带宽需求（共6篇）
带宽需求 篇1
摘要：通信网带宽需求预测是网络业务管理、拥塞控制以及流量控制的关键问题。文章着重研究了电网公司生产和管理业务的需求发展和变化,分析了公司业务架构及其各类电力通信网络的承载关系;为提升需求预测的准确性,文章还结合国家电网公司通信网络及承载的业务,利用随机分析方法提出了适合公司的通信业务流量预测模型,根据模型分析了关键业务、典型站点、主要断面的通信业务组成和流量,并在一定的假设条件下对业务流量进行了估算。文章研究成果可对电网公司通信网规划和建设提供科学依据。
关键词：通信业务,流量,预测模型
0 引言
国家电网公司正在全力建设智能通信网络,大量二次设备的接入以及实时数据的更新造成了电力通信网络流量的大幅增加,也给电力通信网络的流量情况带来了复杂变化。如何规划光缆的配置、路由的选择、带宽的分配,如何减少突发情况造成的重大损失,如何有效提高网络运行的速度和利用率,网络流量分析和带宽预测技术起关键作用。
网络流量预测是网络业务管理、拥塞控制以及流量控制的关键问题[1],能够防止网络拥塞,有效提高网络的利用率[2]。网络流量预测根据网络流量的数据以及规律,通过建立数学模型进行。
从本质上来说,网络流量数据是一种时间序列数据,可以通过传统的时间序列处理方法对其进行建模和预测。即使在流量发生突变时,网络流量也存在一定规律,通信网流量预测可采用一定的预测模型,根据收集的通信网络流量变化数据来对将来某一时刻的网络流量进行预测,为通信网络性能优化运行状况提供理论指导[3,4,5]。
网络带宽需求预测基于网络流量预测,对网络管理有重要的意义。目前的电力通信网络并未进行基于业务层面的网络流量实时监测,往往是当流量出现异常情况时由网络管理系统发出警告通知,然后由网络管理人员着手解决出现的问题[6]。这种响应式的行为,即先有问题后处理的方式,很可能造成由于没有足够的时间来分析和处理问题而影响网络的正常运行。如果能预测流量过载,在流量过载发生之前分析和解决问题,就能显著提高网络的可用性。
电网公司在进行通信业务带宽需求预测时,目前多凭借经验公式估算业务流量,未考虑业务的行为特征和时序特性,准确性不高。文章重点研究了电网公司生产和管理业务的需求发展和变化,分析了公司业务架构及其各类电力通信网络的承载关系;同时,结合公司通信网络及承载的业务,提出了适用于国家电网公司的通信业务需求带宽预测模型,根据模型分析了关键业务、典型站点、主要断面的通信业务组成和流量并在一定假设条件下对业务流量进行了估算。以上内容的研究和电力通信网业务流量测算模型的构建为电网日后的网络管理、运营维护、规划优化等工作提供了有效的支撑。
1 电网公司业务架构分析
1.1 电网公司业务及其网络承载
由于电力通信业务本身的特性,综合考虑安全性、可靠性、扩展性等要求,不同业务需要建设相应的业务网络来进行分类承载。目前的业务网络主要包括调度数据网、综合数据网等,另外还有一些其他业务需要由传输网提供专线通道。主要电力通信业务承载方式如表1 所列。
从表1 可以看出,对实时性要求最高的电网实时控制类继电保护业务直接承载在传输平台或裸光纤上;对安全性要求比较高的电网实时业务,包括调度自动化等业务,主要承载在调度数据网;行政办公信息数据及财务、营销、生产管理系统主要承载在综合数据网。
1.2 业务承载网络关系分析
根据网络本身的技术要求,调度数据网、综合数据网设备之间的组网一般情况下以传输网作为承载平面,由传输网提供连接通道。由于此类通道同时也作为传输网的业务存在,因此,传输网的业务带宽需求应同时考虑所承载业务网的组网通道需求。业务网、传输网以及光纤网络之间的相互承载关系如图1 所示。
2 电力通信业务带宽需求分析及预测方法
基于电力通信业务需求进行带宽需求预测研究,重点在于对各业务的通道带宽需求量进行预测以及对带宽进行统计预测,可以概括为3 个步骤。首先,结合业务种类和承载方式将通信业务进行分类;然后,根据各类业务的统计特征,选取拟合度较好的统计模型,逐一给出每类业务的通道带宽需求计算方法;最后,综合考虑业务流向,根据计算方法对单一或所有业务断面进行带宽统计预测。这些步骤中,业务的通道带宽需求计算是难点。电力通信网络一般承载2 类业务,一类是IP类业务,一类是由专线承载的时分业务,下面分别对这2 类业务的通道带宽需求计算方法进行介绍。
2.1 IP类业务通道带宽需求计算方法
对于某类IP业务而言,可以用如下公式描述其带宽需求:
其中,Bi表示第i类IP业务的带宽需求;Bi(t)为t时刻业务i所占用的带宽;bi为每个用户占用的基础带宽;φ 为带宽平均利用率(与IP网络开销有关,如路由寻址、维护信号等);ni(t) 为t时刻业务i的并发用户数,由业务类型决定。
可以看出,Bi与T时间段内业务i的峰值速率和平均网络带宽利用率有关,平均网络带宽利用率一般根据测算得出,经验值取0.7。计算Bi的关键在于确定ni(t),这需要选取合适的预测模型以对相应种类的业务特征进行拟合。
对电力通信业务进行流量分析,结合不同的业务特性可以选择不同的业务模型进行逼近和模拟。对于业务i,相应的流量模型选好之后,ni(t) 随之确定,步骤如下:
1)根据业务种类选择业务模型,并计算其所服从的随机过程Ni(t);
2)对于某个时间节点t,Ni(t) 是一个随机变量,因此可求得其概率分布函数F[Ni(t)]=P{Ni(t) ≤ ni(t)};
3)根据不同业务的有效性要求,确定F[Ni(t)]的具体值,如对于调度数据网业务,F[Ni(t)] 可取0.999 9,对于综合数据网业务,F[Ni(t)] 可取0.999;
4)利用Ni(t) 的概率分布函数以及F[Ni(t)] 的具体取值得到ni(t)。
电力通信数据网分2 类,一类调度数据网,主要承载电力生产业务;一类综合数据网,主要承载电力管理业务。表1 的业务中,调度自动化、配电自动化、用电信息采集属生产性业务,可以复用至调度数据网中传输;视频会议、ERP、GIS等业务书管理类业务,可复用至综合数据网中传输。因此,承载于调度数据网上的业务的带宽需求D可写为:
其中,Bk(t) 表示t时刻某类调度数据网业务k所占用的带宽。
同理,承载于综合数据网上的业务带宽需求可写为:
其中,Bm(t) 表示t时刻某类综合数据网业务m所占用的带宽。
由于IP网络往往通过传输网络(主要是同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)、光传送网(Optical Transport Network,OTN),分组传送网(Packet Transport Network,PTN)技术目前在公司范围内还未普及,所以不做考虑)或者光纤直接组网,因此其通道大小多具有颗粒性。目前典型的用于承载IP业务的通道颗粒有2 M、100 M、155 M、622 M、1 000 M、2.5 G、10 G等。 同时,还需考虑通道层面的保护机制。在实际应用中,对同一断面的同一类业务,往往考虑基于单一颗粒的通道带宽配备。因此,考虑建设成本、组网方式和带宽利用率等因素的情况下,某断面的调度数据网(或者综合数据网)业务占用的通道带宽估算方法可建议如下:
1)光纤直接组网方式主要利用万兆光口、千兆光口和百兆光口沟通IP链路,此时建设成本是主要考虑的因素,因此在通道计算时选择100 M、2.5 G(1 000 M光模块与2.5 G光模块成本相当,因此在做链路配置时通常选择2.5 G光模块)、10 G颗粒。
对于调度数据网,在某一个通信断面上,通道需求Cd为(单位M bit/s,函数⎡x⎤表示对x向上取整,η为容灾系数):
对于综合数据网,在某一个通信断面上,通道需求Cr为(单位M bit/s):
2)传输通道组网方式主要利用万兆光口、2.5 G光口、千兆光口、百兆光/ 电口、622 M POS口、155 M POS口、155 M CPOS口以及SDH复用2 M捆绑的方式沟通IP链路,此时建设成本和带宽利用率都是很敏感的因素,因此在通道计算时选择2 M、155 M、622 M、1 000 M、2.5 G、10 G颗粒。
综合考虑成本和带宽利用率的因素,对于调度数据网,在某一个通信断面上,通道需求Cd的参考计算公式为(单位M bit/s):
同理,对于综合数据网,在某一个通信断面上,通道需求Cr的参考计算公式为(单位M bit/s):
由此可见,建设成本和通道的离散性是造成IP业务通道带宽利用率低的重要原因。
需要特别说明的是,电力数据网络组网方式较多,总部、各分部、省市公司的通道结构均存在较大差异,所以在做具体规划时必须考虑网络的实际情况来制定组网方案,本课题给出的数据网通道需求计算公式只针对典型应用,仅供参考。
2.2 时分业务通道带宽需求计算方法
电力时分业务主要有调度电话、行政电话、自动化远动信号以及采用SDH复用2 M的继电保护和安控业务。
2.2.1 调度电话、行政电话业务
对于调度电话、行政电话业务而言,可以用如下公式描述其通道带宽需求:
其中,Bj为调度/ 行政电话业务j的通道带宽需求;Bj(t) 为t时刻业务j所占用的带宽;bj为单用户的通道带宽;nj(t) 为t时刻业务j的并发电路数,为一随机过程;β 为冗余系数;η 为容灾系数。
对于传统的电路交换业务而言,泊松模型已经被理论和实践证明为最有效的业务预测模型,因此,本课题采用泊松模型对nj(t) 进行建模。由于调度电话、行政电话业务要求1+1 保护,所以容灾系数取2,冗余系数根据经验取1.3。对于调度/ 行政电话业务j,根据泊松模型确定nj(t),步骤如下:
1)列表达式:
2)对于某个时间节点t,Nj(t) 是一个随机变量,服从泊松分布,因而求得其概率分布函
3)根据不同业务的有效性要求,确定F[Nj(t)]的具体值,对于调度交换电话,F[Nj(t)] 可取0.999 9 ;对于行政电话业务,F[Nj(t)] 可取0.99。
4)利用Nj(t) 的概率分布函数以及F[Nj(t)] 的具体取值得到nj(t)。
因此,某一通信断面上程控交换语音业务的通道需求Cv为:
2.2.2 自动化远动、继电保护、安控业务
这几类业务为递增型业务,通道一旦启用即被长久占用,同时,其电路数量与电网发展直接相关,因此,可根据电网规划给出其通道带宽计算公式:
其中,Bk表示自动化远动/ 继电保护/ 安控业务的通道带宽需求;bk为每个用户占用的通道带宽;nk为业务k的电路数,由取决于电网规划;β 为冗余系数;η 为容灾系数。对于自动化远动、安控、距离保护业务,η 取2 ;对于光纤纵联差动保护业务,η 取1 ;β 取经验值1.3。
那么,某一通信断面上自动化远动、继电保护、安控业务的通道需求总和Cp可表示为:
某个通信断面上业务的通道总需求B则可以通过对以上几种业务的叠加得到,即:
3 电力通信业务带宽需求预测模型应用讨论
文章提出的业务流量测算方法适用于公司各级通信网,包括总部通信网、分部通信网、省公司通信网及地市公司通信网。按照总部、分部、省公司、地市公司不同类别的模板,通过统计分析各单位目前生产及管理业务节点的数量即可完成通信网业务流量测算工作。具体步骤如下:
1)计算各类业务基础流量,根据文章提供的计算公式计算出各类业务的基础流量,可以采用计算机套用相应的数学模型计算出结果,也可以采用简单的统计估算方法进行估算。
2)计算各类站点流量。例如,变电站选择相应电压等级的变电站模板,将该类站点的业务进行分类汇总(按照综合数据网、调度数据网、时分多路复用网、其他等分类),便于分类计算。
3)统计站点数量。按照国网、省、地市、区县等级别,统计变电站、配电站、电表、供电所等所有类别站点的数量,可以取上一年度年报数据。
4)计算断面流量。公司总部选择总部模板,分部选择分部模板,省公司选择省公司模板,地市公司选择地市公司模板,分别形成各断面的综合数据网、调度数据网、传输流量。
5)根据本层级通信网所承载的各类总的业务流量,按照当前通信网的整体架构,将业务流量分别分担到不同的综合数据网、调度数据网、传输网并形成不同系统进行优化、改造扩容等相关规划决策结论。
4 结语
网络流量预测是网络业务管理、拥塞控制以及流量控制的关键问题,文章进行了调研并提出了适用于公司各级通信网的业务流量测算模型。但是,一些因素也会对业务流量预测产生部分影响,包括基础研究、网络架构、政策影响等,在规划通信网时应充分考虑外界因素的影响,制定相应的应对策略。例如,随着十二五期间国家电网公司三集五大建设的推进,公司业务流向发生了巨大的变化,信息化业务由以往的分层模式改成大集中模式,电网生产业务也加快了IP化进程,通信专业应该加快研究IP化应对策略,加快提升业务网、承载网的IP承载能力;2014 年9 月,国家能源局颁布了新的《电力监控系统安全防护规定》,新规定较原先电监会5 号令有一些变化,特别是第8 条规定电力控制信息如果进行了安全加密并接入了安全接入平台也可以使用公网通道传输,所以,应重点考虑新规定对通信业务的影响,及时调整通信规划技术政策;随着国家加快推进电力体制改革,应重点关注各环节改革的进程,特别是配售电环节,这将对通信业务带来比较大的影响。
参考文献
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桌面云系统中带宽与网络需求分析 篇2
近年来, 桌面云系统越来越成熟, 与传统的PC端相比, 桌面云系统具有业务连续性强、桌面总体成本降低、法规遵从与数据安全以及桌面更新和增长等众多优点, 逐渐开始取代一部分PC端, 基于桌面云系统的宽带和网络需求分析, 能够根据业务的实际需求对网络进行重新规划与设计, 实现网络资源的最优化配置。因此, 文章针对桌面云系统中宽带与网络需求的分析具有非常重要的现实意义。
二、桌面云系统概念
桌面云系统是一种资源服务模式, 即Iaa S, 用户端采用功耗低、体积小的接入终端, 也称之为Thin Client, 功能包括输入、输出以及显示, 服务器终端的功能为计算、处理以及储存数据。用户利用接入终端登录桌面云系统, 通过系统鉴权认证之后, 用户能够访问应用程序以及中心云端服务器, 同时获得相应的服务。根据应用场景, 将桌面云系统划分为两种类型, 一种为虚拟桌面云系统, 另一种为远程桌面云系统, 两者的对照分析表现为:外设兼容性对比:虚拟桌面云系统具有良好的兼容性, 仅仅需要对少数外设进行升级;远程桌面云系统不具备外设兼容性;硬件资源占用对比:虚拟桌面云系统的硬件资源占用率相对较高, 远程桌面云系统的硬件资源占用率相对较低;用户体验对比:虚拟桌面云系统具有独立的虚拟操作系统;远程桌面云系统和用户共享同一操作系统。
无论哪种桌面云系统, 和传统的PC终端相比都具有以下优势:业务连续性强、成本低、安全性高、法规遵从性以及桌面的增长与更新等。
三、桌面云系统中宽带和网络需求分析
3.1用户端宽带和网络需求分析
用户端的宽带和网络需求分析应该从外部设备使用状况、工作任务场景以及远程桌面协议等方面进行考虑, 从相同测试样本以及不同远程桌面协议测试结果进行分析, 不同协议下的文档操作宽带结果表现为:PPT播放网络占用带宽、Web浏览网络占用带宽、Word文档操作占用带宽SPICE分别为:861kbit/s-3.77MBi/s、164-442kbit/s、105-362kbit/s;PCOIP分别为42-65kbit/s、17-57kbit/s、16-46kbit/s;ICA分别为66-694kbit/s、19-31kbit/s、5-49kbit/s;RDP分别为549kbit/s-5.69M bit/s、51.5-390kbit/s、10-70kbit/s。通过对测试结果进行分析可知:不同业务对接入宽带的要求存在差异, 客服场景要求在远程桌面上传输客户话音数据, 宽带和网络必须满足语音通信的实际需求;会议演示场采用PPT播放, 用户终端对宽带和网络的需求介于2-4Mbit/s;营业厅场景以操作处理与Web查询为主, 对宽带和网络的需求必须超过512kbit/s。即在进行宽带和网络需求分析时, 应该根据业务的实际状况, 根据访问的需求量, 对网络资源进行最合理化的配置。
3.2桌面中心网络宽带需求分析
桌面中心网络宽带需求应该从两个方面考虑:一方面, 虚拟机访问互联网流量, 虚拟桌面必须访问互联网, 用户在访问互联网过程中, 存在许多不可控的因素, 访问产生的流量非常复杂, 传统的PC端管理功能并不能够有效满足网络需求分析的要求。
10Mbit/s、20Mbit/s已经成为互联网宽带主流, 虚拟桌面池之间存在资源交流、共享的环境, 采用桌面云数据中心网络能够对共享宽带需求进行准确的估算;另一方面, 虚拟机访问业务系统流量分析, 系统流量分析是虚拟机访问业务系统流量需求分析的重要组成部分, 桌面云系统和传统业务系统相比, 既能够快速的访问传统PC端, 又能够对虚拟机局域网络进行访问, 更好、更加准确的分析宽带和网络需求, 更好的适应用户端的实际需求。
3.3其他宽带和网络需求分析
其他宽带和网络需求分析包括:其一, 公有云业务网络宽带需求, 随着智能电视以及其他职能终端的推广和应用, 公有云业务宽带网络需求量显著增加, 需要对公共物流信息、网络传输信息、延能化宽带业务等网络需求进行分析;其二, 大二层网络需求, 大二层网络是桌面云网络为了更好的适应业务需求而创建的, 虚拟机的数量非常多, 会产生众多的MAC地址, 影响桌面云网络流量, 需要进行MAC地址的重新排序。
四、结束语
总而言之, 桌面云系统宽带和网络需求分析, 应该对业务需求进行分析, 以此实现对网络资源的最优化配置, 更好的满足业务的实际需求。同时, 桌面云系统的快速发展和完善, 其强大的优势逐渐的取代一部分PC端, 越来越受到社会各界的青睐, 具有非常好的应用前景。
参考文献
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带宽需求 篇3
近些年来,随着Internet的迅速发展,数据、视频、语音和多媒体业务应用越来越普及。由于每种业务都有各自不同的业务特性和QoS(服务质量)要求,使得QoS问题越来越突出。网络QoS一直是现今研究的热点,合理高效地分配网络带宽资源是提高网络QoS的有效手段。为了更加准确地为各业务分配合适的带宽,对业务的带宽需求研究是一项重要的工作。
统计网络演算[1,2]是最近几年在国外发展起来的一门网络分析理论,它提供一种简单明了的方法来计算网络的服务性能,并且为网络研究提供了一个正确有效的性能分析模型,主要用来定量求解网络性能的统计边界。统计网络演算具备了从理论上分析QoS控制机制所必需的业务流的流量特性模型、路由器的调度策略及性能界限这3个基本要素,广泛应用于网络QoS性能分析中。双漏桶模型[3]是一种典型的流量描述模型,是对网络流量监控和整形的首选模型,是实现网络公平性、可靠性和高效性的保障。本文将使用统计网络演算理论对满足双漏桶模型的业务流量带宽需求进行研究。
1 统计网络演算
统计网络演算是在确定网络演算[4]的基础上演变而成的,通常网络业务能容忍一定程度的数据丢失和延迟,使用统计网络演算可以较好地利用网络中的复用增益来提高资源利用率,并且更好地反映现今网络的动态综合服务能力。
统计网络演算基本模型如图1所示,它的两个主要工具是统计到达包络和统计服务曲线[5],网络性能统计边界的估计分析就是靠这两个工具来实现的。使用统计网络演算一般需要建立3个模型,分别为网络的业务流量模型、节点服务模型和性能统计边界模型。根据网络的流量模型,可以得出一般流量的统计到达包络,其物理意义表达的是网络流量到达过程概率上界;使用统计服务曲线建立网络的服务策略显示了系统给予服务量的概率下界。运用这两个工具建立网络的性能统计边界模型,对网络的性能进行精确分析。
统计网络演算可以直观简洁地对网络业务的时延性能进行研究,这在网络时延性能分析方面有着巨大的优势。给定一个流的到达过程A(t)的统计到达包络Gεg,违背概率εg;给予统计服务曲线Sεs,违背概率εs;同时有满足条件的时间尺度T。令ε=εs+Tεg,则得到的统计时延边界有以下性质[6]:时延上界dmax=inf{d≥0|∀t≥0:Gεg(t-d)≤Sεs(t)}。∀t≥0,时延概率边界W(t)满足
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2 双漏桶模型
为了更好地描述业务量特性,通常引入流量限制模型,如漏桶模型、令牌桶模型[7]和双漏桶模型等。双漏桶模型是一种典型的流量描述模型,它由一个令牌桶和一个漏桶相连而构成,如图2所示。当通信量到达令牌桶时,若桶中的令牌总量大于到达的通信量,通信量被允许进入漏桶;否则,通信量存储在缓冲区中等待令牌。令牌桶中的令牌以平均速率a产生,大小为b(网络允许的突发长度)。当令牌桶满时,新产生的令牌被丢弃。漏桶用来保证输出的速率不会超过网络允许的峰值速率v(v≥a)。
设f(τ)为流量限制函数,它是非负和非递减函数;A(t)是t时刻的网络流量,经过一段时间τ后的通信累积流量为A(t+τ),且
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一个传输流经过参数为(v,b,a)的双漏桶整形后,其通信量限制函数可以表示为
3 带宽需求研究
在现实网络中,各业务的带宽需求与业务QoS有关,QoS对时延的要求与带宽紧密联系在一起,业务的服务带宽越大,时延就会越小。使用统计网络演算可以直观简洁地对网络各业务的时延性能进行分析,根据时延与带宽的关系,若已知各业务流量的时延性能要求,通过这个特性就可以对各业务在统计服务性能下的带宽需求进行计算分析。
3.1 整体研究思路
业务与网络相比,后者较为固定且能在一段较长的时间内保持稳定。对于一个给定的通信网络,从统计的角度看,其链路容量和调度策略大体是不变的。而网络中运行的业务类型在大量统计的情况下也是基本稳定的。我们从业务和网络两方面出发,具体思路如图3所示。从业务的流量模型确定统计到达包络Gεg(t);从网络出发,由链路容量和网络节点的调度策略可确定出所提供的统计服务曲线Sεs(t);最后结合业务所给的可容忍时延,根据统计网络演算的统计时延边界公式,求解出满足可容忍时延下所需要提供的服务速率,即为所需带宽。
3.2 单节点的网络带宽需求
图4所示为采用单节点网络模型,使用多业务输入共享链路输出的网络结构。不同业务进入不同缓冲区队列,调度器对各队列业务进行服务调度共享输出链路带宽。业务流为满足双漏桶规范的业务流量模型。同时,不管网络采用何种队列调度算法都可以假定每个节点对数据流提供参数为(R,T)的速率—延迟服务曲线作为对数据流的QoS保证,即业务流i(i=1,2,3…)的统计服务曲线为Sundefined(t)=Ri(t-Ti),其中Ri为业务流i所分配的服务速率。下面就对双漏桶业务模型的带宽需求进行具体分析。
每个业务流的到达过程都满足双漏桶模型,可知业务流i在[0,t]时间内的到达流量满足
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取统计到达包络为
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因为所取统计到达包络为双漏桶流量的限制包络,由双漏桶得特性可知,流量不可能超出这个限制流量,故此处的εg=0。
为了方便计算,对时延界公式进行变换,可得
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对统计到达包络和统计服务曲线的关系式取等式。根据统计到达包络分情况进行讨论,最终得出在t=bi/(vi-ai)时取得最大值,即
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若已知每种业务流的可容忍时延,就可以根据以上分析的时延上界,反过来求出对应服务曲线中的服务速率。对式(7)进行推导变换得
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即通过上式就可求解出满足双漏桶模型的业务带宽需求。
3.3 端到端的带宽需求
采用N个节点串联的端到端网络,同样每个节点均为多业务输入共享链路输出的网络结构。业务流i在第j个节点的统计服务曲线Sεsij(t)=Rundefined(t-Tundefined)。由定理1可知,业务流i的统计网络服务曲线[6]为
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违背概率εS可表示为
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使用速率-延迟服务曲线代入可得到统计网络服务曲线为
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由于统计服务曲线的串联等效作用,易于从单节点扩展到端到端网络,把上式的统计网络服务曲线代入式(6),替换单节点中的统计服务曲线,就可根据业务的时延要求求解出端到端串联网络的带宽需求。
4 仿真结果及分析
(1) 双漏桶参数(v,b,a),b=1MB, a=2 MB/s,统计服务曲线违背概率εs=10-6,服务延迟T=1 ms。根据式(8), 使用Matlab软件编程实现,在已知可容忍时延d分别为10、80和200 ms时,得出峰值速率v和所需带宽R的关系如图5所示。
由图5可知,随着双漏桶峰值速率的增大,所需带宽也在增大。随着可容忍时延的增大,所需带宽增大的趋势在逐渐减小。当可容忍时延比较小时,所需带宽更能逼近峰值速率;随着可容忍时延的增大,所需带宽慢慢向平均速率逼近。
(2) 限定峰值速率v=5MB/s,以平均速率a为变量,其他条件不变,在可容忍时延d分别为10、80和200 ms时,平均速率a与所需带宽R的关系如图6所示。
由图6可知,随着双漏桶的平均速率的增大,所需带宽也在增大,增大的趋势是凸函数,带宽随平均速率的增加比较急剧。同样可知,当可容忍时延愈小时,所需带宽更逼近于峰值速率;当可容忍时延较大时,所需带宽逼近于平均速率。
(3) 限定平均速率a=2MB/s,峰值速率v=5 MB/s,以令牌桶容量b为变量,其他条件不变,在可容忍时延d分别为10、80和200 ms时,令牌桶容量b和所需带宽R的关系如图7所示。
由图7可知,随着令牌桶容量的增大,所需带宽也在慢慢增大,增大的趋势是凹函数,带宽的增加比较平缓。可以看出,可容忍时延愈小时,所需带宽更逼近于峰值速率,当可容忍时延较大时,所需带宽逼近于平均速率。
5 结束语
针对双漏桶模型限制流量的特点,使用统计网络演算对其带宽需求进行了研究分析。根据流量的时延要求得到所需带宽大小,以此为根据来提供更加合适的带宽。一般情况下,网络都是根据业务流的峰值速率大小来提供带宽的,这样会使网络过于优化而造成资源浪费。对业务流的带宽需求进行准确估计,可为网络带宽资源分配和接纳控制提供重要的理论依据,同时对提高网络资源利用率和保障网络QoS有重大意义。
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带宽需求 篇4
目前, 广州珠江数码的HFC网络都是采用CMTS的方式覆盖并进行双向改造。但在网络改造中, 一些陈旧的城中村有线电视网络往往环境复杂, 若用传统的CMTS方式进行改造, 势必要进行全网络改造, 投入与产出差距较大, 且改造起来十分费时费劲[1,2,3]。但这些区域的用户对宽带网络的需求非常集中, 商业潜力不可低估。因此, 为了满足市场需求, 快速完成双向网络覆盖, 改造后的网络支持户均接入带宽20 Mbit/s的高带宽业务, 尝试采用HFC+EPON+LAN的组网方式来完成双向网改。
1 网络现状和业务需求
瑞宝村是这次网络改造的试点。瑞宝村原使用单向光站和楼放, 接入网较为陈旧, 但可满足传统数字电视需求。分前端机房到光站有2芯光缆, 1芯在用, 1芯备用。光站覆盖约800户, 共16个楼放, 每个楼放覆盖最多50户。用户较为集中, 用户终端到楼放不超过100 m。改造前瑞宝村网络拓扑如图1。
业务需求分析:此次网络改造必须满足现有和未来业务的需要, 目前珠江数码共有3类主营业务, 包括DVB数字电视、宽带以及互动电视。DVB数字电视可利用原有HFC网传输, 网络改造主要针对宽带和互动电视业务。根据市场发展需要, 每户宽带接入带宽最高10 Mbit/s;互动电视采用微软Mediaroom平台方案, 现有1 080 i高清点播、高清直播等电视节目, 每户需要带宽约10 Mbit/s, 改造后的网络需满足两种业务同时开展, 即每户接入带宽20 Mbit/s。按照光机覆盖800户, 最终宽带接入率30%, 每户带宽10 Mbit/s, 在线率70%, 并发率20%计算, 宽带业务下行需要的总带宽为336 Mbit/s。互动电视业务最终接入率15%, 每户带宽10 Mbit/s, 在线率50%, 并发率100%, 下行需要带宽为600 Mbit/s, 总业务下行带宽需要936 Mbit/s。上行以宽带为主, 按照每户1 Mbit/s带宽, 需要上行总带宽33.6 Mbit/s。
2 EPON+LAN网改方案
2.1 网络设计方案
从前端到光机的距离大约是10 km, 使用原备用纤芯。OLT采用20 km的GEPON口, 输出光功约4 dBm, ODN部分选用分路1∶16, 光衰减约13.5 dB, 按照1 310 nm每公里连直熔点衰减约0.4 dB/km, 法兰头衰减0.5 dB/个, 链路总衰减约为20 dB。ONU接收灵敏度最少约-24 dBm, 网络设计预留了光功率变化±4 dB的裕量。为了节约成本、充分利用资源, 接入网按需布放, 开通业务的用户使用超5类线接入。
2.2 EPON+LAN改造后网络结构
网络改造后, ODN+LAN和原来HFC网络并行。在原光站附近安装室外光纤配线箱, 箱内采用1∶16光分路器, 在原楼放附近安装ONU综合接入箱及ONU共16台。光纤配线箱到ONU综合接入箱采用2芯光缆连接, 1芯使用, 1芯备用。接入网使用室外超5类线按需拉放。网络改造后如图2所示。
2.3 用户端配置
在EPON网络上承载两种业务, 两种业务既要同时传送又要互不干扰。在OLT上把两种业务分别划分到两个不同的VLAN, OLT的GEPON口和ONU的FE口均支持Hybrid端口能转发不同VLAN的报文。当有用户报装, 需要在用户终端安装小型4口交换机, 该交换机支持自定义VLAN, 最终VLAN报文在小型交换机终结, 交换机4个端口可分别对应不同VLAN, 开通多种业务。管理人员可以在ONU上分别对每用户每种业务进行2层QOS管理。
2.4 EPON+LAN改造完成后的网络特点
EPON+LAN改造完成后网络特点如下:1) 网络改造不影响原有网络, 不影响原有业务。2) 无源光网络没有入侵噪声, 网络稳定。3) 减少不同环节的协议转换, 减少网络时延。4) 接入带宽大, 能满足长期业务需要。5) 有源设备都支持SNMP协议, 减少现场维护工作量。6) 接入网按需布放, 能缩短建设周期和降低建设成本。
3 网络改造投入对比
下面比较EPON+LAN网络改造和基于DOCSIS 3.0CMTS的HFC双向改造的主要投入对比。投入对比分外线投入成本、前端设备投入成本、机房资源投入3部分。
3.1 外线投入成本对比
基于DOCSIS 3.0 CMTS的HFC双向改造, 外线部分需采取一次性全网改造, 改造范围从光站到入户终端, 改造内容包括光站、主支干电缆、楼放、接入网电缆、分支分配等。
对于EPON+LAN改造, 用户接入网部分按需布放, 覆盖率对成本影响比较大。而HFC网络改造, 一次全网改造到位, 但CABLE MODEM所占成本也相对比较高, 为了准确地比较EPON+LAN和DOCSIS 3.0 CMTS的改造成本, 要把业务发展分为初期和后期。业务初期业务开通率5%, 业务后期业务开通率30%, 统计结果详见表1。
从表1中得出, 在业务发展初期, EPON+LAN成本为54 060.00元, DOCSIS 3.0成本成本为73 263.20元, 2种组网成本相差26.2%;在业务发展后期, EPON+LAN成本为93 460元, DOCSIS 3.0成本为123 263.2元, 成本相差24.1%, 变动较少。因此, EPON+LAN方式外线投入成本较低。
3.2 前端设备投入成本对比
基于DOCSIS 3.0 CMTS下行每频点带宽约50 Mbit/s (8 MHz, 256QAM) , 上行每频点带宽约为10 Mbit/s (3.2 MHz, 16QAM) 。上下行带宽需求随业务增加而增加, 成本差异较大, 因此也分为业务初期和业务后期2种情况进行比较。CMTS上行和下行频点用量如表2所示。
而EPON+LAN改造方案内线部分中, OLT采用高密度机箱式GEPON系统, 最多支持下行GEPON口44个。每个GEPON口最多支持64个ONU接入。采用1个GE-PON可满足800用户到业务发展后期的使用。ONU选用1个GEPON口和16个全双工FE接口。
设备投入成本见表3, 在业务初期, EPON+LAN成本为15 000.00元, DOCSIS 3.0成本为71 000.00元;在业务后期, EPON+LAN成本为15 000.00元, DOCSIS 3.0成本为222 000.00元。EPON无论在业务初期还是业务后期, 都比CMTS要便宜许多, 带宽越大, 成本差距也越大, 一次性投入1个GEPON口可解决业务发展初期到后期的过渡。而CMTS在业务发展初期投入较少, 但随着带宽需求增大, 所需要增加的下行和上行也成倍增加。因此, EP-ON+LAN方式前端设备投入成本较低。
3.3 机房资源投入对比
EPON+LAN改造对比于DOCSIS 3.0 CMTS改造的另一优点在于使前端的结构变得简单, 减少了射频系统部分建设, 并且能减少设备占位及机房功耗, 在目前倡议绿色环保的时代, 机房功耗的降低以及机柜数量的减少, 必定能减少机房的基础建设费用, 同时在机房选址定位方面也会更加灵活。
由于此次试点覆盖用户数较少, 单就此进行对比, 结果不具备代表性。因此, 下面将业务模型按比例扩大, 基于CMTS方式组网。前端必要设备有光发射平台、正向射频分配平台、光接收平台、反向射频混合平台、回传噪声监测平台, 5个平台缺一不可。机房正向射频系统采用2级分配结构, 回传采用2级混合结构, 所有平台都采用高密度模块式设备。按照业务需求模型, 在正向不变情况下, 覆盖120个光节点约48 000用户的互动和宽带业务大概需要4个满配42U机柜。而采用EPON的方式, 只需要60个GEPON口模块, 合共2台机箱式OLT, 合共1个机柜即可。另两种方式下的设备功耗详见表4。因此, 无论在机房使用空间还是设备功耗方面, EPON+LAN方式均占优。
因此, 综合上述3方面对比, EPON+LAN方式在各类投入方面有较大优势。
4 EPON+LAN组网的不足
EPON+LAN组网的优势是明显的, 从成本上和带宽上来看, 都比使用DOCSIS 3.0的CMTS要更优。但也要清楚的看到, EPON+LAN也有明显的不足, 在带宽的扩展方面, 由于GEPON-ODN-ONU-LAN网络是纯分配的网络, 要继续扩展带宽需要再增加GEPON口, 这样等于从GEPON-ODN-ONU再建立1个网络。这个缺点对于光纤资源不足的地方显得尤为突出。而对于CMTS组网来说, 增加频点即可增加带宽, 特别是采用M-CMTS方式, 使用EAGEQAM以后, CMTS下行成本能有效降低。
5 小结
EPON和DOCSIS 3.0 CMTS都是非常成熟的系统, 技术上两者各有优点, 实现上也可互为补充。在今后高带宽业务需求下, 如何快速推进业务, 并降低业务成本, 通过以上对建设成本和资源投入等方面的对比结果来看, 应针对不同网络特点, 不同资源情况, 从而选取合适的双向网络改造方式。
参考文献
[1]徐力恒, 李建华.融合EPON与DOCSIS的EoC技术与双向网改方案[J].电视技术, 2011, 35 (12) :4-6.
[2]余自强.基于DOCSIS3.0的双向HFC网络规划方案[J].电视技术, 2011, 35 (14) :35-36.
带宽需求 篇5
随着网络技术和电信业务的发展,基于IP网络承载数据、语音、视频、无线等多种业务已成为网络发展的趋势。NGN语音、IPTV、三网融合等业务的开展,是未来固网通信市场业务推广主力,这些业务对于承载网络高带宽、高质量、高可靠性的需求,对IP城域网提出了更高的要求。网络服务质量是用户选择一个网络的首要考虑因素,良好的网络服务质量是用户发展和业务收入增长的保障。而宽带业务的网络服务质量的好坏主要取决于IP城域网建设的好坏,因此建议首先加强城市的IP城域网建设,增强其业务承载能力,为今后IP多业务承载做好必要的准备。而在工程实践中,IP业务流量及带宽需求预测的正确与否,是影响IP城域网建设的成败的关键因素之一,本文以某地市为例,列举了IP业务流量及带宽需求在工程实践中常用的方法。
1 业务承载模型
目前,IP城域网主要承载公众宽带业务、专线业务和NGN语音业务,具体业务承载模型如图1所示:
2 业务流量及带宽需求预测
2.1 宽带业务流量
宽带业务流量=宽带用户数×用户并发率×用户平均业务带宽(Mbps)×宽带用户带宽占用率。其中,各项指标如下:
(1) 宽带用户数(含DSLAM用户、LAN折算用户、x PON用户、WLAN用户):为预计达到的用户数。
(2)用户并发率:应为峰值的用户并发率,参考值为50%。
(3)宽带用户平均带宽:应根据省分公司市场部预计的不同带宽用户发展比例进行计算。
公式为:
用户平均业务带宽=2M×2M接入用户占比+4M×4M接入用户占比+8M×8M接入用户占比+……。
(4)宽带用户带宽占用率=宽带用户实际平均流量/宽带用户平均带宽。
其中,按照市场部规划,4M接入用户占比取定参考值为60%,8M接入用户占比取定参考值为35%,8M以上接入用户占比取定参考值为5%。由此计算出接入用户平均带宽为5.7M。
2.2 IPTV 业务流量
IPTV业务流量,包括中心节点点播业务流量和中心节点直播业务流量。
(1)中心节点点播业务流量=IPTV用户数×开机并发率×点播并发率×中心命中率×(标清并发率×标清码流+高清并发率×高清码流)×带宽冗余系数。
(2)中心节点直播业务流量=(标清频道数×标清码流+高清频道数×高清码流)×带宽冗余系数。
其中,开机开机并发率参考值为50%,点播并发率参考值为50%,中心命中率参考值为20%,标清并发率参考值为90%,标清码流参考值为2M,高清并发率参考值为10%,高清码流参考值为8M,标清频道数参考值为100个,高清频道数参考值为20个,带宽冗余系数参考值为1.2。
2.3 NGN 业务流量
NGN业务流量=NGN用户数×平均用户流量。
其中,平均用户流量参考值为4.3Kbps。
2.4 专线业务流量
专线业务流量=宽带业务流量×专线业务流量系数。
其中,专线业务流量系数参考值为12.5%。
2.5 IDC 业务流量
IDC业务流量=宽带业务流量×IDC业务流量系数。
其中,IDC业务流量系数参考值为15%。
2.6 省干至国干业务流量
省干至国干业务流量=IDC业务流量×IDC出省流量占比。
其中,IDC出省流量占比参考值为96%。
2.7 IP 城域网至省干流量
IP城域网至省干流量=IPTV业务流量+宽带业务流量×宽带业务省内流量占比+专线业务流量×专线业务省内流量占比+IDC业务流量×IDC业务省内流量占比。
其中,宽带业务省内流量占比参考值为5%,专线业务省内流量占比参考值为40%,IDC业务省内流量占比参考值为30%。
2.8 IP 城域网至国干流量
IP城域网至国干流量=宽带业务流量×宽带业务出省流量占比
其中,宽带业务出省流量占比参考值为95%。
2.9 BRAS 上行流量
BRAS上行流量=宽带业务流量。
2.10 SR 上行流量
SR上行流量=IPTV业务流量+专线业务流量+NGN业务流量。
2.11 IP 城域网带宽需求
IP城域网至省干出口带宽需求=IP城域网至省干出口业务流量/峰值带宽占比。
IP城域网至国干出口带宽需求=IP城域网至国干出口业务流量/峰值带宽占比。
省干至国干带宽需求=省干至国干业务流量/峰值带宽占比。
由于新增出口带宽需求按40G端口考虑,因此部分地市城域网出口带宽目标值会略大于计算结果。
2.12 预测结果(详见下表 1)
3 小结
基于IP网络承载数据、语音、视频、无线等多种业务已成为网络发展的趋势。NGN语音、IPTV、三网融合等业务对于承载网络的带宽、质量、可靠性提出了更高的需求,本文以某地市为例,列举了IP业务流量及带宽需求在工程实践中常用的计算方法,希望能在工程设计和实施中有点借鉴之处。
参考文献
[1]杨合林.流量分析和控制技术的研究与系统建设.科技传播.2012.
[2]林锡川,李志强.校园网流量分析与控制.价值工程.2011.
带宽需求 篇6
当前, IPTV、高清视频、3DTV等多种业务的快速发展, 驱动着用户对运营商网络高带宽需求。因此, 更高效、可靠的PTN、IP RAN等分组化技术以及40/100G WDM技术在运营商网络中正实现规模商用或逐渐商用中。
传送网技术的不断发展让业界对构建MS-OTN (MS指Multi-Service) 多业务传送平台达成共识。据本刊记者了解, 作为未来传送网的发展方向, 目前中国电信、德国电信 (DT) 、KDDI等运营商以及华为、烽火、阿尔卡特朗讯等企业均在积极研究MS-OTN, 推动其标准和产业链的成熟。据悉, 该技术可从现网平滑演进, 预计在2012年实现商用。
未来业务传输的“金管道”
在近日召开的“2011中国光网络论坛”上, 中国电信集团科技委主任韦乐平就表示, 三网融合、云计算、移动互联网的发展给宽带光网络发展带来了发展契机, 以有线接入光纤化和移动接入宽带化为核心, 宽带网络发生了新高潮。
实际上, 很早之前的通信业务主要以语音为主, SDH等低带宽传送技术就可满足业务承载需求, 而过去几年, 在3G和数据业务发展的驱动下, PTN、IP RAN以及40G WDM等更高性能的传送网技术得到规模商用。业内人士预测, 在下一个十年, 随着云计算和物联网等多个领域业务快速发展, 移动和固定带宽需求将更进一步增加, 适应多种业务传输要求的MS-OTN已成为未来传送网发展方向。
“如果把光传输网比作铁路系统, 40G、100G就是新增加的‘动车’, 而MS-OTN则是可实现这些‘动车’调度的‘火车站’。”一位业内人士形象地告诉记者, MS-OTN可让老的“火车站”在不重建的情况下做到“动车”调度。
在“2011中国光网络论坛”演讲中, 华为传送网产品线副总裁陈帮华指出, MS-OTN技术的核心就是实现了数据包交换。据记者了解, MS-OTN引入ODUflex (灵活速率光数字单元) 和GMP (一种通用映射规程) 等创新技术, 解决了多种客户业务的混合传送问题, 成功构建下一代多业务传送平台, 可为运营商部署低成本和高效率网络。
“传输网为不断发展的业务网络提供可靠、高效、低成本的管道, 而MS-OTN是未来业务传输的金管道。”陈帮华表示。
MS-OTN时代已开启
据陈帮华介绍, MS-OTN具有四方面的主要优势, 一是满足未来高带宽多业务承载, 二是适应IP化承载需求, 三是可从当前部署的OTN平滑升级, 四是运维管理是统一简单的模式——这些优势可最大限度降低运营商网络的CAPEX和OPEX。
其中, 从业务承载能力看, MS-OTN技术除了针对以太网业务1GE/10GE/40GE/100GE新定义了ODU0/ODU2e/ODU3e2/ODU4外, 还定义了ODUflex容器, 以支持任意客户业务。现阶段的MS-OTN传送平台已经具备了任意CBR业务的传送能力, 包括SDH业务、以太网业务、公共无线接口业务 (CPRI) 和光纤通道业务 (FC) 等。
然而, MS-OTN并不是全新的概念, 它在发展中正在不断丰富。据了解, MS-OTN构想是日本运营商KDDI最早提出的。KDDI结合传送业务的需要, 提出原始构想, 并邀请华为等企业共同基于未来网络规划分析, 对MS-OTN的功能做了深入探讨。
2009年10月9日, 在瑞士日内瓦召开的ITU-TSG15研究组全体会议上, 包含了MS-OTN关键技术特征 (ODU0、ODU4、ODUflex、GMP等) 的G.709V3获得通过。这标志着5年来针对MS-OTN关键技术的争论告一段落, MS-OTN得到业界的高度认可。
物联网、云计算等新业务的发展促进了宽带光网络建设。
明年可投入商用
在融合P-OTN分组业务传送能力后, MS-OTN将进一步简化运营商网络架构, 使网络部署更加灵活和经济。
“随着标准和产业链的不断成熟, MS-OTN技术将在2012年实现商用。”陈帮华预测。
从产业进展方面来看, 在国外, 目前德国电信在MS-OTN上进展很快, 计划今年第三季度进行一次较大规模的设备测试。而KDDI虽然测试计划晚于德国电信, 但也在积极推动。在国内, 中国电信已在积极部署40G OTN——这属于MS-OTN的子集。另悉, 中国电信也将在今年下半年对MS-OTN进行实验室测试。
从标准进展方面来看, 在去年北京召开的SG15 Q11中间会议上, 华为提出了MS-OTN扩展EVPL、EVPT、EVPLAN、EPT和EVPLAN业务 (E-OTN) 的建议, 并且联合阿尔卡特朗讯等单位推动ODUflex HAO技术立项, 推动MS-OTN分组化特性的进一步完善。未来的MS-OTN除了向超高速的400G/1T演进之外, 还将具备分组业务的传送能力 (P-OTN) 。