面向5G和DC的智能城域网顶层架构传输策略分析

陆 源 孙 梅 白立武 张立明

山东省邮电规划设计院有限公司

0 引言

随着5G时代的来临，核心网云化和多云DC互联等新型需求的出现正在驱动运营商网络架构的转型，包含融合NFV（网络功能虚拟化）、SDN（软件定义网络）等新技术的出现，未来以DC（数据中心）为中心，构建一张调度灵活、能力开放、容量弹性、架构可调的新一代网络正成为各运营商未来网络的演进目标。智能城域网是面向5G和DC的新型综合承载技术，目前已在国内运营商进行了小规模外场试点，随着网络DC化演进，其顶层架构的传输方案是当前阶段需要考虑的重点问题。城域光传送网作为基础承载平台，该如何适应网络转型需要，当前并没有直接的经验可以借鉴，因此面向DC云化网络，进一步研究城域传输架构及演进是非常有必要的。

1 新型智能城域网架构

1.1 网络DC化演进特点

随着大量业务的云化部署，以DC为中心的建网趋势愈发明显。DC化网络呈现三个特点：（1）呈现解耦开放特点。通过引入SDN、NFV等技术，逐步实现网络功能的软件化，逐步构建端到端的开放生态系统，实现网络架构的灵活扩展，实现网络资源可编程、可动态调度和实时交付。（2）呈现云网协同趋势。各类互联网应用和流量迅猛增长推动云计算跨越式发展，基于云计算来开发、开放各类业务已成为业界共识。未来，将有越来越多的应用将部署在“云”上，甚至IT、网络都将基于云化部署，而所有云化的资源池部署地点就是各类DC机房。（3）即呈现以DC为中心的“扁平化”建网特点。考虑到网络流量、云化网元、云计算资源等都将集中承载在各级DC内，因此，DC必然成为网络的核心，网络架构的设计和组网布局都应以数据中心为核心，“云”和“网络”资源将在DC内实现统一规划部署和调度。

1.2 DC层次架构

面向5G的核心网目标架构，是按照分层的区域DC、本地DC、边缘DC三级目标架构演进，网络功能软件化部署，根据不同功能的特性和业务需求分别部署在不同层DC，与上述DC架构目标是一致的。

传统机房设置和未来DC机房架构对比如图1所示。

图1 传统机房和DC机房设置对比

1.3 智能城域网架构

智能城域网架构是典型本地网范畴的围绕DC组网架构，架构机房涉及上述DC目标架构的本地核心DC和边缘DC两级，如图2所示。从整体架构来看，移网和固网将通过一套统一的网络实现综合承载。整个网络分为不同的SPDC模块化端局，每个模块端局是叶脊（spine-leaf）架构的DC化组网。DC网络由Spine和Leaf设备组成，分为业务接入区和资源池区。spine为DC核心节点，用于提供高速转发功能，通过高速接口上联城域网CR和CUII/B网，下联各类Leaf节点；Leaf为智能城域网边缘节点，进行各种业务和云资源接入，包括HSI、IPTV、政企大客户、无线、云存储、计算以及各种虚拟化VNF组件vBRAS、VCPE等接入。

相比于传统的网络架构，Spine-Leaf架构组网下的网络可以无限制横向扩容，网络更加灵活，扁平化架构减少节点转发跳数，同一SPINE节点下的leaf节点均只需要1跳即可完成转发。Segment Routing自带网络感知功能，全网统一协议，实现端到端流量调度和统一管理。

采用智能城域网架构的方式，其顶层架构本质上是建设了一张“业务承载网”，综合接入各种业务，协议部署和路径计算等复杂算法和功能均在智能城域网设备上完成，传输专业负责大带宽的链路承载需求，基本承载思路和目前的网内业务承载方式类似，即：匹配业务网带宽和流向承载，可采取L0透传方式或L1ODUk封装承载。规划需注意的问题归纳如下：

（1）智能城域网链路带宽更高，5G承载初期单条链路规划可按照1×100GE进行，远期规划可达N×100GE，甚至N×400GE。

（2）传统传输网主要解决南北向链路，而智能城域网的网络则更扁平化，三层链路减少为二层链路。汇聚节点-核心节点的链路数量要更多。

（3）业务流向基本一致，为南北流向链路，多云互联的东西向流向可以通过SPINE节点进行迂回，承载网络与核心网的连接从以前的与多个核心网元的连接，变成与多个数据中心的连接。

（4）采用智能城域网架构，是典型的DCI场景，需结合通信云部署考虑DC机房间的传输需求，DC间传输跳数争取做到最优，匹配MESH化流向。

2 传输承载策略

2.1 传送网面临DC业务需求挑战

DC业务对传送网提出的多重需求包括：低时延、TTM（业务开通时间）、高可靠性、广覆盖和大带宽。如果综合考虑各种云化需求的DC业务，包含运营商网内业务和网外业务（政企等业务），现有传送网架构是难以支撑DC带宽快速增长需求和网络架构演进需求的。现有光网络以环形为主，环上所有节点共享80波，单节点大带宽需求会消耗整网资源，导致网络频繁叠加平面，网络建设模式呈现热点流量压力大的特性，资源利用率不均衡。

2.2 传输承载方案

（1）综合承载模式

依托目前部署的城域PeOTN网络，采用光电混合交叉技术，重构网络架构。PeOTN网络既作为政企业务等网外业务的“业务网”，又作为DC互联等网内业务的“传输网”。1）重点地市城域核心匹配DC节点启用ROADM/OXC，实现MESH化演进，DC流量可以按需调整，节点间通过ROADM一跳直达，时延最优。2）提升目前城域核心OTN网络容量至单波200G/400G网络，远期实现立体组网架构，大流量站点链路立体组网，实现容量倍增方案。3）启用智控电层平面，ASON使能，业务快速发放和恢复，实现网络高可靠、高安全，远期结合业务颗粒度实现智控光层。4）结合DC节点分布，新建城区OTN汇聚环，OTN按需下沉，打造面向业务的端到端一体化OTN网络。综合承载模式见图3。

图3 综合承载模式

（2）分离承载模式

针对业务特点，网内透传型大带宽DC业务采取部署模块化波分组网，其余面向客户的多业务承载以及传统网络业务均通过PeOTN网络承载，即分离承载模式。智能城域网架构下的模块化波分设置点和其传输模式如图4所示，跨局链路可进行设置，在组网方面，可以采取环网方式或者点对点堆叠这两种模式，点对点堆叠方式容量有保障，是现阶段采取的主要方式。

图4 分离承载模式-模块化波分设置点

（3）造价分析

智能城域网顶层架构的链路承载，可根据典型模型进行光纤直驱、城域PeOTN和模块化波分3种承载方式的造价测算。

假定模型：2个S-SPINE节点，2个SPDC节点，5个边缘DC节点，考虑3个出口（IDC、承载网、城域网），节点间链路按单条1×100GE考虑，节点间光纤距离按5km测算。如表1、表2、图5所示。

表1 测算模型矩阵表（单位：1×100GE/链路）

图5 智能城域网架构下的流向分析

根据以上分析，该模型需40条100GE链路，其中32条通过传输设备承载。

表2 模型造价分析表

光纤直驱承载最经济最直观的传输方式，但最大的问题是链路无保障，无抗二次断纤能力，在城区管线资源布放越来越困难的情况下，未来DC互联链路重要等级特别高，因此建议选择设备方案。针对智能城域网顶层架构的两种设备方案比选详见表3。

表3 模式比选表

2.3 选择建议

当前业界对模块化波分的应用场景建议较为一致，认为其主要适用于城域互联场景，如大型数据中心至城域网间的南北向连接，城域网的数据中心之间互联，以及未来的海缆登陆站，及长长中继等。通过本文分析，智能城域网的顶层传输也能成为其应用的一种模式，需结合本地DC机房设置和通信云的规划统筹分析应用。具体建议如下：

（1）对于已布局PeOTN端到端网络的大型本地网，通信云、业务云及面向业务接入统筹考虑DC云互联，建议采用“综合承载模式”进行传输承载，传输可靠性更强更灵活，也有利于IP+光的协同演进。

（2）对于中小型本地网，建议采用“分离承载模式”进行传输承载，随着模块化波分的发展，可以实现TCO最佳。

（3）模块化波分可作为OTU拉远至数据机房应用，作为同厂家设备的新型态，延伸至数据机房，促进现网设备供应商提供此类产品。

目前模块化波分也有其应用的局限性，比如1588V2的传递仅支持OSC方式，现阶段需加快自主网管/控制器的开发，传输设备安装在数据机房需考虑维护的分工界面问题等，但今后都会有相应的解决方案。

2.4 模块化波分试点情况

某省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12km，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，也会严重影响整个项目的施工周期。

在对项目情况进行了充分的分析和论证之后，某省联通结合集团指导意见，于近期采用模块化波分解决方案进行了试点。如图6所示。

图6 试点方案图

本项目中，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了其中的4条，并且在线路侧配置了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。试点关键性指标包含线路侧光接口平均发送光功率、线路侧接收灵敏度、DCI PTP（Pointto Point）最大线路距离、线路侧超100G速率传输能力、业务长期稳定性测试、OMSP保护测试等。目前试点关键性指标测试均通过，设备运行稳定，后续将根据试点工程业务运行情况陆续开通其他链路。

3 结语

智能城域网是新型架构的业务承载网，同时也驱动着传送网架构的演进，无论是传统OTN网络还是模块化波分，都需要进行DC化演进的适配。本文从智能城域网顶层架构的传输策略角度出发进行了剖析，根据本地网架构和流量流向分析，提出了模块化波分适配智能城域网架构承载的思路，面向5G和DC的传送网络演进需要更深层次考虑云网协同转型，构建一张灵活智能的传送网是面向未来综合业务承载的目标。