广电网络端的分配研究

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国内外关于IP网络性能指标分配的标准规范

目前，国际、国内的主要通信标准和研究组织都针对IP网络性能指标的定义、测量方法、性能要求制定了相关的标准和规范。互联网工程任务组（IETF）主导的IP性能度量体系（IPPM）工作组针对衡量IP网络性能的指标参数给出了基础框架，基于这一框架定义了一系列指标参数，如：吞吐量（Throughput）、时延（TransferDelay）、时延变化（DelayVariation）、报文乱序（Reordering）、丢包（PacketLoss）、错包（PacketError）、网络连通性（Connectivity）等等，并定义了不同参数对应的测量方法。国际电信联盟(ITU-T)通过Y.154X系列的建议对IP网络性能指标来进行规范。其中，Y.1540《IP数据通信业务-IP分组传输与可用性参数》对IP网络主要性能指标进行了定义，包括：IP分组传输时延（IPTD）、时延变化（IPDV）、错包率（IPER）、丢包率（IPLR）和包乱序率（IPRR）等；Y.1541《基于IP业务的网络性能目标》定义了6个网络服务质量（QoS）等级，以及各个等级下网络性能指标的度量值；Y.1543《IP网络跨域传输性能评估测试方法》则给出了跨域性能测试方法和相关参数设置建议，如：测试分组的长度、测试网络模型等。ITU-T通过网络运维系列的M.2301《IP网络性能目标提供和维护》等建议规范是针对Y.1541定义的端到端指标在运营商内部和运营商之间的参考分配方法。工信部在2006年初正式立项制定IP网络中性能指标分配的相关标准，并于2009年底正式了该通信行业标准YD/T2032-2009《IP网络性能指标分配》。在该标准制定过程中，参考了ITU-TY.1541和ITU-TM.2301标准，并结合电信运营商网络结构特点和业务开展需求，研究制定了IP网络中端到端的性能指标如何在电信运营商内部、以及运营商之间进行划分，包括IP网络端到端性能指标的定义、IP网络指标分配模型和分配方法等内容。该标准对电信运营商自身网络建设、性能缺陷排查、明确内外部各自的性能目标以及保障业务质量都起到了非常重要的指导作用。IETF和ITU-T对该问题的基础性研究和框架性研究起到了非常重要的作用，但对于指导一个具体行业或者一个企业实际网络的规划、建设和发展还远远不够。实际应用中还必须根据具体网络规模的大小、运营体制的差异、技术选型的不同以及业务发展要求的不同来有针对性的制定一个行业标准或企业规范，这样才具有实际的指导意义。因此，我们认为需要从三个方面考虑：首先，确定网络结构演进模型，其次，根据业务等级要求确定端到端网络指标，在此基础上来三是确定指标分配方法。明确这些核心要素之后，标准立项前的预研工作也就完成了。当然这几个核心点又都跟上面提到的网络规模、运营体制、技术体制和业务发展要求密切相关，要想具有实际的指导意义，必须具体问题具体分析，下面就结合广电的实际情况，对这几个核心问题进行分析和思考。

对广电IP网络性能指标分配几个关键问题的思考

广电IP网络的性能指标分配必须立足有线电视网络现状，着眼全国网络整合和向NGB演进的技术要求，综合考虑运营体制、技术体制、网络结构模型、业务发展需求等因素，来制定符合广电IP网络结构特点的、满足业务质量需求的、适应当前互联互通和未来建设发展的性能指标分配方法。笔者就几个关键的技术问题进行了思考和研究，供交流讨论。要进行指标分配，明确各自的分段指标，必须要有网络模型，模型确定之后才能明确分配方法；那么确定网络模型首先遇到的就是网络层级的问题。目前二级网络模型是全国性IP网络的发展趋势，电信几大运营商在几年之前就已经开始按照二级网络模型进行扁平化调整，现在无论是电信的CN2、联通的IP承载网络，还是老的163、169都变成了二级网络结构。工信部在制定指标分配标准的时候，他们当时和有线电视网络现在所面临的情况差不多，网络现状是三级的，但标准是按二级网络模型的要求来制定的，然后网络再进行大规模的调整，演变成二级架构。在这个问题上，笔者认为广电全国IP网络的目标网络模型也应该是二级的，二级网络有利于全网MPLS(多协议标签交换)的应用，有利于全网业务等级保护的设计和业务质量的保障，这也是几大电信运营商实践得出的结论，广电IP网络要想承载全国性三网融合业务，笔者认为确定二级网络目标架构、并努力推进目前的三级网络向二级网络演进是必由之路。那么面对三级网络我们该如何演进是需要深入研究的，这里也谈一点思考。演进过程中主要有两条路，一是大城域网，二是大骨干网。所谓大城域网，即一个省是一个AS域，所谓大骨干网是骨干网往下延伸到地市。电信运营商的经验是朝着大骨干网演进，并且到目前为止已全部实现。电信运营商老的固网经历了国干与省干的整合，新的精品网、IP承载网设计和建设的时候就直接覆盖到地市；在这个过程中，中国电信在北方也采用过一个省是一个大城域网的做法。那么对于我们来说该如何演进，笔者认为，在当前这个阶段，在三网融合业务发展初期，两种模式都可以，但最终应过渡到大骨干网的模式，这样有利于网络整体性能的提高和业务质量的保障。ITU-T给出的网络性能参数指标，只是针对不同业务和应用提出的参考，而实际情况多种多样，因此需要考虑的问题也更为复杂。用户考虑更多的是业务的可用性和使用效果，即对QoS更为关注，而网络运营商最关心网络总体运行状况，通过对网络指标的观察和控制使用户获得更为满意的服务。因此，运营商网络性能指标的确定必须和业务的QoS建立一定程度的映射关系。这种映射关系的确立可通过以下三种方式进行：1.基于特定应用确定。IP网上的部分特定业务或应用（如：语音通话、视频点播信令）对网络性能有较高的要求，虽然用户不会直接定义业务的QoS参量，但如果某些参数降低到一定程度就会影响该业务的用户体验。因此，对应特定的业务，运营商可选取相应的性能参数进行考察，并确定相应的考核指标。2.基于SLA确定。一些重要用户会明确定义服务等级协议（SLA），对网络的时延、丢包率等特性提出明确的需求，其实质是提出了业务的QoS。根据这种具有量化指标的QoS要求，运营商可以对应选取网络性能参数，确定网络的考核指标。3.依据传统IP网络整体性能确定。传统互联网IP业务大多是尽力而为的，对于QoS并没有具体的要求。因此，对这类业务，运营商主要应关注自身网络的整体性能，根据总体需求选取参数，制定考核指标。事实上，上述各种情况在现有网络上同时存在，因此IP网络运营商在制定网络考核指标时需兼顾各种情况，以满足绝大多数网上业务和应用的顺利开通和正常运行。我们这里主要采用第二种方法，并结合各方面因素基于ITU-T的指标进行修正和确定。我们知道IP网络的主要性能指标包括时延、时延抖动、丢包和错包。ITU-TY.1541给出了五个等级（Class）的端到端性能指标。标准ITU-TY.1541指出Class0和Class1对应的是实时、对抖动敏感并且交互较强的业务；Class2对应高交互的数据传输业务（如信令）；Class3对应一般数据传输业务，Class4对应只有丢包率要求的业务（如推流），Class5对应一般的互联网业务。根据目前现网测试的数据来看，广电IP网络在全国范围内端到端达到Class0和Class2的指标要求有一定难度。这里面除了路由距离较长这个原因之外，主要还是网络层级和技术方面的原因。为了能够适应当前广电IP网络的现状，需要在业务质量可接受的条件下，适当调整网络端到端性能指标要求。为此，我们使用语音质量测试仪和网络损伤仪搭建了一个IP端到端的测试环境，用实验测试的方法，通过测量不同网络参数对VoIP业务语音质量的影响，对指标参数进行修正。测试中，我们模拟了各种参数条件下的网络环境，测量网络指标变化对语音质量的影响，并记录不同网络性能参数指标下的语音质量评分，这里我们选取了三个典型的评估值：PESQ(语音感受质量评估)、MOS-LQ(语音质量度量标准-收听质量)和R-Factor(E-Model模型测试R值)。VoIP业务是电信Class0最高级别的业务，它也是实时、抖动敏感的、高交互的业务，通过对这个测试，就能够对指标进行一些修正。通过测试分析我们发现丢包是影响Class0和Class2这类业务质量的决定性因素。整个测试结论是这样的：时延对话音质量不产生影响，但时延增大导致R-Factor的下降，即通话体验下降，表现为通话双方响应时间的增加。抖动对业务质量的影响取决于语音解码器的缓冲区长度，当缓冲区设置大于时延变化最大值时，对话音质量不会产生影响，当缓冲区小于网络时延变化时，话音质量下降。丢包对业务质量影响很大，也很敏感，丢包过大时，直接导致通话中断。错包对业务质量的影响与丢包表现一致。通过大量测试分析，丢包和错包对业务质量影响很大，非常敏感。所以我们认为可以适当增加Class0和Class2的时延指标，通过测试数据的比对，并参考当前网络实际性能测试数据，我们认为150ms比较合适。另外，通过测试我们发现丢包和错包是影响这类业务的主因，在实际运营网络环境中，丢包和错包又主要是因为网络拥塞造成的，所以在网络规划和设计QoS保障策略时，应特别考虑防止网络拥塞。首先所有标准都认为时延、抖动、丢包、错包这几个指标都是线性累加的。其次，ITU-TM.2301给出了在不同网络模型下的指标分配方法：其规定整个端到端性能指标的2/3分配给各个自治域的内部网络，1/3分配给连接链路（包括接入链路和互联链路），其中自治域间互联链路占全部连接链路指标的65%，接入链路占35%。而YD/T2032-2009标准基本沿用了ITU-TM.2301的指标分配方法，只是在其标准中明确了在同一运营商内部是一个二级网络结构，同时将接入链路指标计算入各自所属的自治域指标中，这样分段指标看起来比较简单明了。根据YD/T2032-2009确定的计算方法，国干自治域内指标大约占端到端指标的22%，每个二级自治域内指标大约占29%，每条自治域间互联链路大约占10%。用这个分配方法计算得出分段指标，我们用这个指标比对中国电信、中国联通、中国移动等网络指标发现，各个网络段的分配权重是不同的，这说明几大电信运营商都根据自身网络情况对分配权重进行了调整。那么对于全国广电IP网络来讲，我们认为根据自身情况进行权重调整也是必然的，至于如何调是需要认真研究的。我们基于对前面的实验数据以及掌握的全国广电IP网络的现网测试数据的分析，并考虑到广电IP网络结构和技术体制的特点，这里有三点调整建议：一是可以适当增加Class0和Class2的端到端时延指标；二是可以适当增加接入链路时延指标的占比；三是各个段的时延、抖动指标分配和丢包指标分配可以采用不同的权重。

广电IP网络性能指标分配相关建议

通过研究我们发现，制定IP网络性能指标分配模型必须要针对运营体制、网络结构和所采用技术的不同来进行，只有这样才能适应广电IP网络的现状和演进要求，才能指导各地有线电视运营商IP网络的规划、建设和验收，才能确保互联互通起来以后顺利开展全国性三网融合业务。同时这也能够为NGB建设演进、全国性业务的运营部署提供技术支撑。通过分析广电国干网和部分省市网络的现网实测数据，我们发现要在目前的网络条件下，在全国全网范围内都达到ITU-TY.1541制定的Class0、Class2端到端时延指标很难。这也可以理解，因为广电现有IP网络的主要业务是数据传送和互联网业务，对时延要求不高；另外在这么大规模网络上达到Class0和Class2的指标要求确实很难，不然的话，中国电信和新联通（老网通）也不会为了他们的语音IP化和精品业务选择再建一张IP网。我们通过实验的方法认为现阶段应兼顾网络现状，在业务质量可接受的条件下，可以适当增加Class0、Class2的端到端时延指标。此外，根据广电总局86号文件要求双向网改造可采用HomeplugAV技术，通过对市面上几乎所有该类产品进行的测试（该测试于2011年7月进行，产品基于因特龙6400芯片平台，所有数据和结论截止2011年7月），发现时延指标较高，而且在多用户并发情况下劣化较大，虽然有研究表明基于因特龙7400芯片平台产品性能上会有很大提升，但考虑到目前这种情况具有一定普遍意义，我们认为可以适当提高接入链路时延指标的占比。研究IP网络性能指标分配的目的之一是为了指导全国性业务质量保障，然而这只是第一步，要想全面保障业务质量，还要从全国全网的角度，统一考虑一些QoS保障措施，比如统一规划全网QoS等级和分类标记，制定全国性业务资源的预留原则，针对国干网、省网应用不同的QoS保障策略等，以上所有工作加在一起，才能在技术层面确保全国性三网融合业务的开展，这也是我们下一步要继续深入研究的地方。

本文作者：周希宫良秦龙彭劲工作单位：中国有线电视网络公司