GGSN/SAE-GW下沉方法論研究

0 前言

隨著2I2C業(yè)務(wù)的快速推廣，越來越多的用戶開始低資費(fèi)地享受到移動(dòng)寬帶體驗(yàn)，某運(yùn)營商現(xiàn)有核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能否適應(yīng)這些高速移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的沖浪沖擊，如何用最優(yōu)的投資解決新的核心網(wǎng)網(wǎng)元布局，都成為該運(yùn)營商各省2017年網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)必須直面的問題。在此背景下，本文分析出影響核心網(wǎng)布局的核心網(wǎng)、數(shù)據(jù)、平臺(tái)、配套等多專業(yè)的投資評估測算方法，探索出投資最優(yōu)的核心網(wǎng)網(wǎng)元GGSN/SAE-GW布局方案，并給出了具體實(shí)例，從而解決了上述建設(shè)困惑。

1 影響GGSN/SAE-GW布局的因素分析

作為移動(dòng)通信網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)業(yè)務(wù)對接的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，GGSN/SAE-GW布局直接影響了業(yè)務(wù)流量流向，與承載網(wǎng)、CDN、傳輸?shù)榷加兄�密不可分的交集，彼此的建設(shè)也互相制約；同時(shí)，又因?yàn)樗�的核心地位，采集其�?shù)據(jù)的安全系統(tǒng)等及核心機(jī)房的資源等也如影隨形地成為它建設(shè)考量的因素；再加之核心網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)界最先步入虛擬化的網(wǎng)絡(luò)專業(yè)，GGSN/SAE-GW的設(shè)備形態(tài)及維護(hù)力量也成為建設(shè)者左右為難的砝碼；因此，GGSN/SAE-GW布局必須綜合多重因素來考慮，下面將進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 流量疏通成本

鑒于2017年固移融合的CDN網(wǎng)絡(luò)會(huì)部署至地（市），移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流量流向?qū)⒅鸩桨l(fā)生變化，一方面該運(yùn)營商自有手機(jī)視頻資源會(huì)逐步豐富，可按需下沉至地（市），另一方面也會(huì)吸引越來越多的OTT將手機(jī)視頻源納入該運(yùn)營商的CDN網(wǎng)絡(luò)、按需下沉地（市）；屆時(shí)，GGSN/SAE-GW疏通的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流量中將有部分視頻流量可通過中國聯(lián)通本地CDN直接疏通，同時(shí)也解決了以往GGSN/SAE-GW下沉地（市）帶來的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量兜圈子問題。下面，用幾幅圖來展示相關(guān)的變化。

a） 流量疏通現(xiàn)狀。目前，該運(yùn)營商核心網(wǎng)分組域網(wǎng)元普遍設(shè)置在省會(huì)或者大區(qū)中心，以GGSN/SAE-GW建設(shè)在省會(huì)的4G流量為例，從無線至業(yè)務(wù)的流量路徑如圖1所示。

圖1 4G網(wǎng)絡(luò)流量路由

b） CDN下沉地（市）后的流量疏通狀況。若GGSN/SAE-GW網(wǎng)元下沉至非省會(huì)城市，且該城市為169網(wǎng)骨干節(jié)點(diǎn)城市，從無線至業(yè)務(wù)的4G流量路徑如圖2所示，圖2中將通過本地CDN疏通的視頻流量稱為下沉視頻流量；若GGSN/SAE-GW網(wǎng)元下沉至非169骨干節(jié)點(diǎn)城市，從無線至業(yè)務(wù)的4G流量路徑如圖3所示。

圖2 GGSN/SAE-GW下沉169骨干節(jié)點(diǎn)地（市）4G流量路由

圖3 GGSN/SAE-GW下沉非169骨干節(jié)點(diǎn)地（市）4G流量路由

綜上所述，GGSN/SAE-GW布局的不同將會(huì)引發(fā)不同的流量疏通成本，下沉至該運(yùn)營商CDN的視頻流量與其他流量的疏通成本也會(huì)有所不同，因此，下沉視頻流量成本和其他成本應(yīng)分別予以分析。

1.2 各類配套成本

GGSN/SAE-GW作為網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)均安裝于各城市的核心機(jī)房，同時(shí)也通過其外圍數(shù)通組網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)與無線、傳輸、數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接；因此，GGSN/SAE-GW布局城市的首次調(diào)整因無法利舊現(xiàn)有資源而帶來機(jī)房配套成本、數(shù)通組網(wǎng)設(shè)備成本、維護(hù)培訓(xùn)成本的增加，后續(xù)擴(kuò)容則無差異；而其核心網(wǎng)設(shè)備自身的投資則因?yàn)榘磻粲?jì)量的投資單位，與布局城市不具有相關(guān)性。

另外，圍繞GGSN/SAE-GW設(shè)備的采集分析及安全監(jiān)測等系統(tǒng)也具有GGSN/SAE-GW布局城市首次調(diào)整所帶來的首次成本增加，相較于通過傳輸將需采集分析的數(shù)據(jù)送往省會(huì)城市方式，直接圍繞GGSN/SAE-GW設(shè)備建設(shè)系統(tǒng)僅在首次調(diào)整時(shí)發(fā)生費(fèi)用，而傳輸成本會(huì)隨著數(shù)據(jù)流量的增加越來越高，尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)向高速化演進(jìn)的時(shí)代。

綜上所述，數(shù)通設(shè)備、采集設(shè)備、機(jī)房配套及運(yùn)維成本均是需考量的成本因素。

1.3 其他因素

對于用戶而言，一些移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)沖浪業(yè)務(wù)（如手游業(yè)務(wù)）需要低時(shí)延保障以帶來極致體驗(yàn)，因此地（市）的無線網(wǎng)絡(luò)通過本地的核心網(wǎng)疏通業(yè)務(wù)是提升這類客戶體驗(yàn)的優(yōu)勢條件；但是，目前鮮有這類投訴，究其原因，不漫游用戶居高于90%以上，用戶在省內(nèi)不漫游時(shí)從地（市）至省會(huì)的傳輸時(shí)延普遍不會(huì)影響這類業(yè)務(wù)體驗(yàn)，而漫游用戶的體驗(yàn)不佳則是需要通過歸屬地接入調(diào)整為拜訪地接入來解決，與GGSN/SAE-GW布局在什么樣的城市不具有相關(guān)性。因此，2017年的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗(yàn)基本可忽略，除非省內(nèi)地域過大，有用戶感覺到了時(shí)延影響。

另外，2017年GGSN/SAE-GW的虛擬化設(shè)備普遍轉(zhuǎn)發(fā)能力較弱，且C/U分離的試點(diǎn)應(yīng)用也有待驗(yàn)證，全網(wǎng)推廣虛擬化GGSN/SAE-GW設(shè)備的時(shí)機(jī)尚不成熟，因此，2017年的GGSN/SAE-GW布局建設(shè)僅考慮減少新的GGSN/SAE-GW建設(shè)即可，如此可減少較早被淘汰的設(shè)備套數(shù)。

至于核心網(wǎng)設(shè)備維護(hù)人員的運(yùn)維能力成長都有一個(gè)過程，但可通過及時(shí)的溝通及要求廠家的響應(yīng)時(shí)間來解決，因此，GGSN/SAE-GW布局至新的城市所帶來的維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)基本可忽略不計(jì)。

綜上所述，這3類其他因素在2017年的GGSN/SAE-GW布局建設(shè)中基本可忽略，僅需要注意盡量減少新建GGSN/SAE-GW數(shù)量即可。

2 GGSN/SAE-GW下沉評估測算方法

根據(jù)上一章的分析結(jié)論，2017年新建GGSN/SAE-GW的布局建設(shè)應(yīng)聚焦成本因素，對標(biāo)下沉與不下沉2種方案的投資因素，具體分析具體推算，最終選擇出最優(yōu)投資方案用于核心網(wǎng)建設(shè)中。

2.1 流量疏通成本測算方法

根據(jù)圖1、2和3可知GGSN/SAE-GW下沉和不下沉2種方案的流量成本（見表1）。

表1 下沉/不下沉投資成本對比

2.1.1 IP承載B網(wǎng)投資測算方法

根據(jù)某運(yùn)營商IP承載B網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及采購框架進(jìn)行估算，1 Gbit/s的流量在省內(nèi)從地（市）AR至省內(nèi)BR再至省會(huì)或大區(qū)中心節(jié)點(diǎn)AR設(shè)備，綜合投資約為13萬元，計(jì)算表格如表2所示。

表2 IP承載B網(wǎng)綜合流量成本

在GGSN/SAE-GW不下沉地（市）的情況下，流量需繞行B網(wǎng)到達(dá)省會(huì)或大區(qū)中心節(jié)點(diǎn)，帶來的IP承載B網(wǎng)投資計(jì)算公式=地（市）總流量×13，為了比較方便，可以將該式拆分為C=地（市）總流量×13×視頻占比×下沉視頻占比，D=地（市）總流量×13-地（市）總流量×13×視頻占比×下沉視頻占比，其中C公式為不下沉方式比下沉方式額外增加的投資成本，如果網(wǎng)元下沉，該部分流量從本地直接出網(wǎng)，不再經(jīng)由B網(wǎng)路由。

在GGSN/SAE-GW下沉地（市）的情況下，產(chǎn)生的流量不需繞行B網(wǎng)（如圖2和3）從本地城域網(wǎng)直接出網(wǎng)，若該地（市）為169骨干節(jié)點(diǎn)，則流量直接到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)，若該地（市）為非169骨干節(jié)點(diǎn)，則流量需繞行至省內(nèi)城域網(wǎng)至169骨干節(jié)點(diǎn)出網(wǎng)，增加的城域網(wǎng)投資詳見下節(jié)內(nèi)容分析。

2.1.2 城域網(wǎng)投資測算方法

根據(jù)某運(yùn)營商城域網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及采購框架進(jìn)行估算，1 Gbit/s的流量在省內(nèi)從地（市）核心設(shè)備至省內(nèi)核心再至省會(huì)城市或大區(qū)中心城市核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備，綜合投資約為5萬元。計(jì)算表格如表3所示。

表3 城域網(wǎng)綜合流量成本

在GGSN/SAE-GW下沉地（市）的情況下，產(chǎn)生的流量不需繞行B網(wǎng)，從本地城域網(wǎng)直接出網(wǎng)，其中在本地CDN節(jié)點(diǎn)中可直接訪問的視頻流量公式計(jì)算可表達(dá)為：地（市）總流量×視頻占比×下沉視頻占比，若該地（市）為169骨干節(jié)點(diǎn)，則流量直接到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)，若該地（市）為非169骨干節(jié)點(diǎn)，則流量需繞行至省內(nèi)城域網(wǎng)至169骨干節(jié)點(diǎn)出網(wǎng)，增加的城域網(wǎng)投資E=（總流量-總流量×視頻占比×下沉視頻占比）×5。

需要說明的是，在GGSN/SAE-GW下沉至169骨干節(jié)點(diǎn)城市情況下，流量均從本地出網(wǎng)，不占用二干傳輸資源，而下沉至非169骨干節(jié)點(diǎn)時(shí)，部分流量會(huì)繞行省內(nèi)城域網(wǎng)或169省網(wǎng)至省會(huì)169骨干節(jié)點(diǎn)出網(wǎng)，除占用城域網(wǎng)資源外，還會(huì)占用一定的二干傳輸資源，由于二干傳輸需結(jié)合具體DWDM波分環(huán)路節(jié)點(diǎn)設(shè)置情況分析造價(jià)，因此本課題不再做統(tǒng)一測算，具體測算時(shí)可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況進(jìn)行酌情考慮。

2.2 各類配套成本測算方法

a） 配套組網(wǎng)設(shè)備。在GGSN/SAE-GW設(shè)備下沉地（市）情況下，考慮設(shè)備的容災(zāi)，新建設(shè)備需異局址設(shè)置或設(shè)置在同一機(jī)房的不同樓層，在此情況下最少需考慮增加的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為4臺(tái)路由器及2臺(tái)防火墻，結(jié)合目前集采經(jīng)驗(yàn)，路由器設(shè)備估算可按照40萬元/臺(tái)。防火墻按照70萬元/臺(tái)考慮。在GGSN設(shè)備不下沉的情況下，組網(wǎng)設(shè)備在現(xiàn)有設(shè)備上進(jìn)行擴(kuò)容即可，成本遠(yuǎn)低于上述成本。

b） 采集系統(tǒng)成本/VoLTE SBC警用接口。跟隨GGSN/SAE-GW設(shè)備的相關(guān)鏈路采集系統(tǒng)在下沉情況下，增加成本測算可分為2部分，一部分初始基礎(chǔ)投資部分，包括統(tǒng)一硬件的新建，約為90萬元，后續(xù)每增加一套采集系統(tǒng)需增加20萬元。由于VoLTE SBC設(shè)備需跟隨SAE-GW設(shè)備下沉，每下沉一套SBC設(shè)備警用接口帶來的增加為7萬元。

c） 機(jī)房配套成本。GGSN/SAE-GW設(shè)備下沉情況下，對于地（市）需考慮新建機(jī)房或者利舊機(jī)房2種情況，新建設(shè)局址按照2臺(tái)空調(diào)、裝修消防（90機(jī)架面積/電源），初步估算約需要280萬元，利舊局址考慮電源系統(tǒng)擴(kuò)容成本約為30萬元，對中國聯(lián)通來講，北方省份機(jī)房條件較好，可考慮利舊方式，南方省份大多數(shù)情況需考慮新建機(jī)房的裝修。

d） 運(yùn)行維護(hù)成本。由于GGSN/SAE-GW設(shè)備下沉帶來人員培訓(xùn)費(fèi)增加，結(jié)合目前人員的培訓(xùn)費(fèi)用，按照20萬元估列。不下沉情況無該部分成本。

2.3 下沉流量門限的計(jì)算

結(jié)合2.1及2.2節(jié)的分析，GGSN/SAE-GW設(shè)備在下沉/不下沉情況下額外增加的成本歸納至表4。

表4 下沉成本對比

結(jié)合表4，當(dāng)（不下沉投資-下沉投資）>0時(shí)，不下沉投資大，不下沉，反之下沉；當(dāng)（不下沉投資-下沉投資）=0時(shí)，計(jì)算出來的流量定義為地（市）的下沉流量門限。下沉流量門限的計(jì)算結(jié)果如下：

下沉地（市）為169骨干節(jié)點(diǎn)城市時(shí)，地（市）下沉流量門限=（數(shù)通采集成本+VoLTE SBC警用接口成本+機(jī)房配套成本+運(yùn)維成本）/13。

下沉地（市）為非169骨干節(jié)點(diǎn)城市時(shí)，地（市）下沉流量門限=（數(shù)通采集成本+VoLTE SBC警用接口成本+機(jī)房配套成本+運(yùn)維成本） /（8+視頻占比×下沉視頻占比×5）。

這樣，對于判斷GGSN/SAE-GW設(shè)備下沉地（市）是否更節(jié)省成本，只需要根據(jù)其在規(guī)劃期內(nèi)的流量預(yù)測值與下沉流量門限進(jìn)行比較即可進(jìn)行判斷。判斷流程如圖4所示。

圖4 下沉判斷流程

3 某省聯(lián)通測算實(shí)例

結(jié)合上述的方法論，對某運(yùn)營商北方某省的A市是否進(jìn)行下沉進(jìn)行綜合測算和判定，A市預(yù)測取定的參數(shù)如下：

a） 預(yù)測至2018年3月某省總流量為790 Gbit/s。

b） A市流量占全省流量比例為9.27%。

c） A市總視頻占比為70%，下沉視頻占比為30%。

d） A市機(jī)房全部按照利舊考慮。

e） 數(shù)通設(shè)備按照4臺(tái)路由器、2臺(tái)防火墻考慮。

f） 采集系統(tǒng)按照2套考慮。

g） 考慮2套VoLTE SBC警用接口。

h） 運(yùn)維成本按照20萬元考慮。

i） A市為非169骨干節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)算法，A市的下沉流量門限=（數(shù)通采集成本+VoLTE SBC警用接口成本+機(jī)房配套成本+運(yùn)維成本）/（8+視頻占比×下沉視頻占比×5）=［（80+70）×2+30×3+2×20+2×7+50］/（8+0.7×0.3×5）=55 Gbit/s

根據(jù)預(yù)測，2018年3月A市流量=全省總流量×A市流量占比=790×9.27%=73 Gbit/s，可以看出預(yù)測流量已經(jīng)大于下沉流量門限，建議該市進(jìn)行GGSN/SAE-GW網(wǎng)元的下沉建設(shè)。

4 結(jié)束語

首先給出了現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)流量從接入到業(yè)務(wù)的完整網(wǎng)絡(luò)路徑以及下沉方式下的流量路由，基于此對GGSN/SAE-GW下沉涉及的成本因素進(jìn)行羅列，并對成本因素進(jìn)行了量化分析，給出了具體的量化指標(biāo)，從而推導(dǎo)出下沉流量門限的計(jì)算公式。最后結(jié)合某省實(shí)例給出了具體測算過程的展示。

GGSN/SAE-GW網(wǎng)元下沉方法論研究，可以指導(dǎo)省分公司判斷是否進(jìn)行分組網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)調(diào)整的建設(shè)，減輕由于分組域流量增加帶來的B網(wǎng)/城域網(wǎng)投資壓力。對于聚焦重點(diǎn)建設(shè)、精準(zhǔn)投資、降本增效有重要的實(shí)用意義。

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作者簡介：

譚蓓，畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，中訊郵電咨詢設(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司交換與信息設(shè)計(jì)部副總工程師，高級(jí)工程師，碩士，主要從事核心網(wǎng)規(guī)劃咨詢設(shè)計(jì)及新技術(shù)研究工作；賀曉博，畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事核心網(wǎng)項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)及咨詢工作；李蓉，畢業(yè)于重慶郵電大學(xué)，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事核心網(wǎng)項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)及咨詢工作。

作者：譚蓓 賀曉博 李蓉 來源：《郵電設(shè)計(jì)技術(shù)》2017年第12期