传输网络结构的时延优化分析

徐贵明 黄铭锋 陆帅衡

摘要：近年来部分跨省市重要大客户用户对网络时延要求越來越高，现有传输网络无法实现时延要求，本文从网络结构出发，对如何降低时延进行研究和优化，以适应业务发展需要进行研究分析，提高网络安全性。

关键词： 大客户 干线 网络结构 时延 优化 网络安全

1项目背景

随着近年来干线系统的增加，省内前期敷设的部分段落的光缆纤芯日趋紧张，同时由于使用年限过长、多次故障修复后引入的衰耗、或因铁路电气化改造造成光缆多次迁改等，个别段落已无法满足使用。为了进一步提升干线传输网的安全性，同时降低传输延时从而提高客户感知度，对部分段落应新建光缆做为干线光缆网资源的补充和替代。通过本优化方案的建设，可优化现有光缆网，提供更加安全可靠的光缆系统，提高网络安全性。

2时延优化分析

光传送网络进入100Gbps时代以后全面采用相干光通信技术，线路上不再需要DCF，进一步降低了电路时延。与采用DCF的10Gbps光传输系统相比较，100Gbps光传输电路在相同的光缆路由条件下，能够降低10%左右。这也是相干光通信带来的另一个好处。在相干光通信网络中，光缆传输时延占到光网络电路时延的90%以上。

光纤传输时延是光网络电路时延中占据主导地位的组成部分，光网络设备引入时延比重较低（5%左右）。虽然比重较低，但是在光缆路由无法进一步优化的限制条件下，光网络设备时延还能提供一定的优化空间，对于一些对时延要求积极苛刻的极端应用场景，也有较大的价值。

基于光网络时延构成的量化分析，光纤传输时延占据光网络电路时延的90%以上，因此光网络时延的首要优化举措是路由优化，尽可能降低路由长度。优化路由距离的时延优化结果非常容易量化，每减少1公里的路由距离，业务双向传输时延（RTT）减低10us。

研究表明，传统光WDM系统中的色散补偿光纤（DCF）引入的时延在光网络电路时延中占据了大约10%的比例。随着相干光通信技术的普及，不再需要DCF进行色散补偿，有利于进一步降低光网络电路时延。在相同的光缆路由条件下，采用相干光通信技术的100Gbps WDM系统相对于早期10Gbps和40Gbps WDM系统，电路时延可以减低10%左右。因此，低时延业务首先尽量选择采用相干光通信技术的100Gbps WDM系统，其次未来优先升级到400Gbps等更高速率的光传输系统。

综上所述，优化光网络时延的两大利器分别是：（1）优化路由距离，降低光纤传输时延;（2）采用大管道传输，例如现阶段采用相干100Gbps WDM传输系统，未来优先升级到400Gbps等更高速率的光传输系统。

3优化原则

目前江苏某运营商省内干线优化基本原则为：一二干统筹规划，完善网格状光缆架构，形成容量充足、路由丰富、安全可靠、较低时延、面向未来演进的干线网络架构。结合江苏某运营商自身干线光缆现状以及未来发展目标，初步优化目标为：

省内干线光缆与省际干线光缆应协同发展、综合考虑;实现网格状光缆架构，降低时延，提高安全性;苏北以淮安为中心，逐步实现各地市间双路由架构，实现各地市一跳可达;苏南城市群以南京&无锡为双中心，各地市一跳可达，各地市至少保证3条路由

4优化方案

4.1现状分析

根据近几年工程建设情况，截至2019年底，江苏某运营商省内干线光缆架构相对比较完善，容量充足，苏南区域各地市间基本可以做到三条及以上光缆资源，苏北地区部分地市间有二条及以上光缆资源，但作为苏北地理中心位置的淮安市，到其他苏北地市目前基本只有一条光缆路由，部分光缆段落为架空光缆且路由过长，无法保证满足客户对时延及安全性方面的需求。

4.2优化方案

4.2.1传输系统优化方案

为满足苏北地区大客户数据业务对时延的要求，同时优化移动网数据业务的传输性能，利旧现有光缆网在部分站点新设光放设备，实现连云港、盐城、宿迁等苏北地市到南京、无锡出口的路径最短，降低时延，提升用户感知度。

综合考虑干线光缆资源现状及现有省干100G传输系统拓扑，同时结合江苏省地理位置特点，以淮安为中心，连接苏北连云港及盐城，同时在两段路由中根据实际情况添加一些光放站。

传输系统优化后，从淮安到无锡电路开通可走淮安-盐城-南通-无锡路由，光缆距离缩短510Km;从连云港到南京电路开通可走连云港-淮安-南京路由，光缆距离缩短500Km;盐城到南京电路开通可走盐城-淮安-南京路由，光缆距离缩短510Km。时延对比分析如下表：

由此可见，通过传输系统优化方案后，进一步缩短传输光缆距离，时延进一步降低，对于重要大客户的竞争有更大优势。

4.2.2传输光缆优化方案

为满足大客户数据业务对时延的要求，同时优化移动网数据业务的传输性能，结合现有高速公路及高铁线路现状，综合考虑现有干线光缆拓扑以及苏北地理环境，规划方案如下：

为解决淮安-盐城、淮安-连云港现有路由时延较高且单路由问题，综合考虑大客户业务对时延要求，规划二干建设高速管道光缆;为丰富路由资源，考虑宿迁大客户低时延需求，规划二干建设南京-宿迁直达光缆（宿迁泗洪-淮安马坝段落）;为提高网络安全性，降低维护成本，规划二干建设淮安-宿迁-徐州段落，取代现有架空光缆。

结合现有光缆资源及客户需求，对于各优化段落按照以下优先级进行建设，经过干线光缆优化，江苏某运营商苏北光缆得到进一步丰富，初步形成以淮安为中心格状光缆网，同时进一步提高干线传输系统安全性，时延也有相应降低。

结论

通过以上传输系统跟光缆优化方案，传输系统方面对于电路开通有更多选择，苏北各地市到南京、无锡两核心节点的时延得到降低，从而满足重要大客户对时延的要求。干线光缆方面苏北地区实现以淮安为中心的格状光缆架构，通过租用或共建高速管道方式解决了二干光缆架空问题，从而可实现连云港、盐城、宿迁等地市到省会南京路径最短，降低时延，提升用户感知度。南京-宿迁、淮安-连云港直达光缆完成建设后，两地市间时延有明显提升（参见表一）。淮安-连云港&淮安-盐城段落实现双路由光缆，从而省干传输系统安全性得到很大提升。

参考文献

1、赵继勇. 光缆线路工程. 西安电子科技大学出版社.2017.

2、袁付顺. 时延网络系统与非完整系统的分析镇定与综合.科学出版社.2014

3、中国标准化委员会. GB/T 13993.2-1999通信光缆系列第2部分：干线和中继用室外光缆.中国质检出版社.2014

4、胡庆. 光纤通信系统与网络（第3版）. 电子工业出版社.2014

中讯邮电咨询设计院有限公司上海分公司 上海 200082