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GGSN/SAE-GW下沉方法论研究

( 2018/3/21 08:28 )

0  前言

随着2I2C业务的快速推广,越来越多的用户开始低资费地享受到移动宽带体验,某运营商现有核心网网络架构能否适应这些高速移动互联网的冲浪冲击,如何用最优的投资解决新的核心网网元布局,都成为该运营商各省2017年网络建设时必须直面的问题。在此背景下,本文分析出影响核心网布局的核心网、数据、平台、配套等多专业的投资评估测算方法,探索出投资最优的核心网网元GGSN/SAE-GW布局方案,并给出了具体实例,从而解决了上述建设困惑。

1  影响GGSN/SAE-GW布局的因素分析

作为移动通信网与移动互联业务对接的关键节点,GGSN/SAE-GW布局直接影响了业务流量流向,与承载网CDN、传输等都有着密不可分的交集,彼此的建设也互相制约;同时,又因为它的核心地位,采集其数据的安全系统等及核心机房的资源等也如影随形地成为它建设考量的因素;再加之核心网作为通信网络界最先步入虚拟化的网络专业,GGSN/SAE-GW的设备形态及维护力量也成为建设者左右为难的砝码;因此,GGSN/SAE-GW布局必须综合多重因素来考虑,下面将进行详细分析。

1.1  流量疏通成本

鉴于2017年固移融合的CDN网络会部署至地(市),移动互联网业务流量流向将逐步发生变化,一方面该运营商自有手机视频资源会逐步丰富,可按需下沉至地(市),另一方面也会吸引越来越多的OTT将手机视频源纳入该运营商的CDN网络、按需下沉地(市);届时,GGSN/SAE-GW疏通的移动互联网业务流量中将有部分视频流量可通过中国联通本地CDN直接疏通,同时也解决了以往GGSN/SAE-GW下沉地(市)带来的移动互联网流量兜圈子问题。下面,用几幅图来展示相关的变化。

a) 流量疏通现状。目前,该运营商核心网分组域网元普遍设置在省会或者大区中心,以GGSN/SAE-GW建设在省会的4G流量为例,从无线至业务的流量路径如图1所示。

图1 4G网络流量路由

b) CDN下沉地(市)后的流量疏通状况。若GGSN/SAE-GW网元下沉至非省会城市,且该城市为169网骨干节点城市,从无线至业务的4G流量路径如图2所示,图2中将通过本地CDN疏通的视频流量称为下沉视频流量;若GGSN/SAE-GW网元下沉至非169骨干节点城市,从无线至业务的4G流量路径如图3所示。

图2 GGSN/SAE-GW下沉169骨干节点地(市)4G流量路由

图3 GGSN/SAE-GW下沉非169骨干节点地(市)4G流量路由

综上所述,GGSN/SAE-GW布局的不同将会引发不同的流量疏通成本,下沉至该运营商CDN的视频流量与其他流量的疏通成本也会有所不同,因此,下沉视频流量成本和其他成本应分别予以分析。

1.2  各类配套成本

GGSN/SAE-GW作为网络中的关键节点均安装于各城市的核心机房,同时也通过其外围数通组网设备实现与无线、传输、数据及业务节点的网络连接;因此,GGSN/SAE-GW布局城市的首次调整因无法利旧现有资源而带来机房配套成本、数通组网设备成本、维护培训成本的增加,后续扩容则无差异;而其核心网设备自身的投资则因为按户计量的投资单位,与布局城市不具有相关性。

另外,围绕GGSN/SAE-GW设备的采集分析及安全监测等系统也具有GGSN/SAE-GW布局城市首次调整所带来的首次成本增加,相较于通过传输将需采集分析的数据送往省会城市方式,直接围绕GGSN/SAE-GW设备建设系统仅在首次调整时发生费用,而传输成本会随着数据流量的增加越来越高,尤其是移动互联网向高速化演进的时代。

综上所述,数通设备、采集设备、机房配套及运维成本均是需考量的成本因素。

1.3  其他因素

对于用户而言,一些移动互联网冲浪业务(如手游业务)需要低时延保障以带来极致体验,因此地(市)的无线网络通过本地的核心网疏通业务是提升这类客户体验的优势条件;但是,目前鲜有这类投诉,究其原因,不漫游用户居高于90%以上,用户在省内不漫游时从地(市)至省会的传输时延普遍不会影响这类业务体验,而漫游用户的体验不佳则是需要通过归属地接入调整为拜访地接入来解决,与GGSN/SAE-GW布局在什么样的城市不具有相关性。因此,2017年的移动互联网业务体验基本可忽略,除非省内地域过大,有用户感觉到了时延影响。

另外,2017年GGSN/SAE-GW的虚拟化设备普遍转发能力较弱,且C/U分离的试点应用也有待验证,全网推广虚拟化GGSN/SAE-GW设备的时机尚不成熟,因此,2017年的GGSN/SAE-GW布局建设仅考虑减少新的GGSN/SAE-GW建设即可,如此可减少较早被淘汰的设备套数。

至于核心网设备维护人员的运维能力成长都有一个过程,但可通过及时的沟通及要求厂家的响应时间来解决,因此,GGSN/SAE-GW布局至新的城市所带来的维护风险基本可忽略不计。

综上所述,这3类其他因素在2017年的GGSN/SAE-GW布局建设中基本可忽略,仅需要注意尽量减少新建GGSN/SAE-GW数量即可。

2  GGSN/SAE-GW下沉评估测算方法

根据上一章的分析结论,2017年新建GGSN/SAE-GW的布局建设应聚焦成本因素,对标下沉与不下沉2种方案的投资因素,具体分析具体推算,最终选择出最优投资方案用于核心网建设中。

2.1  流量疏通成本测算方法

根据图1、2和3可知GGSN/SAE-GW下沉和不下沉2种方案的流量成本(见表1)。

表1 下沉/不下沉投资成本对比

2.1.1  IP承载B网投资测算方法

根据某运营商IP承载B网的建设经验以及采购框架进行估算,1 Gbit/s的流量在省内从地(市)AR至省内BR再至省会或大区中心节点AR设备,综合投资约为13万元,计算表格如表2所示。

表2 IP承载B网综合流量成本

在GGSN/SAE-GW不下沉地(市)的情况下,流量需绕行B网到达省会或大区中心节点,带来的IP承载B网投资计算公式=地(市)总流量×13,为了比较方便,可以将该式拆分为C=地(市)总流量×13×视频占比×下沉视频占比,D=地(市)总流量×13-地(市)总流量×13×视频占比×下沉视频占比,其中C公式为不下沉方式比下沉方式额外增加的投资成本,如果网元下沉,该部分流量从本地直接出网,不再经由B网路由。

在GGSN/SAE-GW下沉地(市)的情况下,产生的流量不需绕行B网(如图2和3)从本地城域网直接出网,若该地(市)为169骨干节点,则流量直接到达互联网,若该地(市)为非169骨干节点,则流量需绕行至省内城域网至169骨干节点出网,增加的城域网投资详见下节内容分析。

2.1.2  城域网投资测算方法

根据某运营商城域网的建设经验以及采购框架进行估算,1 Gbit/s的流量在省内从地(市)核心设备至省内核心再至省会城市或大区中心城市核心节点设备,综合投资约为5万元。计算表格如表3所示。

表3 城域网综合流量成本

在GGSN/SAE-GW下沉地(市)的情况下,产生的流量不需绕行B网,从本地城域网直接出网,其中在本地CDN节点中可直接访问的视频流量公式计算可表达为:地(市)总流量×视频占比×下沉视频占比,若该地(市)为169骨干节点,则流量直接到达互联网,若该地(市)为非169骨干节点,则流量需绕行至省内城域网至169骨干节点出网,增加的城域网投资E=(总流量-总流量×视频占比×下沉视频占比)×5。

需要说明的是,在GGSN/SAE-GW下沉至169骨干节点城市情况下,流量均从本地出网,不占用二干传输资源,而下沉至非169骨干节点时,部分流量会绕行省内城域网或169省网至省会169骨干节点出网,除占用城域网资源外,还会占用一定的二干传输资源,由于二干传输需结合具体DWDM波分环路节点设置情况分析造价,因此本课题不再做统一测算,具体测算时可根据网络实际情况进行酌情考虑。

2.2  各类配套成本测算方法

a) 配套组网设备。在GGSN/SAE-GW设备下沉地(市)情况下,考虑设备的容灾,新建设备需异局址设置或设置在同一机房的不同楼层,在此情况下最少需考虑增加的网络设备为4台路由器及2台防火墙,结合目前集采经验,路由器设备估算可按照40万元/台。防火墙按照70万元/台考虑。在GGSN设备不下沉的情况下,组网设备在现有设备上进行扩容即可,成本远低于上述成本。

b) 采集系统成本/VoLTE SBC警用接口。跟随GGSN/SAE-GW设备的相关链路采集系统在下沉情况下,增加成本测算可分为2部分,一部分初始基础投资部分,包括统一硬件的新建,约为90万元,后续每增加一套采集系统需增加20万元。由于VoLTE SBC设备需跟随SAE-GW设备下沉,每下沉一套SBC设备警用接口带来的增加为7万元。

c) 机房配套成本。GGSN/SAE-GW设备下沉情况下,对于地(市)需考虑新建机房或者利旧机房2种情况,新建设局址按照2台空调、装修消防(90机架面积/电源),初步估算约需要280万元,利旧局址考虑电源系统扩容成本约为30万元,对中国联通来讲,北方省份机房条件较好,可考虑利旧方式,南方省份大多数情况需考虑新建机房的装修。

d) 运行维护成本。由于GGSN/SAE-GW设备下沉带来人员培训费增加,结合目前人员的培训费用,按照20万元估列。不下沉情况无该部分成本。

2.3  下沉流量门限的计算

结合2.1及2.2节的分析,GGSN/SAE-GW设备在下沉/不下沉情况下额外增加的成本归纳至表4。

表4 下沉成本对比

结合表4,当(不下沉投资-下沉投资)>0时,不下沉投资大,不下沉,反之下沉;当(不下沉投资-下沉投资)=0时,计算出来的流量定义为地(市)的下沉流量门限。下沉流量门限的计算结果如下:

下沉地(市)为169骨干节点城市时,地(市)下沉流量门限=(数通采集成本+VoLTE SBC警用接口成本+机房配套成本+运维成本)/13。

下沉地(市)为非169骨干节点城市时,地(市)下沉流量门限=(数通采集成本+VoLTE SBC警用接口成本+机房配套成本+运维成本) /(8+视频占比×下沉视频占比×5)。

这样,对于判断GGSN/SAE-GW设备下沉地(市)是否更节省成本,只需要根据其在规划期内的流量预测值与下沉流量门限进行比较即可进行判断。判断流程如图4所示。

图4 下沉判断流程

3  某省联通测算实例

结合上述的方法论,对某运营商北方某省的A市是否进行下沉进行综合测算和判定,A市预测取定的参数如下:

a) 预测至2018年3月某省总流量为790 Gbit/s。

b) A市流量占全省流量比例为9.27%。

c) A市总视频占比为70%,下沉视频占比为30%。

d) A市机房全部按照利旧考虑。

e) 数通设备按照4台路由器、2台防火墙考虑。

f) 采集系统按照2套考虑。

g) 考虑2套VoLTE SBC警用接口。

h) 运维成本按照20万元考虑。

i) A市为非169骨干节点。

根据算法,A市的下沉流量门限=(数通采集成本+VoLTE SBC警用接口成本+机房配套成本+运维成本)/(8+视频占比×下沉视频占比×5)=[(80+70)×2+30×3+2×20+2×7+50]/(8+0.7×0.3×5)=55 Gbit/s

根据预测,2018年3月A市流量=全省总流量×A市流量占比=790×9.27%=73 Gbit/s,可以看出预测流量已经大于下沉流量门限,建议该市进行GGSN/SAE-GW网元的下沉建设。

4  结束语

首先给出了现有LTE网络流量从接入到业务的完整网络路径以及下沉方式下的流量路由,基于此对GGSN/SAE-GW下沉涉及的成本因素进行罗列,并对成本因素进行了量化分析,给出了具体的量化指标,从而推导出下沉流量门限的计算公式。最后结合某省实例给出了具体测算过程的展示。

GGSN/SAE-GW网元下沉方法论研究,可以指导省分公司判断是否进行分组网络架构调整的建设,减轻由于分组域流量增加带来的B网/城域网投资压力。对于聚焦重点建设、精准投资、降本增效有重要的实用意义。

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作者简介:

谭蓓,毕业于北京邮电大学,中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司交换与信息设计部副总工程师,高级工程师,硕士,主要从事核心网规划咨询设计及新技术研究工作;贺晓博,毕业于北京邮电大学,高级工程师,学士,主要从事核心网项目的规划设计及咨询工作;李蓉,毕业于重庆邮电大学,高级工程师,学士,主要从事核心网项目的规划设计及咨询工作。

作者:谭蓓 贺晓博 李蓉   来源:《邮电设计技术》2017年第12期

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