带宽需求如何估算.docx
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带宽需求如何估算.docx
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带宽需求如何估算
带宽需求如何估算
带宽需求需要根据业务需求、应用场景、组网模式用流量工程进行测算,需要对大量统计数据进行分析,笔者不具备这些条件,只能根据一些简单假设来推算:
为了更准确地反映网络流量,了解各种业务所需带宽,需要对各种业务作出流量模型。
各种业务的流量(L)属性可以有以下变量:
T-平均业务时长(视音频业务,主要是视频业务)
C-总用户数(覆盖用户数)
c-订户(渗透用户)数量,c=C×N,N-订户比率(渗透率)。
渗透率与竞争优势、业务适应性、业务定价以及用户经济能力、受教育程度、年龄、性别、职业、行为习惯等因素相关。
M-激活(在线)订户数量,M=c×m,m-峰值激活(在线)用户比率。
主要和订户数量以及时间相关。
订户数量越大,峰值在线率越低;时间主要指时间段,比如特定节假日、特定事件、特殊内容发生时段等,还有工作时间、休息时间。
n-忙时使用率,主要和平均业务时长、内容更新速度相关。
l-单位业务流量,实际发生的单个业务流量。
主要和业务性质、编码方式相关,一旦选定就是固定的。
则某项业务流量L=L(l,T,C,c,M,n)=L(l,T,C,N,m,n)
其中忙时使用率和在线率是最难掌握的两个变量,不同的业务有不同的模型,而且是随业务发展和时间变化的,需要不断统计分析。
通常的业务模型有以下几种:
1、用户管理
2、网络管理
3、网页浏览
4、文件和视音频下载(上载)
5、视频通信(IP语音、视频)
6、网络游戏
7、IPTV(含VOD、时移电视)
用户管理、网络管理是运营商自己内部的两项业务,占用的流量是基本固定的。
语音通信的忙时使用率和激活订户数量主要取决于用户本身需求,已经有足够多的传统话务理论研究和实际统计数据。
其他业务则与网络内容的提供、资费策略和用户需求之间的平衡相关,是经常变化的,是个交互的过程,需要经常统计分析、归纳调整。
流量模型应该分级——骨干层、汇聚层、接入层,因为流量是逐级汇聚、逐级收敛的,每层都要有合适的流量。
比如接入层收敛比是3/5,汇聚层收敛比是1/2,总收敛比就是3/10。
下面首先对接入层流量模型进行分析。
接入按50户一个节点考虑。
各种业务流量模型:
1、互联网(宽带接入、浏览网页):
渗透率:
N=10%
订户数:
c=C×N=5户。
峰值在线率:
m=80%,忙时点击率n=30%
l=,每个网页浏览的平均数据速率[按每个网页(文字、图片)=,封装以后1Mbit,点击后显示时间不超过2s计算(2s下载),每次点击需要的速率大约]
则L1=l×c×m×n=×5×80%×30%×3=
2、下载
渗透率:
N=8%,是上网用户的一部分,按4/5计算。
订户数:
c=C×N=4户
在线率:
n=80%
忙时并发率:
m=80%
l=5Mbps(3小时下载1部的高清电影)
L2=5×4×80%×80%×3=
3、上载
渗透率N=6%,按上网用户的3/5考虑
订户数:
c=C×N=3户
在线率:
n=70%
忙时并发率:
m=50%
l=10Mbps(10秒发送一封带10M附件的邮件)
L3=3×10×70%×50%×3=
4、网络游戏
渗透率:
N=4%,是上网用户的一部分,按2/5计算。
订户数:
c=C×N=4户
在线率:
n=80%
忙时并发率:
m=30%
l=2Mbps(考虑到下一代游戏大量采用实景图像,比如环游世界、遨游太空、赛车等)。
L4=2×80%×30%×3=
5、IPTV
渗透率:
N=8%,和上网用户有部分不重叠
订户数:
c=C×N=4户
在线率:
m=80%
忙时并发率:
n=50%
视频业务实时性和连续性要求很高。
忙时重合率是内容热度和资费的函数,也是节目时长的函数,目前没有现成的数学模型,也很难有固定的数学模型,由于广电系统宽带上网的优势主要在视频服务,视频节目时间又很长,因此忙时重合率取较高值80%。
l=10Mbps每个激活的AVS或编码的视频数据流量
L5=4×10×80%×50%×3=48Mbps
6、可视电话
渗透率:
N=10%,和上网用户关联度不大,但肯定会有重叠。
订户数:
c=C×N=5户
在线率:
m=100%,电话本来没有在线率,为了和其他业务一致。
忙时通话率:
n=30%,最繁忙时段用户同时通话的比率。
视频通信和语音通信有很大不同——语音通信是两个方向轮流占有信道的,还有通话间歇;视频通信双方图像始终显示,因此两个方向的流量在通信持续期间基本恒定。
假定下一代视频通信图像码率是2M,则双向共4M,语音流量可以忽略。
l=4Mbps
L6=l×2×100%×30%=
7、视频监控
渗透率N=2%。
订户数:
c=C×N=1户
在线率:
n=100%,全天候实时监控。
忙时使用率:
m=100%(与监控方式有关,如果集中存储,流量始终不间断,就应该是100%,如果本地存储,循环监控,流量就是间歇的。
此处取前者)
l=2Mbps
L7=2×1=2Mbps
总流量是L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=。
以上是从统计角度按低渗透率计算出来的流量需求。
还需要考虑单个用户的极限流量需求:
用户按3口之家设定,极限情况下每人一个高清视频流(10M×3)、一个高速下载(5M×3)、一个高速上载(5M×3);可视电话(2M);视频监控(2M);按照TDD双工模式总共64M。
其它应用带宽远低于视频和高速下载,而且在上述应用情形下一般不会同时发生,因此可以在64M范围内涵盖。
以此确定单台终端设备最低有效接入速率不能低于64M。
再考虑到订户居住可能较集中,比如5个订户集中在一个单元,从工程角度考虑,不能用多个接入设备为不同订户服务,即单局端台设备需要满足50户节点的总流量,因此单台局端设备最低有效接入速率不能低于。
宽带渗透率在不同住宅会有很大差异,可以从0-100%(完全可能,比如广电自己的住宅区),平均能达到20%就不错了。
因此还需要考虑平均渗透率和高渗透率的情况。
为简单起见,不再重复上述过程,把结论列在下表中:
低渗透率
覆盖用户
订户
渗透率
在线率
忙时使用率
单位数据量
单位时长
单位业务流量
流量
说明
业务
C(个)
c(个)
N
m
n
MByte
T(秒)
l(Mbps)
L(Mbps)
网页浏览
50
5
10%
80%
30%
2
每订户3口人
下载
50
4
8%
80%
80%
5400
10800
5
每订户3口人
上载
50
3
6%
70%
50%
10
10
10
每订户3口人
游戏
50
2
4%
80%
30%
2
每订户3口人
IPTV
50
4
8%
80%
50%
10
48
每订户3口人
可视电话
50
2
4%
100%
30%
4
视频监控
50
1
2%
100%
100%
2
2
总计
平均渗透率
覆盖用户
订户
渗透率
在线率
忙时使用率
单位数据量
单位时长
单位业务流量
流量
说明
业务
C(个)
c(个)
N
m
n
MByte
T(秒)
l(Mbps)
L(Mbps)
网页浏览
50
10
20%
70%
30%
2
每订户3口人
下载
50
7
14%
70%
80%
5400
10800
5
每订户3口人
上载
50
6
12%
60%
50%
10
10
10
54
每订户3口人
游戏
50
4
8%
70%
30%
2
每订户3口人
IPTV
50
8
16%
70%
50%
10
84
每订户3口人
可视电话
50
5
10%
100%
20%
4
4
视频监控
50
3
6%
100%
100%
2
6
总计
高渗透率
覆盖用户
订户
渗透率
在线率
忙时使用率
单位数据量
单位时长
单位业务流量
流量
说明
业务
C(个)
c(个)
N
m
n
MByte
T(秒)
l(Mbps)
L(Mbps)
网页浏览
50
50
100%
40%
30%
2
9
每订户3口人
下载
50
25
50%
50%
80%
5400
10800
5
150
每订户3口人
上载
50
20
40%
50%
50%
10
10
10
150
每订户3口人
游戏
50
15
30%
30%
30%
2
每订户3口人
IPTV
50
40
80%
40%
50%
10
240
每订户3口人
可视电话
50
40
80%
100%
10%
4
16
视频监控
50
25
50%
100%
100%
2
50
总计
根据上表,极限情况下50户节点的局端带宽需求要高于。
现在的GEPON有效可用带宽是856M,如果再考虑到以太网的效率,640M应该是比较有保障的。
也就是说,1个PON口(OLT)只能满足一到两个(上表中的速率是TDD双工方式的速率,GEPON是全双工方式)50户节点的需求。
除非采用FTTH方式,GEPON相对于千兆光纤收发器没有任何优势。
考虑到今年9月10GEPON的标准就会正式完成,3-5年后应该可以成熟应用了。
因此还有另一种组网方案,那就是采用10GEPON。
10GEPON有保证的带宽应该大于6400M,在双向完全不对称的应用情况下可以为10个100%渗透的50户节点提供服务;在双向应用完全对称的情况下,折算到TDD方式相当于带宽12800M,可以为20个100%渗透的50户节点提供服务。
此时EoC局端的最低有效接入速率必须保证在640M(不低于10GEPONONU)以上,实现方式可以是单台单信道,也可以是单台多信道捆绑,还可以是多台分布式。
如何考虑物理层速率当采用OFDM调制时,数据荷载子载波是总子载波数的80-90%,在一个数据帧内净荷载占60-90%(帧头、帧尾、纠错、间隔、定时等都要占用荷载),还要考虑加密、MAC层效率等因素,实际有效速率大约只能占物理层速率的50-80%。
下一代技术物理层(WiFi、HPNA、MoCA、Homeplug)基本都是1G,而且只有1G物理层速率才能保证640M有效速率,因此广播电视接入网物理层速率应该选1G。
如何考虑物理带宽在目前技术和网络条件下QAM调制指数不宜超过1024=210,也就是调制效率不超过10bit/Hz。
照此推算,1Gbps物理层速率需要100MHz物理带宽,也就是一个信道的工作带宽需要100MHz。
如果滤波器的滚降系数是,那么一个信道占用的带宽就是115MHz。
为了降低成本,局端可以采用信道捆绑方式,如果采用4信道捆绑,每个信道30MHz就够了。
终端只要满足一户极限速率64Mbps即可,如果在较差的条件下有效速率只占物理层的50%,那么物理层速率就是128Mbps,当调制效率是6bit/Hz(64QAM)时物理带宽需要128/6=,工作带宽需要×=,取24MHz。
考虑到广电系统宽带用户总体能达到20%就不错了,因此还有大量窄带需求。
为降低成本,可以使终端速率在1Mbps以下(除少数视频之外的大多数应用都可以满足)。
此时取较高调制效率10bit/Hz,物理带宽只需100kHz.。
xPON技术的上行可用带宽
从系统上行传输总带宽中减去各种系统运行开销就是上行可用带宽。
它与系统中包含的ONU数量、DBA(动态带宽分配)算法的轮询周期、承载业务的类型以及各业务所占比例等都有很大关系。
EPON和GPON都是宽带接入技术,承载的业务以IP数据业务为主。
下面将分别计算EPON和GPON在包含32个ONU,轮询周期为750s的情况下,承载纯IP业务时的上行可用带宽。
EPON的上行线路速率是s,因为采用了8B/1OB线路编码,每10bit中有8bit有效数据,所以其有效上行传输总带宽为1Gbit/s,即1000Mbit/s。
EPON上行的系统运行开销及其占总带宽的比例如下:
*用于突发接收的物理层开销:
约%;
*以太网帧的封装开销:
约%;
*MPCP(多点控制协议)和OAM(运行管理维护)协议开销:
约%;
*DBA算法造成的剩余时隙(即不足以传输一个完整以太网帧的时隙)浪费:
约%;
EPON上行总开销为上述开销之和,约为144Mbit/s,可用带宽约为856Mbit/s(即1000Mbit/s-144Mbit/s)。
上行线路速率为s的GPON,采用NRZ编码,上行总带宽为s,即1244Mbit/s。
GPON上行的系统运行开销及其占总带宽的比例如下:
*用于突发接收的物理层开销:
约%;
*GEM(GPON封装方法)帧和以太网帧的封装开销:
约%;
*PLOAM(物理层运行管理维护)协议开销:
约%;
*DBA算法剩余时隙引入额外的封装开销(GPON中允许分割帧,当剩余时隙不足以传输一个完整的以太网帧时,该以太网帧可以被分割成多个GEM帧传输,但每段分割的帧都要再额外增加一个新的GEM帧头):
约%;
GPON上行总开销为上述开销之和,约为133Mbit/s,可用带宽约为1111Mbit/s(即1244Mbit/s-133Mbit/s)。
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