模塊化波分網(wǎng)絡(luò)部署研究*

劉德才，楊 濤，任余豐

（1.中國聯(lián)通青島市分公司，山東 青島 266071；2.武漢光迅科技股份有限公司，湖北 武漢 430205）

0 引 言

中國聯(lián)通IDC業(yè)務(wù)利用中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，在北京、上海、廣州、沈陽、西安、武漢、成都、濟(jì)南、南京以及杭州10個(gè)節(jié)點(diǎn)建設(shè)了骨干互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心IDC機(jī)房，可以提供面向全國的CDN服務(wù)[1]。中國聯(lián)通IDC能為用戶提供安全可靠的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營維護(hù)環(huán)境和穩(wěn)定可靠的寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入資源，且在提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的同時(shí)，提供電信級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用服務(wù)。服務(wù)內(nèi)容包括虛擬主機(jī)、整機(jī)租用、服務(wù)器托管、機(jī)柜租用、機(jī)房租用、帶寬以及國際出口等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，同時(shí)提供內(nèi)容分發(fā)、負(fù)載均衡、緩存加速、存儲(chǔ)備份以及安全管理等增值性業(yè)務(wù)。

山東作為國內(nèi)最早開辦IDC業(yè)務(wù)的省份之一，20年來山東數(shù)據(jù)中心從無到有，從小到大，已經(jīng)成為中國北方僅次于北京的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。目前，山東已與25個(gè)省建成直達(dá)電路，直連帶寬數(shù)量和質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。FULL MESH全網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為客戶部署基地云計(jì)算中心提供了天然的網(wǎng)絡(luò)條件。經(jīng)過多方努力，青島正在積極申請(qǐng)成為繼北京、上海和廣州后的第四個(gè)國際出口局，進(jìn)一步成為國內(nèi)八橫八縱骨干通信網(wǎng)的重要樞紐節(jié)點(diǎn)，也是China169國家骨干網(wǎng)的超級(jí)核心節(jié)點(diǎn)，從而為青島IDC產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，IDC）屬于互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施范疇的一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，主要為大型互聯(lián)網(wǎng)公司、云計(jì)算企業(yè)以及金融機(jī)構(gòu)等客戶提供一個(gè)存放服務(wù)器的空間場(chǎng)所，包括必備的網(wǎng)絡(luò)、電力以及空調(diào)等基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)提供代維、代管及其他增值服務(wù)，以獲取空間租賃費(fèi)和增值服務(wù)費(fèi)。

IDC行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游由硬件設(shè)備制造商、軟件服務(wù)商、電信運(yùn)營商以及政府等主題組成。中游主要分為兩大類，即IDC基礎(chǔ)架構(gòu)提供商和IDC服務(wù)商。目前，IDC基礎(chǔ)架構(gòu)商的代表企業(yè)主要有世紀(jì)互娛、光華新網(wǎng)、數(shù)據(jù)港以及萬國數(shù)據(jù)等；IDC服務(wù)商由分為基礎(chǔ)電信運(yùn)營商和云計(jì)算服務(wù)商。產(chǎn)業(yè)鏈下游參與者眾多，主要包括互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、金融機(jī)構(gòu)、制造業(yè)企業(yè)以及政府部門等。

在中國互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的高速發(fā)展下，中國的IDC市場(chǎng)規(guī)模增速遠(yuǎn)高于全球水平。如圖1所示，據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國IDC行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》[2]統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2012—2017年，中國IDC市場(chǎng)規(guī)模保持持續(xù)增長趨勢(shì)，但增速呈波動(dòng)增長態(tài)勢(shì)。2011年，中國IDC行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)2 010.8億元；2015年，中國IDC行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模突破500億元，達(dá)到518.6億元，同比增長39.3%；到了2017年，中國IDC行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模增長至946.1億元，同比增長32.4%。截至2018年，中國IDC市場(chǎng)繼續(xù)保持高速增長，市場(chǎng)總規(guī)模為1 277.2億元人民幣，同比增長35%。

圖1 中國IDC行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

2 傳統(tǒng)DC互聯(lián)方案及其弊端

由于云和大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)中心容量的要求日益高漲。但是，綜合考慮異地容災(zāi)需求、流量帶寬的地域性差異、土地成本等因素，中國聯(lián)通的IDC建設(shè)采用分布式部署原則，將IDC機(jī)房分散建設(shè)在不同省份和不同城市。基于這樣的現(xiàn)狀，數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（Data Center Interconnect，IDC）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求應(yīng)運(yùn)而生。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房之間的互聯(lián)方案，與交換機(jī)/路由器接口速率、光模塊性能指標(biāo)、機(jī)房之間的物理距離以及光纜資源條件密切相關(guān)。目前，大多數(shù)IDC機(jī)房的出口帶寬已達(dá)到100 Gb/s甚至更高速率。為了實(shí)現(xiàn)不同機(jī)房之間高速無阻塞的數(shù)據(jù)傳送和交換，首選技術(shù)無疑是光纖直驅(qū)或者WDM波分復(fù)用方案。其中，OTN設(shè)備技術(shù)成熟度高，且經(jīng)歷多輪運(yùn)營商集采后成本已大幅下降，因此在光纜資源日趨緊張的地區(qū)，更傾向于采用N×100G的中長距OTN方案[3]，其典型的組網(wǎng)方案如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)DC互聯(lián)OTN組網(wǎng)方案

但是，由于設(shè)計(jì)OTN設(shè)備的初衷是面向電信級(jí)光傳輸網(wǎng)環(huán)境，當(dāng)運(yùn)營商習(xí)慣性地將OTN設(shè)備部署在IDC互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房后，出現(xiàn)了諸多“水土不服”現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

（1）光電不解耦

DCI傳輸網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)SDN技術(shù)要求，多廠家的光層及電層設(shè)備可混合使用；傳統(tǒng)OTN設(shè)備光層與電層設(shè)備，通過廠商提供的專有NMS網(wǎng)管軟件管理，如有電層設(shè)備擴(kuò)容需求，無法兼容其他廠家設(shè)備，存在設(shè)備擴(kuò)容成本控制風(fēng)險(xiǎn)。

（2）能耗及散熱表現(xiàn)

DCI傳輸網(wǎng)絡(luò)常用100G/200G速率的業(yè)務(wù)顆粒，需要傳輸設(shè)備直接下沉至DCI機(jī)房；為節(jié)省DCI機(jī)房寶貴的空間及功耗資源，對(duì)設(shè)備的集成度、散熱以及功耗提出更高的要求；傳統(tǒng)OTN設(shè)備常見9U/5U的設(shè)備高度、左右/上下進(jìn)出風(fēng)的散熱設(shè)計(jì)、每單位傳輸容量的功耗，都已不適用于DCI機(jī)房建設(shè)的需求。

（3）功能兼容性

傳統(tǒng)OTN設(shè)備為滿足傳統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，需滿足適配不同大小的業(yè)務(wù)顆粒的調(diào)度能力，業(yè)務(wù)封裝使用了較為復(fù)雜的幀封裝結(jié)構(gòu)，且為實(shí)現(xiàn)對(duì)各級(jí)層業(yè)務(wù)的監(jiān)控功能使用了較多自有協(xié)議的開銷字節(jié)，存在一定的兼容性問題。為了滿足長跨距業(yè)務(wù)傳輸需求，同時(shí)使用了復(fù)雜的FEC算法，引入了額外的開銷及業(yè)務(wù)時(shí)延。可見，OTN設(shè)備及業(yè)務(wù)形態(tài)并不適應(yīng)DCI方案中對(duì)業(yè)務(wù)低時(shí)延、易運(yùn)維、極簡化管理的需求。

3 新一代DC互聯(lián)解決方案

針對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房互聯(lián)的特殊場(chǎng)景，國內(nèi)外設(shè)備供應(yīng)商陸續(xù)推出了低成本、功耗光電解耦的簡易型WDM設(shè)備，又稱為模塊化波分設(shè)備。

3.1 模塊化波分設(shè)備基本原理

模塊化波分系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖3所示。

圖3 模塊化波分系統(tǒng)架構(gòu)

其中，OTU單元負(fù)責(zé)完成業(yè)務(wù)光信號(hào)的波長轉(zhuǎn)換。目前，主流設(shè)備的客戶側(cè)采用QSFP28封裝的100G光模塊，支持100GE、OTU4速率接入[4]；線路側(cè)采用CFP2封裝的相干光模塊，支持200G-16QAM、100G-QPSK調(diào)制方式[5]，支持100 km無色散補(bǔ)償城域傳輸。

合分波、BA/PA光放單元一般采用獨(dú)立子框，并可按需擴(kuò)展疊加支持OLP線路保護(hù)、OTDR光纖線路診斷以及OCM波道功率監(jiān)測(cè)等功能子模塊。

3.2 主要優(yōu)點(diǎn)

通過對(duì)業(yè)界主流模塊化波分設(shè)備的調(diào)研，總結(jié)出一些共有的特性。

（1）設(shè)備形態(tài)采用1～2 RU機(jī)架式服務(wù)器設(shè)計(jì)，前后通風(fēng)散熱，深度≤600 mm，適配數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)柜。

（2）模塊化設(shè)計(jì)方案，平臺(tái)通用、維護(hù)便利、組網(wǎng)靈活、支持按需擴(kuò)展。

（3）1RU高度機(jī)框可支持4～8個(gè)200G波道，相比傳統(tǒng)OTN設(shè)備，集成度更高，機(jī)房占用面積更少。

（4）線路側(cè)采用產(chǎn)業(yè)鏈成熟的CFP2-ACO相干光模塊，有利于大規(guī)模部署。

（5）相比傳統(tǒng)100G WDM系統(tǒng)[6]，由于去掉了電交叉單元，整體功耗降低了50%～70%。根據(jù)集團(tuán)選型測(cè)試數(shù)據(jù)，單子框框滿配典型功耗低于400 W，換算到每100G帶寬功率低于30 W，明顯降低了IDC機(jī)房的運(yùn)營成本。

（6）網(wǎng)管控制接口支持標(biāo)準(zhǔn)Netconf協(xié)議和YANG管理模型[7]，可無縫對(duì)接聯(lián)通集團(tuán)的統(tǒng)一管控平臺(tái)，支持SDN網(wǎng)絡(luò)的平滑升級(jí)

3.3 適用場(chǎng)景

如圖4所示，模塊化波分主要適用于城域大容量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)需求，包括但不限于以下主要應(yīng)用場(chǎng)景：

（1）城域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)；

（2）大型數(shù)據(jù)中心與城域網(wǎng)CR/骨干互聯(lián)網(wǎng)之間互聯(lián)；

（3）骨干傳輸網(wǎng)到城域大型IDC節(jié)點(diǎn)（自建或BATJ等客戶IDC）的延伸落地；

（4）海纜登陸站到國際局間的中繼系統(tǒng)；

（5）業(yè)務(wù)量大的長長中繼系統(tǒng)。

圖4 模塊化波分應(yīng)用場(chǎng)景

3.4 工程應(yīng)用試點(diǎn)

山東聯(lián)通在省內(nèi)有若干個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房，因IDC業(yè)務(wù)發(fā)展需要，其中兩個(gè)機(jī)房間的交換機(jī)/路由器有多個(gè)100G接口需要進(jìn)行東西向互聯(lián)。機(jī)房間的物理距離約為12 km，受數(shù)據(jù)設(shè)備100G光模塊性能限制，光纖直驅(qū)方案存在業(yè)務(wù)連通性風(fēng)險(xiǎn)。此外，當(dāng)前光纜資源較為緊張，嚴(yán)重影響整個(gè)項(xiàng)目的施工周期。

在對(duì)項(xiàng)目情況進(jìn)行充分分析和論證后，山東聯(lián)通結(jié)合集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)[2018]298號(hào)文件的指導(dǎo)意見，于2019年04月采用模塊化波分解決方案進(jìn)行了試點(diǎn)，方案組網(wǎng)拓?fù)淙鐖D5所示。

圖5 模塊化波分試點(diǎn)方案

項(xiàng)目中，東西向互聯(lián)業(yè)務(wù)流量共計(jì)18條100G鏈路，當(dāng)前試點(diǎn)工程已開通其中的4條，且在線路側(cè)配置了OA光放模塊和OLP保護(hù)模塊，增強(qiáng)了光纖鏈路的信號(hào)質(zhì)量和光纜路由的可靠性。后續(xù)將根據(jù)試點(diǎn)工程業(yè)務(wù)運(yùn)行情況陸續(xù)開通其他鏈路。

4 結(jié) 語

模塊化波分系統(tǒng)作為WDM傳輸領(lǐng)域的一款后起之秀，核心理念包括模塊化設(shè)計(jì)、極簡組網(wǎng)和極簡運(yùn)維，是融合了下一代光傳輸網(wǎng)技術(shù)的大膽嘗試。針對(duì)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)這一特定場(chǎng)景，產(chǎn)業(yè)鏈上的主流供應(yīng)商也紛紛推出深度定制化產(chǎn)品，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)、集成度、功耗以及網(wǎng)管接口等各個(gè)方面充分考慮用戶的實(shí)際需求。通過山東省內(nèi)的工程試點(diǎn)項(xiàng)目，已經(jīng)可以得出結(jié)論：在滿足業(yè)務(wù)需求并保障業(yè)務(wù)質(zhì)量的前提下，模塊化波分系統(tǒng)顯著降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。后續(xù)將進(jìn)一步從運(yùn)維角度進(jìn)行分析與研究，希望能在全省范圍內(nèi)進(jìn)行規(guī)?；渴?，為IDC業(yè)務(wù)提供更好的支撐。