（2020年江苏省通信学会“华苏杯”论文征集三等奖）“新基建”助力长三角高质量一体化发展探索——优化骨干传送网结构，打造江苏联通一体化精品网络

薛金明 潘 皓 梁 昆 宋 梅

中国联合网络通信有限公司江苏省分公司

0 引言

近年来，网络时延（Delay/Latency）性能越来越得到人们的重视，逐渐成为通信业界的新热点。低时延网络也成为运营商所关注的发展方向。光传送网作为最基础的承载网络，在各类通信技术中拥有最低和最稳定的时延性能。但是随着“互联网+”的深入发展，通信网络开始与各行各业深度融合，某些新兴行业和新兴业务对网络时延提出了近乎苛刻的需求，某些需求甚至到了现有光传送网络技术和组网结构无法满足的程度。因此，非常有必要对低时延业务需求进行深入分析，从而进一步研究光传送网络的低时延优化技术，以更好地满足这些低时延业务的需求。

江苏联通部分地市业务电路存在时延大和时延不均衡的问题，主要原因为这些地市至业务核心节点地市的光缆距离较长、跨段较多以及不同方向光缆路由差别较大，同时存在多个老旧10G波分系统，网络容量及时延均不具备优势。以连云港169网为例，上联南京和无锡核心的电路时延为6到11毫秒不等，用户感知不佳，进而影响业务发展，传输时延优化急需实施。

1 光网络时延分析

1.1 光网络的时延优势

图1给出了OSI七层网络模型中各个层次的处理时延示意图，可见层次越低，处理时延越小。表1给出了网络中L0层至L3层各种网元引入时延的数量级分布，简单理解如下：L0层网元引入时延ns级、L1层网元引入时延us级、L2/L3层网元引入时延ms级、光纤引入时延与传输距离成正比（5us/km）。

图1 OSI七层模型时延比较示意图

光网络的低时延优势源于其对业务信号处理层次极低，在全光传输距离可达范围内，除了5us/km的光纤固有传输时延以外，光网络设备引入的时延均为ns级的（1ns等于1us的千分之一）。OTN的传输设备进入了L1层处理，单节点的时延多数也是在10us级（复杂封装结构下可能达到100us级）。相对于交换机、路由器等L2、L3层网络设备单节点引入的1ms 至 10ms 量级的时延，光网络设备节点引入时延只有其百分之一到千分之一。

1.2 光网络时延构成分析

进一步优化光网络电路时延需要深入分析光网络电路中的时延分布，光网络工作在L0和L1层，根据表1给出的不同层次网元引入的时延量级，光纤传输时延是光网络电路时

表1 相干光网络电路时延分布量化分析表

2 网络优化设计思路及应用分析

2.1 省际波分系统开口，新增业务落地骨干节点

江苏联通省际干线主要有五个方向，即南京经常州、无锡、苏州到上海方向，南京经蚌埠、徐州等地市到济南方向，南京经滁州到合肥方向，南京经宜兴、湖州等地市到杭州方向、青岛经连云港、盐城、南通等地市到上海。能够上下业务的波分节点为南京、无锡，OTN节点为南京，其他途径的江苏地市均为中继站点。

将省际100G波分系统中继站点苏州、徐州、连云港、南通开口改造为OADM站点，为省际直达电路开通创造基础条件。下面以宿迁京东业务时延优化为例进行说明。

JD作为国内互联网巨头之一，是联通的重要大客户，跨省JDIDC及专线业务需求大，为了解决宿迁JD数据中心上联、JD大颗粒专线就近接入以及至北方电路时延问题，启动了JD业务优化专项工作。

为实现JD专线业务时延最优化，在徐州一干开口进行波道转接，宿迁通过100G OTN延的决定性因素，其次是L1电层的处理（FEC编解码、成帧/解帧、业务封装、等），L0光学器件处理时延基本上可以忽略。EDFA光放大器时延相对于其他光学器件比较高，是因为其内部集成了一段用作放大介质的掺铒光纤带来的传输时延。

光传送网络进入100G/400Gbps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，100G/400gbps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。

所以说光网络不仅是目前主流通信技术中具有最低时延优势的技术，而且光网络电路时延具有良好的可预测性。

综上所述，光网络时延优化主要措施是，第一优化路由距离，降低光纤传输时延；第二采用大管道传输，例如现阶段10Gbps WDM 传输系统，优先升级到 100G/400Gbps 等更高速率的相干光传输系统。波分与一干济南/南京100G OTN节点连接，实现往北/南业务路由距离最短。

优化后的JD专线电路分南北方向，选取最短光缆路由通过南京、济南节点，建立专线电路路由。

宿迁JD业务优化效果：通过省际波分开口以及对宿迁JD纳入至一干OTN精品网络，实现专线业务至北/南业务路由时延最优，至北方传输距离从1773Km缩短为1143Km，单向传输时延缩短3.35ms。未来JD核心机房落户宿迁，跨省业务将迅猛增长，本次优化方案将明显提升业务质量，增强市场竞争优势。同时，对后续其他大客户至北方的专线业务，也有较好的市场宣传亮点作用。

图2 优化后JD专线路由示意图

2.2 省内传送网MESH化改造，实现多地市间直达

江苏联通省内OTN网络为环状结构，通过地市间干线光缆将各地市骨干节点按地理位置串联起来，组成多个按方位划分的OTN环网（苏北环、苏南环、苏中环），从省内核心节点两个方向分别开通短径和长径分担的电路到达各地市。

通过启用或新建部分地市间光缆，建造多段地市间直达OMSP系统，从而实现减少核心节点到地市途径节点数量和距离。如图3所示。

图3 优化改造后的省内干线OTN网络示意图

（1）新建淮安-盐城、淮安-连云港直达OMSP系统

将淮安-盐城、淮安-连云港原有无保护的OTN单链改造为OMSP，将其保护链路叠加在现有OTN环网上，有效解决盐城、连云港、淮安上联省内核心节点100G低时延电路的开通。

（2）新建泰州-南通直达OMSP系统

利用新建宁通光缆新建泰州-南通直达OMSP系统，打通苏中环和苏北环，有效解决南通上联省内核心节点100G低时延电路的开通，同时为南通直达上海创造第二路由的条件。

2.3 利用相干光通信技术降低时延—承载路由优化

2019年10月开始，江苏联通对省内干线苏北OTN网络结构进行时延改造，并对169网、LTE回传网电路进行割接优化，以连云港169城域网上联电路为例说明时延优化的应用。

（1）原电路上联状态

连云港城域网上联2个核心CRS共有12条10G电路、2条100G电路，每个局向的电路均通过长短径分摊。各条路径的时延为6到11毫秒不等，部分路径时延较大的原因主要为淮安经宿迁、徐州到连云港段的光缆路由较长，以及南京经无锡南通盐城到连云港的光缆路由较长。

（2）优化改造措施

通过对淮安至连云港时延工程进行OMSP保护优化，减少苏北方向路径底层光缆长度，通过泰州-盐城段的现有OMSP系统减少苏南方向路径底层光缆长度；每个局向在时延优化路由上新开1条100G电路，同时将原有的南京-连云港100G电路割接至时延优化路由；将业务割接至100G电路，拆除10G电路。

（3）优化改造后上联电路状态

优化后南京核心-连云港节点的两个方向电路路径长度分别减少274Km、259Km，无锡核心-连云港节点的一个方向电路路径长度减少267Km，且所有业务均承载于采用相干光通信技术的100G电路，双向时延降低约3到4ms，且多个方向的路由长度趋向均衡。

截止2019年12月底，完成苏北OTN网络结构优化及城域网上联电路割接调整工作。优化项目取得显著效果，苏北五地市上联核心的长径电路时延降低6到8毫秒，且业务全部割接至100G电路，极大地提升了用户感知和大客户的认可度。

2.4 利用相干光通信技术降低时延—提高电路传输速率

江苏联通承载主要业务的承载网络包括169网、LTE回传网、IP承载网A/B的主流电路速率为10G。随着云计算、移动互联网等技术的推出带来了网络业务层、应用层的深层次变革，视频、大规模的存储、共享等数据类业务层出不穷，数据传送的带宽需求日趋增长，相对于10G、40G速率的电路而言，具备高速率和先进技术的100G电路能更好地解决运营商日益面临的业务流量及网络带宽持续增长的压力。

2019年江苏联通将业务电路速率改造结合时延优化工作同步实施，陆续开通多个地市的100G低时延高可靠性电路，并将原有10G和40G业务割接至100G电路，同时解决了电路带宽和时延的问题。如表2所示。

表2 电路优化改造前后速率及数量对比分析表

2.5 打破省际壁垒，实现沪苏沪通直通

江苏联通积极主动推进集团“长三角区域一体化网络总体规划”，落实长三角一体化国家战略。目前已完成南通、苏州IDC直连上海，IDC专网时延从原来5-9ms降为3ms，率先完成了环沪3ms时延圈节点布局，实现了沪通直联辐射苏北城市，沪苏直联辐射苏南城市，降低长三角区域间访问时延，以南通IDC直连上海为例说明时延优化的应用。

（1）直连上海前网络架构

南通数据流量需要经过江苏南京骨干节点后转至上海核心节点。南通上海理论时延10.197ms，实测时延13.709ms。而地理位置上，南通、苏州距上海更近，改变现有结构后可改善时延。针对长三角一体化融合需求和网络时延及效率提升需求，需要打破常规行政区属网络架构，建立南通直达上海核心节点网络架构路由。

（2）南通直连上海建设

城域网方面，南通中央创新区新建两台核心路由器，通过波分系统直连上海集团骨干A1路由器。南通国际数据中心和中央创新区的用户与新建的核心路由器进行口字型组网。网络结构简单，路由策略简单，对网络现有业务影响最小，网络管理方便。

传输网方面，目前一干波分系统经过南通到上海且在南通地区装有设备的共有4套，直接将其中100G一干波分系统做简单调整即可实现业务落地，随着业务增长，可逐步扩容，满足后期业务增长，传输扩容成本，相对从二干绕行，成本降低。

（3）南通直连上海效果

南通直连上海路由的开通，标志着南通信息港的出口由原来经过南京骨干节点转接改为直连上海骨干核心路由器，经测试，南通信息港经直连上海骨干路由的平均时延仅有4.3ms，比原来平均时延11.2ms下降了61.6%，时延大幅降低。南通联通信息港至上海互联网直达出口建立，优化南通城域网网络结构，实现长三角网络一体化工作突破，提升了江苏联通信息化发展水平和信息基础设施能级，是中国联通推进长三角一体化建设工作中的重要里程碑。

3 应用效益

通过以上分析，并在江苏联通各本地网内应用解决方案，达成以下效果：

江苏联通对OTN网络结构进行优化改造，及时上线多条低时延的省际和省内大颗粒电路，经客户测试使用反馈情况良好，随之达成使用协议，在提升客户满意度的同时亦实现了业务的增收。按照目前1G直连上海网络路由资费15万元/年，目前直达上海流量为50G，收入预计750万。

由于时延优化后电路路径距离缩短，腾退出14块100G中继板卡用于后续扩容，加上增开电路减少的板卡扩容数量，已节省投资成本320万元，根据系统容量测算最终将节省投资成本1920万元。

4 结束语

长三角地区是中国移动通信发展最为迅猛的区域之一。长三角区域内经济发达，交通网密布，高铁和高速的快速建设，形成了沪杭宁区域的一小时经济圈；区域内联动效应明显，长三角一体化已上升为国家战略。

江苏联通朝着优化网络结构，降低时延，提升网络效能的目标进行了积极的探索与实践，通过不懈努力，提升了客户感知，联通品牌得到客户的高度认可，为江苏联通带来了较好的社会效益，为进一步统筹推进长三角区域网络一体化规划和建设提供了经验。打造长三角区域主要城市8ms时延圈、环沪区域3ms时延圈，构建国际领先的长三角区域一体化的信息基础设施，以新基建筑牢高质量发展之基，支持产业体系协同创新、公共服务便利共享，推动长三角区域高质量发展。

江苏联通致力于通过一体化的数字能力平台，在工业互联网、交通物流、生态环境等领域推动产业体系协同创新，在智慧城市、金融、教育、医疗等领域，打造一批标杆项目，助力长三角数智化升级；通过一体化的营销服务体系，加快线上线下一体化、业务受理互联网化、客服智慧服务集约化，实现区域内服务一体化；通过积极参与示范区的建设，将示范区作为中国联通推进长三角一体化的抓手，实现一体化发展的突破。