工程硕士毕业答辩

多约束条件下的IP城域网优化及扩容方案设计与实现指导教师：吴大鹏学生：马浩学号：gs201001031研究背景互联网用户大规模增长根据中国互联网网络信息中心第二十四次中国互联网络发展状况统计报告，截止到2009年6月，中国网民人数已经达到3.38亿人，网民规模跃居世界第一位。随着上网设备成本的下降和居民收入水平的提高，互联网正逐步走进千家万户，10M、100M宽带已走入寻常百姓家，不再是昂贵的奢侈品。现有IP城域网不能很好地适应宽带业务的发展随着宽带用户的迅猛发展，宽带业务的多样化，以及业务对承载网络的高标准要求，现有IP城域网已经不能很好地适应新形势下宽带业务的发展，需要实时对IP城域网进行优化扩容，以适应企业发展需求。研究的展开思路和框架互联网发展现状包含城域网体系结构、城域网的概念、城域网关键问题以及优化的必要性。IP城域网发展思路和扩容总体原则介绍城域网优化以及扩容的关键技术、总体原则、设计思想等约束条件。IP城域网优化方法以业务需求预测作为切入点，讨论在当前多约束条件下如何对IP城域网的核心层、汇聚层、接入层进行有效优化。IP城域网优化及扩容方案实现以武汉电信IP城域网为例，阐述如何具体实现IP城域网的优化扩容。论文介绍IP城域网概念IP城域网发展思路和扩容总体原则IP城域网优化方法IP城域网优化及扩容方案实现结论及展望致谢IP城域网概念IP城域网概念：IP城域网是数据骨干网和长途电话网在城域范围内的业务延伸和区域覆盖，同时上联ChinaNet和CN2，作为ChinaNet和CN2业务的承载平台，承载公众客户互联网接入业务和电信关键盈利业务（VPN/IPTV/NGN/3G）等。它以宽带光传输为开放平台，通过各类网关实现话音、数据、图像、多媒体、IP和各种增值业务及智能业务的接入，与各运营商的长途网和PSTN互通的本地综合业务网络。它不仅是传统广域网与局域网的桥接区或传统长途网与接入网的桥接区，也是底层传送网、接入网与上层各种业务网的融合区，还是传统电信网与数据网的交叉融合地带和未来的三网融合区。IP城域网体系架构IP城域网体系架构：IP城域网存在的问题与不足IP城域网存在的问题与不足：随着宽带用户的迅猛发展，宽带业务的多样化，以及业务对承载网络的高标准要求，使得现有IP城域网不能很好地适应宽带业务的发展，主要表现在一下几个方面：城域网出口带宽饱和，宽带用户上网速度感知度较差。部分本地网出口路由器槽位已基本用完，面临新增带宽无法接入问题部分本地网城域骨干层存在汇聚层，不利于网络发展。随着“我的E家”、IPTV和WLAN等新业务的逐步推广，IP城域网BAS上行带宽无法完成新业务的承载需求。目前城域网没有对BAS进行冗余备份，也存在一定的安全隐患。城域网SR数量较少，无法满足未来EPON、NGN、IPTV业务和大客户专线用户的承载。部分地区二层汇聚交换机数量较少，无法满足宽带提速业务发展需求IP城域网存在的问题与不足CRSGSR12816……GSR12416CRS核心路由器汇聚路由器BRASSR……业务控制层汇聚交换机接入层汇聚路由器GSR成为瓶颈，无法继续扩容单框CRS已满载，继续扩容必须采用集群和新增节点大容量BRAS承载用户增多，增加设备流量负荷和网络运行风险网络局部拥塞，导致部分用户高峰期丢包，影响IPTV等业务的服务品质论文介绍IP城域网概念IP城域网发展思路和扩容总体原则IP城域网优化方法IP城域网优化及扩容方案实现结论及展望致谢IP城域网发展思路IP城域发展思路：中国电信IP网络发展目标是可运营、可管理、可赢利的多业务承载平台，满足商业客户、NGN、Vnet和互联网接入等业务在语音、数据和视频等应用方面的需求。根据这个总体目标，IP城域网网络扩容发展思路如下：以业务驱动为前提，进一步优化和调整网络结构，实现全网流量的整体优化，提高网络资源利用率。加强网络可维护、可控制和可管理能力的建设，强化网络安全意识，完善网络安全防范体系，提高网络的可靠性和安全性。IP城域网应建成具有QOS保证的、可运营、可维护、可管理的多业务承载网络，满足CN2和ChinaNet业务在本地延伸的要求。遵循核心简洁化、业务边缘化的总体思路。加快城域网扁平化步伐，逐步取消核心层汇聚路由器，业务控制层设备直挂出口集群路由器。对BRAS和SR进行网络扁平化改造，采用10GE链路双挂出口集群路由器；并通过网络扁平化实现部分局点GSR的退网。IP城域网网优总体原则IP城域网优总体原则（一）：城域网的优化和调整原则上以当前本地网为基础，根据业务的发展需求，对结构进行调整，对设备和链路进行扩容和升级。总体原则如下：根据业务发展预测，各本地网带宽需求将继续增长，IP城域网现网出口链路将达到饱和，为避免网络拥塞，提升宽带用户上网速度感知度，对有需求的城域网出口链路进行扩容。“大容量、高端口密度、少设备”的原则，在路由矩阵技术成熟度满足业务开展所需的功能、性能、管理和安全等要求的前提下，统筹考虑网络结构扁平化需要，在有业务需求的节点逐步引入路由矩阵设备。继续推进网络扁平化，减少核心路由器层次，BRAS设备直挂出口核心路由器。为提升业务质量和网络可靠性，应逐步考虑对BAS进行冗余备份。IP城域网网优总体原则IP城域网优总体原则（二）：随着NGN的部署、IPTV和“我的E家”等新业务的开展，对BAS、SR等设备将形成压力，城域网建设中，BAS、SR设备的扩容和新建应结合用户发展和业务发展综合考虑。在10GE技术成熟的情况下，应考虑在城域网内部规模引入10GE链路，进一步扩容BAS、SR上行带宽。为实现对重要业务的质量保障，减轻网络复杂度，减轻管理和运维难度，对业务确实有需求的大型城域网，可以考虑精品网的试点建设。为适应用户带宽提速和新业务发展需求，宽带接入网设备应根据业务发展逐步下沉，减少宽带接入网汇聚设备层次，提高宽带接入网网络性能。城域网的优化和调整时应考虑现有设备及板卡利旧，充分发挥现网设备的能力，满足业务发展需求的同时节省优化扩容的投资。IP城域网网优总体原则总体目标优化城域骨干网和宽带接入网，开启组播、MPLS、QOS等功能城域网基本具备提供差异化业务的能力满足IPTV、软交换、我的e家和企业互联等电信业务综合承载的需求网络层次清晰化网络结构扁平化网络质量差异化管理控制集中化设备要求规范化建设成为大容量、有QoS保障、能提供SLA业务的多业务核心承载平台。论文介绍IP城域网概念IP城域网发展思路和扩容总体原则IP城域网优化方法IP城域网优化及扩容方案实现结论及展望致谢IP城域网网优方法相关算法：根据工程和实际应用经验，当系统的利用率过高，则网络性能劣化较大，设备响应速度慢，因此在系统容量设计时考虑30％的余量，即设备、带宽等的利用率设定为70%。按照流量与用户数成正比的规律，流量预测公式如下：预测流量＝预测每用户流量*预测用户数。带宽需求数＝预测流量/带宽利用率。BAS并发用户数预测公式如下：BAS并发用户数预测值＝预测BAS管理用户数*并发用户收敛比。并发用户收敛比＝实际并发用户数/宽带用户总数。预测BAS管理用户数=宽带用户总数*(1+IPTV业务渗透率＋“我的E家”业务渗透率)。IP城域网网优方法BAS基础数据：根据工程配置经验、实际运行情况，并考虑30％的冗余，各厂家BAS基础数据如下：爱立信SE1200/SE800实际峰值并发用户数48000，单板可配置VLAN数为32000。华为ME60-8/16实际峰值并发用户数96000，单板可配置VLAN数为64000。中兴UAS10800E实际峰值并发用户数128000，单板可配置VLAN数为48000。华为MA5200G、中兴UAS10600属于2.5G平台设备，不再发展新用户接入，将考虑逐步替换或边缘化。北电Shasta5000、华为ISN8850、爱立信1440属于第一代BAS，考虑逐步将原有用户向其他设备迁移，迁移后退网。IP城域网网优方法业务需求预测：以武汉电信为例，根据武汉市2010-2012年宽带业务滚动规划，对宽带业务需求进行预测，预测公式如下：城域网流量＝平均用户流量*用户数城域网带宽＝城域网流量/链路综合利用系数宽带用户预测：根据武汉电信宽带用户数量统计，单个政企客户宽带流量分别按家庭客户的1.8倍计算，将全网宽带用户数按家庭用户折算，便于流量预测。IP城域网网优方法宽带用户预测（单位万户）：公司2009201020112012折算用户数家庭用户数政企用户数折算用户数家庭用户数政企用户数折算用户数家庭用户数政企用户数折算用户数家庭用户数政企用户数武汉电信135.1894.1722.78162.75111.6728.38190.93131.0233.28217.81149.3838.02宽带用户流量预测：方法（一）：流量曲线趋势外推法根据武汉市今年用户、流量历史数据，绘出全市每用户出入城域网流量曲线。IP城域网网优方法宽带用户流量预测：根据武汉市今年用户、流量历史数据，绘出全市每用户出入城域网流量曲线根据曲线外推法求得，全市每用户出入城域网流量曲线函数F(n)：F入(n)=19.31n+26.34F出(n)=19.14n+19.28IP城域网网优方法宽带用户流量预测：根据上述公式预测2010～2012年每用户出入城域网平均流量武汉市每用户出入城域网平均流量表(单位:Kbps)公司201020112012INOUTINOUTINOUT武汉电信140.0496.18152.62105.52170.87115.78方法（二）：集团参考取值计算公式为：每用户平均流量=宽带在线用户平均使用带宽×宽带用户并发比×平均出城域网比例IP城域网网优方法宽带用户流量预测：经计算得到集团推荐值宽带在线用户2009-2012年平均使用带宽(单位:Kbps)年份2009201020112012宽带在线用户平均使用带宽（单位：Kbps)203.2254.8295.4325.5由于上述两种方法对每用户出入城域网流量测算都有一定局限性，本次对上述两种预测方法进行加权平均（方法一取定权值80%，方法二取定权值20%。），则2010～2012年的每用户出入城域网流量IP城域网网优方法宽带用户流量预测：每用户出入城域网流量(单位:Kbps)公司201020112012INOUTINOUTINOUT武汉电信160.18111.92177.92142.89198.2182.42根据预测用户数和用户平均流量，得出2010～2012年武汉城域网出入流量武汉城域网出入流量表(单位:Mbps)公司201020112012INOUTINOUTINOUT武汉电信2775886265366339700272808431711397342IP城域网网优方法IP城域网至Chinanet出口带宽预测：由于城域网入流量主要是为城域网内用户提供服务，城域网出流量主要是为城域网外用户提供服务。带宽扩容主要是满足城域网内用户业务需求。结合武汉城域网出入流量表对武汉城域网户均峰值流量预测，预测结果如下：公司流量预测（单位：Gbps)至ChinaNet带宽需求（单位：Gbps)预测2010.12预测2011.12预测2011.12预测2010.12预测2011.12预测2011.12INOUTINOUTINOUTINOUTINOUTINOUT武汉电信275.9265.4339.7272.8431.7397.3291.2280.1339.7272.8407.7375.3IP城域网网优方法IP城域网核心层/汇聚层扩容方法：据业务发展预测，本地网带宽需求将继续增长，IP城域网现网出口链路和城域骨干网链路将达到饱和，为避免网络拥塞，提升宽带用户上网速度感知度，对有需求的城域网出口链路和城域骨干网链路进行扩容。综合考虑技术成熟度和业务发展需要，在特大型城域网核心出口引入路由器矩阵，在部分大型城域骨干网核心引入大容量、高端口密度、可扩展（支持集群）的路由器设备，扩充网络容量