陸 源 孫 梅 白立武 張立明

山東省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

0 引言

隨著5G時(shí)代的來臨，核心網(wǎng)云化和多云DC互聯(lián)等新型需求的出現(xiàn)正在驅(qū)動(dòng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的轉(zhuǎn)型，包含融合NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）、SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）等新技術(shù)的出現(xiàn)，未來以DC（數(shù)據(jù)中心）為中心，構(gòu)建一張調(diào)度靈活、能力開放、容量彈性、架構(gòu)可調(diào)的新一代網(wǎng)絡(luò)正成為各運(yùn)營商未來網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)目標(biāo)。智能城域網(wǎng)是面向5G和DC的新型綜合承載技術(shù)，目前已在國內(nèi)運(yùn)營商進(jìn)行了小規(guī)模外場試點(diǎn)，隨著網(wǎng)絡(luò)DC化演進(jìn)，其頂層架構(gòu)的傳輸方案是當(dāng)前階段需要考慮的重點(diǎn)問題。城域光傳送網(wǎng)作為基礎(chǔ)承載平臺(tái)，該如何適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型需要，當(dāng)前并沒有直接的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此面向DC云化網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步研究城域傳輸架構(gòu)及演進(jìn)是非常有必要的。

1 新型智能城域網(wǎng)架構(gòu)

1.1 網(wǎng)絡(luò)DC化演進(jìn)特點(diǎn)

隨著大量業(yè)務(wù)的云化部署，以DC為中心的建網(wǎng)趨勢愈發(fā)明顯。DC化網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)三個(gè)特點(diǎn)：（1）呈現(xiàn)解耦開放特點(diǎn)。通過引入SDN、NFV等技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的軟件化，逐步構(gòu)建端到端的開放生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源可編程、可動(dòng)態(tài)調(diào)度和實(shí)時(shí)交付。（2）呈現(xiàn)云網(wǎng)協(xié)同趨勢。各類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和流量迅猛增長推動(dòng)云計(jì)算跨越式發(fā)展，基于云計(jì)算來開發(fā)、開放各類業(yè)務(wù)已成為業(yè)界共識(shí)。未來，將有越來越多的應(yīng)用將部署在“云”上，甚至IT、網(wǎng)絡(luò)都將基于云化部署，而所有云化的資源池部署地點(diǎn)就是各類DC機(jī)房。（3）即呈現(xiàn)以DC為中心的“扁平化”建網(wǎng)特點(diǎn)?？紤]到網(wǎng)絡(luò)流量、云化網(wǎng)元、云計(jì)算資源等都將集中承載在各級(jí)DC內(nèi)，因此，DC必然成為網(wǎng)絡(luò)的核心，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)和組網(wǎng)布局都應(yīng)以數(shù)據(jù)中心為核心，“云”和“網(wǎng)絡(luò)”資源將在DC內(nèi)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃部署和調(diào)度。

1.2 DC層次架構(gòu)

面向5G的核心網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)，是按照分層的區(qū)域DC、本地DC、邊緣DC三級(jí)目標(biāo)架構(gòu)演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)功能軟件化部署，根據(jù)不同功能的特性和業(yè)務(wù)需求分別部署在不同層DC，與上述DC架構(gòu)目標(biāo)是一致的。

傳統(tǒng)機(jī)房設(shè)置和未來DC機(jī)房架構(gòu)對(duì)比如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)機(jī)房和DC機(jī)房設(shè)置對(duì)比

1.3 智能城域網(wǎng)架構(gòu)

智能城域網(wǎng)架構(gòu)是典型本地網(wǎng)范疇的圍繞DC組網(wǎng)架構(gòu)，架構(gòu)機(jī)房涉及上述DC目標(biāo)架構(gòu)的本地核心DC和邊緣DC兩級(jí)，如圖2所示。從整體架構(gòu)來看，移網(wǎng)和固網(wǎng)將通過一套統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)綜合承載。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為不同的SPDC模塊化端局，每個(gè)模塊端局是葉脊（spine-leaf）架構(gòu)的DC化組網(wǎng)。DC網(wǎng)絡(luò)由Spine和Leaf設(shè)備組成，分為業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)和資源池區(qū)。spine為DC核心節(jié)點(diǎn)，用于提供高速轉(zhuǎn)發(fā)功能，通過高速接口上聯(lián)城域網(wǎng)CR和CUII/B網(wǎng)，下聯(lián)各類Leaf節(jié)點(diǎn)；Leaf為智能城域網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行各種業(yè)務(wù)和云資源接入，包括HSI、IPTV、政企大客戶、無線、云存儲(chǔ)、計(jì)算以及各種虛擬化VNF組件vBRAS、VCPE等接入。

相比于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，Spine-Leaf架構(gòu)組網(wǎng)下的網(wǎng)絡(luò)可以無限制橫向擴(kuò)容，網(wǎng)絡(luò)更加靈活，扁平化架構(gòu)減少節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，同一SPINE節(jié)點(diǎn)下的leaf節(jié)點(diǎn)均只需要1跳即可完成轉(zhuǎn)發(fā)。Segment Routing自帶網(wǎng)絡(luò)感知功能，全網(wǎng)統(tǒng)一協(xié)議，實(shí)現(xiàn)端到端流量調(diào)度和統(tǒng)一管理。

采用智能城域網(wǎng)架構(gòu)的方式，其頂層架構(gòu)本質(zhì)上是建設(shè)了一張“業(yè)務(wù)承載網(wǎng)”，綜合接入各種業(yè)務(wù)，協(xié)議部署和路徑計(jì)算等復(fù)雜算法和功能均在智能城域網(wǎng)設(shè)備上完成，傳輸專業(yè)負(fù)責(zé)大帶寬的鏈路承載需求，基本承載思路和目前的網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)承載方式類似，即：匹配業(yè)務(wù)網(wǎng)帶寬和流向承載，可采取L0透傳方式或L1ODUk封裝承載。規(guī)劃需注意的問題歸納如下：

（1）智能城域網(wǎng)鏈路帶寬更高，5G承載初期單條鏈路規(guī)劃可按照1×100GE進(jìn)行，遠(yuǎn)期規(guī)劃可達(dá)N×100GE，甚至N×400GE。

（2）傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)主要解決南北向鏈路，而智能城域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)則更扁平化，三層鏈路減少為二層鏈路。匯聚節(jié)點(diǎn)-核心節(jié)點(diǎn)的鏈路數(shù)量要更多。

（3）業(yè)務(wù)流向基本一致，為南北流向鏈路，多云互聯(lián)的東西向流向可以通過SPINE節(jié)點(diǎn)進(jìn)行迂回，承載網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)的連接從以前的與多個(gè)核心網(wǎng)元的連接，變成與多個(gè)數(shù)據(jù)中心的連接。

（4）采用智能城域網(wǎng)架構(gòu)，是典型的DCI場景，需結(jié)合通信云部署考慮DC機(jī)房間的傳輸需求，DC間傳輸跳數(shù)爭取做到最優(yōu)，匹配MESH化流向。

2 傳輸承載策略

2.1 傳送網(wǎng)面臨DC業(yè)務(wù)需求挑戰(zhàn)

DC業(yè)務(wù)對(duì)傳送網(wǎng)提出的多重需求包括：低時(shí)延、TTM（業(yè)務(wù)開通時(shí)間）、高可靠性、廣覆蓋和大帶寬。如果綜合考慮各種云化需求的DC業(yè)務(wù)，包含運(yùn)營商網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)和網(wǎng)外業(yè)務(wù)（政企等業(yè)務(wù)），現(xiàn)有傳送網(wǎng)架構(gòu)是難以支撐DC帶寬快速增長需求和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)需求的?，F(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)以環(huán)形為主，環(huán)上所有節(jié)點(diǎn)共享80波，單節(jié)點(diǎn)大帶寬需求會(huì)消耗整網(wǎng)資源，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)頻繁疊加平面，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式呈現(xiàn)熱點(diǎn)流量壓力大的特性，資源利用率不均衡。

2.2 傳輸承載方案

（1）綜合承載模式

依托目前部署的城域PeOTN網(wǎng)絡(luò)，采用光電混合交叉技術(shù)，重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。PeOTN網(wǎng)絡(luò)既作為政企業(yè)務(wù)等網(wǎng)外業(yè)務(wù)的“業(yè)務(wù)網(wǎng)”，又作為DC互聯(lián)等網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)的“傳輸網(wǎng)”。1）重點(diǎn)地市城域核心匹配DC節(jié)點(diǎn)啟用ROADM/OXC，實(shí)現(xiàn)MESH化演進(jìn)，DC流量可以按需調(diào)整，節(jié)點(diǎn)間通過ROADM一跳直達(dá)，時(shí)延最優(yōu)。2）提升目前城域核心OTN網(wǎng)絡(luò)容量至單波200G/400G網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)立體組網(wǎng)架構(gòu)，大流量站點(diǎn)鏈路立體組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)容量倍增方案。3）啟用智控電層平面，ASON使能，業(yè)務(wù)快速發(fā)放和恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)高可靠、高安全，遠(yuǎn)期結(jié)合業(yè)務(wù)顆粒度實(shí)現(xiàn)智控光層。4）結(jié)合DC節(jié)點(diǎn)分布，新建城區(qū)OTN匯聚環(huán)，OTN按需下沉，打造面向業(yè)務(wù)的端到端一體化OTN網(wǎng)絡(luò)。綜合承載模式見圖3。

圖3 綜合承載模式

（2）分離承載模式

針對(duì)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，網(wǎng)內(nèi)透傳型大帶寬DC業(yè)務(wù)采取部署模塊化波分組網(wǎng)，其余面向客戶的多業(yè)務(wù)承載以及傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)均通過PeOTN網(wǎng)絡(luò)承載，即分離承載模式。智能城域網(wǎng)架構(gòu)下的模塊化波分設(shè)置點(diǎn)和其傳輸模式如圖4所示，跨局鏈路可進(jìn)行設(shè)置，在組網(wǎng)方面，可以采取環(huán)網(wǎng)方式或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)堆疊這兩種模式，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)堆疊方式容量有保障，是現(xiàn)階段采取的主要方式。

圖4 分離承載模式-模塊化波分設(shè)置點(diǎn)

（3）造價(jià)分析

智能城域網(wǎng)頂層架構(gòu)的鏈路承載，可根據(jù)典型模型進(jìn)行光纖直驅(qū)、城域PeOTN和模塊化波分3種承載方式的造價(jià)測算。

假定模型：2個(gè)S-SPINE節(jié)點(diǎn)，2個(gè)SPDC節(jié)點(diǎn)，5個(gè)邊緣DC節(jié)點(diǎn)，考慮3個(gè)出口（IDC、承載網(wǎng)、城域網(wǎng)），節(jié)點(diǎn)間鏈路按單條1×100GE考慮，節(jié)點(diǎn)間光纖距離按5km測算。如表1、表2、圖5所示。

表1 測算模型矩陣表（單位：1×100GE/鏈路）

圖5 智能城域網(wǎng)架構(gòu)下的流向分析

根據(jù)以上分析，該模型需40條100GE鏈路，其中32條通過傳輸設(shè)備承載。

表2 模型造價(jià)分析表

光纖直驅(qū)承載最經(jīng)濟(jì)最直觀的傳輸方式，但最大的問題是鏈路無保障，無抗二次斷纖能力，在城區(qū)管線資源布放越來越困難的情況下，未來DC互聯(lián)鏈路重要等級(jí)特別高，因此建議選擇設(shè)備方案。針對(duì)智能城域網(wǎng)頂層架構(gòu)的兩種設(shè)備方案比選詳見表3。

表3 模式比選表

2.3 選擇建議

當(dāng)前業(yè)界對(duì)模塊化波分的應(yīng)用場景建議較為一致，認(rèn)為其主要適用于城域互聯(lián)場景，如大型數(shù)據(jù)中心至城域網(wǎng)間的南北向連接，城域網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)，以及未來的海纜登陸站，及長長中繼等。通過本文分析，智能城域網(wǎng)的頂層傳輸也能成為其應(yīng)用的一種模式，需結(jié)合本地DC機(jī)房設(shè)置和通信云的規(guī)劃統(tǒng)籌分析應(yīng)用。具體建議如下：

（1）對(duì)于已布局PeOTN端到端網(wǎng)絡(luò)的大型本地網(wǎng)，通信云、業(yè)務(wù)云及面向業(yè)務(wù)接入統(tǒng)籌考慮DC云互聯(lián)，建議采用“綜合承載模式”進(jìn)行傳輸承載，傳輸可靠性更強(qiáng)更靈活，也有利于IP+光的協(xié)同演進(jìn)。

（2）對(duì)于中小型本地網(wǎng)，建議采用“分離承載模式”進(jìn)行傳輸承載，隨著模塊化波分的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)TCO最佳。

（3）模塊化波分可作為OTU拉遠(yuǎn)至數(shù)據(jù)機(jī)房應(yīng)用，作為同廠家設(shè)備的新型態(tài)，延伸至數(shù)據(jù)機(jī)房，促進(jìn)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備供應(yīng)商提供此類產(chǎn)品。

目前模塊化波分也有其應(yīng)用的局限性，比如1588V2的傳遞僅支持OSC方式，現(xiàn)階段需加快自主網(wǎng)管/控制器的開發(fā)，傳輸設(shè)備安裝在數(shù)據(jù)機(jī)房需考慮維護(hù)的分工界面問題等，但今后都會(huì)有相應(yīng)的解決方案。

2.4 模塊化波分試點(diǎn)情況

某省聯(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12km，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，也會(huì)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)行了充分的分析和論證之后，某省聯(lián)通結(jié)合集團(tuán)指導(dǎo)意見，于近期采用模塊化波分解決方案進(jìn)行了試點(diǎn)。如圖6所示。

圖6 試點(diǎn)方案圖

本項(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)工程已開通了其中的4條，并且在線路側(cè)配置了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。試點(diǎn)關(guān)鍵性指標(biāo)包含線路側(cè)光接口平均發(fā)送光功率、線路側(cè)接收靈敏度、DCI PTP（Pointto Point）最大線路距離、線路側(cè)超100G速率傳輸能力、業(yè)務(wù)長期穩(wěn)定性測試、OMSP保護(hù)測試等。目前試點(diǎn)關(guān)鍵性指標(biāo)測試均通過，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，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。

3 結(jié)語

智能城域網(wǎng)是新型架構(gòu)的業(yè)務(wù)承載網(wǎng)，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)著傳送網(wǎng)架構(gòu)的演進(jìn)，無論是傳統(tǒng)OTN網(wǎng)絡(luò)還是模塊化波分，都需要進(jìn)行DC化演進(jìn)的適配。本文從智能城域網(wǎng)頂層架構(gòu)的傳輸策略角度出發(fā)進(jìn)行了剖析，根據(jù)本地網(wǎng)架構(gòu)和流量流向分析，提出了模塊化波分適配智能城域網(wǎng)架構(gòu)承載的思路，面向5G和DC的傳送網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需要更深層次考慮云網(wǎng)協(xié)同轉(zhuǎn)型，構(gòu)建一張靈活智能的傳送網(wǎng)是面向未來綜合業(yè)務(wù)承載的目標(biāo)。