广东省IP数据网络规划方法探讨

刘 鹰

(中国电信集团广东分公司，广东 广州 510081)

1 广东省IP数据网建设现状

广东省IP数据网经过多年的建设和发展，目前已经覆盖全省21个本地网。到2011年底，全省已形成以广州、深圳为省网核心汇接节点，各地市分别有1～2个骨干节点与省网汇接点相连的骨干网络拓扑结构。各本地网以各自的骨干节点为汇聚中心，按照骨干层、汇接层和接入层的方式组成本地网络拓扑结构。在省骨干网层面，迄今大部分节点已实现10 Gbit/s、40 Gbit/s IP over DWDM光网络化。但是，随着网络规模的扩大以及网络新技术、新设备的采用，IP数据网络的投资规模也越来越大，这就给IP数据网络的规划工作提出了更加严格的要求，即如何根据市场的变化，快速准确地预测网络的扩容规模，科学地调整和优化现有网络，同时也要结合技术的演进提出网络的优化发展思路和策略，从而指导网络建设，提高网络的利用率，更好地为用户服务。

广东省IP数据网的规划流程如图1所示。本文将结合规划的主要步骤，提出一些IP数据网规划的具体方法以供探讨。

图1 省IP数据网络规划流程

2 潜在用户数预测

网络规划中的一项重要工作是对用户数指标进行预测。由规划流程图可以看到，用户数预测的准确程度直接影响到网络节点业务流量计算及最终的网络建设和投资规模。结合现有的业务报表以及经济发展情况等因素，推知未来用户发展情况的方法很多，其中有线性趋势外推法、曲线拟合法、指数预测法、多元回归预测法等等［1］。本文介绍基于瑞利分布模型的方法，对潜在用户数进行预测。

基于瑞利分布模型的方法原理是，研究宽带互联网业务在潜在用户群中渗透率的变化趋势，从而得到对用户数的预测结果。潜在用户群是指有经济能力使用宽带互联网业务的群体，即个人的平均收入达到或超过一定的门限值，就称为潜在用户。由于实际的需求、消费心理以及具体资费的不同，只有部分潜在的用户会真正上网使用宽带业务，这种方法能够为市场规模及网络规模等指标的预测提供一个初步参考信息。

该预测模型涉及到两个关键的环节，即潜在用户群的确定和潜在用户群中的普及率变化趋势的量化。由于人们的收入分布服从瑞利分布的规律，所以分布曲线可以由人均收入值唯一确定。给定一个收入门限，就可以由瑞利分布的概率分布函数计算出收入超过该门限的人口数，即潜在的用户数。

如图2所示，该瑞利分布密度函数的均值即为人均GDP值。所以若取定一个收入最低门限作为承担宽带上网通信费用的基本值，对高于这个最低门限的用户进行统计就可以得到潜在宽带上网家庭用户数。

图2 家庭人均收入分布曲线图

瑞利分布的概率密度函数为

经计算，式中的常数σ与收入均值即收入分布模型中的人均GDP值存在如下关系

x指人均收入分布变量，取定一个收入门限值x0，对式(1)进行积分运算，得到潜在用户数计算公式

对广东省潜在家庭宽带用户数的预测而言，通过每年的统计年鉴得到全省21个本地网的人均GDP的发展情况;按照线性预测及曲线拟合等方法预测出规划期内各地市的人均GDP发展水平;根据式(2)参考各地区不同的经济及网络发展水平设定不同的最低门限值(例如，珠三角地区的门限值应该高于省内其他地区的值);由此门限根据式(3)可以预测出家庭宽带用户每年的发展情况，潜在用户的预测结果能够为市场部门及网络建设部门制定相关政策提供决策依据［2］。

3 网络节点业务量的计算

网络节点内产生的业务量主要由本地业务流量和出本地的流量组成，省级IP数据网络的规划主要关注后者的估算情况。具体可由两种方法得到:一种是通过网管部门对各个本地网骨干节点的出口流量进行采集，用流量探针或是软件方式实现，利用OPNET等网络仿真工具对采集到的业务流量进行分析预测，从而得到规划期内骨干网络上的流量情况［3］;另一种方法是根据各个本地网上网用户在规划期内的预测数和上网特性来推算由此产生的总流量，按照一定的比例得到出本地网的业务流量。本节将对后一种方法进行阐述。

宽带上网用户实际上包括公众上网客户、政企专线用户等多种情况。由于各种用户的上网特性和上网速度不太一样，所以要对以上各种类型的用户分别进行预测，根据预测结果按照不同的计算公式得到各种用户上网产生的业务流量。下面将以公众上网用户为例说明该计算过程。

不同地市的宽带上网公众用户具有类似的上网特性，每月的上网次数和每天上网集中的时间段都比较接近。据CNNIC中国互联网络发展状况统计报告显示，每天晚上8时至11时上网的用户数占总用户数的70%左右。因此，在计算公众上网用户的业务量时可以根据现有的数据业务统计报表，按照大致相同的上网特性估算上网流量。业务统计表明，广东省每个宽带上网用户的平均，由此可以得到普通PSTN拨号用户产生的上网流量为

式中:R为用户通信速率(kbit/s)，各地市公众用户宽带上网的平均速率为600～900 kbit/s不等，具体数量可从网管处统计平均得到;n为综合考虑忙日、忙时后的集中系数，各地的集中系数略有不同，一般为0.5～0.7不等。

每个本地网节点产生的业务总流量是由该本地网内普通公众上网流量、政企专线上网流量、ITV互联网电视业务流量等累加得到的。根据节点总流量的大小可以对该节点内所需设备的处理能力作一个预测，将预测结果和现有设备的处理能力相比即得到每年节点设备需要扩容的规模。结合设备的性能参数等资料，如果仅靠扩容已经无法满足网络的处理能力时可以考虑对原有的网络结构进行调整，根据用户分区预测的结果增加新的网络节点，并为该节点配备相应处理能力的网络节点设备。这样的网络扩容或网络改造与其配套项目(如机房、电力等)构成了IP数据专业规划期项目建设投资的一部分。

实际上，以上计算出来的本地网流量中有一部分是属于节点内的流量，这部分流量不占用省网中继电路带宽，因此在计算本地网之间的流量时首先要把本地网内的流量从总流量中进行扣除。

4 本地网间流量流向计算

本地网节点产生的总业务流量在扣除节点内流量之后即为出本地网流量，其中又包含了两部分:出省网流量和省网内部流量。显然，在推导本地网间流量时，只需要考虑省网内部流量即可。此处用到的是一种称为用户权系数重力法的计算方法。

交换专业中也经常使用经典重力法来计算话务流量流向矩阵［4］，其预测局间话务量的基本公式为

式中:Yi为i局预测的局间去话量;Ci，Cj分别为i局和j局的预测用户数;Dij为i局至j局的距离;Yij为i局至j局的话务流量。

考虑到数据专业中节点间业务量的大小与流向与距离无关的特性，因此可以将式(5)中的Dij归一化为常数1，则该式变为

简化为

重新定义各物理量，式中:Yi为出本地网节点i，但属于省网内部的业务流量;Ci，Cj分别为本地网i和本地网j预测的宽带用户数。此处，称公式右侧与Yi相乘的部分为用户权系数。因此，这个方法被称作用户权系数重力法。可以看到，该方法是传统重力法的一个简化和改进。

式(7)的物理意义也很明显:用户数聚集的地方一般也是信息流聚集的地方，本地网节点覆盖范围内的用户越多，那么产生的信息量会越大，同时也越可能吸引其它节点的用户来访问，即在其他节点产生的省网内部流量中的权重越大。在这里，由于数据业务的特殊性(网络访问流量与距离无关并且流量来去的路由可以一致)，所用重力法的权重系数是目的节点用户数占全部用户数的比例，而不是交换专业中常使用的距离。

由式(7)，结合第3节中得到的网络节点总流量值，计算得到省网内各本地网节点间的流量流向矩阵。由前面介绍的规划流程框图可以看到，在流量流向矩阵的基础上，按照现有网络的实际拓扑情况将本地网节点间的流量折算到实际拓扑图中，即得到未来网络中继带宽需求。根据本地网节点间的中继带宽现状，进一步算出数据专业中继的扩容需求和规划期内建设项目投资预算。这与第3节计算得到的本地网节点扩容需求一起构成IP数据网络投资中的重点项目。此外，网络中继扩容情况将为传输专业的规划提供项目建设依据和投资概算。

5 结论

本文阐述了省IP数据网络规划中的一些计算方法，其基本思路是:由最初的本地网用户数预测算出每个本地网内产生的总数据业务量;根据用户权系数重力法推算节点间的流量流向矩阵;节点内的总业务量与节点设备处理能力的差值得到节点内设备扩容需求，流量流向矩阵的计算结果与现有的局向中继情况相比较，得到规划期内需要在网络中继方面扩容和优化改造的投资规模;加上相关的配套项目投资就构成了下年度的投资建设计划。由此形成了市场指导规划，规划指导计划，计划指导建设，建设服务市场的良性闭环。这些方法在近年广东省IP数据网络规划中已经被采用，事实证明能够根据市场的变化迅速、科学、较准确地计算网络投资规模。当然，网络规划的另一个重要内容是要根据现有网络技术和市场发展等情况，制定相应的网络发展策略并能提出适当的网络优化或改造方案，这些不是本文所探讨的主要内容。

［1］鲍宁远，姜震.通信网业务预测软件技术探讨［J］.邮电规划，2003，6(11):13-18.

［2］信息产业部电信研究院.2010-2013中国电信运营业发展潜力预测报告［R］.北京:信息产业部电信研究院，2009.

［3］聂英.OPNET网络仿真方法研究［J］.计算机与网络，2010(14):240-242.

［4］马永源，马力.电信规划方法［M］.北京:北京邮电大学出版社，2001.