城市ADSL网络规划设计方法的研究

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据CNNIC第十二次统计，我国互联网用户数已达6500万，宽带用户已达980万。相比LAN、HFC、FTTx、WLAN、LMDS等各种接入手段，ADSL/VDSL是现阶段最适合中国电信发展宽带业务的技术。面对巨大的市场机遇，如何构建一个“低成本、可扩展、高可靠、可管理、易维护”的ADSL网络的研究显得非常重要，本文就大中城市的ADSL网络规划设计方法做一些探讨。



一、大中城市ADSL网络特点


　　1. ADSL技术定位于接入技术，因此在大中城市中发展ADSL网络不能离开城域网或ATM网单独组网，必须与城域网统筹考虑，城域网的设计必须充分考虑ADSL业务需求，且近期内，城域网的主要承载业务就是ADSL。


　　2. 大中城市ADSL的业务特点是发展速度快，且各区域发展不平衡，要求网络的适应能力要强，网络结构必须灵活健壮，核心层能满足2～3年的业务需求。


　　3. 网络IP化势不可挡，由于具有综合业务、价格较低、实施容易等特点，预计未来95%的用户都会采用IP。从业务应用来说，大中城市的ADSL业务应用丰富，除了主要提供的供家庭用户接入Internet的业务外，还有企业专线上网专线、同城互联、VPN/VPDN等等，这类业务对网络带宽、QoS要求高，必须按电信级的可靠性要求和安全要求来规划和建设。


　　4. 电子商务等需要高安全性的业务亦会得到广泛的应用。


　　5. ADSL网络覆盖面广，网元设备多，网络规模大，工程周期短，对工程建设、网络管理、运行维护的要求高。


　　总之，大中城市的ADSL网络与小规模ADSL网络相比，其规划、设计难度都较大，本文总结了广州、深圳等地设计大规模ADSL网络/城域网的经验，归纳出大中城市ADSL网络设计的一些关键方法，希望对从事此方面规划、设计、维护的同行起到抛砖引玉的作用。



二、大中城市ADSL网络规划设计方法


　　1．ADSL网络的总体结构


　　ADSL网络的总体结构分为用户端、接入层、汇聚层、核心层四个层次。用户通过ADSL Modem连接到DSLAM，DSLAM通过STM-1与ATM相连，或者通过10/100Mbit/s以太网连接到城域网，ATM网和城域网均连接到宽带接入服务器，完成对用户PPPoE呼叫的终结。


　　宽带接入服务器对用户接入进行处理，把来自于多用户或多虚通道的业务集中至一个连向ISP或公司网络的虚通道，连接163骨干网。同时，它也执行协议转换的功能，使数据以正确的格式前转至主数据网络。宽带接入服务器处理所有的缓冲，流量控制和封装功能，与RADIUS服务器配合对用户进行认证、鉴权等工作。


　　2．接入层规划设计


　　接入层规划设计的重点在三个方面。


　　（1）设备选型


　　有了良好的DSLAM设备，才能为构建一个良好的ADSL网络打下坚实的基础。大型本地网使用的DSLAM设备应控制在3家厂商以下，中等本地网控制在2家以下。设备选型的主要考虑因素包括：高密度、低功耗；高扩展性（设备的扩展性好坏要从两个方面考察，一个是本地扩展（同机房级连），一个是远程扩展（不同机房之间设备级连））；具备二、三层功能，上行方式灵活（DSLAM设备具备二、三层功能，优选支持ADSL、VDSL和SHDSL同框混插的设备；支持VLAN功能，支持基于SNMP协议的端口配置和管理，支持基于端口的流量控制，支持802.1p等功能；并尽量选择能同时提供IP和ATM两种上联接口的DSLAM设备，IP口主要用于宽带接入，ATM口主要用于专线）等。


　　（2）局点选择，容量规划


　　合理分散、就近用户：大中城市对宽带接入的需求大，为了减少线间干扰，建议采用合理分散、就近用户的形式设置节点，尤其是对经济形势较好的地区，建议接入网实现ADSL全覆盖，在接入网规划建设的同时考虑ADSL的规划建设，以便运营企业在提供电话业务的同时也能提供ADSL业务。


　　规划周期：在规划ADSL的容量时，尽量以满足未来一年的需求为宜，时间太短易造成容量紧缺，工程建设频繁，网络规划混乱；时间太长则易因为需求预测不准确而导致资源空闲或短缺。


　　子框满配用户电缆：工程建设时建议对DSLAM设备采取“子框配满用户电缆”的原则，一方面可以减少设备扩容时的工程量，另一方面方便优化人员根据市场需求的变化，灵活地在现有网络容量上进行资源调配。


　　（3）接入层组网方式


　　接入层的网络结构可采用星形、链形或环形结构，结合设备特性、传输网络结构具体选择，以节约投资。部分DSLAM设备本身具备本地扩展和远程级连相结合的组网方式。


　　本地扩展是指在同一机房多个DSLAM设备之间通过高速连接电缆或尾纤直接相连，多个设备组成一个网元，共用一条链路上连汇聚层节点。本地扩展的设备组网方式可以有效地减少光纤资源的占用，降低成本，还可以大大降低网元数，减轻网络管理的压力。


　　远程级连是指多个远端的R-DSLAM网元用ATM STM-1或N*E1 IMA以星形连接中心局的CO-DSLAM网元，中心局的CO-DSLAM网元采用STM-1或FE/GE连接到ATM/MAN网络上。远程级连能有效地降低汇聚层设备（ATM交换机或城域网以太网交换机）的端口占用。对于ATM上行的节点，尽量采用DSLAM网元级连的方式，中心局的CO-DSLAM网元容量不宜过大；避免单个较小容量的DSLAM网元单独占用ATM端口。IP城域网接入层端口资源比较丰富，对于IP上行的节点，采用就近接入IP城域网的方式。


　　3．汇聚层规划设计


　　ATM本地网的定位，主要是为2M以上带宽需求的大客户提供综合接入，同时作为本地高质量的xDSL、DDN以及其他窄带业务的综合承载平台，所以在此不主张对ATM网络进行大规模的扩容，各地区可利用已建成的ATM网络资源（但端口资源相对有限）。IP城域网的定位是为本地宽带、窄带等多业务搭建承载平台，运营企业应加大网络的建设和优化力度，使端口资源丰富。原则上新建的ADSL网络都采用IP上行方式，即以IP城域网作为汇聚层的承载媒体。汇聚层网络拓扑结构可采用网状网或部分网状网结构。


　　4．核心层规划设计


　　核心层节点宜控制在4～6个之间，个别的大城市可达8个。核心层节点宜采用网状网或部分网状网互联的形式。核心层应选择2个节点与因特网骨干网互联。


　　大城市核心层设备宜以高速路由器作为节点设备，中等城市业务量亦可采用低速路由器或高速二、三层LAN交换机为核心组建城域网。


　　BRAS的集中放置和分布放置是相对的，应该以用户数量、网络结构、承诺带宽等为依据，采用相对集中的方式设置BRAS。BRAS用户数量配置不宜太小，避免BRAS设备的数量过多、太分散，否则会增加维护管理的难度；BRAS用户数量配置也不宜太大，否则会增加单点故障的影响和设备的负担，尤其是容易扩大二层网络的规模。目前高性能的BRAS支持在线用户数4000左右，建议优化人员按照1:3或1:4设置用户，保证每个在线用户200kbit/s的带宽。另外，根据网络的拓扑和业务发展的需要，优化人员可以选择中等性能的BRAS，分散布置于城域网的汇接层。


　　用户认证主要包括PPPoE、DHCP+WEB、IEEE802.1x等，这几种方式各有优缺点。从技术的成熟性和设备的经济性考虑，现阶段用户认证仍以PPPoE为主，DHCP+WEB方式为辅。各种宽带接入方式都应考虑支持基于MAC地址、基于IP地址、基于TCP/UDP端口号或基于VLAN的流过滤功能，以确保用户的管理和控制以及计费信息的采集和安全。


　　为便于开展业务，BRAS应能够支持多种接入方式，同时支持PPPoE和DHCP+WEB接入方式，支持DHCP Relay和DHCP Proxy的功能。


　　宽带接入IP地址按接入方式不同，基本上可以分为两类：静态分配IP地址，主要采用ADSL专线方式接入和局域网VLAN接入方式；动态分配IP地址，这种方式是指采用ADSL或局域网PPPoE方式接入的方式。在这两种不同的情况下，IP地址的分配和认证服务器都有不同的要求。第一种情况其IP地址是静态配置的，在进行IP地址的规划时一般采取以下方式：根据每个节点这类用户的数量和未来一定时间内的发展趋势，为每个节点一次性申请一段地址，每次有新的用户时，从这段地址内进行分配即可。第二种情况下，采用在接入服务器上配置IP POOL的方式，每次用户通过客户端的软件拨号，然后在经过RADIUS认证后由接入服务器在IP POOL中动态的分配IP地址。IP地址池的数量的配置要根据每个节点的用户数量和用户拨号上网的具体情况而定，一般 IP POOL中地址的数量是注册用户数量的1/4。在统计用户数量时同时要考虑到一段时间内注册用户的增长的需求，以避免因地址池太小而导致用户无法上网。


　　ADSL的IP地址分配应遵循以下原则：


　　地址根据业务分类。对不同的业务分配不同的地址段，如拨号用户地址段、ADSL专线用户地址段，以配合不同的路由策略。


　　为减少路由数目，增强路由效率，在节约地址使用的前提下尽量进行路由聚合。


　　系统地址应在相应的VLAN中分配，从而使其具有一定的安全性。


　　5．链路容量计算


　　随着业务的发展，用户对带宽的要求将越来越高。宽带用户上网的速率调查结果表明，目前每用户平均使用带宽约为128kbit/s。


　　ATM上行链路的容量中，ATM信元开销、SDH开销等占用10％，每个155Mbit/s的ATM端口可支持的用户数约为：155×（1024k/128k）×90％＝1100（个）。


　　每个100Mbit/s的以太网端口可服务的用户数为：100×（1024k/128k）＝800（个）。


　　若集线比取为3:1，则每个155Mb/s ATM端口可支持3300个用户，每个100Mbit/s以太网端口可支持800×3即2400个用户。


　　6．网络安全


　　ADSL网络安全重点在汇聚层和核心层，制定网络安全方案时应考虑几个原则。


　　保证网络的可用性，这是网络的第一安全因素，优化人员在网络设计时充分考虑链路和设备的故障冗余。


　　加强网络设备安全，增加网络设备（路由器、交换机、接入服务器等）的口令强度，采用Radius服务器实行集中式口令管理和操作记录管理。针对设备操作系统的安全漏洞，及时升级设备操作系统，并关闭设备中不必要的服务功能。


　　加强网络路由安全，防止网络的配置失误影响路由稳定性。


　　加强网络流量攻击的防范，减少网络中流量攻击；加强网络流量的管理，通过流量预警机制，及时发现因拒绝服务攻击等产生的异常流量情况，并通过快速部署控制策略，减小异常流量对网络资源的消耗。


　　7．网络管理


　　（1）网络层管理包括接入层DSLAM管理、光电转换设备管理、传送层（ATM/IP城域网）管理。对于大中城市，DSLAM设备网元数量庞大，为提高安全性、可靠性，可管理性，宜采用分区管理，在网管中心设置网管服务器，各个区放置网管客户端，各个区的终端只能管理所属区域的设备。


　　由于现有的IP上行的DSLAM几乎都采用电接口，需要经由光电转换设备转换为光接口上连汇聚层节点。大量采用IP上行方式随之带来的是光电转换设备的管理。光电转换设备宜采用具有网管功能的设备，在城域网节点机房，光电转换器的网管卡直接连接城域网，在IP-DSLAM机房，光电转换器的网管卡连接IP-DSLAM的网管端口。


　　网络层管理应该加强网络的全程全网监控，加强故障报警、分析和处理能力，加强网络流量流向的采集、监视和分析，加强端到端路由的优化和分析，加强网络整体性能和端到端性能的坚实、分析和优化，加强网络资源管理。


　　（2）业务层管理：业务层管理包括业务的开通、修改、坚实、控制、报表等，实现端到端业务的开通、监视和故障分析处理。


　　目前，很多地市的业务开通采用的是人工或者半自动的业务开通模式，开通周期厂，出错概率高，修改复杂，网络管理系统应开发业务自动开通功能，实现业务的自动开通、暂停和复通。