基于最小传输代价的汇聚机房选址方法研究

摘  要：为解决5G时代传输网络汇聚机房的选址问题，通过分析传输网络收敛区域内相关业务的传输代价及其影响因素，提出一种基于传输代价最小化的汇聚机房选址方法，并通过具体实例进行仿真测算，同时将仿真结果与传统的坐标法和重心法测算结果进行比较。仿真结果表明，基于传输代价最小化的汇聚机房选址方法在兼顾业务安全性的基础上，可使区域内收敛业务的传输代价最小，减少传输网络资源消耗和建设成本，可实现区域内汇聚机房的科学选址。

关键词：传输；带宽；光缆；汇聚机房；选址

中图分类号：TP391；TN802  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）05-0116-04

Research on the Site Selection Method of Aggregation Computer Room Based on Minimum Transmission Cost

ZHU Mingliang

（School of Information Engineering， Suqian University， Suqian  223800， China）

Abstract： In order to solve the site selection problem of the aggregation computer room of the transmission network in the 5G era， based on analyzing the transmission cost and its influencing factors of the relevant services in the convergence area of the transmission network， a method for site selection of the aggregation computer room based on the minimization of the transmission cost is proposed， and the simulation calculation is carried out through a specific example. At the same time， the simulation results are compared with the calculation results of the traditional coordinate method and the center of gravity method. The simulation results show that the site selection method of aggregation computer room based on the minimization of transmission cost can minimize the transmission cost of convergence services in the region on the basis of business security， reduce the resource consumption and construction cost of transmission network， and realize the scientific site selection of aggregation computer room in the region.

Keywords： transmission; bandwidth; optical cable; aggregation computer room; site selection

0  引  言

隨着5G等通信技术的不断发展，各类大带宽、低时延、广覆盖的通信方式已然走进千家万户，悄然改变着人们的生产方式和生活习惯。全面信息化社会的来临使得通信网络的业务类型越来越丰富，单位面积内的设备密度越来越大，通信流量的数量级越来越高[1]。与此同时，不同通信网络的使用场景和使用人群也对网络服务的具体指标提出了个性化的诉求，面向特定行业、特定人群的网络垂直应用更加多样化[2]。

据测算，5G时代移动通信基站的峰值带宽需求将进一步提高，单站承载需求将大于等于10 GE，站址密度进一步提升，无线集中化接入网的部署趋势更加明显[3]。同时为了满足5G高可靠、低时延等相关应用场景的网络需求，核心网部分功能将下沉至汇聚层，传输网络组网架构将进一步优化[4]。再加上高品质家庭互联网宽带、集团政务专线等业务的飞速普及和发展，均对现有汇聚机房的数量、可用空间、收敛能力提出了更高的要求，使得区域内的汇聚机房承载压力不断增大，可用的资源愈发紧张[5]。

作为承载区域内通信网络的关键性传输节点[6，7]，汇聚机房不仅是通信基础设施的组成部分，更是传输网络的重要组成部分。面对5G超密度组网和1 000 M大带宽接入等新的网络要求，汇聚机房选址的科学性将直接关系到区域内各类通信接入业务的收敛和汇总效果，对能否实现5G时代的大带宽、低时延、高可靠、低功耗的网络需求至关重要[8]。针对以上问题，本文提出了一种在兼顾各类通信业务保护需求及承载带宽需求的基础上，以最小的传输代价对汇聚机房选址进行较为科学规划的方法。

1  传输代价及其影响因素

汇聚业务的传输代价所涉及的因素可从业务承载带宽B和业务保护指数Q两个维度分别进行考虑。

1.1  业务承载带宽

汇聚机房的业务承载带宽与该机房所收敛区域内的业务种类有直接关系。一般来说，一个汇聚机房的收敛区域内均包含有小区家庭宽带用户数据、沿街商业店铺用户数据、无线移动基站数据、集团政企客户数据、通信网络内部数据等不同业务场景下的全量数据[9，10]。

根据全量数据中业务种类的不同，可将一定区域内的待收敛业务划分为内网业务、无线业务、宽带业务、专线业务四类，各业务的承载设备类型及单站点带宽需求如表1所示。

1.2  业务保护指数

汇聚机房所收敛的业务各不相同，不同业务的重要性也不相同。针对重要的业务，要求有较强的业务保护功能，常见的保护方式有双路由保护等，其所消耗的传输资源必然较多。

因此根据业务种类的不同，将不同业务赋予不同的保护指数，保护指数选取的赋值越大，说明相关业务量在该汇聚机房收敛的业务区域内的重要性越高，业务服务等级和业务保护力度越高，也即占用的传输资源越多。不同业务保护指数的选取可依据表2进行赋值。

2  基于传输代价最小化的汇聚机房选址方法

2.1  选址方法介绍

假设某新增的汇聚机房业务收敛区域内有三个待汇聚接入业务点S1、S2、S3，其对应的经纬度坐标分别为（x1， y1）、（x2， y2）、（x3， y3），对应的业务保护指数分别为Q1、Q2、Q3，各业务有效承载所需要的分配带宽分别为B1、B2、B3，汇聚机房总承载带宽为B。则可通过仿真，计算出该场景下三个业务接入点以最小的传输消耗实现汇聚收敛，也即传输代价最小值时候的坐标，作为最终的汇聚机房选址坐标（x0， y0）。

其中汇聚机房选址坐标的选取与业务带宽分配、业务保护指数、业务接入点坐标有关系，具体计算公式可归纳为：

（1）

公式中的x和y即为不同业务接入点坐标的经纬度值，其范围应满足以下关系：

xMIN≤x≤xMAX                             （2）

yMIN≤y≤yMAX                             （3）

其中xMIN为待收敛区域内的经度坐标最小值，xMAX为待收敛区域内的经度坐标最大值，yMIN为待收敛区域内的纬度坐标最小值，yMAX为待收敛区域内的纬度坐标最大值。

公式中的Qi即为不同接入点业务的保护指数，另外公式中的各接入点分配带宽Bi和总带宽B的取值应根据实际的网络业务汇聚规模和承载需求来动态确定。业务带宽占比的定义即为接入点分配带宽Bi和总带宽B的比值。

需要说明的是，根据上述公式的仿真出的汇聚机房选址坐标仅为理论的参考点，最终在根据上述公式计算出理论最佳坐标后，还应根据现场勘查的结果，结合传输管道、光缆、可用空间等实际情况，在坐标范围50 m内择优进行选址，确定实际备选点的真实物理位置。

2.2  选址实现步骤

基于传输代价最小化的汇聚机房选址方法的具体实现步骤过程可总结为：

（1）设定待选址汇聚机房的业务收敛区域，明确区域内各业务点的业务接入类型和接入点坐标，形成汇聚机房业务收敛区域布局图；

（2）依据汇聚机房业务收敛区域布局图，明确该区域内各通信业务接入需求点的业务流量信息、带宽需求信息及相关业务的保护指数信息，形成汇聚机房业务收敛区域示意图；

（3）依据汇聚机房业务收敛区域示意图，将搜集的上述信息代入传输代价最小化选址模型公式进行最小值的仿真计算，得出区域内汇聚机房的理论最佳选址坐标；

（4）根据现场的实际管道、光缆、空间因素等通信资源环境，围绕仿真出的理论最佳选址坐标进行实地选址，提高选址的准确性和成功率。

具体流程如图1所示。

3  汇聚机房选址实例分析

选取某城市待收敛汇聚区域进行实例测试分析，已知该区域的经度范围为[118.232 871，118.245 196]，区域的纬度范围为[33.955 305，33.967 630]。区域内包含居民小区8处、无线基站4处、商务楼宇2处、学校1处、文体中心1处，共计16处业务点。区域内各业务点的具体分布如图2所示。

针对区域内各业务点的布局，可整理出相关的业务类型划分和待收敛点的经纬度信息，具体信息如表3所示。

3.1  坐标法测算结果

传统的坐标法计算区域内选点坐标的公式为：

（4）

（5）

将待收敛汇聚区域内的16处业务点经纬度坐标代入式（4）和（5）进行计算，可得出坐标法下汇聚机房的选点坐标为（118.239 017， 33.960 622）。

3.2  重心法测算结果

重心法的计算原理是通过找到区域内各个业务点流量最佳位置来确定汇聚机房的选址[11]。重心法计算区域内选点坐标的公式为：

（6）

（7）

根据各业务点业务类型，我们可设16个业务点的带宽需求如表4所示。

将上述各业务点带宽需求Bi连同经纬度信息代入式（6）和（7）计算，可得出重心法下汇聚机房的选点坐标为（118.237 678， 33.961 152）。

3.3  传输代价最小化算法測算结果

在进行传输代价最小化算法的仿真之前，还需明确各业务点的保护指数Qi。根据各业务点业务类型，我们可设16个业务点的保护指数如表5所示。

将上述各业务点保护指数Qi连同带宽需求Bi、经纬度信息代入式（1）进行仿真计算，可得出在经度范围为[118.232 871，118.245 196]，纬度范围为[33.955 305， 33.967 63]的合围区间内的传输代价消耗情况，并明确传输代价消耗最小时所对应的汇聚机房的选点坐标经纬度为（118.237 832， 33.960 211）。

3.4  测算结果分析

光缆作为连接各个接入点和汇聚机房的物理传输通道，提供了各类通信网络中光信号的上下路径，其主要的敷设方式根据周围环境和施工条件的不同可分为杆路架空敷设、管道施工敷设和直埋敷设等。不管采用何种敷设方式进行施工，各个接入点到汇聚机房的光缆敷设距离的数值都将直接影响到材料费、施工费等各项网络建设成本，因此可用光缆敷设距离值的大小直观的判断算法的优劣。

依据计算结果，以三种算法的汇聚机房选址点经纬度坐标为依据，分别将其与16处业务点的经纬度坐标进行坐标距离计算，同时根据汇聚机房选址点坐标依照光缆敷设路径沿街道走向进行实地距离测量以模拟光缆的敷设距离，可以得出表6中的三种不同算法下的坐标距离和与实际距离和。

可见采用传输代价最小化算法仿真出的坐标距离，在保证业务安全性的基础上比重心法计算结果节约光缆敷设约530 m左右，比坐标法计算结果节约光缆敷设约1 090 m左右，算法优越性较为明显。

需要特别说明的是，通过采用传输代价最小化算法得到的汇聚机房选址位置只是理论意义上的最佳点，在实际的机房选址建设中，还应综合考虑理论点附近的地形地貌、建筑物条件、传输网络可用资源以及周边业主意愿等因素，在理论点周围50 m区域内，择优进行站址建设。

4  结  论

作为5G等信息通信网络的基础设施，汇聚机房等传输基础资源必须要提前进行布局和考虑。实验证明基于传输代价最小化的汇聚机房选址方法充分考虑了收敛区域内业务的带宽需求，保护需求，可解决目前机房选址中存在的选址不合理、选址效率低下等缺点，实现传输网络中业务汇聚机房的科学选址，为节约网络建设成本，实现高效运维提供有力支撑。

参考文献：

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[3] 李隆胜.面向5G移动前传的数字与模拟光纤传输关键技术 [D].上海：上海交通大学，2020.

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[5] 陈銮雄，郝瑞，廖艳娟，等.面向5G的业务汇聚机房指标加权评估方法 [J].电信技术，2018（10）：70-72.

[6] 刘光轶.面向未来的汇聚机房建设研究 [J].电信快报，2019（5）：35-37+40.

[7] 李永嫚，周鹤.传输节点机房的选址要求及操作流程 [J].现代传输，2010（4）：76-79.

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[9] 雷进，许付才.综合业务接入区规划及建设思路探讨 [J].通信与信息技术，2022（3）：75-77.

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[11] 王嘉捷，凌云，吕聪生，等.重心法在傳输机房选址中的应用 [J].中国新通信，2017，19（21）：94-96.

作者简介：朱明亮（1989—），男，汉族，江苏宿迁人，讲师，硕士，主要研究方向：传输网络组网。

收稿日期：2022-11-14

基金项目：2021年宿迁市科技计划项目（S202108）