OTN集群交叉技術現網應用部署研究

劉建新，趙滿良，黃為民，陳曉嬌（中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007）

1 概述

隨著5G 的部署應用、互聯網+、人工智能和物聯網的快速發展，網絡業務逐漸由5G、視頻、物聯網、云業務等占主導，業務量也呈井噴式增長。同時，為了滿足多層次不同類型業務需求，OTN 網絡逐漸向Mesh化演進，導致了核心節點業務維度增多以及調度需求增大，網絡的規劃、管理和維護難度越來越高。如何高效疏導網絡節點流量，實現業務靈活調度、容量按需發展成為亟待解決的問題。

OTN 集群交叉技術通過將節點內多個獨立的OTN 設備相連、形成共享資源池，實現子架槽位和單板資源共享、業務可跨子框調度，能夠在OTN 網絡發展變革中給運營商帶來諸多價值，因此亟待進一步研究OTN集群交叉技術的相關特性和現網應用場景。

本文將通過分析OTN 集群交叉技術發展現狀，結合工程建設過程中實際問題，提出OTN 集群交叉技術典型的現網應用場景及部署策略。為提升OTN 網絡效能，降低TCO提供參考。

2 OTN集群發展現狀

2.1 OTN網絡發展面臨挑戰

目前國內主流廠家單端OTN 電交叉子架支持最大交叉容量為28.8T，對于部分業務流量大的核心節點，需多個電交叉子架互聯，實現節點槽位和容量擴展，才能滿足業務需求。多個電子架間的業務調度通過業務板互聯實現，框間業務轉接量多時，規劃難度大，靈活調度能力不足；隨著業務量增長，原有電交叉設備槽位不足，只能通過新增電交叉設備滿足業務需求；另外，隨著單機柜交叉容量的逐漸增長，單機柜滿配功耗都已超5 kW，最大單機滿配功耗超10 kW，容易造成機房局部熱點，存在較大風險。

2.2 OTN集群實現原理及應用價值

2.2.1 OTN集群實現原理

OTN 集群是OTN 設備的一種組合應用形式，多個子架通過集群交叉板互連組成電層調度資源池，實現子架槽位、單板資源共享，業務跨子架調度更方便。OTN 集群對外體現為一個網元，便于用戶對設備進行管理和維護，實現業務端到端一站式配置和監控，能有效降低維護成本。

OTN 業務子架與集群交換框的交叉板之間通過子架間互連光纖連接，形成多個交叉平面，業務子架的業務可通過交叉平面調度到其他業務子架。OTN集群交叉實現原理如圖1所示。

圖1 OTN集群交叉實現原理

2.2.2 OTN集群應用價值

a）多子架協同調度：與傳統OTN 相比，OTN 集群模式通過子架間集群交叉板互連可實現多子架業務調度，無需新增子架間用于互連的業務單板，提升網絡資源利用效率。OTN 集群與傳統OTN 業務調度對比如圖2所示。

圖2 OTN集群與傳統OTN業務調度對比

b）資源共享，簡化規劃：OTN 集群模式通過將多臺OTN 設備互相連接組成電層資源池，槽位完全共享，只需考慮業務板卡的帶寬即可進行業務規劃。傳統OTN業務規劃如圖3所示。OTN集群業務規劃如圖4所示。

圖3 傳統OTN業務規劃示意

圖4 OTN集群業務規劃示意

c）容量按需擴展：早期階段容量需求不高時，可先配置容量適當的OTN 集群，后續只需按需增加業務子架即可滿足節點容量擴展需要。OTN 集群容量擴展如圖5所示。

圖5 OTN集群容量擴展示意

2.3 OTN集群實現方式

目前國內主流廠家OTN 集群技術實現方式主要有2 種：背靠背集群和“M+N”（M表示集群交叉框數量，N表示與集群交叉框互聯的業務子框數量）集群。

2.3.1 OTN背靠背集群

2 個業務子框的所有交叉板通過高速互聯光纖背靠背互聯，組成1 個OTN 集群網元，實現2 個業務子框間的跨框業務調度。OTN 背靠背集群實現方式如圖6所示。

圖6 OTN背靠背集群實現方式

2.3.2 “M+N”集群

N個業務子框的所有交叉板與M個集群交叉框上的集中交叉板通過高速互聯光纖連接，組成一個OTN集群網元，實現任意業務子框間的跨框業務調度。“M+N”集群實現方式如圖7所示。

圖7 “M+N”集群實現方式

國內主流廠家OTN 集群設備交叉容量和支持框間帶寬等設備能力如表1所示。

表1 國內主流廠家OTN集群設備能力

3 OTN集群應用場景研究

3.1 大容量骨干核心節點應用場景

現網中骨干核心一般會與省干核心、本地核心等多個匯聚環互聯，往往形成超大容量的核心節點。目前，在骨干核心節點機房一般通過多個電交叉子架業務板卡互聯，擴展交叉容量及槽位資源，以滿足業務及層間業務轉接需求。此方式需占用業務板卡槽位資源，其成本、功耗和易用性均較差。

可在大容量骨干核心節點，配置OTN 集群設備，通過業務子框的集群交叉板互聯，不占用業務槽位資源，容量可按需擴展。大容量核心節點集群應用場景如圖8所示。

圖8 大容量核心節點集群應用場景

3.2 跨環核心節點業務調度場景

目前運營商省內OTN 網絡大部分仍采用分環路設置電子架的方式，不僅工程投資增大，而且造成OTN 資源利用率低、網絡結構復雜，跨環專線業務調度需要通過不同電子架間配置業務板卡互聯實現。當跨框∕跨環業務量大時，網絡規劃復雜，維護難度大。

省內跨環（同廠家）的核心節點，省干、本地可通過共用OTN 集群電子架實現業務靈活調度和交叉容量擴展。OTN 集群初期需要配置集群交叉框，集群交叉框和業務子框通過交叉板互聯，節省業務槽位和互聯業務板卡，OTN 集群容量可實現按需擴展。跨環業務可通過集群交叉框實現任意框間業務靈活調度，減少轉接和業務槽位占用，節省工程投資。省內跨環核心節點集群應用場景如圖9所示。

圖9 省內跨環核心節點集群應用場景

3.3 緩解機房局部熱點場景

隨著帶寬需求的快速增長，為了滿足業務傳輸需求，OTN 傳輸設備需要更高的集成度和更大容量。但隨之而來的OTN 傳輸設備的供電和散熱壓力日益加大，這和當前低功耗密度的傳輸機房現狀以及相對滯后的相關規范要求形成矛盾。尤其是OTN 電交叉設備單框滿配功耗基本都超過5 kW，問題尤為突出，給運營商的網絡建設與維護帶來了巨大挑戰。

傳統OTN 背靠背無法實現多個業務子框間的靈活交叉調度，多個線路方向的業務單板只能插放在同一個業務子框上，會導致單子框功耗密度高，容易造成機房局部熱點。而OTN 集群可以通過把不同線路方向的業務單板分散插放在不同業務子框上，可以靈活分攤功耗，降低功耗密度，避免單機架功耗過高導致機房局部熱點，解決了OTN 設備的容量增長和可部署性的矛盾。

需要指出的是，OTN 集群解決機房局部熱點問題，是通過分散業務板卡來降低單機架的功耗密度，從而降低機房局部區域發熱量，緩解機房區域散熱壓力。對于高功耗設備的散熱問題，還是需要從本質上提升設備芯片性能、降低芯片功耗并優化機架散熱設計。緩解機房局部熱點應用場景如圖10所示。

圖10 緩解機房局部熱點應用場景

4 OTN集群優劣分析及現網部署策略

4.1 OTN集群技術優劣分析

為了進一步分析OTN 集群現網應用價值，從業務調度、資源規劃、業務容量、滿配功耗、機房空間、可擴展性、傳輸局限性等維度對傳統OTN 灰光互聯、背靠背OTN 集群、“M+N”集群的優劣進行了對比分析，OTN集群與傳統OTN優劣對比如表2所示。

表2 OTN集群與傳統OTN優劣對比

4.2 OTN集群成本分析

在不考慮相同框間帶寬配置的情況下，背靠背OTN 集群成本要高于傳統OTN 背靠背灰光互聯。影響成本的主要因素是集群交叉板間互聯CXP2 AOC 光纖（包含CXP2光模塊和AOC 光纖）的成本。與背靠背集群和傳統OTN 背靠背灰光互聯相比，“M+N”集群的成本相對更高，主要是因為初期預配置“M”個集群交叉框和框間互聯CXP2 AOC光纖的成本。

OTN 集群通過集群交叉板間互聯實現業務靈活調度，不占用業務子框槽位，相比傳統OTN 灰光互聯，隨著框間業務的增多總業務容量有明顯的提升。因此，為了更客觀地分析OTN 集群和傳統OTN 成本，需要不同框間帶寬場景下對OTN 集群與傳統OTN 的單個業務槽位平均成本進行對比。本文僅以背靠背OTN 集群、“2+2”集群和傳統OTN 背靠背灰光互聯為例，建立OTN 設備成本測算模型，通過跨框灰光互聯占用容量、公共部分及互聯總成本、單個業務槽位平均成本等3 個參數進行成本測算對比，OTN 集群與傳統灰光互聯OTN成本測算模型如表3所示。

表3 OTN集群與傳統灰光互聯OTN成本測算模型

OTN 集群與傳統OTN 灰光互聯成本對比如圖11所示。

圖11 OTN集群與傳統OTN灰光互聯成本對比

通過OTN 設備成本測算模型，對比背靠背OTN 集群、“2+2”集群和傳統OTN灰光互聯3種設備類型可以發現，當框間業務帶寬大于700G 時，背靠背OTN 集群在成本和容量方面都比傳統OTN 灰光互聯更具優勢。當框間業務帶寬大于1.2T 時，“2+2”集群在成本和容量上優于傳統OTN 灰光互聯，但是劣于背靠背OTN 集群。但是“2+2”集群在容量靈活擴展方面優于背靠背集群，而且隨著后期業務子框的增加，“2+N”集群的成本會進一步降低。OTN 集群適合在大容量核心節點或者跨環業務量大的核心∕匯聚節點部署應用。

4.3 OTN集群現網部署策略

通過以上分析，綜合考慮業務發展、設備交叉容量、可擴展性和設備成本等因素，在大容量核心節點、跨環業務調度等場景部署OTN 集群，組成容量按需擴展電層調度資源池，實現單板和槽位資源共享和業務跨子框靈活調度，能夠高效疏導節點流量、提升節點和網絡價值，降低TCO。OTN 集群的應用也為解決機房局部熱點問題提供了新的思路。

a）對于業務需求大且增長迅速，單端OTN 設備容量難以滿足的國際∕骨干核心節點，考慮到后期容量擴展性，可按預配置背靠背集群或“M+N”集群，業務子架按需配置。

b）省內同廠家跨多環且業務需求大的核心節點，各省根據自身業務發展情況，考慮預配置背靠背集群或“M+N”集群，業務子架按需配置，同廠家所有環路共享OTN集群電子架。

c）現網已經分環單獨配置多端OTN 電子架，而且業務量大的核心節點，具備改造配置OTN 集群條件的，建議對電子架進行優化整合為背靠背集群或“M+N”集群，優化網絡結構，提升網絡效益。

d）對現網制冷條件受限，容易出現局部熱點的節點，可通過部署背靠背集群或“M+N”集群的方式靈活分攤功耗，降低功耗密度，從而避免單機架功耗過高導致機房局部熱點。

5 總結

大業務流量與OTN 網絡逐步Mesh 化，驅動OTN節點從單子架向多子架發展演進。OTN 集群通過對OTN 設備組合互聯，邏輯上形成了數倍于單機的大容量調度資源池，滿足未來網絡對傳輸設備的超大帶寬、靈活調度的要求。OTN 集群在大容量核心節點、跨環業務調度、緩解機房局部熱點等場景必然會有越來越多的應用。仍需進一步降低OTN 集群的部署成本和集群設備功耗，提升集群設備可靠性，這將是影響OTN集群大規模應用的關鍵因素。