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规划建设运维99.99 高可用性的FTTx H有线电视网络


简介
近两年来随着国家三网融合政策的逐步落实,广电有线电视网络承载的业务种类和数量快速增加,用户对网络的带宽和可用性要求越来越高。本文分析了加强有线电视网络可靠性的业务需求。分析了影响网络可用性的因素和组网模型,提出了提高网络可用性的关键措施。
关键词:有线电视网络,可靠性,可用性,MTBF,MTTR。
     
一、有线电视网络承载的业务种类和数量快速增加,保证业务的可靠运行越来越重要。
这两年三网融合的进展不断深入,数字化网改用户已超过50%,双向覆盖用户已达到33%以上,广播电视有线网络除了传统的模拟电视广播业务之外,承载大量的DTV/HDTV/Ultra HD TV、宽带数据等新业务,并以此为基础开发了互动电视(VoD等)业务和将要开发VoIP等电信增值业务。按照总局的规划,有线电视网络在“十二五”末要传送几百套标清,100套高清,10套3D,几十套立体声节目,这对网络的可靠性和网络维护水平提出了更高的要求。
凌云公司研究国际国内电信网络和业务的发展,有线电视网络和业务发展多年,提出了规划建设运维电信级99.99%可用性的FTTx/H有线电视网络的目标,满足用户的业务体验。
二  电信运营商与广电有线电视运营商的竞争,是其业务的竞争,更是网络的竞争,网络的高可用性和网络可管理性极为重要。
电信网络相比较有线电视网络,有高质量,高可靠性,广覆盖,严密管理的网络的优势。端到端可用性达到98%,光节点端到端可用性达到99.99%。在网络规划建设和运维方面有完备的标准或规范。能够很好的保证业务的开通和稳定运行,保证了很好的用户体验。电信从客户需求出发,为客户提供SLA(service level agreement)服务,满足客户对网络服务等级质量要求,保证提供业务的性能和网络的可靠性。例如电信提供的专线接入业务,在SLA协议中规定了专线的可用性、时延、丢包率、带宽利用率等。这就要求运营商对网络的管理和优化的水平达到很高的水平。

电信提供给集团用户的SLA协议内容
 

广电正在进行数字化和双向网络建设,广电一定要抓住网络规划和运维的关键环节,注重网络高可用性和可管理性的规划和建设,为承载高质量高清视频通信业务,语音业务和高带宽的互联网业务打好网络基础。


三 有线电视网络的可用性分析

1  基本概念

1)可用性:A(Availability),
   指可维修产品在规定的条件与时间内,维持其规定功能的能力;它通常以百分比表示,并能综合反映设备的可靠性和可维修性。
2)可靠性R(Reliability)
   在规定条件下,在规定时间内,产品完成其规定功能的能力
产品的可靠性是由设计奠定的;由生产制造出来的;由管理来保证的;并通过  试验/使用、分析与改进的循环过程不断增长的。
3)平均故障间隔时间:MTBF(Mean Time Between Failures),
   即在规定的条件下和规定的时间内,系统累计运行时间与故障次数之比。
4)平均修复时间:MTTR(Mean Time To Repair),
   即在规定的条件下和规定的时间内,产品在任一规定的维修级别上,
   修复性维修总时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。

设备的可用性(Availability)=MTBF/(MTBF+MTTR) 

2 影响网络的可用性因素
1)传输介质: 光纤、光纤连接器、电缆等;
光纤:Telcordia 统计结果为0.002152 f/km/year, 大约1000公里光缆每年失效两次
2)传输设备:设备硬件失效,设备软件故障和操作程序和步骤错误是引起设备不可用或宕机的三大因素.
3)网络结构:机房选点,光纤路由,保护方式
星型结构,树形结构,高可用性的星型+双路由网络结构,高可用性的MESH网络结构。
4)设备运行环境因素: 如供电系统,温度等。
5)自然灾害和人为破坏因素: 近年来自然灾害和人为因素引起的网络毁坏或网络业务中断,已引起人们高度重视。如洪水,地震,911恐怖袭击。

3 分析网络的可用性两个基本模型

1) N个并联设备或传输媒介的不可用度:是每个设备或传输媒介不可用度之积
 

A(A-B)= 1-U(A-B)


2) N个串联单元的可用度,是每个单元的可用度之积
 

4 几种有线电视网络模型可用性分析

1)网络结构为星-星-树形。没有采用网络设备管理系统。主干光纤单路由,光节点在野外,电缆网有两级电放大器。各个环节都没有设置冗余备份。系统结构如下图。
 

图 1 无备份的1550nm光纤传输系统

2)光发送机、光放大器都实现1:1热备份,用光开关切换。同时网络结构采用环-星-树形结构,实现干线路由冗余备份。实行FTTB,同轴电缆网无源。没有采用网管系统,系统结构如图6。

图2  光设备热备份与路由冗余的FTTB 1550nm光纤传输系统

上面两种模型的设备和光纤,电缆的MTBF一样,按照一般厂家给出的MTBF指标。通过计算得到第一种模型的端到端的可用度为0.999220747,年中断时间为410分钟,模型二的可用度为0.999599962,年中断时间为211分钟,缩短了近一半。可用度大大增强。从以上两个模型计算分析结果,我们可以清楚的看到,网络的设计结构对其可用性的影响是非常关键的。

3)第三种模型是在第二种的基础上增加了网管系统,加上与之配合的运维体系。就是一旦发生故障,网管及时发现和定位,帮助运维人员修复故障,恢复业务。我们通过评估认为,增加了网管系统,设备和线路的MTTR时间可以减少一半。端到端的可用度可以达到99.99%的要求。 

 


EPON 网络的三种高可用性组网结构

针对政府,银行,企业等大客户对网络的可用性要求高,我们提供下面三种组网结构,可以满足客户的需求。
1)主要光纤路由备份: OLT:采用单个PON端口,PON口内置1x2 光开关,由OLT检测线路状态。光分路器:使用2:N光分路器。ONU:无特殊要求。
 

2) OLT PON口备份,主要光纤路由备份。这种结构可用性更高:
OLT:由OLT检测线路状态,OLT PON口状态,切换有OLT完成。
      PON口1+1 冗余分为板内和板间两种方式。
光分路器:使用2:N光分路器。ONU:无特殊要求。
 

3) 全备份结构,可用性最高。
OLT:主备用的OLT PON口均处于工作状态:
分路器:使用2个1:N光分路器
ONU:在PON端口前内置光开关装置,由ONU检测线路状态,决定主用线路,切换由ONU完成。
 

四 实现高可用有线电视网络的关键措施

从上面的网络可用性的分析可以得出,有线电视运营商一定要抓住下面关键措施,规划建设运维99.99%高可用性的FTTx/H 网络。
1) 网络的设计结构。采用光纤到户或光纤到楼的网络结构,避免有源设备和电缆暴露在室外。
2) 采用前端到分前端光纤双路由结构,重要的发射机,放大器,分路器,光开关做1+1热备份。大大提高设备和网络的可靠性。
3) 在设备器材招标选型中,注重要求器材的MTBF指标。选择高可靠的器材。
4) 网络一定要网络设备网管,配合高水平的运行维护队伍,及时的发现故障,定位故障,运维人员及时排出故障,减少网络和设备平均故障的修复时间(MTTR)。