基于超低时延的PeOTN网络构建方案.pdf

4 0 2 0 2 4年3期2 0 2 4年第4 6卷第3期基于超低时延的P e O T N网络构建方案吴 攀作者简介:吴攀(1 9 9 2-),硕士,通信中级工程师,研究方向为承载网技术、光传送网技术。(中国联合网络通信有限公司重庆市分公司 重庆4 0 1 1 2 1)摘 要 政企网络主要用于支撑运营商政企专线的业务发展,是运营商增加收入的重要支柱。随着客户需求的变化,政企专线的承载要求也发生了转变。为解决政企专线客户数据传输时延长、不满足用户生产需求的实际问题,文中基于P e O T N政企精品网,提出一种双层叶脊网络架构。该架构结合了平衡式双线冗余和网格化分片部署,实现了专线数据传输端到端时延降低,在满足客户生产需求的同时,取得了良好的经济效益和社会效益。关键词:政企精品网;专线业务;时延;叶脊网络中图分类号 T N 9 1 3C o n s t r u c t i o nS c h e m eo fP a c k e tE n h a n c e dO p t i c a lT r a n s p o r tN e t w o r kB a s e do nU l t r a-l o w-l a t e n c yWUP a n(C h i n aU n i t e dN e t w o r kC o mm u n i c a t i o n sC o r p o r a t i o nC h o n g q i n gB r a n c h,C h o n g q i n g4 0 1 1 2 1,C h i n a)A b s t r a c t T h eg o v e r n m e n t-e n t e r p r i s en e t w o r k i sm a i n l yu s e dt os u p p o r t t h eb u s i n e s sd e v e l o p m e n to f t h eo p e r a t o rsg o-v e r n m e n t-e n t e r p r i s ep r i v a t e l i n e,w h i c h i sa n i m p o r t a n tp i l l a ro f t h eo p e r a t o rsr e v e n u eg r o w t h.W i t ht h ec h a n g eo f c u s-t o m e rn e e d s,t h eb e a r i n gr e q u i r e m e n t so ft h eg o v e r n m e n t-e n t e r p r i s ep r i v a t el i n eh a v ea l s ou n d e r g o n et r e m e n d o u sc h a n g e s.I no r d e r t o s o l v e t h ep r a c t i c a l p r o b l e m s o f e x t e n d i n g t h ed a t a t r a n s m i s s i o n t i m eo f t h eg o v e r n m e n t-e n t e r p r i s ep r i-v a t e l i n ec u s t o m e r sa n dn o tm e e t i n gt h ep r o d u c t i o nn e e d so fu s e r s,t h i sp a p e rp r o p o s e sad o u b l e-l a y e r l e a f-r i d g en e t w o r ka r c h i t e c t u r eb a s e do nt h eP e O T Ng o v e r n m e n t-e n t e r p r i s eb o u t i q u en e t w o r k.T h ea r c h i t e c t u r ec o m b i n e sb a l a n c e dd u a l-l i n er e d u n d a n c ya n dg r i ds h a r d i n gd e p l o y m e n t,w h i c hr e a l i z e s t h ee n d-t o-e n dd e l a yr e d u c t i o no f t h ep r i v a t e l i n ed a t a t r a n s m i s-s i o n,a n da c h i e v e sg o o de c o n o m i ca n ds o c i a l b e n e f i t sw h i l em e e t i n gt h ep r o d u c t i o nn e e d so f c u s t o m e r s.K e y w o r d s H i g h-q u a l i t yg o v e r n m e n t a n de n t e r p r i s en e t w o r k,B u s i n e s s l i n e,L a t e n c y,L e a f-s p i n en e t w o r k0 引言政企网络专线的稳定性高、安全性能好,且满足客户需求,成为运营商收入的重要支柱1。随着网络的不断演进,客户对政企网络服务提出了更高的要求。传统的政企网络层次结构明显,业务端到端配置需依次经过接入层、汇聚层、核心层,存在链路节点多、时延过高等问题2。在新的政企精品网络建设中,前期主要沿用传统的网络架构,在可靠性、安全性等方面的提升较为明显3,但不能满足超低时延的要求,需要探讨一种新的网络架构来降低传输时延。1 整体架构叶脊结构因其具备的高可扩展性、高可靠性、高性能受到了大型数据中心、云计算数据中心的青睐,并沿用于数据中心的实际网络建设中4。由于叶脊网络具有较好的流量均摊、负载均衡、等价路由等5,且在O T N交换网络中的具有提高资源利用率、可扩展性高等优点6,结合传统三层网络结构,本文基于实际网络,提出了一种双层叶脊网络架构,如图1所示。图1 政企精品网络整体架构示意图1.1 时延指标端到端传输时延=设备处理总时延+光纤传输总时延7,即t总=t处理+t传输。此外,端到端传输时延如式(1)所示:t总=t处理+t传输=Ii=1Ni+Jj=15*Lj(1)其中,Ni代表端到端经过的网元处理时延,Lj表示端到端2 0 2 4年3期 4 1 经过的光缆长度,单位为k m,数值58表示每千米光波在光纤中的传输时延理论值为5s。较传统架构而言,本文提出的架构减少了端到端的网元数量,并对端到端经过的光缆长度进行了一定的整体优化。从理论角度出发,这能有效降低端到端的传输时延。1.2 主体架构双层叶脊结构的主体架构包括外层脊节点、外层叶节点(内层脊节点)、内层叶节点。外层脊节点主要为区域核心节点,负责将区域业务与核心节点对接起来,实现业务跨区域、端到端的承接;外层叶节点是区域内的汇聚节点,可以实现接入流量的汇聚;内层叶节点为区域的接入节点,负责区域的广覆盖节点接入。采用这种主体架构,可以将网络竖式精准切片为众多业务场景,实现端到端的可视可达。1.3 叶脊节点对接思路(1)外层脊节点与核心节点同属一个机房,作为核心节点的功能扩展设备,主要实现交叉容量分摊、流量分摊。从网络健壮性角度出发,外层脊节点与核心节点可以形成双挂形态9。(2)在外层叶脊节点与内层叶脊节点之间,可选择主备式冗余、平衡式双线冗余两种保护方式。在主备式冗余保护模式中,当主设备出现故障或异常时,主备之间会自动切换,以备用设备接管主设备的任务,成为新的主设备。这种方式需要保证主备设备之间的通信质量和稳定性。本方案选取平衡式双线冗余的保护方式的概念源于冗余双通道技术,可提高系统整体的可靠性1 0。在实现这种方式时,业务同时在主线路和备线路中传输,当主线路出现故障后,备线路可主动承担业务收发流向。采用平衡式双线冗余的方式,主备之间可以形成热备份,具有较高的可用性和故障恢复能力,能实现业务保护,均衡网络负载。1.4 外-内层叶节点对接形式思路内层叶节点作为区域接入节点,可考虑两种接入形式,即交互式串接接入、网格化分片接入。交互式串接接入将区域视为一个整体,按照已有的光缆接入情况、机房情况进行接入。这种方式未优化接入路由,且存在交替串接的情况。网格化分片接入形式是将网元按地理位置进行网格式划分,通过优化对接光缆路由得到较优的叶节点方案,该方式便于维护,可降低外-内层叶节点间的传输时延。1.5 叶脊节点对接模式思路叶节点与脊节点对接时,可采用灰光或彩光的方式1 1。灰光对接时,对接端口采用灰光接口;彩光对接时,对接端口采用彩光接口。本文对比了这两种主流的对接模式,具体内容如表1所列。从业务发展的可延展性出发,彩光模式优于灰光模式;从投资成本的角度来看,灰光模式的综合成本低于彩光模式。结合应用场景和投资收益比,在业务量大的外层叶脊结构对接中,可采用彩光模式,其他场景可采用灰光模式。表1 对接模式设置对比类别模式一模式二接口结构O TM-0,mO TM-n,m通道数量单通道多通道单通道速率2.5 G、1 0 G、1 0 0 G等2.5 G、1 0 G、1 0 0 G等单通道波长灰光(1 3 1 0 n m或1 5 5 0 n m)彩光(多种波长)光层设备/板卡不需要需要容量单通道速率/双纤N*单通道速率/双纤空间不需增加光子架需增加2个光子架功耗无新增约1 3 0 0W2 实施效果(1)政企精品网架构优化前后对比政企精品网在深入覆盖建设的同时,结合实际情况对架构进行了一定的优化。通过统计5 0条架构优化前后业务路径的时延变化情况,按照时延差值从大到小排序,绘制出如图2所示的堆积图。从图2可以看出,架构调整后,减少了源宿节点之间的处理时延和传输时延,降低了端到端传输时延。图2 时延差值前后堆积图(电子版为彩图)(2)存量业务迁转前后对比在建设政企精品网时,公司对存量业务有步骤、规划地进行了业务迁转,将其从传统的政企网络迁转至政企精品网中。本文统计了5 0条涉及迁转的业务,绘制出如图3所示的条形图。图3 时延差值前后条形图(电子版为彩图)从图3可以看出,相较于传统政企网络,政企精品网具有明显的时延优势,可以更好地适应更高的用户体验需求。(下转第5 0页)移动信息5 0 2 0 2 4年3期2.2.2 基于A I的6 G卫星通信共线干扰协调技术当前,无线网络主要利用频谱分配方式,在频谱管理机构分配好频谱后,无线终端就可以正常工作。利用这种方式,可以充分利用分配在很多地区的频谱。在6 G卫星通信网络中,利用基于A I的动态频谱接入方案,结合深度学习的感知能力和决策能力,通过不断的试错和与环境的交互,最终获得最优策略6。分别定义C E O和N G E O为主用户和次用户,当次用户没有统计底层系统的信息时,可以利用分布式学习方式,通过频谱访问确定频谱感知及结果,最终确定频谱的接入方案,以避免主用户和次用户之间频繁发生冲突。2.2.3 资源智能分配技术不同业务的需求具有较大的差异性,因此需要统计分析不同业务需求之间的联系,掌握业务需求规律。例如,通过分析系统性能增益和成本,设计科学的资源分配方式,并高效管理分布式资源。对传输时延、存储容量及通信能力的关系进行分析,利用分布式数据存储算法,高效利用系统资源,缩短传输时间和计算时间。2.2.4 高低轨融合跳波束智能调度方法使用这种方法,可以优化高轨卫星的星上功率和时隙资源,通过启发式算法完成求解,避免浪费资源。同时,可以提高通信容量,在最大程度上满足业务需求。针对低轨卫星,可以对卫星波束的跳变图案进行计算,在各维度上分配跳波束资源,提高系统容量,缩短传输时间。3 6 G卫星通信网络潜在的移动性管理技术在6 G卫星通信网络运行阶段,L E O卫星的运动速度较快,如果改变了用户网络覆盖的卫星或卫星波束,则需要通过切换操作才可以维持业务的稳定性。由于L E O波束较大,一颗卫星下可能覆盖海量的用户,因此需要解决跨波束并发切换问题。为了无缝集成卫星技术和全球电信技术等,需要建立专门的硬件架构,加快转变软件定义和虚拟平台,同时可以通过服务定义对多个抽象层进行管理。针对卫星透明转发需求,可以利用云通道技术云化处理信关站的天线和射频,实现柔性切换。利用云通道,可以实现星上透明转发和处理转发,在透明转发过程中,可以利用天线池和射频池等实现云化处理。此外,可以对物理层的影响实现预补偿,再共享协议池中的数据,柔性切换波束。在星上处理过程中,可以利用波束通道预补偿射频基带的物理层,共享波束之间的协议数据,通过双星双活设计的方式,实时切换星间。4 结语为了更好地掌握地海空,人们需不断发展6 G卫星通信技术,提高整体服务的智能性。为了解决6 G卫星通信存在的问题,需要综合利用A I技术等,针对不同的应用场景采取不同的技术方案,进一步完善6 G卫星通信系统的功能。参考文献1刘雅琼,吕哲,赵亚飞,等.A I技术在卫星通信/互联网领域的应用综述J.电信科学,2 0 2 3,3 9(2):1 0-2 4.2景毅,姜春晓,詹亚锋.面向卫星通信的6 G通感算融合架构、技术与挑战J.无线电通信技术,2 0 2 3,4 9(1):1 2-2 0.3鲁信金,黄璐莹,陈继林,等.6 G卫星互联网通信安全抗干扰技术研究J.无线电通信技术,2 0 2 3,4 9(1):1-9.4刘哲铭,吴云飞,魏肖,等.6 G星地融合网络应用场景、架构与关键技术挑战J.无线电通信技术,2 0 2 2,4 8(6):1 0 5 8-1 0 6 4.5王晓鲁,李榕,罗禾佳,等.多载波在大规模多波束卫星通信中的应用J.无线电通信技术,2 0 2 1,4 7(5):5 6 2-5 6 8.6吴晓文,焦侦丰,凌翔.6 G中的卫星通信高效天基计算技术J.移动通信,2 0 2 1,4 5(4):5 0-5 3,7 8.(上接第4 1页)3 结语本文基于政企精品网络,提出了一种双层叶脊结构,用于结合平衡式双线冗余和网格化分片部署,降低了端到端传输时延。随着政企精品网向着“1-3-5 m s的时延圈”品质算网的不断发展,其将逐步迭代更新,直至满足所有客户(特别是党政军、金融等时延敏感性客户)对超低时延的需求。参考文献1黄琼,王青郁,袁芳,等.5 G产业下移动集团专线与传送网差异化服务转型方案研究与探讨J.通信技术,2 0 2 1,5 4(6):1 4 1 7-1 4 2 6.2陈丽英,兰昊晖.高品质政企专线承载网络演进方向J.电子世界,2 0 2 0(2):7 2-7 3.3彭登,许付才.基于V C-O T N高品质专线承载网建设方案探讨J.通信与信息技术,2 0 2 2(4):7 8-8 0,8 4.4包琅允.叶脊架构在数据中心的应用J.邮电设计技术,2 0 2 1(2):7 4-7 7.5何飞龙.面向数据中心网络的流量模式分析方法研究D.成都:电子科技大学,2 0 2 2.6S HE L D ON W.L e a f-s p i n ea r c h i t e c t u r ef o rOT Ns w i t c h i n gC2 0 1 7I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nC o m p u t i n g,N e t w o r-k i n ga n dC o mm u n i c a t i o n s:I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nC o m-p u t i n g,N e t w o r k i n g a n d C o mm u n i c a t i o n s(I C N C 2 0 1 7).2 0 1 7:9 5-9 9.7邓维,魏星.S DH光传输系统时延测算的分析与研究J.桂林航天工业学院学报,2 0 1 8,2 3(1):1-4.8武清华.打造低时延光传输网络的策略J.光通信研究,2 0 1 9(5):3 3-3 6.9吴佳騄,刘恒.云网融合场景下的传输网络架构探讨J.通信技术,2 0 2 2,5 5(1):7 0-7 6.1 0李文猛,仇勇,李朗.5 G冗余双通道通信技术在配电网差动保护中的应用研究J.宁夏电力,2 0 2 2(4):4 8-5 3.1 1华为技术有限公司.E d g eO TN解决方案 技术白皮书E B/O L.h t t p s:e.h u a w e i.c o m/c n/m a t e r i a l/o p t i c a l/e 6 d 2 d d 2 b c2 1 0 4 d 1 5 b b f 2 0 d 0 3 e c 3 8 8 a 2 8.2 0 2 2-1 0-1 2.移动信息