劉建新，趙滿良，黃為民，陳曉嬌（中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007）

1 概述

隨著5G 的部署應用、互聯(lián)網+、人工智能和物聯(lián)網的快速發(fā)展，網絡業(yè)務逐漸由5G、視頻、物聯(lián)網、云業(yè)務等占主導，業(yè)務量也呈井噴式增長。同時，為了滿足多層次不同類型業(yè)務需求，OTN 網絡逐漸向Mesh化演進，導致了核心節(jié)點業(yè)務維度增多以及調度需求增大，網絡的規(guī)劃、管理和維護難度越來越高。如何高效疏導網絡節(jié)點流量，實現(xiàn)業(yè)務靈活調度、容量按需發(fā)展成為亟待解決的問題。

OTN 集群交叉技術通過將節(jié)點內多個獨立的OTN 設備相連、形成共享資源池，實現(xiàn)子架槽位和單板資源共享、業(yè)務可跨子框調度，能夠在OTN 網絡發(fā)展變革中給運營商帶來諸多價值，因此亟待進一步研究OTN集群交叉技術的相關特性和現(xiàn)網應用場景。

本文將通過分析OTN 集群交叉技術發(fā)展現(xiàn)狀，結合工程建設過程中實際問題，提出OTN 集群交叉技術典型的現(xiàn)網應用場景及部署策略。為提升OTN 網絡效能，降低TCO提供參考。

2 OTN集群發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 OTN網絡發(fā)展面臨挑戰(zhàn)

目前國內主流廠家單端OTN 電交叉子架支持最大交叉容量為28.8T，對于部分業(yè)務流量大的核心節(jié)點，需多個電交叉子架互聯(lián)，實現(xiàn)節(jié)點槽位和容量擴展，才能滿足業(yè)務需求。多個電子架間的業(yè)務調度通過業(yè)務板互聯(lián)實現(xiàn)，框間業(yè)務轉接量多時，規(guī)劃難度大，靈活調度能力不足；隨著業(yè)務量增長，原有電交叉設備槽位不足，只能通過新增電交叉設備滿足業(yè)務需求；另外，隨著單機柜交叉容量的逐漸增長，單機柜滿配功耗都已超5 kW，最大單機滿配功耗超10 kW，容易造成機房局部熱點，存在較大風險。

2.2 OTN集群實現(xiàn)原理及應用價值

2.2.1 OTN集群實現(xiàn)原理

OTN 集群是OTN 設備的一種組合應用形式，多個子架通過集群交叉板互連組成電層調度資源池，實現(xiàn)子架槽位、單板資源共享，業(yè)務跨子架調度更方便。OTN 集群對外體現(xiàn)為一個網元，便于用戶對設備進行管理和維護，實現(xiàn)業(yè)務端到端一站式配置和監(jiān)控，能有效降低維護成本。

OTN 業(yè)務子架與集群交換框的交叉板之間通過子架間互連光纖連接，形成多個交叉平面，業(yè)務子架的業(yè)務可通過交叉平面調度到其他業(yè)務子架。OTN集群交叉實現(xiàn)原理如圖1所示。

圖1 OTN集群交叉實現(xiàn)原理

2.2.2 OTN集群應用價值

a）多子架協(xié)同調度：與傳統(tǒng)OTN 相比，OTN 集群模式通過子架間集群交叉板互連可實現(xiàn)多子架業(yè)務調度，無需新增子架間用于互連的業(yè)務單板，提升網絡資源利用效率。OTN 集群與傳統(tǒng)OTN 業(yè)務調度對比如圖2所示。

圖2 OTN集群與傳統(tǒng)OTN業(yè)務調度對比

b）資源共享，簡化規(guī)劃：OTN 集群模式通過將多臺OTN 設備互相連接組成電層資源池，槽位完全共享，只需考慮業(yè)務板卡的帶寬即可進行業(yè)務規(guī)劃。傳統(tǒng)OTN業(yè)務規(guī)劃如圖3所示。OTN集群業(yè)務規(guī)劃如圖4所示。

圖3 傳統(tǒng)OTN業(yè)務規(guī)劃示意

圖4 OTN集群業(yè)務規(guī)劃示意

c）容量按需擴展：早期階段容量需求不高時，可先配置容量適當的OTN 集群，后續(xù)只需按需增加業(yè)務子架即可滿足節(jié)點容量擴展需要。OTN 集群容量擴展如圖5所示。

圖5 OTN集群容量擴展示意

2.3 OTN集群實現(xiàn)方式

目前國內主流廠家OTN 集群技術實現(xiàn)方式主要有2 種：背靠背集群和“M+N”（M表示集群交叉框數量，N表示與集群交叉框互聯(lián)的業(yè)務子框數量）集群。

2.3.1 OTN背靠背集群

2 個業(yè)務子框的所有交叉板通過高速互聯(lián)光纖背靠背互聯(lián)，組成1 個OTN 集群網元，實現(xiàn)2 個業(yè)務子框間的跨框業(yè)務調度。OTN 背靠背集群實現(xiàn)方式如圖6所示。

圖6 OTN背靠背集群實現(xiàn)方式

2.3.2 “M+N”集群

N個業(yè)務子框的所有交叉板與M個集群交叉框上的集中交叉板通過高速互聯(lián)光纖連接，組成一個OTN集群網元，實現(xiàn)任意業(yè)務子框間的跨框業(yè)務調度。“M+N”集群實現(xiàn)方式如圖7所示。

圖7 “M+N”集群實現(xiàn)方式

國內主流廠家OTN 集群設備交叉容量和支持框間帶寬等設備能力如表1所示。

表1 國內主流廠家OTN集群設備能力

3 OTN集群應用場景研究

3.1 大容量骨干核心節(jié)點應用場景

現(xiàn)網中骨干核心一般會與省干核心、本地核心等多個匯聚環(huán)互聯(lián)，往往形成超大容量的核心節(jié)點。目前，在骨干核心節(jié)點機房一般通過多個電交叉子架業(yè)務板卡互聯(lián)，擴展交叉容量及槽位資源，以滿足業(yè)務及層間業(yè)務轉接需求。此方式需占用業(yè)務板卡槽位資源，其成本、功耗和易用性均較差。

可在大容量骨干核心節(jié)點，配置OTN 集群設備，通過業(yè)務子框的集群交叉板互聯(lián)，不占用業(yè)務槽位資源，容量可按需擴展。大容量核心節(jié)點集群應用場景如圖8所示。

圖8 大容量核心節(jié)點集群應用場景

3.2 跨環(huán)核心節(jié)點業(yè)務調度場景

目前運營商省內OTN 網絡大部分仍采用分環(huán)路設置電子架的方式，不僅工程投資增大，而且造成OTN 資源利用率低、網絡結構復雜，跨環(huán)專線業(yè)務調度需要通過不同電子架間配置業(yè)務板卡互聯(lián)實現(xiàn)。當跨框∕跨環(huán)業(yè)務量大時，網絡規(guī)劃復雜，維護難度大。

省內跨環(huán)（同廠家）的核心節(jié)點，省干、本地可通過共用OTN 集群電子架實現(xiàn)業(yè)務靈活調度和交叉容量擴展。OTN 集群初期需要配置集群交叉框，集群交叉框和業(yè)務子框通過交叉板互聯(lián)，節(jié)省業(yè)務槽位和互聯(lián)業(yè)務板卡，OTN 集群容量可實現(xiàn)按需擴展?？绛h(huán)業(yè)務可通過集群交叉框實現(xiàn)任意框間業(yè)務靈活調度，減少轉接和業(yè)務槽位占用，節(jié)省工程投資。省內跨環(huán)核心節(jié)點集群應用場景如圖9所示。

圖9 省內跨環(huán)核心節(jié)點集群應用場景

3.3 緩解機房局部熱點場景

隨著帶寬需求的快速增長，為了滿足業(yè)務傳輸需求，OTN 傳輸設備需要更高的集成度和更大容量。但隨之而來的OTN 傳輸設備的供電和散熱壓力日益加大，這和當前低功耗密度的傳輸機房現(xiàn)狀以及相對滯后的相關規(guī)范要求形成矛盾。尤其是OTN 電交叉設備單框滿配功耗基本都超過5 kW，問題尤為突出，給運營商的網絡建設與維護帶來了巨大挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)OTN 背靠背無法實現(xiàn)多個業(yè)務子框間的靈活交叉調度，多個線路方向的業(yè)務單板只能插放在同一個業(yè)務子框上，會導致單子框功耗密度高，容易造成機房局部熱點。而OTN 集群可以通過把不同線路方向的業(yè)務單板分散插放在不同業(yè)務子框上，可以靈活分攤功耗，降低功耗密度，避免單機架功耗過高導致機房局部熱點，解決了OTN 設備的容量增長和可部署性的矛盾。

需要指出的是，OTN 集群解決機房局部熱點問題，是通過分散業(yè)務板卡來降低單機架的功耗密度，從而降低機房局部區(qū)域發(fā)熱量，緩解機房區(qū)域散熱壓力。對于高功耗設備的散熱問題，還是需要從本質上提升設備芯片性能、降低芯片功耗并優(yōu)化機架散熱設計。緩解機房局部熱點應用場景如圖10所示。

圖10 緩解機房局部熱點應用場景

4 OTN集群優(yōu)劣分析及現(xiàn)網部署策略

4.1 OTN集群技術優(yōu)劣分析

為了進一步分析OTN 集群現(xiàn)網應用價值，從業(yè)務調度、資源規(guī)劃、業(yè)務容量、滿配功耗、機房空間、可擴展性、傳輸局限性等維度對傳統(tǒng)OTN 灰光互聯(lián)、背靠背OTN 集群、“M+N”集群的優(yōu)劣進行了對比分析，OTN集群與傳統(tǒng)OTN優(yōu)劣對比如表2所示。

表2 OTN集群與傳統(tǒng)OTN優(yōu)劣對比

4.2 OTN集群成本分析

在不考慮相同框間帶寬配置的情況下，背靠背OTN 集群成本要高于傳統(tǒng)OTN 背靠背灰光互聯(lián)。影響成本的主要因素是集群交叉板間互聯(lián)CXP2 AOC 光纖（包含CXP2光模塊和AOC 光纖）的成本。與背靠背集群和傳統(tǒng)OTN 背靠背灰光互聯(lián)相比，“M+N”集群的成本相對更高，主要是因為初期預配置“M”個集群交叉框和框間互聯(lián)CXP2 AOC光纖的成本。

OTN 集群通過集群交叉板間互聯(lián)實現(xiàn)業(yè)務靈活調度，不占用業(yè)務子框槽位，相比傳統(tǒng)OTN 灰光互聯(lián)，隨著框間業(yè)務的增多總業(yè)務容量有明顯的提升。因此，為了更客觀地分析OTN 集群和傳統(tǒng)OTN 成本，需要不同框間帶寬場景下對OTN 集群與傳統(tǒng)OTN 的單個業(yè)務槽位平均成本進行對比。本文僅以背靠背OTN 集群、“2+2”集群和傳統(tǒng)OTN 背靠背灰光互聯(lián)為例，建立OTN 設備成本測算模型，通過跨框灰光互聯(lián)占用容量、公共部分及互聯(lián)總成本、單個業(yè)務槽位平均成本等3 個參數進行成本測算對比，OTN 集群與傳統(tǒng)灰光互聯(lián)OTN成本測算模型如表3所示。

表3 OTN集群與傳統(tǒng)灰光互聯(lián)OTN成本測算模型

OTN 集群與傳統(tǒng)OTN 灰光互聯(lián)成本對比如圖11所示。

圖11 OTN集群與傳統(tǒng)OTN灰光互聯(lián)成本對比

通過OTN 設備成本測算模型，對比背靠背OTN 集群、“2+2”集群和傳統(tǒng)OTN灰光互聯(lián)3種設備類型可以發(fā)現(xiàn)，當框間業(yè)務帶寬大于700G 時，背靠背OTN 集群在成本和容量方面都比傳統(tǒng)OTN 灰光互聯(lián)更具優(yōu)勢。當框間業(yè)務帶寬大于1.2T 時，“2+2”集群在成本和容量上優(yōu)于傳統(tǒng)OTN 灰光互聯(lián)，但是劣于背靠背OTN 集群。但是“2+2”集群在容量靈活擴展方面優(yōu)于背靠背集群，而且隨著后期業(yè)務子框的增加，“2+N”集群的成本會進一步降低。OTN 集群適合在大容量核心節(jié)點或者跨環(huán)業(yè)務量大的核心∕匯聚節(jié)點部署應用。

4.3 OTN集群現(xiàn)網部署策略

通過以上分析，綜合考慮業(yè)務發(fā)展、設備交叉容量、可擴展性和設備成本等因素，在大容量核心節(jié)點、跨環(huán)業(yè)務調度等場景部署OTN 集群，組成容量按需擴展電層調度資源池，實現(xiàn)單板和槽位資源共享和業(yè)務跨子框靈活調度，能夠高效疏導節(jié)點流量、提升節(jié)點和網絡價值，降低TCO。OTN 集群的應用也為解決機房局部熱點問題提供了新的思路。

a）對于業(yè)務需求大且增長迅速，單端OTN 設備容量難以滿足的國際∕骨干核心節(jié)點，考慮到后期容量擴展性，可按預配置背靠背集群或“M+N”集群，業(yè)務子架按需配置。

b）省內同廠家跨多環(huán)且業(yè)務需求大的核心節(jié)點，各省根據自身業(yè)務發(fā)展情況，考慮預配置背靠背集群或“M+N”集群，業(yè)務子架按需配置，同廠家所有環(huán)路共享OTN集群電子架。

c）現(xiàn)網已經分環(huán)單獨配置多端OTN 電子架，而且業(yè)務量大的核心節(jié)點，具備改造配置OTN 集群條件的，建議對電子架進行優(yōu)化整合為背靠背集群或“M+N”集群，優(yōu)化網絡結構，提升網絡效益。

d）對現(xiàn)網制冷條件受限，容易出現(xiàn)局部熱點的節(jié)點，可通過部署背靠背集群或“M+N”集群的方式靈活分攤功耗，降低功耗密度，從而避免單機架功耗過高導致機房局部熱點。

5 總結

大業(yè)務流量與OTN 網絡逐步Mesh 化，驅動OTN節(jié)點從單子架向多子架發(fā)展演進。OTN 集群通過對OTN 設備組合互聯(lián)，邏輯上形成了數倍于單機的大容量調度資源池，滿足未來網絡對傳輸設備的超大帶寬、靈活調度的要求。OTN 集群在大容量核心節(jié)點、跨環(huán)業(yè)務調度、緩解機房局部熱點等場景必然會有越來越多的應用。仍需進一步降低OTN 集群的部署成本和集群設備功耗，提升集群設備可靠性，這將是影響OTN集群大規(guī)模應用的關鍵因素。