面向5G和DC的智能城域網頂層架構傳輸策略分析

陸 源 孫 梅 白立武 張立明

山東省郵電規劃設計院有限公司

0 引言

隨著5G時代的來臨，核心網云化和多云DC互聯等新型需求的出現正在驅動運營商網絡架構的轉型，包含融合NFV（網絡功能虛擬化）、SDN（軟件定義網絡）等新技術的出現，未來以DC（數據中心）為中心，構建一張調度靈活、能力開放、容量彈性、架構可調的新一代網絡正成為各運營商未來網絡的演進目標。智能城域網是面向5G和DC的新型綜合承載技術，目前已在國內運營商進行了小規模外場試點，隨著網絡DC化演進，其頂層架構的傳輸方案是當前階段需要考慮的重點問題。城域光傳送網作為基礎承載平臺，該如何適應網絡轉型需要，當前并沒有直接的經驗可以借鑒，因此面向DC云化網絡，進一步研究城域傳輸架構及演進是非常有必要的。

1 新型智能城域網架構

1.1 網絡DC化演進特點

隨著大量業務的云化部署，以DC為中心的建網趨勢愈發明顯。DC化網絡呈現三個特點：（1）呈現解耦開放特點。通過引入SDN、NFV等技術，逐步實現網絡功能的軟件化，逐步構建端到端的開放生態系統，實現網絡架構的靈活擴展，實現網絡資源可編程、可動態調度和實時交付。（2）呈現云網協同趨勢。各類互聯網應用和流量迅猛增長推動云計算跨越式發展，基于云計算來開發、開放各類業務已成為業界共識。未來，將有越來越多的應用將部署在“云”上，甚至IT、網絡都將基于云化部署，而所有云化的資源池部署地點就是各類DC機房。（3）即呈現以DC為中心的“扁平化”建網特點。考慮到網絡流量、云化網元、云計算資源等都將集中承載在各級DC內，因此，DC必然成為網絡的核心，網絡架構的設計和組網布局都應以數據中心為核心，“云”和“網絡”資源將在DC內實現統一規劃部署和調度。

1.2 DC層次架構

面向5G的核心網目標架構，是按照分層的區域DC、本地DC、邊緣DC三級目標架構演進，網絡功能軟件化部署，根據不同功能的特性和業務需求分別部署在不同層DC，與上述DC架構目標是一致的。

傳統機房設置和未來DC機房架構對比如圖1所示。

圖1 傳統機房和DC機房設置對比

1.3 智能城域網架構

智能城域網架構是典型本地網范疇的圍繞DC組網架構，架構機房涉及上述DC目標架構的本地核心DC和邊緣DC兩級，如圖2所示。從整體架構來看，移網和固網將通過一套統一的網絡實現綜合承載。整個網絡分為不同的SPDC模塊化端局，每個模塊端局是葉脊（spine-leaf）架構的DC化組網。DC網絡由Spine和Leaf設備組成，分為業務接入區和資源池區。spine為DC核心節點，用于提供高速轉發功能，通過高速接口上聯城域網CR和CUII/B網，下聯各類Leaf節點；Leaf為智能城域網邊緣節點，進行各種業務和云資源接入，包括HSI、IPTV、政企大客戶、無線、云存儲、計算以及各種虛擬化VNF組件vBRAS、VCPE等接入。

相比于傳統的網絡架構，Spine-Leaf架構組網下的網絡可以無限制橫向擴容，網絡更加靈活，扁平化架構減少節點轉發跳數，同一SPINE節點下的leaf節點均只需要1跳即可完成轉發。Segment Routing自帶網絡感知功能，全網統一協議，實現端到端流量調度和統一管理。

采用智能城域網架構的方式，其頂層架構本質上是建設了一張“業務承載網”，綜合接入各種業務，協議部署和路徑計算等復雜算法和功能均在智能城域網設備上完成，傳輸專業負責大帶寬的鏈路承載需求，基本承載思路和目前的網內業務承載方式類似，即：匹配業務網帶寬和流向承載，可采取L0透傳方式或L1ODUk封裝承載。規劃需注意的問題歸納如下：

（1）智能城域網鏈路帶寬更高，5G承載初期單條鏈路規劃可按照1×100GE進行，遠期規劃可達N×100GE，甚至N×400GE。

（2）傳統傳輸網主要解決南北向鏈路，而智能城域網的網絡則更扁平化，三層鏈路減少為二層鏈路。匯聚節點-核心節點的鏈路數量要更多。

（3）業務流向基本一致，為南北流向鏈路，多云互聯的東西向流向可以通過SPINE節點進行迂回，承載網絡與核心網的連接從以前的與多個核心網元的連接，變成與多個數據中心的連接。

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

2 傳輸承載策略

2.1 傳送網面臨DC業務需求挑戰

DC業務對傳送網提出的多重需求包括：低時延、TTM（業務開通時間）、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業務，包含運營商網內業務和網外業務（政企等業務），現有傳送網架構是難以支撐DC帶寬快速增長需求和網絡架構演進需求的。現有光網絡以環形為主，環上所有節點共享80波，單節點大帶寬需求會消耗整網資源，導致網絡頻繁疊加平面，網絡建設模式呈現熱點流量壓力大的特性，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網絡，采用光電混合交叉技術，重構網絡架構。PeOTN網絡既作為政企業務等網外業務的“業務網”，又作為DC互聯等網內業務的“傳輸網”。1）重點地市城域核心匹配DC節點啟用ROADM/OXC，實現MESH化演進，DC流量可以按需調整，節點間通過ROADM一跳直達，時延最優。2）提升目前城域核心OTN網絡容量至單波200G/400G網絡，遠期實現立體組網架構，大流量站點鏈路立體組網，實現容量倍增方案。3）啟用智控電層平面，ASON使能，業務快速發放和恢復，實現網絡高可靠、高安全，遠期結合業務顆粒度實現智控光層。4）結合DC節點分布，新建城區OTN匯聚環，OTN按需下沉，打造面向業務的端到端一體化OTN網絡。綜合承載模式見圖3。

圖3 綜合承載模式

（2）分離承載模式

針對業務特點，網內透傳型大帶寬DC業務采取部署模塊化波分組網，其余面向客戶的多業務承載以及傳統網絡業務均通過PeOTN網絡承載，即分離承載模式。智能城域網架構下的模塊化波分設置點和其傳輸模式如圖4所示，跨局鏈路可進行設置，在組網方面，可以采取環網方式或者點對點堆疊這兩種模式，點對點堆疊方式容量有保障，是現階段采取的主要方式。

圖4 分離承載模式-模塊化波分設置點

（3）造價分析

智能城域網頂層架構的鏈路承載，可根據典型模型進行光纖直驅、城域PeOTN和模塊化波分3種承載方式的造價測算。

假定模型：2個S-SPINE節點，2個SPDC節點，5個邊緣DC節點，考慮3個出口（IDC、承載網、城域網），節點間鏈路按單條1×100GE考慮，節點間光纖距離按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 智能城域網架構下的流向分析

根據以上分析，該模型需40條100GE鏈路，其中32條通過傳輸設備承載。

表2 模型造價分析表

光纖直驅承載最經濟最直觀的傳輸方式，但最大的問題是鏈路無保障，無抗二次斷纖能力，在城區管線資源布放越來越困難的情況下，未來DC互聯鏈路重要等級特別高，因此建議選擇設備方案。針對智能城域網頂層架構的兩種設備方案比選詳見表3。

表3 模式比選表

2.3 選擇建議

當前業界對模塊化波分的應用場景建議較為一致，認為其主要適用于城域互聯場景，如大型數據中心至城域網間的南北向連接，城域網的數據中心之間互聯，以及未來的海纜登陸站，及長長中繼等。通過本文分析，智能城域網的頂層傳輸也能成為其應用的一種模式，需結合本地DC機房設置和通信云的規劃統籌分析應用。具體建議如下：

（1）對于已布局PeOTN端到端網絡的大型本地網，通信云、業務云及面向業務接入統籌考慮DC云互聯，建議采用“綜合承載模式”進行傳輸承載，傳輸可靠性更強更靈活，也有利于IP+光的協同演進。

（2）對于中小型本地網，建議采用“分離承載模式”進行傳輸承載，隨著模塊化波分的發展，可以實現TCO最佳。

（3）模塊化波分可作為OTU拉遠至數據機房應用，作為同廠家設備的新型態，延伸至數據機房，促進現網設備供應商提供此類產品。

目前模塊化波分也有其應用的局限性，比如1588V2的傳遞僅支持OSC方式，現階段需加快自主網管/控制器的開發，傳輸設備安裝在數據機房需考慮維護的分工界面問題等，但今后都會有相應的解決方案。

2.4 模塊化波分試點情況

某省聯通在省內有若干個數據中心機房，因IDC業務發展需要，其中兩個機房間的交換機/路由器有多個100G接口需要進行東西向互聯。機房間的物理距離約為12km，受數據設備100G光模塊性能限制，光纖直驅方案存在業務連通性風險。此外，當前光纜資源較為緊張，也會嚴重影響整個項目的施工周期。

在對項目情況進行了充分的分析和論證之后，某省聯通結合集團指導意見，于近期采用模塊化波分解決方案進行了試點。如圖6所示。

圖6 試點方案圖

本項目中，東西向互聯業務流量共計18條100G鏈路，當前試點工程已開通了其中的4條，并且在線路側配置了OLP保護模塊，增強了光纖鏈路的信號質量和光纜路由的可靠性。試點關鍵性指標包含線路側光接口平均發送光功率、線路側接收靈敏度、DCI PTP（Pointto Point）最大線路距離、線路側超100G速率傳輸能力、業務長期穩定性測試、OMSP保護測試等。目前試點關鍵性指標測試均通過，設備運行穩定，后續將根據試點工程業務運行情況陸續開通其他鏈路。

3 結語

智能城域網是新型架構的業務承載網，同時也驅動著傳送網架構的演進，無論是傳統OTN網絡還是模塊化波分，都需要進行DC化演進的適配。本文從智能城域網頂層架構的傳輸策略角度出發進行了剖析，根據本地網架構和流量流向分析，提出了模塊化波分適配智能城域網架構承載的思路，面向5G和DC的傳送網絡演進需要更深層次考慮云網協同轉型，構建一張靈活智能的傳送網是面向未來綜合業務承載的目標。