多业务传送平台以太网专线业务时延特性分析

中国电信股份有限公司连云港分公司 陈素春 陈长胜

中国电信股份有限公司江苏分公司 刘亚峰

多业务传送平台以太网专线业务时延特性分析

中国电信股份有限公司连云港分公司 陈素春 陈长胜

中国电信股份有限公司江苏分公司 刘亚峰

摘要：根据MSTP（多业务传送平台）以太网专线业务的信号传递过程，分析了该类型业务的时延组成部分，给出了常用的时延分析和计算方法以及一些常用数据，对时延过大问题给出了一般的障碍分析和处理思路。

关键词：垃多业务传送平台；时延；以太网；同步数字体系

MSTP（多业务传送平台）技术融合了SDH（同步数字体系）网络高可靠性的关键技术特点和IP（因特网协议）灵活承载业务及低成本高效率的固有优势，具备端到端带宽灵活调整能力并能保证端到端高QoS（业务质量）。在业务开放和维护过程中，影响用户正常使用业务的因素是多种多样的，会出现丢包、时延大、带宽不足、时延抖动等障碍现象。在影响IP业务的众多因素中，对时延特性往往缺乏足够的重视，在日常的网络规划建设和业务维护过程中缺乏全程的考虑，也缺少相应的评估手段和技术规范。

1　时延对以太网业务的影响

延时特性对IP承载的不同业务有着不同的影响。对语音业务的影响主要表现为随着时延的增大，回波干扰的影响也逐渐加大，降低了收话的清晰度。延时超过24 ms，人听觉就会有感觉。对于单向电视业务，绝对时延影响不大，但延时的变化会导致图形信号和伴音信号的不一致，产生画面和声音脱节的现象。对于像IPTV（网络电视）这类互动业务，时延特性对用户的使用体验有较大的影响，比如用户使用遥控器进行点播、快进、回看等与业务平台互动操作时，对操作的延时特性有较为敏感的要求。IP网的时延对单向传输的业务没有实质性的影响，但对采用TCP（传输控制协议）的业务或信令系统等应用有较大的影响，对该类业务的使用带宽有显著的降低作用，因为该类业务是依赖一系列请求和确认协议来确保可靠的数据交互，应用在等待完成这些流程的同时无法全面利用以太网链路上的可用带宽，因此时延影响降低了应用数据的交付效率，使得应用响应显得缓慢。时延被称为IP网络的“应用性能的无声杀手”，比如，对于采用Windows系统的终端，它的默认最大发送数据包为65 500 byte，由于TCP使用确认机制，所以它的单线程下载带宽最大为65 500×8÷t，t为线路时延，与线路时延是成反比的。比如用户开通了一条100 Mb/s专线电路，线路时延假定为30 ms,则用户用单线程工具下载的最大速率为17.5 Mb/s。当用户业务时延达到一定值以后，提升带宽对用户单线程业务的实际使用带宽是没有效果的。表1给出了采用TCP的终端在不同时延下单线程下载带宽限制的数值。

2　MSTP以太网专线时延构成

2.1以太网时延分析

时延是反映IP网络性能的重要参数。时延按帧转发方式可以分为存储转发和比特转发两种方式，MSTP以太网专线一般均采用存储转发方式。对于存储转发方式而言，时延是指输入信号帧最后一位到达输入端口到该帧第一位出现在输出端口的时间间隔。但在实际生产情况下，MSTP以太网专线的时延一般是指运营商在客户机房的最靠近用户的以太网端口之间的信号时延，测试时一般还要包含测试终端到该以太网端口的信号时延。

MSTP以太网专线的端到端时延主要由串行时延、传播时延和处理时延3个部分组成。在用户带宽较低的情形下，串行时延对整个端到端时延影响较大，对于传输距离较远的情形则传播时延占整个端到端时延的比例最大。

2.2串行时延

串行时延是指一个信号帧在被处理前全部被一个接受节点所需要的时间。串行时延中影响较大的MAC（媒体接入控制）帧开销和GFP（通用成帧规程）封装时引入的时延。

对于MAC帧而言，因其帧结构中需要7个字节的帧前码（Preamble）、1个字节的帧起始符（SOF）和12个字节的帧间隙（IFG）共20 byte的开销。因此，因以太网帧引入的串行时延可以用表示为

其中PEth为净负荷，CEth为容量。以太网帧引入的串行时延与传输端口速率成反比，速率越高，接收一个完整帧的时间越短。串行时延与帧长有关，帧越长，时延也就越大。见表2。

另一个对串行时延有影响的因素是以太网帧的封装过程。我们就以应用最为广泛的GFP来进行分析。从以太网MAC帧使用GFP封装的基本过程中，我们可以看出，以太网帧封装进VC-n-Xv时增加了CoreHeader和PayLoadType共8 byte的开销，其时延可以表示为

其中PGFP为净负荷，BVc-n-Xv表示以太网电路的业务带宽。表3给出了GFP封装形成的时延典型值。

2.3传播时延

传播时延T是指信号在传输介质中从发端到收端所需的

时间，它和传输距离以及传输媒质有关。其值可以由下式得到：

式中L为信号经过的光缆线路长度，C为光信号在真空中的速度，取C＝3×105km/s，n1为折射率，取1.468，如果是G.655光缆，n1取1.469。由上式可得光缆引起的时延约为4.9μs/km。L一般可以通过资源系统查询获得。需要指出的是，跨本地网的业务信号在传输过程中通常会使用DWDM（密集波分复用）、OTN（光传送网）传输系统等设备，也可能在本地网内使用了40 Gb/s的传输系统或波分设备，这些设备一般都会使用色散补偿光纤，其长度一般可以从设计文件查得，设计文件上一般会提供色散补偿光纤所补偿的光纤长度，色散补偿光纤的自身长度大约为所补偿的长度的1/7。如果无法获得设计文件，可由光缆长度来代替色散补偿光纤所补偿的光纤长度对时延进行估算。表4给出了信号在G.652光纤中的往返传播时延随传输距离变化的参考值（含色散补偿光纤因素）。

2.4处理时延

处理时延是指信号经过光—电—光设备时，从入设备到出设备所需时间延迟。对于SDH设备而言，处理时延是随设备的不同实现方法而变化的。以数字交叉连接设备为例，采用纯空分交叉连接处理140 Mb/s信号到140 Mb/s信号时，一般延时只有几μs，而采用时空时矩阵时时延可达30μs。另外，不同的输出输入口组合也会有不同的时延，速率越高需要的时延越小。根据YD/T 974—1998，SDH的处理时延对于VC12级别，应小于125μs，对于VC4级别，应小于50μs，网元的实测值比规范要小一些。SDH的设备延时在估算时可以通过仪表测试获得，也可以每一个网元不分交叉级别统一用0.05 ms来估算。对于DWDM设备而言，其延时主要发生在编码和解码的电层处理上，每个波长转换网元引起的往返时延在0.05 ms左右，即一个光复用段引入0.1 ms的往返处理时延。

3　以太网专线端到端时延评估

通过上面的时延分析，我们来进行以太网专线业务端到端时延性能来进行评估。以太网业务的串行时延虽然受端口带宽和信号包长度等影响而变得不固定，但一般变化不大，还是比较容易分析。在一般情况下，业务两端的串行时延在1 ms左右，一般不会超过2 ms，在评估时一般可以用1 ms来代替。

处理时延和传播时延的分析都必须建立在获得以太网业务的全程传输路径的基础上，至少需要包括承载以太网业务的本地MSTP设备（m1）、干线ASON（自动交换光网络）或SDH设备（m2）、干线波分或OTN设备段落（m3）、干线光缆路由（Lt）、本地光缆路由（Ll）、色散补偿光纤长度（Ld）。往返处理时延可以用（m1＋m2＋m3）×0.1 ms来估算，往返传播时延可以用（Lt＋Ll＋Ld）/100×0.98 ms来估算。在MSTP以太网专线业务的开放过程中，用来承载业务的VC（虚通道）可能通过不同的路由来进行传输，我们在对业务时延进行评估的时候应选择延时最大的一条路由。

由于OTN的引入，确定SDH或ASON段落的传输光缆路径时需要特别注意，两个局点之间的SDH或ASON传输段落既可以承载在直达短路径的波分设备上，也可以承载在两个局点之间的迂回波分长路径上，所经过的传输距离会有较大变化，这一点在长途网络上需要引起特别注意。

以太网专线业务时延过大的原因主要有：由于系统规划不合理或发生倒换导致传输距离过长，用户内部网络原因，以太网端口工作方式与客户设备配置不一致，MSTP以太网卡板故障等情形。障碍排查的思路是分段排查，首先确定障碍段落，然后重点排查该段落，找出障碍引起的原因，确定故障点。MSTP业务的时延测试既可以用Ping命令来初步确定，也可以由专门的MSTP测试仪来测试。在排除了本地网络故障段落的可能性之后，推荐使用在承载业务的复用段内使用空闲时隙逐段环回的方法，通过在运营商的局端使用传输测试仪的delay功能来测试延时特性，这样既可以释放用户端的配合人员，还可以不中断业务快速进行障碍段落判断。

4　结束语

由于各种原因，我们对包括以太网在内的业务的时延性能在工程设计、验收、维护以及业务开通过程中，都缺少必要的操作、测试、设计、验收规范，都是等用户申告或业务运行不正常才会进行处理。但随着IP技术向各类电信业务颠覆性的渗透，移动互联网业务将会快速崛起，业务的时延性能的重要性会逐渐提高，其重要性可能在不远的将来会超过业务的误码丢包等性能参数。我们要慢慢转变思路，强化对业务时延性能的关注力度和管控能力，确保网络的平稳高效运行。◆