中國電信股份有限公司連云港分公司 陳素春 陳長勝

中國電信股份有限公司江蘇分公司 劉亞峰

多業(yè)務(wù)傳送平臺以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)時延特性分析

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摘要：根據(jù)MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺）以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)的信號傳遞過程，分析了該類型業(yè)務(wù)的時延組成部分，給出了常用的時延分析和計算方法以及一些常用數(shù)據(jù)，對時延過大問題給出了一般的障礙分析和處理思路。

關(guān)鍵詞：垃多業(yè)務(wù)傳送平臺；時延；以太網(wǎng)；同步數(shù)字體系

MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺）技術(shù)融合了SDH（同步數(shù)字體系）網(wǎng)絡(luò)高可靠性的關(guān)鍵技術(shù)特點和IP（因特網(wǎng)協(xié)議）靈活承載業(yè)務(wù)及低成本高效率的固有優(yōu)勢，具備端到端帶寬靈活調(diào)整能力并能保證端到端高QoS（業(yè)務(wù)質(zhì)量）。在業(yè)務(wù)開放和維護過程中，影響用戶正常使用業(yè)務(wù)的因素是多種多樣的，會出現(xiàn)丟包、時延大、帶寬不足、時延抖動等障礙現(xiàn)象。在影響IP業(yè)務(wù)的眾多因素中，對時延特性往往缺乏足夠的重視，在日常的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)和業(yè)務(wù)維護過程中缺乏全程的考慮，也缺少相應(yīng)的評估手段和技術(shù)規(guī)范。

1　時延對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的影響

延時特性對IP承載的不同業(yè)務(wù)有著不同的影響。對語音業(yè)務(wù)的影響主要表現(xiàn)為隨著時延的增大，回波干擾的影響也逐漸加大，降低了收話的清晰度。延時超過24 ms，人聽覺就會有感覺。對于單向電視業(yè)務(wù)，絕對時延影響不大，但延時的變化會導(dǎo)致圖形信號和伴音信號的不一致，產(chǎn)生畫面和聲音脫節(jié)的現(xiàn)象。對于像IPTV（網(wǎng)絡(luò)電視）這類互動業(yè)務(wù)，時延特性對用戶的使用體驗有較大的影響，比如用戶使用遙控器進行點播、快進、回看等與業(yè)務(wù)平臺互動操作時，對操作的延時特性有較為敏感的要求。IP網(wǎng)的時延對單向傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)沒有實質(zhì)性的影響，但對采用TCP（傳輸控制協(xié)議）的業(yè)務(wù)或信令系統(tǒng)等應(yīng)用有較大的影響，對該類業(yè)務(wù)的使用帶寬有顯著的降低作用，因為該類業(yè)務(wù)是依賴一系列請求和確認協(xié)議來確?？煽康臄?shù)據(jù)交互，應(yīng)用在等待完成這些流程的同時無法全面利用以太網(wǎng)鏈路上的可用帶寬，因此時延影響降低了應(yīng)用數(shù)據(jù)的交付效率，使得應(yīng)用響應(yīng)顯得緩慢。時延被稱為IP網(wǎng)絡(luò)的“應(yīng)用性能的無聲殺手”，比如，對于采用Windows系統(tǒng)的終端，它的默認最大發(fā)送數(shù)據(jù)包為65 500 byte，由于TCP使用確認機制，所以它的單線程下載帶寬最大為65 500×8÷t，t為線路時延，與線路時延是成反比的。比如用戶開通了一條100 Mb/s專線電路，線路時延假定為30 ms,則用戶用單線程工具下載的最大速率為17.5 Mb/s。當(dāng)用戶業(yè)務(wù)時延達到一定值以后，提升帶寬對用戶單線程業(yè)務(wù)的實際使用帶寬是沒有效果的。表1給出了采用TCP的終端在不同時延下單線程下載帶寬限制的數(shù)值。

2　MSTP以太網(wǎng)專線時延構(gòu)成

2.1以太網(wǎng)時延分析

時延是反映IP網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)。時延按幀轉(zhuǎn)發(fā)方式可以分為存儲轉(zhuǎn)發(fā)和比特轉(zhuǎn)發(fā)兩種方式，MSTP以太網(wǎng)專線一般均采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式。對于存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式而言，時延是指輸入信號幀最后一位到達輸入端口到該幀第一位出現(xiàn)在輸出端口的時間間隔。但在實際生產(chǎn)情況下，MSTP以太網(wǎng)專線的時延一般是指運營商在客戶機房的最靠近用戶的以太網(wǎng)端口之間的信號時延，測試時一般還要包含測試終端到該以太網(wǎng)端口的信號時延。

MSTP以太網(wǎng)專線的端到端時延主要由串行時延、傳播時延和處理時延3個部分組成。在用戶帶寬較低的情形下，串行時延對整個端到端時延影響較大，對于傳輸距離較遠的情形則傳播時延占整個端到端時延的比例最大。

2.2串行時延

串行時延是指一個信號幀在被處理前全部被一個接受節(jié)點所需要的時間。串行時延中影響較大的MAC（媒體接入控制）幀開銷和GFP（通用成幀規(guī)程）封裝時引入的時延。

對于MAC幀而言，因其幀結(jié)構(gòu)中需要7個字節(jié)的幀前碼（Preamble）、1個字節(jié)的幀起始符（SOF）和12個字節(jié)的幀間隙（IFG）共20 byte的開銷。因此，因以太網(wǎng)幀引入的串行時延可以用表示為

其中PEth為凈負荷，CEth為容量。以太網(wǎng)幀引入的串行時延與傳輸端口速率成反比，速率越高，接收一個完整幀的時間越短。串行時延與幀長有關(guān)，幀越長，時延也就越大。見表2。

另一個對串行時延有影響的因素是以太網(wǎng)幀的封裝過程。我們就以應(yīng)用最為廣泛的GFP來進行分析。從以太網(wǎng)MAC幀使用GFP封裝的基本過程中，我們可以看出，以太網(wǎng)幀封裝進VC-n-Xv時增加了CoreHeader和PayLoadType共8 byte的開銷，其時延可以表示為

其中PGFP為凈負荷，BVc-n-Xv表示以太網(wǎng)電路的業(yè)務(wù)帶寬。表3給出了GFP封裝形成的時延典型值。

2.3傳播時延

傳播時延T是指信號在傳輸介質(zhì)中從發(fā)端到收端所需的

時間，它和傳輸距離以及傳輸媒質(zhì)有關(guān)。其值可以由下式得到：

式中L為信號經(jīng)過的光纜線路長度，C為光信號在真空中的速度，取C＝3×105km/s，n1為折射率，取1.468，如果是G.655光纜，n1取1.469。由上式可得光纜引起的時延約為4.9μs/km。L一般可以通過資源系統(tǒng)查詢獲得。需要指出的是，跨本地網(wǎng)的業(yè)務(wù)信號在傳輸過程中通常會使用DWDM（密集波分復(fù)用）、OTN（光傳送網(wǎng)）傳輸系統(tǒng)等設(shè)備，也可能在本地網(wǎng)內(nèi)使用了40 Gb/s的傳輸系統(tǒng)或波分設(shè)備，這些設(shè)備一般都會使用色散補償光纖，其長度一般可以從設(shè)計文件查得，設(shè)計文件上一般會提供色散補償光纖所補償?shù)墓饫w長度，色散補償光纖的自身長度大約為所補償?shù)拈L度的1/7。如果無法獲得設(shè)計文件，可由光纜長度來代替色散補償光纖所補償?shù)墓饫w長度對時延進行估算。表4給出了信號在G.652光纖中的往返傳播時延隨傳輸距離變化的參考值（含色散補償光纖因素）。

2.4處理時延

處理時延是指信號經(jīng)過光—電—光設(shè)備時，從入設(shè)備到出設(shè)備所需時間延遲。對于SDH設(shè)備而言，處理時延是隨設(shè)備的不同實現(xiàn)方法而變化的。以數(shù)字交叉連接設(shè)備為例，采用純空分交叉連接處理140 Mb/s信號到140 Mb/s信號時，一般延時只有幾μs，而采用時空時矩陣時時延可達30μs。另外，不同的輸出輸入口組合也會有不同的時延，速率越高需要的時延越小。根據(jù)YD/T 974—1998，SDH的處理時延對于VC12級別，應(yīng)小于125μs，對于VC4級別，應(yīng)小于50μs，網(wǎng)元的實測值比規(guī)范要小一些。SDH的設(shè)備延時在估算時可以通過儀表測試獲得，也可以每一個網(wǎng)元不分交叉級別統(tǒng)一用0.05 ms來估算。對于DWDM設(shè)備而言，其延時主要發(fā)生在編碼和解碼的電層處理上，每個波長轉(zhuǎn)換網(wǎng)元引起的往返時延在0.05 ms左右，即一個光復(fù)用段引入0.1 ms的往返處理時延。

3　以太網(wǎng)專線端到端時延評估

通過上面的時延分析，我們來進行以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)端到端時延性能來進行評估。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的串行時延雖然受端口帶寬和信號包長度等影響而變得不固定，但一般變化不大，還是比較容易分析。在一般情況下，業(yè)務(wù)兩端的串行時延在1 ms左右，一般不會超過2 ms，在評估時一般可以用1 ms來代替。

處理時延和傳播時延的分析都必須建立在獲得以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的全程傳輸路徑的基礎(chǔ)上，至少需要包括承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的本地MSTP設(shè)備（m1）、干線ASON（自動交換光網(wǎng)絡(luò)）或SDH設(shè)備（m2）、干線波分或OTN設(shè)備段落（m3）、干線光纜路由（Lt）、本地光纜路由（Ll）、色散補償光纖長度（Ld）。往返處理時延可以用（m1＋m2＋m3）×0.1 ms來估算，往返傳播時延可以用（Lt＋Ll＋Ld）/100×0.98 ms來估算。在MSTP以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)的開放過程中，用來承載業(yè)務(wù)的VC（虛通道）可能通過不同的路由來進行傳輸，我們在對業(yè)務(wù)時延進行評估的時候應(yīng)選擇延時最大的一條路由。

由于OTN的引入，確定SDH或ASON段落的傳輸光纜路徑時需要特別注意，兩個局點之間的SDH或ASON傳輸段落既可以承載在直達短路徑的波分設(shè)備上，也可以承載在兩個局點之間的迂回波分長路徑上，所經(jīng)過的傳輸距離會有較大變化，這一點在長途網(wǎng)絡(luò)上需要引起特別注意。

以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)時延過大的原因主要有：由于系統(tǒng)規(guī)劃不合理或發(fā)生倒換導(dǎo)致傳輸距離過長，用戶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)原因，以太網(wǎng)端口工作方式與客戶設(shè)備配置不一致，MSTP以太網(wǎng)卡板故障等情形。障礙排查的思路是分段排查，首先確定障礙段落，然后重點排查該段落，找出障礙引起的原因，確定故障點。MSTP業(yè)務(wù)的時延測試既可以用Ping命令來初步確定，也可以由專門的MSTP測試儀來測試。在排除了本地網(wǎng)絡(luò)故障段落的可能性之后，推薦使用在承載業(yè)務(wù)的復(fù)用段內(nèi)使用空閑時隙逐段環(huán)回的方法，通過在運營商的局端使用傳輸測試儀的delay功能來測試延時特性，這樣既可以釋放用戶端的配合人員，還可以不中斷業(yè)務(wù)快速進行障礙段落判斷。

4　結(jié)束語

由于各種原因，我們對包括以太網(wǎng)在內(nèi)的業(yè)務(wù)的時延性能在工程設(shè)計、驗收、維護以及業(yè)務(wù)開通過程中，都缺少必要的操作、測試、設(shè)計、驗收規(guī)范，都是等用戶申告或業(yè)務(wù)運行不正常才會進行處理。但隨著IP技術(shù)向各類電信業(yè)務(wù)顛覆性的滲透，移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將會快速崛起，業(yè)務(wù)的時延性能的重要性會逐漸提高，其重要性可能在不遠的將來會超過業(yè)務(wù)的誤碼丟包等性能參數(shù)。我們要慢慢轉(zhuǎn)變思路，強化對業(yè)務(wù)時延性能的關(guān)注力度和管控能力，確保網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)高效運行。◆