OTN集群交叉技术现网应用部署研究

刘建新，赵满良，黄为民，陈晓娇（中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 450007）

1 概述

随着5G 的部署应用、互联网+、人工智能和物联网的快速发展，网络业务逐渐由5G、视频、物联网、云业务等占主导，业务量也呈井喷式增长。同时，为了满足多层次不同类型业务需求，OTN 网络逐渐向Mesh化演进，导致了核心节点业务维度增多以及调度需求增大，网络的规划、管理和维护难度越来越高。如何高效疏导网络节点流量，实现业务灵活调度、容量按需发展成为亟待解决的问题。

OTN 集群交叉技术通过将节点内多个独立的OTN 设备相连、形成共享资源池，实现子架槽位和单板资源共享、业务可跨子框调度，能够在OTN 网络发展变革中给运营商带来诸多价值，因此亟待进一步研究OTN集群交叉技术的相关特性和现网应用场景。

本文将通过分析OTN 集群交叉技术发展现状，结合工程建设过程中实际问题，提出OTN 集群交叉技术典型的现网应用场景及部署策略。为提升OTN 网络效能，降低TCO提供参考。

2 OTN集群发展现状

2.1 OTN网络发展面临挑战

目前国内主流厂家单端OTN 电交叉子架支持最大交叉容量为28.8T，对于部分业务流量大的核心节点，需多个电交叉子架互联，实现节点槽位和容量扩展，才能满足业务需求。多个电子架间的业务调度通过业务板互联实现，框间业务转接量多时，规划难度大，灵活调度能力不足；随着业务量增长，原有电交叉设备槽位不足，只能通过新增电交叉设备满足业务需求；另外，随着单机柜交叉容量的逐渐增长，单机柜满配功耗都已超5 kW，最大单机满配功耗超10 kW，容易造成机房局部热点，存在较大风险。

2.2 OTN集群实现原理及应用价值

2.2.1 OTN集群实现原理

OTN 集群是OTN 设备的一种组合应用形式，多个子架通过集群交叉板互连组成电层调度资源池，实现子架槽位、单板资源共享，业务跨子架调度更方便。OTN 集群对外体现为一个网元，便于用户对设备进行管理和维护，实现业务端到端一站式配置和监控，能有效降低维护成本。

OTN 业务子架与集群交换框的交叉板之间通过子架间互连光纤连接，形成多个交叉平面，业务子架的业务可通过交叉平面调度到其他业务子架。OTN集群交叉实现原理如图1所示。

图1 OTN集群交叉实现原理

2.2.2 OTN集群应用价值

a）多子架协同调度：与传统OTN 相比，OTN 集群模式通过子架间集群交叉板互连可实现多子架业务调度，无需新增子架间用于互连的业务单板，提升网络资源利用效率。OTN 集群与传统OTN 业务调度对比如图2所示。

图2 OTN集群与传统OTN业务调度对比

b）资源共享，简化规划：OTN 集群模式通过将多台OTN 设备互相连接组成电层资源池，槽位完全共享，只需考虑业务板卡的带宽即可进行业务规划。传统OTN业务规划如图3所示。OTN集群业务规划如图4所示。

图3 传统OTN业务规划示意

图4 OTN集群业务规划示意

c）容量按需扩展：早期阶段容量需求不高时，可先配置容量适当的OTN 集群，后续只需按需增加业务子架即可满足节点容量扩展需要。OTN 集群容量扩展如图5所示。

图5 OTN集群容量扩展示意

2.3 OTN集群实现方式

目前国内主流厂家OTN 集群技术实现方式主要有2 种：背靠背集群和“M+N”（M表示集群交叉框数量，N表示与集群交叉框互联的业务子框数量）集群。

2.3.1 OTN背靠背集群

2 个业务子框的所有交叉板通过高速互联光纤背靠背互联，组成1 个OTN 集群网元，实现2 个业务子框间的跨框业务调度。OTN 背靠背集群实现方式如图6所示。

图6 OTN背靠背集群实现方式

2.3.2 “M+N”集群

N个业务子框的所有交叉板与M个集群交叉框上的集中交叉板通过高速互联光纤连接，组成一个OTN集群网元，实现任意业务子框间的跨框业务调度。“M+N”集群实现方式如图7所示。

图7 “M+N”集群实现方式

国内主流厂家OTN 集群设备交叉容量和支持框间带宽等设备能力如表1所示。

表1 国内主流厂家OTN集群设备能力

3 OTN集群应用场景研究

3.1 大容量骨干核心节点应用场景

现网中骨干核心一般会与省干核心、本地核心等多个汇聚环互联，往往形成超大容量的核心节点。目前，在骨干核心节点机房一般通过多个电交叉子架业务板卡互联，扩展交叉容量及槽位资源，以满足业务及层间业务转接需求。此方式需占用业务板卡槽位资源，其成本、功耗和易用性均较差。

可在大容量骨干核心节点，配置OTN 集群设备，通过业务子框的集群交叉板互联，不占用业务槽位资源，容量可按需扩展。大容量核心节点集群应用场景如图8所示。

图8 大容量核心节点集群应用场景

3.2 跨环核心节点业务调度场景

目前运营商省内OTN 网络大部分仍采用分环路设置电子架的方式，不仅工程投资增大，而且造成OTN 资源利用率低、网络结构复杂，跨环专线业务调度需要通过不同电子架间配置业务板卡互联实现。当跨框∕跨环业务量大时，网络规划复杂，维护难度大。

省内跨环（同厂家）的核心节点，省干、本地可通过共用OTN 集群电子架实现业务灵活调度和交叉容量扩展。OTN 集群初期需要配置集群交叉框，集群交叉框和业务子框通过交叉板互联，节省业务槽位和互联业务板卡，OTN 集群容量可实现按需扩展。跨环业务可通过集群交叉框实现任意框间业务灵活调度，减少转接和业务槽位占用，节省工程投资。省内跨环核心节点集群应用场景如图9所示。

图9 省内跨环核心节点集群应用场景

3.3 缓解机房局部热点场景

随着带宽需求的快速增长，为了满足业务传输需求，OTN 传输设备需要更高的集成度和更大容量。但随之而来的OTN 传输设备的供电和散热压力日益加大，这和当前低功耗密度的传输机房现状以及相对滞后的相关规范要求形成矛盾。尤其是OTN 电交叉设备单框满配功耗基本都超过5 kW，问题尤为突出，给运营商的网络建设与维护带来了巨大挑战。

传统OTN 背靠背无法实现多个业务子框间的灵活交叉调度，多个线路方向的业务单板只能插放在同一个业务子框上，会导致单子框功耗密度高，容易造成机房局部热点。而OTN 集群可以通过把不同线路方向的业务单板分散插放在不同业务子框上，可以灵活分摊功耗，降低功耗密度，避免单机架功耗过高导致机房局部热点，解决了OTN 设备的容量增长和可部署性的矛盾。

需要指出的是，OTN 集群解决机房局部热点问题，是通过分散业务板卡来降低单机架的功耗密度，从而降低机房局部区域发热量，缓解机房区域散热压力。对于高功耗设备的散热问题，还是需要从本质上提升设备芯片性能、降低芯片功耗并优化机架散热设计。缓解机房局部热点应用场景如图10所示。

图10 缓解机房局部热点应用场景

4 OTN集群优劣分析及现网部署策略

4.1 OTN集群技术优劣分析

为了进一步分析OTN 集群现网应用价值，从业务调度、资源规划、业务容量、满配功耗、机房空间、可扩展性、传输局限性等维度对传统OTN 灰光互联、背靠背OTN 集群、“M+N”集群的优劣进行了对比分析，OTN集群与传统OTN优劣对比如表2所示。

表2 OTN集群与传统OTN优劣对比

4.2 OTN集群成本分析

在不考虑相同框间带宽配置的情况下，背靠背OTN 集群成本要高于传统OTN 背靠背灰光互联。影响成本的主要因素是集群交叉板间互联CXP2 AOC 光纤（包含CXP2光模块和AOC 光纤）的成本。与背靠背集群和传统OTN 背靠背灰光互联相比，“M+N”集群的成本相对更高，主要是因为初期预配置“M”个集群交叉框和框间互联CXP2 AOC光纤的成本。

OTN 集群通过集群交叉板间互联实现业务灵活调度，不占用业务子框槽位，相比传统OTN 灰光互联，随着框间业务的增多总业务容量有明显的提升。因此，为了更客观地分析OTN 集群和传统OTN 成本，需要不同框间带宽场景下对OTN 集群与传统OTN 的单个业务槽位平均成本进行对比。本文仅以背靠背OTN 集群、“2+2”集群和传统OTN 背靠背灰光互联为例，建立OTN 设备成本测算模型，通过跨框灰光互联占用容量、公共部分及互联总成本、单个业务槽位平均成本等3 个参数进行成本测算对比，OTN 集群与传统灰光互联OTN成本测算模型如表3所示。

表3 OTN集群与传统灰光互联OTN成本测算模型

OTN 集群与传统OTN 灰光互联成本对比如图11所示。

图11 OTN集群与传统OTN灰光互联成本对比

通过OTN 设备成本测算模型，对比背靠背OTN 集群、“2+2”集群和传统OTN灰光互联3种设备类型可以发现，当框间业务带宽大于700G 时，背靠背OTN 集群在成本和容量方面都比传统OTN 灰光互联更具优势。当框间业务带宽大于1.2T 时，“2+2”集群在成本和容量上优于传统OTN 灰光互联，但是劣于背靠背OTN 集群。但是“2+2”集群在容量灵活扩展方面优于背靠背集群，而且随着后期业务子框的增加，“2+N”集群的成本会进一步降低。OTN 集群适合在大容量核心节点或者跨环业务量大的核心∕汇聚节点部署应用。

4.3 OTN集群现网部署策略

通过以上分析，综合考虑业务发展、设备交叉容量、可扩展性和设备成本等因素，在大容量核心节点、跨环业务调度等场景部署OTN 集群，组成容量按需扩展电层调度资源池，实现单板和槽位资源共享和业务跨子框灵活调度，能够高效疏导节点流量、提升节点和网络价值，降低TCO。OTN 集群的应用也为解决机房局部热点问题提供了新的思路。

a）对于业务需求大且增长迅速，单端OTN 设备容量难以满足的国际∕骨干核心节点，考虑到后期容量扩展性，可按预配置背靠背集群或“M+N”集群，业务子架按需配置。

b）省内同厂家跨多环且业务需求大的核心节点，各省根据自身业务发展情况，考虑预配置背靠背集群或“M+N”集群，业务子架按需配置，同厂家所有环路共享OTN集群电子架。

c）现网已经分环单独配置多端OTN 电子架，而且业务量大的核心节点，具备改造配置OTN 集群条件的，建议对电子架进行优化整合为背靠背集群或“M+N”集群，优化网络结构，提升网络效益。

d）对现网制冷条件受限，容易出现局部热点的节点，可通过部署背靠背集群或“M+N”集群的方式灵活分摊功耗，降低功耗密度，从而避免单机架功耗过高导致机房局部热点。

5 总结

大业务流量与OTN 网络逐步Mesh 化，驱动OTN节点从单子架向多子架发展演进。OTN 集群通过对OTN 设备组合互联，逻辑上形成了数倍于单机的大容量调度资源池，满足未来网络对传输设备的超大带宽、灵活调度的要求。OTN 集群在大容量核心节点、跨环业务调度、缓解机房局部热点等场景必然会有越来越多的应用。仍需进一步降低OTN 集群的部署成本和集群设备功耗，提升集群设备可靠性，这将是影响OTN集群大规模应用的关键因素。