī)房規(guī)模增長(zhǎng)，匯聚層光纜網(wǎng)逐漸從單平面環(huán)網(wǎng)向網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)演進(jìn)。提出一種基于最短路徑理論的光纜規(guī)劃建設(shè)策略，通過深入分析匯聚設(shè)備組網(wǎng)特性和匯聚機(jī)房布局，尋找最優(yōu)的匯聚層光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以有效縮短光纜長(zhǎng)度，提高光纜資源利用率。經(jīng)對(duì)比分析，該策略對(duì)城域傳送網(wǎng)的匯聚層光纜布局優(yōu)化具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：傳送網(wǎng)；匯聚層；光纜網(wǎng)；最短路徑

一、前言

隨著5G、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大，匯聚機(jī)房數(shù)量增多，匯聚層設(shè)備結(jié)構(gòu)經(jīng)常調(diào)整，對(duì)匯聚層光纜網(wǎng)絡(luò)提出了挑戰(zhàn)。匯聚層光纜的特點(diǎn)在于直達(dá)性、距離較長(zhǎng)，并且占用主干管道資源較多，而主干管道多位于城市中心街道，擴(kuò)容難度較大。隨著2G、4G、5G的演進(jìn)，傳輸設(shè)備組網(wǎng)經(jīng)歷了多次變革，疊加建設(shè)的匯聚層光纜導(dǎo)致路由重復(fù)和資源利用率低，不符合網(wǎng)絡(luò)效益最大化。因此，提前規(guī)劃匯聚層光纜布局至關(guān)重要，應(yīng)向扁平化、通用化發(fā)展。本文提出基于最短路徑的建設(shè)策略，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持向網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，確保網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展。

二、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

（一）光纜與機(jī)房分層架構(gòu)

城域骨干傳送網(wǎng)光纜包括核心層光纜和匯聚層光纜，節(jié)點(diǎn)間主要采用直連方式建設(shè)。核心層光纜是核心節(jié)點(diǎn)之間的光纜，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。匯聚層光纜是匯聚節(jié)點(diǎn)與核心節(jié)點(diǎn)之間，以及匯聚節(jié)點(diǎn)之間的光纜，形成環(huán)節(jié)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[1-2]。

在當(dāng)前移動(dòng)通信運(yùn)營商匯聚機(jī)房分層架構(gòu)中，分為重要匯聚、普通匯聚和業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，匯聚層光纜是連接核心機(jī)樓、重要匯聚機(jī)房與普通匯聚機(jī)房，以及普通、業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房之間的光纜[3]。

匯聚機(jī)房規(guī)模情況：每縣區(qū)（縣級(jí)行政區(qū)）為2個(gè)重要匯聚機(jī)房，每2—4個(gè)相鄰的綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)至少含2個(gè)普通匯聚機(jī)房，城區(qū)每1—2個(gè)微網(wǎng)格至少含1個(gè)業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，郊縣每個(gè)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)至少含2個(gè)業(yè)務(wù)匯聚或普通匯聚機(jī)房[3]。

（二）存在瓶頸分析

前期城域匯聚層光纜網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)主要基于成環(huán)的匯聚層OTN（Optical Transport Network，光傳送網(wǎng)）、PTN（Packet Transport Network，分組傳送網(wǎng)）設(shè)備，這些設(shè)備主要部署在普通匯聚機(jī)房[4]，其節(jié)點(diǎn)數(shù)量對(duì)較少，從而使得匯聚層光纜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

然而，隨著5G業(yè)務(wù)和家庭寬帶雙千兆發(fā)展計(jì)劃的深入推進(jìn)，業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的數(shù)量顯著增加。新增機(jī)房主要承載了BBU（Bandwidth Based Unit，基于帶寬的單元）、OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）和VC-OTN（Virtual Concatenation Optical Transport Network，虛級(jí)聯(lián)光傳輸網(wǎng)絡(luò)）等設(shè)備，導(dǎo)致了設(shè)備組網(wǎng)結(jié)構(gòu)不再局限于單平面環(huán)網(wǎng)模式。此外，由于匯聚機(jī)房的分布不均，傳統(tǒng)的匯聚層光纜網(wǎng)絡(luò)在支持多路由組網(wǎng)方面顯得力不從心。

文獻(xiàn)[ 5]提出一種針對(duì)二層匯聚光纜網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)規(guī)劃方案，僅考慮了OTN和PTN設(shè)備的組網(wǎng)需求，未能全面解決當(dāng)前面臨的瓶頸問題。鑒于此，必須對(duì)匯聚層光纜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整體規(guī)劃，以尋求一個(gè)合理的解決方案。這個(gè)方案應(yīng)能適應(yīng)各種場(chǎng)景的需求，實(shí)現(xiàn)資源的高效統(tǒng)一復(fù)用，同時(shí)解決環(huán)型組網(wǎng)、V型組網(wǎng)、多路由組網(wǎng)等纖芯需求量大的問題。此外，方案還應(yīng)該能夠有效避免因二次疊加或部分段落重復(fù)建設(shè)而導(dǎo)致的管道資源過度占用的問題。

（三）組網(wǎng)需求分析

匯聚機(jī)房主要部署了BNG（Broadband Network Gateway，寬帶網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)）、SPN（Slicing Packet Network，切片分組網(wǎng)）、SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系）、OTN、PTN、VC-OTN以及OLT等關(guān)鍵設(shè)備[4]。其中，BNG通常部署在重要的匯聚機(jī)房?jī)?nèi)，也可下沉部署在條件好的普通匯聚機(jī)房。OLT設(shè)備的部署更為廣泛，覆蓋了三類匯聚機(jī)房，且在“OLT-BNG”的組網(wǎng)中，常采用V型雙路由方式，這種方式在匯聚層光纜纖芯的占用上是最為密集的。其他設(shè)備則多采用環(huán)型組網(wǎng)方式，纖芯占用較少。因此，如何合理規(guī)劃每段光纜的芯數(shù)成為一個(gè)重要問題。本文以“OLT-BNG”的組網(wǎng)為基礎(chǔ)，探討匯聚層光纜建設(shè)的策略。

近年來，運(yùn)營商提出了“五網(wǎng)改三網(wǎng)”發(fā)展戰(zhàn)略，旨在扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)為SPN、OTN、OLT等三張網(wǎng)絡(luò)。這一變化意味著單臺(tái)設(shè)備需要承載更多的業(yè)務(wù)量，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的安全性提出了更高的要求。預(yù)計(jì)SPN和OTN的組網(wǎng)將增加至三路由或四路由的配置，要求匯聚機(jī)房的光纜路由設(shè)計(jì)必須采用物理多路由方式，以支持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)。因此，如何合理規(guī)劃匯聚機(jī)房的多路由，成為本文研究的重點(diǎn)。

三、規(guī)劃建設(shè)策略

（一）業(yè)務(wù)區(qū)分層

在城市通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)的劃分是至關(guān)重要的。結(jié)合匯聚機(jī)房，對(duì)業(yè)務(wù)區(qū)進(jìn)行分層管理。具體如下。

1.綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)

根據(jù)城市的行政區(qū)劃、地理形態(tài)和現(xiàn)有資源劃分接入?yún)^(qū)，業(yè)務(wù)密集的城區(qū)面積不大于3km2，一般城區(qū)面積不大于6km2，鄉(xiāng)鎮(zhèn)根據(jù)行政區(qū)劃合理劃分[6]。城區(qū)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)內(nèi)至少有2個(gè)匯聚機(jī)房，鄉(xiāng)鎮(zhèn)至少有1個(gè)匯聚機(jī)房。

2.鄰近業(yè)務(wù)區(qū)

兩個(gè)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)邊界相鄰，并且存在不跨越其他接入?yún)^(qū)的匯聚光纜路由，那么這兩個(gè)區(qū)域?qū)儆卩徑鼧I(yè)務(wù)區(qū)。

3.鄰近機(jī)房

同一個(gè)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)內(nèi)的所有匯聚機(jī)房都被視為鄰近機(jī)房，鄰近業(yè)務(wù)區(qū)之間的匯聚機(jī)房也屬于鄰近機(jī)房。

4.業(yè)務(wù)區(qū)分層

以每個(gè)縣區(qū)的重要匯聚機(jī)房為基準(zhǔn)點(diǎn)，其所在綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)被定義為第1層。然后，將鄰近的接入?yún)^(qū)定義為下一層，即第2層，以此類推，直到第k層。由于每個(gè)縣區(qū)通常會(huì)有兩個(gè)重要匯聚機(jī)房，因此，每個(gè)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)都會(huì)有兩次分層標(biāo)識(shí)。

（二）兩路獨(dú)立最短路徑

按照以下步驟求解“OLT-BNG1”和“OLT-BNG2”的雙路由組網(wǎng)最佳路由，并確保這兩路是獨(dú)立的最短路徑。

1.確定“OLT-BNG1”的最短路徑

選擇源點(diǎn)（OLT）到目標(biāo)點(diǎn)（BNG1），使用最短路徑算法，如Dijkstra算法，計(jì)算OLT到BNG1的最短路徑。將計(jì)算出的路徑作為“OLT-BNG1”的第一條最短路徑。

2.處理已確定的最短路徑

將“OLT-BNG1”的最短路徑中的每段光纜鏈路的距離標(biāo)識(shí)為無窮大，這在圖論中相當(dāng)于刪除這些邊，確保后續(xù)的第二條路徑不會(huì)使用這些邊。

3.確定“OLT-BNG2”的最短路徑

選擇源點(diǎn)（OLT）到新的目標(biāo)點(diǎn)（BNG2），重復(fù)第一步中的最短路徑算法，計(jì)算OLT到BNG2的最短路徑。由于之前已經(jīng)將“OLT-BNG1”的路徑中的邊標(biāo)識(shí)為無窮大，因此這次計(jì)算出的路徑將不會(huì)與“OLT-BNG1”的路徑重合，確保了路徑的獨(dú)立性。將計(jì)算出的路徑作為“OLT-BNG2”的第二條最短路徑。

通過上述步驟，可以得到兩路獨(dú)立的最短路徑，即“OLT-BNG1”和“OLT-BNG2”的最佳路由。這種方法確保了兩條路徑之間沒有共享的光纜鏈路，從而提供了物理上的獨(dú)立性，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和容錯(cuò)能力。

（三）規(guī)劃建設(shè)思路

1.光纜網(wǎng)目標(biāo)結(jié)構(gòu)

為了規(guī)劃同一個(gè)縣區(qū)下不同綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)的匯聚機(jī)房光纜組網(wǎng)，規(guī)劃思路遵循以下要求：

（1）直連方式和路由選擇

第一，匯聚層光纜應(yīng)采用直連方式建設(shè)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)，優(yōu)先考慮最短路由。

第二，建設(shè)路由時(shí)應(yīng)選擇安全性、穩(wěn)定性較高的路由，優(yōu)先考慮管道路由。

（2）匯聚機(jī)房光纜網(wǎng)模型

第一，每個(gè)匯聚機(jī)房至少有兩條物理路徑不同的出入局匯聚層光纜。

第二，與鄰近機(jī)房互聯(lián)，確定鄰近業(yè)務(wù)區(qū)數(shù)量為n，原則上該匯聚機(jī)房最多有n個(gè)直連物理路由，每個(gè)鄰近業(yè)務(wù)區(qū)最多只有一條鄰近機(jī)房匯聚層光纜，其他鄰近機(jī)房或路由經(jīng)過應(yīng)該整合為一個(gè)路由。

第三，以4個(gè)鄰近業(yè)務(wù)區(qū)為例，最多規(guī)劃4個(gè)直連路由，如圖1所示。

（3）綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)內(nèi)機(jī)房互聯(lián)

第一，若一個(gè)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)有兩個(gè)及以上機(jī)房，匯聚層光纜優(yōu)先采用最短路徑互聯(lián)。

第二，互聯(lián)光纜避免路由交叉。

（4）鄰近業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)房互聯(lián)

第一，根據(jù)第2點(diǎn)模型原則，每個(gè)鄰近業(yè)務(wù)區(qū)最多只有一條鄰近機(jī)房匯聚層光纜。

第二，優(yōu)先采用最短路徑互聯(lián)，需滿足機(jī)房物理雙路由要求。

（5）光纜規(guī)劃順序

第一，業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)匯聚層光纜先內(nèi)后外。

第二，首先規(guī)劃第1層同一業(yè)務(wù)區(qū)下鄰近機(jī)房匯聚光纜，其次規(guī)劃第1層與第2層鄰近機(jī)房的光纜，以此類推，規(guī)劃第k-1至第k層鄰近機(jī)房的光纜。

基于上述5點(diǎn)，可以得到同一個(gè)縣區(qū)下所有匯聚機(jī)房的匯聚層光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。若有多路由需求，重復(fù)上述第3、4、5點(diǎn)可得到網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

2.光纜芯數(shù)建設(shè)策略

在規(guī)劃匯聚層光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮到每個(gè)匯聚機(jī)房的雙路由需求，以及光纜纖芯的有效利用率，采取以下策略：

（1）纖芯占用計(jì)算

假定匯聚機(jī)房m個(gè)，對(duì)于每個(gè)匯聚機(jī)房，按照“兩路獨(dú)立最短路徑”規(guī)劃雙路由，形成2m個(gè)路由集。對(duì)路由集中相同路徑的匯聚層光纜段落纖芯求和，得到每段匯聚層光纜纖芯占用數(shù)。由于城區(qū)機(jī)房距離較近，主要是裸纖光纜承載，而鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)房較遠(yuǎn)是通過OTN設(shè)備進(jìn)行收斂回傳，經(jīng)過OTN傳送的路由后半段路由集纖芯占用標(biāo)識(shí)為0。

（2）纖芯規(guī)劃

根據(jù)運(yùn)營商機(jī)房部署OLT要求，單個(gè)機(jī)房不能超過3臺(tái)OLT，因此每個(gè)匯聚機(jī)房一個(gè)路由最多占用6芯?？紤]OTN、VC-OTN、SPN、PTN以及SDH等5種匯聚設(shè)備組網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每類設(shè)備至少占用2芯。如果路由集中j段路由相同，則該段匯聚層光纜纖芯占用數(shù)為6j+10（1≤j≤m）。結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)工程建設(shè)實(shí)際情況，匯聚層光纜常用規(guī)格為96/144/288芯，纖芯占用率大于70%時(shí)預(yù)警擴(kuò)容，規(guī)劃纖芯數(shù)為（6j+10）/70%，向上取整（96/144/288芯），一般應(yīng)滿足5—10年的業(yè)務(wù)需求。

3.建設(shè)場(chǎng)景

在向匯聚層光纜網(wǎng)目標(biāo)結(jié)構(gòu)演進(jìn)的過程中，確實(shí)可能會(huì)遇到與現(xiàn)網(wǎng)光纜資源不符的場(chǎng)景。以下是針對(duì)兩種典型場(chǎng)景的建設(shè)策略：

場(chǎng)景1：新增匯聚機(jī)房

雙路由互聯(lián)優(yōu)先：首先完成新匯聚機(jī)房與鄰近機(jī)房的雙路由互聯(lián)建設(shè)，確保新機(jī)房的基本網(wǎng)絡(luò)連接需求得到滿足。

三路由及以上：在業(yè)務(wù)發(fā)展到一定程度，需要更多的路由時(shí)，再觸發(fā)額外的光纜建設(shè)，以滿足更高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)可靠性和容量需求。

割接現(xiàn)有光纜：對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)中已建的匯聚層光纜經(jīng)過新機(jī)房的情況，如果纖芯利用率不高，應(yīng)優(yōu)先考慮割接光纜接入新機(jī)房，可以通過整纜分段割接或只割接空閑纖芯來實(shí)現(xiàn)。

場(chǎng)景2：存量光纜優(yōu)化

符合目標(biāo)結(jié)構(gòu)的光纜優(yōu)先割接：對(duì)于與匯聚層光纜網(wǎng)目標(biāo)結(jié)構(gòu)相符的光纜，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行割接優(yōu)化，以提高匯聚機(jī)房光纜路由的豐富性和網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

非鄰近業(yè)務(wù)區(qū)的直連光纜：對(duì)于那些與目標(biāo)網(wǎng)結(jié)構(gòu)不相符的光纜，主要是非鄰近業(yè)務(wù)區(qū)的直連光纜，可以作為多路由的補(bǔ)充，以提高網(wǎng)絡(luò)的冗余和靈活性。

四、方案評(píng)估

對(duì)環(huán)網(wǎng)的二層匯聚光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)、最短路徑的匯聚層光纜網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)等三種結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣對(duì)比，見表1。二層匯聚光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)通過分層建設(shè)和環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，依靠設(shè)備進(jìn)行業(yè)務(wù)收斂，適用于匯聚節(jié)點(diǎn)較少的場(chǎng)景?；谧疃搪窂降膮R聚層光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)有效降低建設(shè)成本，適用于所有設(shè)備組網(wǎng)場(chǎng)景，可拓展性強(qiáng)。全網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)雖然具備高可靠的組網(wǎng)能力，但網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本較高，資源利用率低。綜合考慮以上因素，最短路徑的匯聚層光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)平衡的選擇，它既能降低建設(shè)成本，又具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，能夠滿足未來演進(jìn)發(fā)展的建設(shè)需求。

五、結(jié)語

深入探討了最短路徑的匯聚層光纜規(guī)劃建設(shè)問題。通過對(duì)實(shí)際場(chǎng)景研究，提出了一種高效的規(guī)劃策略。該策略在設(shè)計(jì)過程中，全面考慮了光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)、傳輸距離、建設(shè)成本以及未來擴(kuò)容需求等多個(gè)關(guān)鍵因素。經(jīng)對(duì)比分析，本策略有效優(yōu)化光纜布設(shè)路徑，降低了整體建設(shè)成本，同時(shí)也提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，并展現(xiàn)了良好的可擴(kuò)展性。

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作者單位：中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司江門分公司

責(zé)任編輯：王穎振、周航