面向最短路径的汇聚层光缆网规划建设策略研究

赵汝威?陈超?伍坤怡

摘要：随着传送网汇聚机房规模增长，汇聚层光缆网逐渐从单平面环网向网状网结构演进。提出一种基于最短路径理论的光缆规划建设策略，通过深入分析汇聚设备组网特性和汇聚机房布局，寻找最优的汇聚层光缆网结构，可以有效缩短光缆长度，提高光缆资源利用率。经对比分析，该策略对城域传送网的汇聚层光缆布局优化具有实际应用价值。

关键词：传送网；汇聚层；光缆网；最短路径

一、前言

随着5G、大数据和云计算的发展，网络规模扩大，汇聚机房数量增多，汇聚层设备结构经常调整，对汇聚层光缆网络提出了挑战。汇聚层光缆的特点在于直达性、距离较长，并且占用主干管道资源较多，而主干管道多位于城市中心街道，扩容难度较大。随着2G、4G、5G的演进，传输设备组网经历了多次变革，叠加建设的汇聚层光缆导致路由重复和资源利用率低，不符合网络效益最大化。因此，提前规划汇聚层光缆布局至关重要，应向扁平化、通用化发展。本文提出基于最短路径的建设策略，优化网络结构，支持向网状网结构的转变，确保网络的可持续发展。

二、网络现状分析

（一）光缆与机房分层架构

城域骨干传送网光缆包括核心层光缆和汇聚层光缆，节点间主要采用直连方式建设。核心层光缆是核心节点之间的光缆，形成网状结构。汇聚层光缆是汇聚节点与核心节点之间，以及汇聚节点之间的光缆，形成环节或网状结构[1-2]。

在当前移动通信运营商汇聚机房分层架构中，分为重要汇聚、普通汇聚和业务汇聚机房，汇聚层光缆是连接核心机楼、重要汇聚机房与普通汇聚机房，以及普通、业务汇聚机房之间的光缆[3]。

汇聚机房规模情况：每县区（县级行政区）为2个重要汇聚机房，每2—4个相邻的综合业务接入区至少含2个普通汇聚机房，城区每1—2个微网格至少含1个业务汇聚机房，郊县每个综合业务接入区至少含2个业务汇聚或普通汇聚机房[3]。

（二）存在瓶颈分析

前期城域汇聚层光缆网络的建设主要基于成环的汇聚层OTN（Optical Transport Network，光传送网）、PTN（Packet Transport Network，分组传送网）设备，这些设备主要部署在普通汇聚机房[4]，其节点数量对较少，从而使得汇聚层光缆结构简单。

然而，随着5G业务和家庭宽带双千兆发展计划的深入推进，业务汇聚机房的数量显著增加。新增机房主要承载了BBU（Bandwidth Based Unit，基于带宽的单元）、OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）和VC-OTN（Virtual Concatenation Optical Transport Network，虚级联光传输网络）等设备，导致了设备组网结构不再局限于单平面环网模式。此外，由于汇聚机房的分布不均，传统的汇聚层光缆网络在支持多路由组网方面显得力不从心。

文献[ 5]提出一种针对二层汇聚光缆网的环网规划方案，仅考虑了OTN和PTN设备的组网需求，未能全面解决当前面临的瓶颈问题。鉴于此，必须对汇聚层光缆网络进行整体规划，以寻求一个合理的解决方案。这个方案应能适应各种场景的需求，实现资源的高效统一复用，同时解决环型组网、V型组网、多路由组网等纤芯需求量大的问题。此外，方案还应该能够有效避免因二次叠加或部分段落重复建设而导致的管道资源过度占用的问题。

（三）组网需求分析

汇聚机房主要部署了BNG（Broadband Network Gateway，宽带网络网关）、SPN（Slicing Packet Network，切片分组网）、SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）、OTN、PTN、VC-OTN以及OLT等关键设备[4]。其中，BNG通常部署在重要的汇聚机房内，也可下沉部署在条件好的普通汇聚机房。OLT设备的部署更为广泛，覆盖了三类汇聚机房，且在“OLT-BNG”的组网中，常采用V型双路由方式，这种方式在汇聚层光缆纤芯的占用上是最为密集的。其他设备则多采用环型组网方式，纤芯占用较少。因此，如何合理规划每段光缆的芯数成为一个重要问题。本文以“OLT-BNG”的组网为基础，探讨汇聚层光缆建设的策略。

近年来，运营商提出了“五网改三网”发展战略，旨在扁平化网络结构，将网络结构精简为SPN、OTN、OLT等三张网络。这一变化意味着单台设备需要承载更多的业务量，从而对网络结构的安全性提出了更高的要求。预计SPN和OTN的组网将增加至三路由或四路由的配置，要求汇聚机房的光缆路由设计必须采用物理多路由方式，以支持网络结构的演进。因此，如何合理规划汇聚机房的多路由，成为本文研究的重点。

三、规划建设策略

（一）业务区分层

在城市通信网络规划中，综合业务接入区的划分是至关重要的。结合汇聚机房，对业务区进行分层管理。具体如下。

1.综合业务接入区

根据城市的行政区划、地理形态和现有资源划分接入区，业务密集的城区面积不大于3km2，一般城区面积不大于6km2，乡镇根据行政区划合理划分[6]。城区综合业务接入区内至少有2个汇聚机房，乡镇至少有1个汇聚机房。

2.邻近业务区

两个综合业务接入区边界相邻，并且存在不跨越其他接入区的汇聚光缆路由，那么这两个区域属于邻近业务区。

3.邻近机房

同一个综合业务接入区内的所有汇聚机房都被视为邻近机房，邻近业务区之间的汇聚机房也属于邻近机房。

4.业务区分层

以每个县区的重要汇聚机房为基准点，其所在综合业务接入区被定义为第1层。然后，将邻近的接入区定義为下一层，即第2层，以此类推，直到第k层。由于每个县区通常会有两个重要汇聚机房，因此，每个综合业务接入区都会有两次分层标识。

（二）两路独立最短路径

按照以下步骤求解“OLT-BNG1”和“OLT-BNG2”的双路由组网最佳路由，并确保这两路是独立的最短路径。

1.确定“OLT-BNG1”的最短路径

选择源点（OLT）到目标点（BNG1），使用最短路径算法，如Dijkstra算法，计算OLT到BNG1的最短路径。将计算出的路径作为“OLT-BNG1”的第一条最短路径。

2.处理已确定的最短路径

将“OLT-BNG1”的最短路径中的每段光缆链路的距离标识为无穷大，这在图论中相当于删除这些边，确保后续的第二条路径不会使用这些边。

3.确定“OLT-BNG2”的最短路径

选择源点（OLT）到新的目标点（BNG2），重复第一步中的最短路径算法，计算OLT到BNG2的最短路径。由于之前已经将“OLT-BNG1”的路径中的边标识为无穷大，因此这次计算出的路径将不会与“OLT-BNG1”的路径重合，确保了路径的独立性。将计算出的路径作为“OLT-BNG2”的第二条最短路径。

通过上述步骤，可以得到两路独立的最短路径，即“OLT-BNG1”和“OLT-BNG2”的最佳路由。这种方法确保了两条路径之间没有共享的光缆链路，从而提供了物理上的独立性，增强了网络的可靠性和容错能力。

（三）规划建设思路

1.光缆网目标结构

为了规划同一个县区下不同综合业务接入区的汇聚机房光缆组网，规划思路遵循以下要求：

（1）直连方式和路由选择

第一，汇聚层光缆应采用直连方式建设，结合地理信息系统（GIS）数据，优先考虑最短路由。

第二，建设路由时应选择安全性、稳定性较高的路由，优先考虑管道路由。

（2）汇聚机房光缆网模型

第一，每个汇聚机房至少有两条物理路径不同的出入局汇聚层光缆。

第二，与邻近机房互联，确定邻近业务区数量为n，原则上该汇聚机房最多有n个直连物理路由，每个邻近业务区最多只有一条邻近机房汇聚层光缆，其他邻近机房或路由经过应该整合为一个路由。

第三，以4个邻近业务区为例，最多规划4个直连路由，如图1所示。

（3）综合业务接入区内机房互联

第一，若一个综合业务接入区有两个及以上机房，汇聚层光缆优先采用最短路径互联。

第二，互联光缆避免路由交叉。

（4）鄰近业务区机房互联

第一，根据第2点模型原则，每个邻近业务区最多只有一条邻近机房汇聚层光缆。

第二，优先采用最短路径互联，需满足机房物理双路由要求。

（5）光缆规划顺序

第一，业务区内汇聚层光缆先内后外。

第二，首先规划第1层同一业务区下邻近机房汇聚光缆，其次规划第1层与第2层邻近机房的光缆，以此类推，规划第k-1至第k层邻近机房的光缆。

基于上述5点，可以得到同一个县区下所有汇聚机房的汇聚层光缆网结构，如图2所示。若有多路由需求，重复上述第3、4、5点可得到网状网结构。

2.光缆芯数建设策略

在规划汇聚层光缆网结构时，考虑到每个汇聚机房的双路由需求，以及光缆纤芯的有效利用率，采取以下策略：

（1）纤芯占用计算

假定汇聚机房m个，对于每个汇聚机房，按照“两路独立最短路径”规划双路由，形成2m个路由集。对路由集中相同路径的汇聚层光缆段落纤芯求和，得到每段汇聚层光缆纤芯占用数。由于城区机房距离较近，主要是裸纤光缆承载，而乡镇机房较远是通过OTN设备进行收敛回传，经过OTN传送的路由后半段路由集纤芯占用标识为0。

（2）纤芯规划

根据运营商机房部署OLT要求，单个机房不能超过3台OLT，因此每个汇聚机房一个路由最多占用6芯。考虑OTN、VC-OTN、SPN、PTN以及SDH等5种汇聚设备组网为环网结构，每类设备至少占用2芯。如果路由集中j段路由相同，则该段汇聚层光缆纤芯占用数为6j+10（1≤j≤m）。结合现网工程建设实际情况，汇聚层光缆常用规格为96/144/288芯，纤芯占用率大于70%时预警扩容，规划纤芯数为（6j+10）/70%，向上取整（96/144/288芯），一般应满足5—10年的业务需求。

3.建设场景

在向汇聚层光缆网目标结构演进的过程中，确实可能会遇到与现网光缆资源不符的场景。以下是针对两种典型场景的建设策略：

场景1：新增汇聚机房

双路由互联优先：首先完成新汇聚机房与邻近机房的双路由互联建设，确保新机房的基本网络连接需求得到满足。

三路由及以上：在业务发展到一定程度，需要更多的路由时，再触发额外的光缆建设，以满足更高级别的网络可靠性和容量需求。

割接现有光缆：对于现网中已建的汇聚层光缆经过新机房的情况，如果纤芯利用率不高，应优先考虑割接光缆接入新机房，可以通过整缆分段割接或只割接空闲纤芯来实现。

场景2：存量光缆优化

符合目标结构的光缆优先割接：对于与汇聚层光缆网目标结构相符的光缆，应优先进行割接优化，以提高汇聚机房光缆路由的丰富性和网络的整体性能。

非邻近业务区的直连光缆：对于那些与目标网结构不相符的光缆，主要是非邻近业务区的直连光缆，可以作为多路由的补充，以提高网络的冗余和灵活性。

四、方案评估

对环网的二层汇聚光缆网结构、最短路径的汇聚层光缆网和网状网等三种结构的优劣对比，见表1。二层汇聚光缆网结构通过分层建设和环网结构，依靠设备进行业务收敛，适用于汇聚节点较少的场景。基于最短路径的汇聚层光缆网结构有效降低建设成本，适用于所有设备组网场景，可拓展性强。全网状网结构虽然具备高可靠的组网能力，但网络建设成本较高，资源利用率低。综合考虑以上因素，最短路径的汇聚层光缆网结构提供了一个平衡的选择，它既能降低建设成本，又具有较强的可扩展性，能够满足未来演进发展的建设需求。

五、结语

深入探讨了最短路径的汇聚层光缆规划建设问题。通过对实际场景研究，提出了一种高效的规划策略。该策略在设计过程中，全面考虑了光缆网结构、传输距离、建设成本以及未来扩容需求等多个关键因素。经对比分析，本策略有效优化光缆布设路径，降低了整体建设成本，同时也提高了网络资源利用率，并展现了良好的可扩展性。

参考文献

[1]李海明，董梅香.光缆网分层级架构问题及应对策略[J].广东通信技术，2023，43（08）：14-19.

[2]李震彪.城域传输光缆网规划与管理[J].数字通信世界，2016（05）：43-43.

[3]林小杰.5G传输机房与原有机房资源同址建设分析与研究[J].广东通信技术，2021，41（04）：18-20+25.

[4]朱明亮，钟虎.面向5G的汇聚机房规划与建设研究[J].湖南邮电职业技术学院学报，2020，19（02）：1-3.

[5]张远航.城域传送网二层汇聚光缆网的应用研究[J].通讯世界，2018（04）：18-19.

[6]蓝天果.面向一体化的“一张光缆网”规划建设策略研究[J].通讯世界，2021（12）：46-48.

作者单位：中国移动通信集团广东有限公司江门分公司

责任编辑：王颖振、周航