铁路骨干数据网现状分析及流量调优建议

铁路骨干数据网现状分析及流量调优建议

郭喜莹

（北京铁路局北京铁路通信技术中心，北京100038）

通信信号设备提升关键技术研究—铁路数据通信网流量调优策略研究中国铁路总公司重点课题（2017X012-G）

摘要：为满足高速铁路的快速发展需求，铁路数据网业务将承载大量的铁路业务系统。通过分析路骨干数据网流量现状，研究调优策略，避免网络拥塞造成业务受阻，全面提高了骨干数据网运用质量与可靠性。

关键词：数据网；流量调优；MPLSTE；SDN；网络拥塞

目前，铁路数据网承载的业务系统有GPRS、SIM卡管理、GSM-R网络接口监测、GSM-R（通信系统）网管、通信综合网管、电报系统、铁路综合视频监控、会议电视、电源及环境监控、信号微机监测系统、电力远动、动车组运行故障图像检测系统TEDS、旅客服务信息系统、办公信息、综合监测列车数据传送、综合计算机网业务系统（TMIS）。依据行车电路的影响范围，确定重点业务为GPRS、铁路综合视频监控、会议电视、综合计算机网业务系统（TMIS），共四个业务的流量情况，并针对以上业务展开对承载业务现状及流量数据的深度挖掘及研究。

一、铁路骨干数据网接入节点及汇接节点数据分析

接入节点以18个铁路局为单位，每个局设置两台接入节点路由器，与既有局干端口对接，应用鼎兴达流量监测系统，采集自2017年6月至2018年6月GPRS、铁路综合视频监控、会议电视、综合计算机网业务系统（TMIS）等重点业务峰值流速，汇总处理基础数据，深度挖掘数据价值。首先，随机抽取某月度的数据，将重点业务进行比对，见图1：

根据数据显示，当前铁路骨干数据网各局集团公司GPRS业务峰值流速较为平稳，保持在0.15Mbps左右浮动，与其他三项业务相比，流速最小，但其承载业务重要程度不容忽视。各局集团公司综合计算机网业务系统TMIS业务峰值流速呈现类似心电图状波形图，波峰波谷数据相差较大，整体流量流速在四项重点业务中占比最多，其中西调度楼CR01流速110.56Mbps，流速最大。各局集团公司会议电视系统最高峰值为10Mbps,流速较为平稳。各局集团公司铁路综合视频监控业务流速仅于西安调度所AR0138.77Mbps和铁总西楼CR0135.18Mbps发生两起较大突发流速，其余各局集团公司铁路综合视频监控业务与会议电视系统流速基本平稳一致。此外，以上四项重点业务均在太原合资楼四层AR02、武汉站AR02、济南西AR02、兰州西AR02、西宁西AR02处，流向流量数据均为0，带宽较为充裕，建议以上局向新增铁路数据网业务可开通至AR02，共同负载分担AR01的相关业务。

二、铁路骨干数据网转发节点数据分析

铁路骨干数据网在北京、西安、武汉、上海、成都局集团公司设有五大核心转发节点，每个核心节点设置两台CR，共计10台核心转发节点路由器。利用流量分析系统，采集核心转发节点数据，汇总数据处理后，将各个节点峰值汇总比较。见图2：

如图2所示，2018年10月份各个核心节点流速峰值业务以GPRS业务为主，仅北京客专CR01流速峰值为铁路综合视频监控业务，其中上海虹桥北CR01流速峰值最大，为790.28Mbps，该链路局向为上海调度所CR02互联链路，详情见表1。上海调度所CR02流速峰值次之为440.30Mbps，该链路局向为武汉调度所CR01互联链路。其余核心转发节点流速峰值为0.17Mbps至10.62Mbps不等。从图表可看出核心节点流速主要在上海CR01、CR02节点出现较大峰值。

三、流量调优建议

通过分析铁路骨干数据网当前业务承载现状，建议进行如下调优策略。

1.优先扩容带宽利用率较大物理链路

扩容带宽链路，是缓解网络拥塞，提升流量调优的最直接的方法，但是骨干传输资源有限，如果全面升级链路带宽，会造成资源浪费，利用上述流速分析的现状，优先扩容带宽利用率较大的物理链路。铁路骨干数据网互联链路已全部达到10GE带宽，在此设带宽利用率=A。汇接节点最大带宽利用率为西调度CR01与西调度楼互联AR链路A1=110.56/10240=1.07%，转发节点最大带宽利用率为上海两台CR互联A2=790.28/10240=7.71%，转发节点上海调度所CR02至武汉调度所CR01互联链路A3=440.30/10240=4.29%。建议优先扩容以上带宽利用率较大链路上海两台CR互联链路、上海调度所CR02至武汉调度所CR01互联链路、西调度CR01与西调度楼互联AR链路。其余互联链路则可以根据承载网网络资源，逐步完成扩容工程。

2.合理部署流量调优。

（1）部署MPLSTE隧道

目前，铁路骨干数据网的核心节点已部署MPLSTE隧道。MPLSTE能够解决链路流量过载和空闲问题，合理利用带宽资源。在建立LSP隧道的过程中，MPLSTE可以预留资源，保证服务质量。因为MPLSTE的部署可以将流量合理的调整优化，根据数据流量进行路径选择，即能避免网络拥塞造成业务受阻，又能合理调整流量，避免链路闲置，因此，充分提高了骨干数据网运用质量与可靠性，优化网络资源和流量性能。MPLSTE利用路径保护和快速重路由的机制保证铁路承载业务的连续性，当互联链路质量不佳时及时切换，科学管理网络，减少了网络的管理、建设成本，充分利用网络资源，解决网络拥塞或者抖动情况下进行动态调节。

（2）完善QoS业务调度部署

目前，铁路骨数据网仍有部分业务未进行QoS分类，无法保证在链路拥塞时关键业务优先转发，建议各路集团公司完善QoS部署，区分业务优先级。这样，可根据QoS优先级将不同优先级业务映射进相应隧道，链路拥塞是保证关业务优先转发。部署MPLSTE隧道对接入业务进行流分类，采用CAR技术进行流量监管，针对不同业务流进行优先级标记，并灵活采用WFQ和CBQ队列技术，在承载网上给不同优先级业务配置占用的带宽的比率，路由器根据TOS或COS域进行流分类，不同的类进不同的队列。为了保证高优先级业务不发生拥塞，在接入端局上要对的优先级业务的报文强行打上低优先级标记，确保进入骨干网络的高有效级业务量是优先的。采用DiffServ机制为业务提供QoS保证。根据业务标记优先等级（DSCP/EXP/802.1P）在各层设备上进行业务调度和拥塞管理，保证数据网内不同业务的QOS，各种业务优先级及设置方案。

MPLSTE技术提供了服务质量(QoS)和流量工程(TE)控制的能力，可以根据路径、资源可用性和QoS请求为数据流设置直接的路由，还有利于实现高可扩展性的虚拟专用网。随着铁路数据应用业务的高速发展，数据业务流量的不断增加，或者某个方向的数据流量增加，由于链路带宽的限制，可能会出现链路带宽不够导致链路拥塞，从而某些业务受到影响。通过MPLSTE配置，可以很好的实现链路利用率及链路保护功能。

（3）基于MPLSTE上，部署SDN。

当前MPLSTE隧道的路径计算是由隧道的Ingress节点采用CSPF算法根据TEDB计算得到的。对于一个MPLSTE网络来说，会有多条隧道，通常不同隧道的Ingress节点也不相同，各个Ingress节点的算路都是独立的，这导致每一个节点算路时并不能考虑到全网的资源利用情况，引起全网的资源利用不能最优化。SDN的部署可以解决上述问题。从全网资源优化的角度出发，通过SDN服务器完成路径计算，存储了整网的路径信息，再由隧道的Ingress节点发起业务请求调度，这样SDN服务器会根据整网的资源情况进行路径计算，最终达到整网资源的最优化。

铁路数据通信网采用MPLSVPN方式承载铁路专网业务，其承载业务逐渐向铁路各专业系统渗透，深刻改变着业务的承载方式和处理效率。同时，随着业务流量的急剧增长，为了充分、高效利用现有网络资源，迫切需要改进传统流量控制方式的不足，从网络优化等方面综合考虑，进行链路带宽合理规划、链路性能优化以及基于MPLSTE和SDN技术的流量调优策略势在必行。

参考文献

[1]马幼军、张自强MPLSTE在高铁数据网系统中的配置设计与验证测试《铁道通信信号》-2013-10-17

[2]张治鹏铁路数据网网络资源管理中的网络流量趋势研究《北京交通大学硕士论文》-2017-04-01

[3]李正涛铁路通信承载网技术发展研究《铁路通信信号工程技术》-2017-10-25

[4]刘广亮基于MPLS区分服务的流量工程技术研究《山东大学硕士论文》-2005-09-30.