400G盒式TMux設(shè)備城域應(yīng)用的探討與嘗試

摘要：隨著信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的出爐，要求“引導(dǎo)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(shè)備像綜合接入節(jié)點(diǎn)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(jìng)爭(zhēng)力的金融科技中心和數(shù)字經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新高地已成為其奮斗目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必須要推進(jìn)數(shù)據(jù)中心與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展，建設(shè)數(shù)據(jù)中心高速承載網(wǎng)絡(luò)?；诖?，本文對(duì)400G高速光傳輸技術(shù)的原理及城域應(yīng)用點(diǎn)進(jìn)行闡述，以期為今后的發(fā)展應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

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

一、引言

上海市域范圍內(nèi)將建設(shè)多個(gè)集中化的計(jì)算能力中心、數(shù)據(jù)應(yīng)用中心，如臨港新片區(qū)將建設(shè)國(guó)家數(shù)據(jù)跨境流動(dòng)試驗(yàn)示范區(qū)，建設(shè)國(guó)際數(shù)據(jù)港/離岸數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建國(guó)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(chǔ)設(shè)施，打造全球數(shù)據(jù)匯聚流轉(zhuǎn)樞紐平臺(tái)。同時(shí)，上海傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)機(jī)房集中區(qū)和應(yīng)用區(qū)如漕河涇、金橋、張江、陸家嘴等片區(qū)也將進(jìn)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(wù)等用戶的業(yè)務(wù)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(yàn)。

上海市信息管線有限公司承擔(dān)著上海市域范圍內(nèi)的通信管道、機(jī)房和光纖線路的投資建設(shè)和出租運(yùn)營(yíng)任務(wù)，同時(shí)為各類用戶提供公共信息基礎(chǔ)傳輸資源及其第三方專業(yè)服務(wù)，并為各通信、信息服務(wù)運(yùn)營(yíng)商和政企大客戶公平公正地開展業(yè)務(wù)創(chuàng)造了良好的網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(wù)。

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(shè)，業(yè)務(wù)的發(fā)展將面臨巨大的改變，業(yè)務(wù)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(duì)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的節(jié)能減排能力提出更高的要求。

當(dāng)前傳統(tǒng)的大型OTN骨干設(shè)備已無法滿足這些新需求，傳統(tǒng)設(shè)備架構(gòu)，在業(yè)務(wù)容量/速率、建設(shè)運(yùn)維復(fù)雜性、設(shè)備體積及能耗上無法保持平衡，無法滿足新時(shí)代信息化建設(shè)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(duì)未來2～5年的用戶DC互聯(lián)需求，并結(jié)合市場(chǎng)技術(shù)發(fā)展情況，對(duì)近期出現(xiàn)的光電分層理念下，以高速、高密度、易運(yùn)維目標(biāo)發(fā)展來的BOX型OTN設(shè)備，對(duì)其使用場(chǎng)景進(jìn)行了研究與探討，并實(shí)測(cè)其業(yè)務(wù)傳送能力，對(duì)其在城域范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)可用性進(jìn)行驗(yàn)證。

二、應(yīng)用場(chǎng)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(wù)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(jiǎn)單高效的架構(gòu)、高速低成本的進(jìn)行特定DC間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高可靠直接互聯(lián)。業(yè)務(wù)調(diào)度需求相對(duì)簡(jiǎn)化，重點(diǎn)關(guān)注確定流向的多種業(yè)務(wù)傳送。對(duì)于上海市域范圍內(nèi)的DC互聯(lián)，通常業(yè)務(wù)場(chǎng)景為：

（1）兩個(gè)DC間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，通常需要在不超過 120km 的距離上，傳輸10GE、FC800、10GPOS 等業(yè)務(wù)，并且在需要的時(shí)候，提供1+1的雙路保護(hù);隨著技術(shù)發(fā)展，業(yè)務(wù)逐步向40GE、100GE及FC1600等規(guī)格演進(jìn)。

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

（3）3～5個(gè)DC，以其中一個(gè)為核心DC，其余業(yè)務(wù)點(diǎn)向核心開通邏輯點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)，即 Spin-Leaf結(jié)構(gòu)，基于這種結(jié)構(gòu)，各點(diǎn)到核心點(diǎn)的光路距離通常不超過 120km，業(yè)務(wù)需求是拓?fù)渖先我恻c(diǎn)到核心DC傳輸10GE、FC 8000、10G POS 等業(yè)務(wù)，并且在需要的時(shí)候，提供1+1的雙路保護(hù);隨著技術(shù)發(fā)展，業(yè)務(wù)逐步向 40GE、100GE 及 FC1600 等規(guī)格演進(jìn)。

上述各業(yè)務(wù)拓?fù)洌髥蝹€(gè)高速業(yè)務(wù)能夠復(fù)用、映射進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的OTN高速幀結(jié)構(gòu)中，并通過標(biāo)準(zhǔn)的DWDM密集波分信道，在合波后進(jìn)行傳輸。每條業(yè)務(wù)的傳輸方向通常是固定的，業(yè)務(wù)開通后，在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，無需進(jìn)行更改、割接。

對(duì)上述場(chǎng)景進(jìn)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(jìn)行封裝映射，形成單波道高速OTN信號(hào)，并通過光層的固化合分波及波上下行模塊，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的邏輯點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，相關(guān)業(yè)務(wù)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(duì)上述討論的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，傳統(tǒng)上，必須使用骨干型OTN設(shè)備才可以滿足其對(duì)于高速業(yè)務(wù)的容量需求，如某廠商的POTN平臺(tái)，可提供高達(dá)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(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)設(shè)計(jì)的統(tǒng)一交叉架構(gòu)、高維度 ROADM、高精度時(shí)間同步等功能，增加了較高的運(yùn)維復(fù)雜性，使得在我們所討論的城域的 DC 互聯(lián)場(chǎng)景中的部署，顯得非常的笨重，建設(shè)（CAPEX）和運(yùn)行成本（OPEX）也非常的高。

對(duì)于我們所討論的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)場(chǎng)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(jī)柜租賃業(yè)務(wù)為例，機(jī)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(gè)4KW機(jī)柜月租金高達(dá)850～1150美金，而8KW機(jī)柜則在同樣的空間下，價(jià)格翻倍。考慮到這些因素，對(duì)于用于互聯(lián)接入的設(shè)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(chǎng)的蓬勃發(fā)展，BOX 型的OTN設(shè)備逐漸浮出水面，這類型設(shè)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(jiǎn)化設(shè)備功能，將業(yè)務(wù)能力進(jìn)行精簡(jiǎn)和聚焦，實(shí)現(xiàn)了成本、體積、能耗和復(fù)雜度的大幅降低。隨著技術(shù)的進(jìn)步，業(yè)內(nèi)可以提供的TMu x設(shè)備形態(tài)已經(jīng)演進(jìn)到 1-2U的盒式形態(tài)，并可以多臺(tái)堆疊擴(kuò)容，設(shè)備提供線路側(cè)+用戶側(cè)光口合一的板卡形態(tài)，一臺(tái)盒式設(shè)備通?？梢灾С?～4塊插卡，插卡間通常不進(jìn)行背板互聯(lián)。經(jīng)過這一系列的整合簡(jiǎn)化，設(shè)備構(gòu)成簡(jiǎn)化為基礎(chǔ)盒式機(jī)框（含管理模塊）、TMux單板、業(yè)務(wù)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(duì)于城域DC互聯(lián)的應(yīng)用，由于距離一般不超過 200km，跨段一般不超過 3 個(gè)，因此對(duì)于線路側(cè)光信號(hào)編碼的要求大大降低，從而減少了高階FEC、復(fù)雜信號(hào)處理的需求，降低了對(duì)線路側(cè)板卡和模塊的DSP等信號(hào)器件的要求和設(shè)備的體積、功耗和成本。

對(duì)于DC互聯(lián)型的應(yīng)用，由于業(yè)務(wù)流向高度集，一般來說，進(jìn)行簡(jiǎn)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(wù)調(diào)度的復(fù)雜性，也降低了相關(guān)設(shè)備、板卡的體積和功耗，使得光層也可以盒式化。

TMux設(shè)備和光層設(shè)備的盒式化，配合業(yè)務(wù)場(chǎng)景的特性，使得整個(gè)DC互聯(lián)場(chǎng)景下的高集成、高密度、堆疊式部署成為可能?；诖耍瑸榕浜袭a(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，我們?cè)谏虾３怯蚧ヂ?lián)的環(huán)境下，對(duì)400G的盒式TMux設(shè)備在現(xiàn)有城域光纜網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行部署的可行性及業(yè)務(wù)適配性進(jìn)行了初步的驗(yàn)證。

（一）業(yè)務(wù)驗(yàn)證

隨著光傳輸技術(shù)的不斷進(jìn)步，單波 100G 技術(shù)的下一代演進(jìn)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)完成了中短距400G標(biāo)準(zhǔn)的制定，而長(zhǎng)距400G技術(shù)的多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)選擇也已經(jīng)逐步收斂。當(dāng)前，應(yīng)對(duì)城域傳輸和DC互聯(lián)場(chǎng)景，已經(jīng)有成熟的 16QAM 調(diào)制產(chǎn)品，可實(shí)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(yīng)鏈評(píng)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(yīng)了的市場(chǎng)需要。

從業(yè)務(wù)適配性的角度評(píng)估，單個(gè)400G波道，基本可以容納一個(gè)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(wù)模型，大大簡(jiǎn)化了多用戶線路復(fù)用的技術(shù)難度， 避免了復(fù)雜而高成本的電層交叉調(diào)度操作，設(shè)備電層僅需部署TMux設(shè)備，100Gz的標(biāo)準(zhǔn) DWDM波道間隔和現(xiàn)有的密集波分系統(tǒng)兼容，可以復(fù)用現(xiàn)有密集波分系統(tǒng)的部分光層設(shè)備，這樣就避免了全網(wǎng)新建，而可以按需的進(jìn)行TMux的擴(kuò)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境業(yè)務(wù)能力驗(yàn)證。其中，實(shí)驗(yàn)測(cè)試通過盤纖，模擬了：

1. 100km無電中繼、無線路放大場(chǎng)景;

2. 400km無電中繼、5跨段放大場(chǎng)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(jìn)行了80km無電中繼、無線路放大的業(yè)務(wù)驗(yàn)證。

本次的被測(cè)設(shè)備，是近期產(chǎn)業(yè)鏈中正在逐步成熟的精簡(jiǎn)型TMux設(shè)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(shè)備的二十分之一左右，具有很好的采購(gòu)與運(yùn)營(yíng)成本優(yōu)勢(shì)。

在實(shí)驗(yàn)室中，采用100km長(zhǎng)G.652D型盤纖模擬現(xiàn)網(wǎng)光路，進(jìn)行了測(cè)試，拓?fù)淙鐖D1所示。

配合標(biāo)準(zhǔn)的DWDM合分波器和OBA及OPA型EDFA光放大器，對(duì)兩類TMux板卡進(jìn)行了業(yè)務(wù)性能的測(cè)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(fù)用板卡。測(cè)試中驗(yàn)證了：

1. 400G速率業(yè)務(wù)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(wù)復(fù)用為400G速率業(yè)務(wù)的穩(wěn)定傳輸?shù)哪芰Α?/p>

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

對(duì)于無電中繼的5跨段400km場(chǎng)景，測(cè)試拓?fù)淙缦聢D2所示。

通過與100km類似的測(cè)試，驗(yàn)證了相同的業(yè)務(wù)可用性，其中無FEC的信號(hào)誤碼率僅比100km場(chǎng)景略有增加（僅增加了1E-4左右），同樣可以較為簡(jiǎn)單的通過G.709標(biāo)準(zhǔn)FEC進(jìn)行糾正，達(dá)到開啟FEC條件下的信號(hào)傳輸24小時(shí)無誤碼。

通過初步的測(cè)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(luò)，調(diào)度約 80km 的光纜進(jìn)行實(shí)際業(yè)務(wù)模擬測(cè)試，同樣得到了良好的效果，模擬業(yè)務(wù)運(yùn)行 24 小時(shí)無誤碼、丟包。

四、成果應(yīng)用展望

經(jīng)過上述的測(cè)試與驗(yàn)證，簡(jiǎn)化的400G高速TMux 設(shè)備的實(shí)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(gè)租戶提供波長(zhǎng)/物理信道隔離的高可靠業(yè)務(wù)傳輸能力，系統(tǒng)的光層參數(shù)沿用了傳統(tǒng)DWDM技術(shù)，對(duì)已經(jīng)部署的光層設(shè)備和器件如EDFA、合分波器及光纜等具有非常優(yōu)秀的適應(yīng)性。

本次所驗(yàn)證的TMux設(shè)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(jī)架空間、供電容量和熱管理的要求，在機(jī)架內(nèi)部署時(shí)，對(duì)整架其他服務(wù)器、存儲(chǔ)等設(shè)備的影響和整架容量的影響降至最低。高度集成的設(shè)計(jì)，免去了復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)測(cè)和運(yùn)維，簡(jiǎn)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(jìn)行設(shè)備維護(hù)和管理，降低了相應(yīng)的人力投入。

隨著100GE路由器和FC1600等高速存儲(chǔ)接口在數(shù)據(jù)中心的普及，100G客戶側(cè)業(yè)務(wù)的傳輸需求已經(jīng)是明確的需求，400G高速TMux則對(duì)這一需求進(jìn)行了很好的響應(yīng)，其具備的低成本、低能耗、易運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)和對(duì)已有基礎(chǔ)設(shè)施的極好的兼容性，使得部署和應(yīng)用400G高速 TMux 設(shè)備的規(guī)模應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。更深層次而言，城域 400G 技術(shù)應(yīng)用將領(lǐng)先于長(zhǎng)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(xiàn)

[1]王迎春.面向下一代的超100G長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)[J].郵電設(shè)計(jì)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(yīng)用， 2012（11）： 33.

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

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

[5]周世毅.關(guān)于OTN技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用分析[J]. 中國(guó)新通信，2016，18（16）： 120.