模块化波分网络部署研究*

刘德才，杨 涛，任余丰

（1.中国联通青岛市分公司，山东 青岛 266071；2.武汉光迅科技股份有限公司，湖北 武汉 430205）

0 引 言

中国联通IDC业务利用中国联通互联网UNINET的基础网络设施，在北京、上海、广州、沈阳、西安、武汉、成都、济南、南京以及杭州10个节点建设了骨干互联网数据中心IDC机房，可以提供面向全国的CDN服务[1]。中国联通IDC能为用户提供安全可靠的网络运营维护环境和稳定可靠的宽带互联网接入资源，且在提供基础网络服务的同时，提供电信级网络管理和应用服务。服务内容包括虚拟主机、整机租用、服务器托管、机柜租用、机房租用、带宽以及国际出口等基础业务，同时提供内容分发、负载均衡、缓存加速、存储备份以及安全管理等增值性业务。

山东作为国内最早开办IDC业务的省份之一，20年来山东数据中心从无到有，从小到大，已经成为中国北方仅次于北京的数据中心网络。目前，山东已与25个省建成直达电路，直连带宽数量和质量达到国内领先水平。FULL MESH全网状的网络结构，为客户部署基地云计算中心提供了天然的网络条件。经过多方努力，青岛正在积极申请成为继北京、上海和广州后的第四个国际出口局，进一步成为国内八横八纵骨干通信网的重要枢纽节点，也是China169国家骨干网的超级核心节点，从而为青岛IDC产业发展提供优越的网络基础。

1 数据中心行业发展趋势

互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）属于互联网基础设施范畴的一个细分领域，主要为大型互联网公司、云计算企业以及金融机构等客户提供一个存放服务器的空间场所，包括必备的网络、电力以及空调等基础设施，同时提供代维、代管及其他增值服务，以获取空间租赁费和增值服务费。

IDC行业产业链上游由硬件设备制造商、软件服务商、电信运营商以及政府等主题组成。中游主要分为两大类，即IDC基础架构提供商和IDC服务商。目前，IDC基础架构商的代表企业主要有世纪互娱、光华新网、数据港以及万国数据等；IDC服务商由分为基础电信运营商和云计算服务商。产业链下游参与者众多，主要包括互联网企业、金融机构、制造业企业以及政府部门等。

在中国互联网行业的高速发展下，中国的IDC市场规模增速远高于全球水平。如图1所示，据前瞻产业研究院发布的《中国IDC行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》[2]统计数据显示，2012—2017年，中国IDC市场规模保持持续增长趋势，但增速呈波动增长态势。2011年，中国IDC行业市场规模已达2 010.8亿元；2015年，中国IDC行业市场规模突破500亿元，达到518.6亿元，同比增长39.3%；到了2017年，中国IDC行业市场规模增长至946.1亿元，同比增长32.4%。截至2018年，中国IDC市场继续保持高速增长，市场总规模为1 277.2亿元人民币，同比增长35%。

图1 中国IDC行业发展趋势

2 传统DC互联方案及其弊端

由于云和大数据业务的蓬勃发展，对数据中心容量的要求日益高涨。但是，综合考虑异地容灾需求、流量带宽的地域性差异、土地成本等因素，中国联通的IDC建设采用分布式部署原则，将IDC机房分散建设在不同省份和不同城市。基于这样的现状，数据中心互联（Data Center Interconnect，IDC）网络建设需求应运而生。

数据中心机房之间的互联方案，与交换机/路由器接口速率、光模块性能指标、机房之间的物理距离以及光缆资源条件密切相关。目前，大多数IDC机房的出口带宽已达到100 Gb/s甚至更高速率。为了实现不同机房之间高速无阻塞的数据传送和交换，首选技术无疑是光纤直驱或者WDM波分复用方案。其中，OTN设备技术成熟度高，且经历多轮运营商集采后成本已大幅下降，因此在光缆资源日趋紧张的地区，更倾向于采用N×100G的中长距OTN方案[3]，其典型的组网方案如图2所示。

图2 传统DC互联OTN组网方案

但是，由于设计OTN设备的初衷是面向电信级光传输网环境，当运营商习惯性地将OTN设备部署在IDC互联网数据中心机房后，出现了诸多“水土不服”现象，主要体现在以下3个方面。

（1）光电不解耦

DCI传输网络的发展趋势SDN技术要求，多厂家的光层及电层设备可混合使用；传统OTN设备光层与电层设备，通过厂商提供的专有NMS网管软件管理，如有电层设备扩容需求，无法兼容其他厂家设备，存在设备扩容成本控制风险。

（2）能耗及散热表现

DCI传输网络常用100G/200G速率的业务颗粒，需要传输设备直接下沉至DCI机房；为节省DCI机房宝贵的空间及功耗资源，对设备的集成度、散热以及功耗提出更高的要求；传统OTN设备常见9U/5U的设备高度、左右/上下进出风的散热设计、每单位传输容量的功耗，都已不适用于DCI机房建设的需求。

（3）功能兼容性

传统OTN设备为满足传统运营商网络，需满足适配不同大小的业务颗粒的调度能力，业务封装使用了较为复杂的帧封装结构，且为实现对各级层业务的监控功能使用了较多自有协议的开销字节，存在一定的兼容性问题。为了满足长跨距业务传输需求，同时使用了复杂的FEC算法，引入了额外的开销及业务时延。可见，OTN设备及业务形态并不适应DCI方案中对业务低时延、易运维、极简化管理的需求。

3 新一代DC互联解决方案

针对数据中心机房互联的特殊场景，国内外设备供应商陆续推出了低成本、功耗光电解耦的简易型WDM设备，又称为模块化波分设备。

3.1 模块化波分设备基本原理

模块化波分系统的基本架构如图3所示。

图3 模块化波分系统架构

其中，OTU单元负责完成业务光信号的波长转换。目前，主流设备的客户侧采用QSFP28封装的100G光模块，支持100GE、OTU4速率接入[4]；线路侧采用CFP2封装的相干光模块，支持200G-16QAM、100G-QPSK调制方式[5]，支持100 km无色散补偿城域传输。

合分波、BA/PA光放单元一般采用独立子框，并可按需扩展叠加支持OLP线路保护、OTDR光纤线路诊断以及OCM波道功率监测等功能子模块。

3.2 主要优点

通过对业界主流模块化波分设备的调研，总结出一些共有的特性。

（1）设备形态采用1～2 RU机架式服务器设计，前后通风散热，深度≤600 mm，适配数据中心标准服务器机柜。

（2）模块化设计方案，平台通用、维护便利、组网灵活、支持按需扩展。

（3）1RU高度机框可支持4～8个200G波道，相比传统OTN设备，集成度更高，机房占用面积更少。

（4）线路侧采用产业链成熟的CFP2-ACO相干光模块，有利于大规模部署。

（5）相比传统100G WDM系统[6]，由于去掉了电交叉单元，整体功耗降低了50%～70%。根据集团选型测试数据，单子框框满配典型功耗低于400 W，换算到每100G带宽功率低于30 W，明显降低了IDC机房的运营成本。

（6）网管控制接口支持标准Netconf协议和YANG管理模型[7]，可无缝对接联通集团的统一管控平台，支持SDN网络的平滑升级

3.3 适用场景

如图4所示，模块化波分主要适用于城域大容量点对点业务需求，包括但不限于以下主要应用场景：

（1）城域网内数据中心之间互联；

（2）大型数据中心与城域网CR/骨干互联网之间互联；

（3）骨干传输网到城域大型IDC节点（自建或BATJ等客户IDC）的延伸落地；

（4）海缆登陆站到国际局间的中继系统；

（5）业务量大的长长中继系统。

图4 模块化波分应用场景

3.4 工程应用试点

山东联通在省内有若干个数据中心机房，因IDC业务发展需要，其中两个机房间的交换机/路由器有多个100G接口需要进行东西向互联。机房间的物理距离约为12 km，受数据设备100G光模块性能限制，光纤直驱方案存在业务连通性风险。此外，当前光缆资源较为紧张，严重影响整个项目的施工周期。

在对项目情况进行充分分析和论证后，山东联通结合集团网络建设[2018]298号文件的指导意见，于2019年04月采用模块化波分解决方案进行了试点，方案组网拓扑如图5所示。

图5 模块化波分试点方案

项目中，东西向互联业务流量共计18条100G链路，当前试点工程已开通其中的4条，且在线路侧配置了OA光放模块和OLP保护模块，增强了光纤链路的信号质量和光缆路由的可靠性。后续将根据试点工程业务运行情况陆续开通其他链路。

4 结 语

模块化波分系统作为WDM传输领域的一款后起之秀，核心理念包括模块化设计、极简组网和极简运维，是融合了下一代光传输网技术的大胆尝试。针对数据中心互联这一特定场景，产业链上的主流供应商也纷纷推出深度定制化产品，从结构设计、性能指标、集成度、功耗以及网管接口等各个方面充分考虑用户的实际需求。通过山东省内的工程试点项目，已经可以得出结论：在满足业务需求并保障业务质量的前提下，模块化波分系统显著降低了网络建设成本。后续将进一步从运维角度进行分析与研究，希望能在全省范围内进行规模化部署，为IDC业务提供更好的支撑。