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        400G盒式TMux設備城域應用的探討與嘗試

        2022-05-30 02:56:57倪海峰
        中國新通信 2022年15期
        關(guān)鍵詞:城域數(shù)據(jù)中心傳輸

        摘要:隨著信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的出爐,要求“引導100G及更高速率光傳輸系統(tǒng)向城域網(wǎng)下沉,加快光傳送網(wǎng)(OTN)設備像綜合接入節(jié)點和用戶側(cè)延伸部署”得到了廣泛的重視。上海作為一座超大型的城市,打造具有全球競爭力的金融科技中心和數(shù)字經(jīng)濟創(chuàng)新高地已成為其奮斗目標,為實現(xiàn)這一目標必須要推進數(shù)據(jù)中心與網(wǎng)絡協(xié)同發(fā)展,建設數(shù)據(jù)中心高速承載網(wǎng)絡?;诖?,本文對400G高速光傳輸技術(shù)的原理及城域應用點進行闡述,以期為今后的發(fā)展應用提供理論基礎。

        關(guān)鍵詞:400GTMux;高速光傳輸技術(shù);應用

        一、引言

        上海市域范圍內(nèi)將建設多個集中化的計算能力中心、數(shù)據(jù)應用中心,如臨港新片區(qū)將建設國家數(shù)據(jù)跨境流動試驗示范區(qū),建設國際數(shù)據(jù)港/離岸數(shù)據(jù)中心,構(gòu)建國際互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)專用通道、功能型數(shù)據(jù)中心等新型基礎設施,打造全球數(shù)據(jù)匯聚流轉(zhuǎn)樞紐平臺。同時,上海傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)機房集中區(qū)和應用區(qū)如漕河涇、金橋、張江、陸家嘴等片區(qū)也將進行更深入的發(fā)展與創(chuàng)新。為支撐上述各區(qū)域內(nèi)企業(yè)、政務等用戶的業(yè)務發(fā)展和互聯(lián)需求,在未來幾年內(nèi)年,DC 的數(shù)據(jù)互聯(lián)能力,將面臨極大的考驗。

        上海市信息管線有限公司承擔著上海市域范圍內(nèi)的通信管道、機房和光纖線路的投資建設和出租運營任務,同時為各類用戶提供公共信息基礎傳輸資源及其第三方專業(yè)服務,并為各通信、信息服務運營商和政企大客戶公平公正地開展業(yè)務創(chuàng)造了良好的網(wǎng)絡資源環(huán)境。歷年以來,上海市信息管線有限公司為大量金融、政務客戶提供了大量穩(wěn)定可靠的光纖互聯(lián)及傳統(tǒng) WDM 連接服務。

        隨著用戶大數(shù)據(jù)互聯(lián)的不斷發(fā)展和新型數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模建設,業(yè)務的發(fā)展將面臨巨大的改變,業(yè)務互聯(lián)的需求逐步從原有的GE、10GE、FC800向100GE、FC1600等高速接口轉(zhuǎn)變,并對網(wǎng)絡互聯(lián)設備的節(jié)能減排能力提出更高的要求。

        當前傳統(tǒng)的大型OTN骨干設備已無法滿足這些新需求,傳統(tǒng)設備架構(gòu),在業(yè)務容量/速率、建設運維復雜性、設備體積及能耗上無法保持平衡,無法滿足新時代信息化建設所要求的高容量、易建易維、綠色節(jié)能的要求。

        所以,我們針對未來2~5年的用戶DC互聯(lián)需求,并結(jié)合市場技術(shù)發(fā)展情況,對近期出現(xiàn)的光電分層理念下,以高速、高密度、易運維目標發(fā)展來的BOX型OTN設備,對其使用場景進行了研究與探討,并實測其業(yè)務傳送能力,對其在城域范圍內(nèi)的業(yè)務可用性進行驗證。

        二、應用場景

        市域DC集約化互聯(lián)的需要與傳統(tǒng)注重網(wǎng)狀組網(wǎng)、靈活調(diào)度的OTN業(yè)務承載網(wǎng)的不同之處在于,市域DC 集約化互聯(lián)的需要更注重以簡單高效的架構(gòu)、高速低成本的進行特定DC間的點對點高可靠直接互聯(lián)。業(yè)務調(diào)度需求相對簡化,重點關(guān)注確定流向的多種業(yè)務傳送。對于上海市域范圍內(nèi)的DC互聯(lián),通常業(yè)務場景為:

        (1)兩個DC間點對點傳輸,通常需要在不超過 120km 的距離上,傳輸10GE、FC800、10GPOS 等業(yè)務,并且在需要的時候,提供1+1的雙路保護;隨著技術(shù)發(fā)展,業(yè)務逐步向40GE、100GE及FC1600等規(guī)格演進。

        (2)3~4個DC間形成光層環(huán)路,業(yè)務層/電層一般則為邏輯點對點組網(wǎng),整環(huán)光路距離通常不超過 200km,業(yè)務需求是環(huán)上任意兩點間傳輸 10GE、FC800、10GPOS 等業(yè)務,并且在需要的時候,提供1+1 的雙路保護;隨著技術(shù)發(fā)展,業(yè)務逐步向40GE、100GE 及FC1600 等規(guī)格演進。

        (3)3~5個DC,以其中一個為核心DC,其余業(yè)務點向核心開通邏輯點對點業(yè)務,即 Spin-Leaf結(jié)構(gòu),基于這種結(jié)構(gòu),各點到核心點的光路距離通常不超過 120km,業(yè)務需求是拓撲上任意點到核心DC傳輸10GE、FC 8000、10G POS 等業(yè)務,并且在需要的時候,提供1+1的雙路保護;隨著技術(shù)發(fā)展,業(yè)務逐步向 40GE、100GE 及 FC1600 等規(guī)格演進。

        上述各業(yè)務拓撲,均要求單個高速業(yè)務能夠復用、映射進標準的OTN高速幀結(jié)構(gòu)中,并通過標準的DWDM密集波分信道,在合波后進行傳輸。每條業(yè)務的傳輸方向通常是固定的,業(yè)務開通后,在較長一段時間內(nèi),無需進行更改、割接。

        對上述場景進行總結(jié)發(fā)現(xiàn),未來的關(guān)鍵的需求在于需要在符合DC安裝條件要求的限制下,將多路 40GE、100GE及FC1600進行封裝映射,形成單波道高速OTN信號,并通過光層的固化合分波及波上下行模塊,實現(xiàn)多點的邏輯點對點傳輸,相關(guān)業(yè)務需要支持在 120km~200km左右的光路上完成無中繼透明傳輸。

        三、技術(shù)發(fā)展

        針對上述討論的業(yè)務場景,傳統(tǒng)上,必須使用骨干型OTN設備才可以滿足其對于高速業(yè)務的容量需求,如某廠商的POTN平臺,可提供高達25.6T的交叉容量,但隨之而來的是 600mm(寬)×300mm(深)×2200mm(高)的安裝空間要求和滿配 8kw 的供電容量要求,其面向傳統(tǒng)運營商骨干網(wǎng)設計的統(tǒng)一交叉架構(gòu)、高維度 ROADM、高精度時間同步等功能,增加了較高的運維復雜性,使得在我們所討論的城域的 DC 互聯(lián)場景中的部署,顯得非常的笨重,建設(CAPEX)和運行成本(OPEX)也非常的高。

        對于我們所討論的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)場景,目前其所能提供的資源是非常有限且昂貴的。以業(yè)內(nèi)常用的數(shù)據(jù)中心機柜租賃業(yè)務為例,機柜空間和供電能力通常捆綁銷售。以某數(shù)據(jù)中心為例,每個4KW機柜月租金高達850~1150美金,而8KW機柜則在同樣的空間下,價格翻倍。考慮到這些因素,對于用于互聯(lián)接入的設備的體積和能耗的要求就日漸提高。

        近年來,隨著技術(shù)的不斷成熟和數(shù)據(jù)中心市場的蓬勃發(fā)展,BOX 型的OTN設備逐漸浮出水面,這類型設備摒棄了傳統(tǒng)的OTN的支線路分離、高速背板、大容量多維度交叉等概念,通過將TMux/MuxPonder和OXC 分層部署,簡化設備功能,將業(yè)務能力進行精簡和聚焦,實現(xiàn)了成本、體積、能耗和復雜度的大幅降低。隨著技術(shù)的進步,業(yè)內(nèi)可以提供的TMu x設備形態(tài)已經(jīng)演進到 1-2U的盒式形態(tài),并可以多臺堆疊擴容,設備提供線路側(cè)+用戶側(cè)光口合一的板卡形態(tài),一臺盒式設備通??梢灾С?~4塊插卡,插卡間通常不進行背板互聯(lián)。經(jīng)過這一系列的整合簡化,設備構(gòu)成簡化為基礎盒式機框(含管理模塊)、TMux單板、業(yè)務側(cè)光模塊和線路側(cè)光模塊,其中線路側(cè)光模塊是最主要的技術(shù)關(guān)鍵,也是成本的主要部分。

        對于城域DC互聯(lián)的應用,由于距離一般不超過 200km,跨段一般不超過 3 個,因此對于線路側(cè)光信號編碼的要求大大降低,從而減少了高階FEC、復雜信號處理的需求,降低了對線路側(cè)板卡和模塊的DSP等信號器件的要求和設備的體積、功耗和成本。

        對于DC互聯(lián)型的應用,由于業(yè)務流向高度集,一般來說,進行簡單的合分波或者低維OXC就可以滿足需求,從而大大降低了光層業(yè)務調(diào)度的復雜性,也降低了相關(guān)設備、板卡的體積和功耗,使得光層也可以盒式化。

        TMux設備和光層設備的盒式化,配合業(yè)務場景的特性,使得整個DC互聯(lián)場景下的高集成、高密度、堆疊式部署成為可能?;诖?,為配合產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,我們在上海城域互聯(lián)的環(huán)境下,對400G的盒式TMux設備在現(xiàn)有城域光纜網(wǎng)絡中進行部署的可行性及業(yè)務適配性進行了初步的驗證。

        (一)業(yè)務驗證

        隨著光傳輸技術(shù)的不斷進步,單波 100G 技術(shù)的下一代演進已經(jīng)確定為單波400G技術(shù),相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)也在逐步成熟,主流國際標準組織已經(jīng)完成了中短距400G標準的制定,而長距400G技術(shù)的多個關(guān)鍵技術(shù)選擇也已經(jīng)逐步收斂。當前,應對城域傳輸和DC互聯(lián)場景,已經(jīng)有成熟的 16QAM 調(diào)制產(chǎn)品,可實現(xiàn)400G單波600~1000km的傳輸,并且兼容傳統(tǒng)DWDM 100GHz波道間隔。從供應鏈評估,相關(guān)的超高速光電器件、DSP 芯片等關(guān)鍵器件成本也已經(jīng)逐步適應了的市場需要。

        從業(yè)務適配性的角度評估,單個400G波道,基本可以容納一個典型客戶的主要需求, 并滿足用戶按波道租賃線路的需要,這一業(yè)務模型,大大簡化了多用戶線路復用的技術(shù)難度, 避免了復雜而高成本的電層交叉調(diào)度操作,設備電層僅需部署TMux設備,100Gz的標準 DWDM波道間隔和現(xiàn)有的密集波分系統(tǒng)兼容,可以復用現(xiàn)有密集波分系統(tǒng)的部分光層設備,這樣就避免了全網(wǎng)新建,而可以按需的進行TMux的擴容,極大降低了能耗和成本。

        根據(jù)上述考慮,我們基于現(xiàn)有的城域G.652D光纖系統(tǒng),分別進行了實驗室測試和現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境業(yè)務能力驗證。其中,實驗測試通過盤纖,模擬了:

        1. 100km無電中繼、無線路放大場景;

        2. 400km無電中繼、5跨段放大場景。

        而在現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境,則基于已經(jīng)完成布放的城域光纜系統(tǒng),進行了80km無電中繼、無線路放大的業(yè)務驗證。

        本次的被測設備,是近期產(chǎn)業(yè)鏈中正在逐步成熟的精簡型TMux設備,其體積在2U以內(nèi)、重量不超過 15kg,功耗低于200W,是傳統(tǒng)骨干OTN設備的二十分之一左右,具有很好的采購與運營成本優(yōu)勢。

        在實驗室中,采用100km長G.652D型盤纖模擬現(xiàn)網(wǎng)光路,進行了測試,拓撲如圖1所示。

        配合標準的DWDM合分波器和OBA及OPA型EDFA光放大器,對兩類TMux板卡進行了業(yè)務性能的測試,兩類TMux板卡分別是支線路側(cè)均為400G速率的直通板卡及支路側(cè)100G線路側(cè)400G的子速率復用板卡。測試中驗證了:

        1. 400G速率業(yè)務在城域典型的100km距離上低成本穩(wěn)定傳輸?shù)哪芰?

        2. 100G速率業(yè)務復用為400G速率業(yè)務的穩(wěn)定傳輸?shù)哪芰Α?/p>

        通過測試,在使用400G PM-16QAM規(guī)格進行編碼調(diào)制時,被測系統(tǒng)可以滿足100km的無中繼穩(wěn)定信號傳輸,無FEC的信號誤碼率約為2E-3,可以通過G.709 協(xié)議族中的標準FEC等較為成熟的技術(shù)進行糾正,在開啟 FEC后,信號傳輸24小時無誤碼。

        對于無電中繼的5跨段400km場景,測試拓撲如下圖2所示。

        通過與100km類似的測試,驗證了相同的業(yè)務可用性,其中無FEC的信號誤碼率僅比100km場景略有增加(僅增加了1E-4左右),同樣可以較為簡單的通過G.709標準FEC進行糾正,達到開啟FEC條件下的信號傳輸24小時無誤碼。

        通過初步的測試之后,在現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下,基于已經(jīng)部署的G.652D 光纜網(wǎng)絡,調(diào)度約 80km 的光纜進行實際業(yè)務模擬測試,同樣得到了良好的效果,模擬業(yè)務運行 24 小時無誤碼、丟包。

        四、成果應用展望

        經(jīng)過上述的測試與驗證,簡化的400G高速TMux 設備的實用性得到了很好的展示,其特性十分適合城域內(nèi)數(shù)據(jù)中心的高速互聯(lián),并且具備了為多個租戶提供波長/物理信道隔離的高可靠業(yè)務傳輸能力,系統(tǒng)的光層參數(shù)沿用了傳統(tǒng)DWDM技術(shù),對已經(jīng)部署的光層設備和器件如EDFA、合分波器及光纜等具有非常優(yōu)秀的適應性。

        本次所驗證的TMux設備,以其1U/2U、15KG、200W的物理部署要求,很好的適配了數(shù)據(jù)中心機架空間、供電容量和熱管理的要求,在機架內(nèi)部署時,對整架其他服務器、存儲等設備的影響和整架容量的影響降至最低。高度集成的設計,免去了復雜的現(xiàn)場調(diào)測和運維,簡單直觀的連纖關(guān)系,使得數(shù)據(jù)中心工程師可以直觀的進行設備維護和管理,降低了相應的人力投入。

        隨著100GE路由器和FC1600等高速存儲接口在數(shù)據(jù)中心的普及,100G客戶側(cè)業(yè)務的傳輸需求已經(jīng)是明確的需求,400G高速TMux則對這一需求進行了很好的響應,其具備的低成本、低能耗、易運營的特點和對已有基礎設施的極好的兼容性,使得部署和應用400G高速 TMux 設備的規(guī)模應用具有現(xiàn)實意義。更深層次而言,城域 400G 技術(shù)應用將領先于長途骨干,得到全面的發(fā)展。

        作者單位:倪海峰? ? 上海市信息管線有限公司

        參? 考? 文? 獻

        [1]王迎春.面向下一代的超100G長距離傳輸技術(shù)[J].郵電設計技術(shù), 2014(4):5-8.

        [2]張銀水. 高速帶寬光傳輸技術(shù)發(fā)展分析[J].科技創(chuàng)新與應用, 2012(11): 33.

        [3]周歆.OTN技術(shù)在城域網(wǎng)中的應用研究[D].北京郵電大學, 2012.

        [4]霍志恒.關(guān)于 IPRAN 技術(shù)在移動回程網(wǎng)中的組網(wǎng)應用與研究[J].中國新通信,? 2015(10).

        [5]周世毅.關(guān)于OTN技術(shù)在移動網(wǎng)絡中的應用分析[J]. 中國新通信,2016,18(16): 120.

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