廣電網絡端的分配研究

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國內外關于IP網絡性能指標分配的標準規范

目前，國際、國內的主要通信標準和研究組織都針對IP網絡性能指標的定義、測量方法、性能要求制定了相關的標準和規范?；ヂ摼W工程任務組（IETF）主導的IP性能度量體系（IPPM）工作組針對衡量IP網絡性能的指標參數給出了基礎框架，基于這一框架定義了一系列指標參數，如：吞吐量（Throughput）、時延（TransferDelay）、時延變化（DelayVariation）、報文亂序（Reordering）、丟包（PacketLoss）、錯包（PacketError）、網絡連通性（Connectivity）等等，并定義了不同參數對應的測量方法。國際電信聯盟(ITU-T)通過Y.154X系列的建議對IP網絡性能指標來進行規范。其中，Y.1540《IP數據通信業務-IP分組傳輸與可用性參數》對IP網絡主要性能指標進行了定義，包括：IP分組傳輸時延（IPTD）、時延變化（IPDV）、錯包率（IPER）、丟包率（IPLR）和包亂序率（IPRR）等；Y.1541《基于IP業務的網絡性能目標》定義了6個網絡服務質量（QoS）等級，以及各個等級下網絡性能指標的度量值；Y.1543《IP網絡跨域傳輸性能評估測試方法》則給出了跨域性能測試方法和相關參數設置建議，如：測試分組的長度、測試網絡模型等。ITU-T通過網絡運維系列的M.2301《IP網絡性能目標提供和維護》等建議規范是針對Y.1541定義的端到端指標在運營商內部和運營商之間的參考分配方法。工信部在2006年初正式立項制定IP網絡中性能指標分配的相關標準，并于2009年底正式了該通信行業標準YD/T2032-2009《IP網絡性能指標分配》。在該標準制定過程中，參考了ITU-TY.1541和ITU-TM.2301標準，并結合電信運營商網絡結構特點和業務開展需求，研究制定了IP網絡中端到端的性能指標如何在電信運營商內部、以及運營商之間進行劃分，包括IP網絡端到端性能指標的定義、IP網絡指標分配模型和分配方法等內容。該標準對電信運營商自身網絡建設、性能缺陷排查、明確內外部各自的性能目標以及保障業務質量都起到了非常重要的指導作用。IETF和ITU-T對該問題的基礎性研究和框架性研究起到了非常重要的作用，但對于指導一個具體行業或者一個企業實際網絡的規劃、建設和發展還遠遠不夠。實際應用中還必須根據具體網絡規模的大小、運營體制的差異、技術選型的不同以及業務發展要求的不同來有針對性的制定一個行業標準或企業規范，這樣才具有實際的指導意義。因此，我們認為需要從三個方面考慮：首先，確定網絡結構演進模型，其次，根據業務等級要求確定端到端網絡指標，在此基礎上來三是確定指標分配方法。明確這些核心要素之后，標準立項前的預研工作也就完成了。當然這幾個核心點又都跟上面提到的網絡規模、運營體制、技術體制和業務發展要求密切相關，要想具有實際的指導意義，必須具體問題具體分析，下面就結合廣電的實際情況，對這幾個核心問題進行分析和思考。

對廣電IP網絡性能指標分配幾個關鍵問題的思考

廣電IP網絡的性能指標分配必須立足有線電視網絡現狀，著眼全國網絡整合和向NGB演進的技術要求，綜合考慮運營體制、技術體制、網絡結構模型、業務發展需求等因素，來制定符合廣電IP網絡結構特點的、滿足業務質量需求的、適應當前互聯互通和未來建設發展的性能指標分配方法。筆者就幾個關鍵的技術問題進行了思考和研究，供交流討論。要進行指標分配，明確各自的分段指標，必須要有網絡模型，模型確定之后才能明確分配方法；那么確定網絡模型首先遇到的就是網絡層級的問題。目前二級網絡模型是全國性IP網絡的發展趨勢，電信幾大運營商在幾年之前就已經開始按照二級網絡模型進行扁平化調整，現在無論是電信的CN2、聯通的IP承載網絡，還是老的163、169都變成了二級網絡結構。工信部在制定指標分配標準的時候，他們當時和有線電視網絡現在所面臨的情況差不多，網絡現狀是三級的，但標準是按二級網絡模型的要求來制定的，然后網絡再進行大規模的調整，演變成二級架構。在這個問題上，筆者認為廣電全國IP網絡的目標網絡模型也應該是二級的，二級網絡有利于全網MPLS(多協議標簽交換)的應用，有利于全網業務等級保護的設計和業務質量的保障，這也是幾大電信運營商實踐得出的結論，廣電IP網絡要想承載全國性三網融合業務，筆者認為確定二級網絡目標架構、并努力推進目前的三級網絡向二級網絡演進是必由之路。那么面對三級網絡我們該如何演進是需要深入研究的，這里也談一點思考。演進過程中主要有兩條路，一是大城域網，二是大骨干網。所謂大城域網，即一個省是一個AS域，所謂大骨干網是骨干網往下延伸到地市。電信運營商的經驗是朝著大骨干網演進，并且到目前為止已全部實現。電信運營商老的固網經歷了國干與省干的整合，新的精品網、IP承載網設計和建設的時候就直接覆蓋到地市；在這個過程中，中國電信在北方也采用過一個省是一個大城域網的做法。那么對于我們來說該如何演進，筆者認為，在當前這個階段，在三網融合業務發展初期，兩種模式都可以，但最終應過渡到大骨干網的模式，這樣有利于網絡整體性能的提高和業務質量的保障。ITU-T給出的網絡性能參數指標，只是針對不同業務和應用提出的參考，而實際情況多種多樣，因此需要考慮的問題也更為復雜。用戶考慮更多的是業務的可用性和使用效果，即對QoS更為關注，而網絡運營商最關心網絡總體運行狀況，通過對網絡指標的觀察和控制使用戶獲得更為滿意的服務。因此，運營商網絡性能指標的確定必須和業務的QoS建立一定程度的映射關系。這種映射關系的確立可通過以下三種方式進行：1.基于特定應用確定。IP網上的部分特定業務或應用（如：語音通話、視頻點播信令）對網絡性能有較高的要求，雖然用戶不會直接定義業務的QoS參量，但如果某些參數降低到一定程度就會影響該業務的用戶體驗。因此，對應特定的業務，運營商可選取相應的性能參數進行考察，并確定相應的考核指標。2.基于SLA確定。一些重要用戶會明確定義服務等級協議（SLA），對網絡的時延、丟包率等特性提出明確的需求，其實質是提出了業務的QoS。根據這種具有量化指標的QoS要求，運營商可以對應選取網絡性能參數，確定網絡的考核指標。3.依據傳統IP網絡整體性能確定。傳統互聯網IP業務大多是盡力而為的，對于QoS并沒有具體的要求。因此，對這類業務，運營商主要應關注自身網絡的整體性能，根據總體需求選取參數，制定考核指標。事實上，上述各種情況在現有網絡上同時存在，因此IP網絡運營商在制定網絡考核指標時需兼顧各種情況，以滿足絕大多數網上業務和應用的順利開通和正常運行。我們這里主要采用第二種方法，并結合各方面因素基于ITU-T的指標進行修正和確定。我們知道IP網絡的主要性能指標包括時延、時延抖動、丟包和錯包。ITU-TY.1541給出了五個等級（Class）的端到端性能指標。標準ITU-TY.1541指出Class0和Class1對應的是實時、對抖動敏感并且交互較強的業務；Class2對應高交互的數據傳輸業務（如信令）；Class3對應一般數據傳輸業務，Class4對應只有丟包率要求的業務（如推流），Class5對應一般的互聯網業務。根據目前現網測試的數據來看，廣電IP網絡在全國范圍內端到端達到Class0和Class2的指標要求有一定難度。這里面除了路由距離較長這個原因之外，主要還是網絡層級和技術方面的原因。為了能夠適應當前廣電IP網絡的現狀，需要在業務質量可接受的條件下，適當調整網絡端到端性能指標要求。為此，我們使用語音質量測試儀和網絡損傷儀搭建了一個IP端到端的測試環境，用實驗測試的方法，通過測量不同網絡參數對VoIP業務語音質量的影響，對指標參數進行修正。測試中，我們模擬了各種參數條件下的網絡環境，測量網絡指標變化對語音質量的影響，并記錄不同網絡性能參數指標下的語音質量評分，這里我們選取了三個典型的評估值：PESQ(語音感受質量評估)、MOS-LQ(語音質量度量標準-收聽質量)和R-Factor(E-Model模型測試R值)。VoIP業務是電信Class0最高級別的業務，它也是實時、抖動敏感的、高交互的業務，通過對這個測試，就能夠對指標進行一些修正。通過測試分析我們發現丟包是影響Class0和Class2這類業務質量的決定性因素。整個測試結論是這樣的：時延對話音質量不產生影響，但時延增大導致R-Factor的下降，即通話體驗下降，表現為通話雙方響應時間的增加。抖動對業務質量的影響取決于語音解碼器的緩沖區長度，當緩沖區設置大于時延變化最大值時，對話音質量不會產生影響，當緩沖區小于網絡時延變化時，話音質量下降。丟包對業務質量影響很大，也很敏感，丟包過大時，直接導致通話中斷。錯包對業務質量的影響與丟包表現一致。通過大量測試分析，丟包和錯包對業務質量影響很大，非常敏感。所以我們認為可以適當增加Class0和Class2的時延指標，通過測試數據的比對，并參考當前網絡實際性能測試數據，我們認為150ms比較合適。另外，通過測試我們發現丟包和錯包是影響這類業務的主因，在實際運營網絡環境中，丟包和錯包又主要是因為網絡擁塞造成的，所以在網絡規劃和設計QoS保障策略時，應特別考慮防止網絡擁塞。首先所有標準都認為時延、抖動、丟包、錯包這幾個指標都是線性累加的。其次，ITU-TM.2301給出了在不同網絡模型下的指標分配方法：其規定整個端到端性能指標的2/3分配給各個自治域的內部網絡，1/3分配給連接鏈路（包括接入鏈路和互聯鏈路），其中自治域間互聯鏈路占全部連接鏈路指標的65%，接入鏈路占35%。而YD/T2032-2009標準基本沿用了ITU-TM.2301的指標分配方法，只是在其標準中明確了在同一運營商內部是一個二級網絡結構，同時將接入鏈路指標計算入各自所屬的自治域指標中，這樣分段指標看起來比較簡單明了。根據YD/T2032-2009確定的計算方法，國干自治域內指標大約占端到端指標的22%，每個二級自治域內指標大約占29%，每條自治域間互聯鏈路大約占10%。用這個分配方法計算得出分段指標，我們用這個指標比對中國電信、中國聯通、中國移動等網絡指標發現，各個網絡段的分配權重是不同的，這說明幾大電信運營商都根據自身網絡情況對分配權重進行了調整。那么對于全國廣電IP網絡來講，我們認為根據自身情況進行權重調整也是必然的，至于如何調是需要認真研究的。我們基于對前面的實驗數據以及掌握的全國廣電IP網絡的現網測試數據的分析，并考慮到廣電IP網絡結構和技術體制的特點，這里有三點調整建議：一是可以適當增加Class0和Class2的端到端時延指標；二是可以適當增加接入鏈路時延指標的占比；三是各個段的時延、抖動指標分配和丟包指標分配可以采用不同的權重。

廣電IP網絡性能指標分配相關建議

通過研究我們發現，制定IP網絡性能指標分配模型必須要針對運營體制、網絡結構和所采用技術的不同來進行，只有這樣才能適應廣電IP網絡的現狀和演進要求，才能指導各地有線電視運營商IP網絡的規劃、建設和驗收，才能確?；ヂ摶ネㄆ饋硪院箜樌_展全國性三網融合業務。同時這也能夠為NGB建設演進、全國性業務的運營部署提供技術支撐。通過分析廣電國干網和部分省市網絡的現網實測數據，我們發現要在目前的網絡條件下，在全國全網范圍內都達到ITU-TY.1541制定的Class0、Class2端到端時延指標很難。這也可以理解，因為廣電現有IP網絡的主要業務是數據傳送和互聯網業務，對時延要求不高；另外在這么大規模網絡上達到Class0和Class2的指標要求確實很難，不然的話，中國電信和新聯通（老網通）也不會為了他們的語音IP化和精品業務選擇再建一張IP網。我們通過實驗的方法認為現階段應兼顧網絡現狀，在業務質量可接受的條件下，可以適當增加Class0、Class2的端到端時延指標。此外，根據廣電總局86號文件要求雙向網改造可采用HomeplugAV技術，通過對市面上幾乎所有該類產品進行的測試（該測試于2011年7月進行，產品基于因特龍6400芯片平臺，所有數據和結論截止2011年7月），發現時延指標較高，而且在多用戶并發情況下劣化較大，雖然有研究表明基于因特龍7400芯片平臺產品性能上會有很大提升，但考慮到目前這種情況具有一定普遍意義，我們認為可以適當提高接入鏈路時延指標的占比。研究IP網絡性能指標分配的目的之一是為了指導全國性業務質量保障，然而這只是第一步，要想全面保障業務質量，還要從全國全網的角度，統一考慮一些QoS保障措施，比如統一規劃全網QoS等級和分類標記，制定全國性業務資源的預留原則，針對國干網、省網應用不同的QoS保障策略等，以上所有工作加在一起，才能在技術層面確保全國性三網融合業務的開展，這也是我們下一步要繼續深入研究的地方。

本文作者：周希宮良秦龍彭勁工作單位：中國有線電視網絡公司