400G盒式TMux設備城域應用的探討與嘗試

摘要：隨著信息通信行業發展規劃的出爐，要求“引導100G及更高速率光傳輸系統向城域網下沉，加快光傳送網（OTN）設備像綜合接入節點和用戶側延伸部署”得到了廣泛的重視。上海作為一座超大型的城市，打造具有全球競爭力的金融科技中心和數字經濟創新高地已成為其奮斗目標，為實現這一目標必須要推進數據中心與網絡協同發展，建設數據中心高速承載網絡?；诖耍疚膶?00G高速光傳輸技術的原理及城域應用點進行闡述，以期為今后的發展應用提供理論基礎。

關鍵詞：400GTMux;高速光傳輸技術;應用

一、引言

上海市域范圍內將建設多個集中化的計算能力中心、數據應用中心，如臨港新片區將建設國家數據跨境流動試驗示范區，建設國際數據港/離岸數據中心，構建國際互聯網數據專用通道、功能型數據中心等新型基礎設施，打造全球數據匯聚流轉樞紐平臺。同時，上海傳統的數據機房集中區和應用區如漕河涇、金橋、張江、陸家嘴等片區也將進行更深入的發展與創新。為支撐上述各區域內企業、政務等用戶的業務發展和互聯需求，在未來幾年內年，DC 的數據互聯能力，將面臨極大的考驗。

上海市信息管線有限公司承擔著上海市域范圍內的通信管道、機房和光纖線路的投資建設和出租運營任務，同時為各類用戶提供公共信息基礎傳輸資源及其第三方專業服務，并為各通信、信息服務運營商和政企大客戶公平公正地開展業務創造了良好的網絡資源環境。歷年以來，上海市信息管線有限公司為大量金融、政務客戶提供了大量穩定可靠的光纖互聯及傳統 WDM 連接服務。

隨著用戶大數據互聯的不斷發展和新型數據中心的大規模建設，業務的發展將面臨巨大的改變，業務互聯的需求逐步從原有的GE、10GE、FC800向100GE、FC1600等高速接口轉變，并對網絡互聯設備的節能減排能力提出更高的要求。

當前傳統的大型OTN骨干設備已無法滿足這些新需求，傳統設備架構，在業務容量/速率、建設運維復雜性、設備體積及能耗上無法保持平衡，無法滿足新時代信息化建設所要求的高容量、易建易維、綠色節能的要求。

所以，我們針對未來2～5年的用戶DC互聯需求，并結合市場技術發展情況，對近期出現的光電分層理念下，以高速、高密度、易運維目標發展來的BOX型OTN設備，對其使用場景進行了研究與探討，并實測其業務傳送能力，對其在城域范圍內的業務可用性進行驗證。

二、應用場景

市域DC集約化互聯的需要與傳統注重網狀組網、靈活調度的OTN業務承載網的不同之處在于，市域DC 集約化互聯的需要更注重以簡單高效的架構、高速低成本的進行特定DC間的點對點高可靠直接互聯。業務調度需求相對簡化，重點關注確定流向的多種業務傳送。對于上海市域范圍內的DC互聯，通常業務場景為：

（1）兩個DC間點對點傳輸，通常需要在不超過 120km 的距離上，傳輸10GE、FC800、10GPOS 等業務，并且在需要的時候，提供1+1的雙路保護;隨著技術發展，業務逐步向40GE、100GE及FC1600等規格演進。

（2）3～4個DC間形成光層環路，業務層/電層一般則為邏輯點對點組網，整環光路距離通常不超過 200km，業務需求是環上任意兩點間傳輸 10GE、FC800、10GPOS 等業務，并且在需要的時候，提供1+1 的雙路保護;隨著技術發展，業務逐步向40GE、100GE 及FC1600 等規格演進。

（3）3～5個DC，以其中一個為核心DC，其余業務點向核心開通邏輯點對點業務，即 Spin-Leaf結構，基于這種結構，各點到核心點的光路距離通常不超過 120km，業務需求是拓撲上任意點到核心DC傳輸10GE、FC 8000、10G POS 等業務，并且在需要的時候，提供1+1的雙路保護;隨著技術發展，業務逐步向 40GE、100GE 及 FC1600 等規格演進。

上述各業務拓撲，均要求單個高速業務能夠復用、映射進標準的OTN高速幀結構中，并通過標準的DWDM密集波分信道，在合波后進行傳輸。每條業務的傳輸方向通常是固定的，業務開通后，在較長一段時間內，無需進行更改、割接。

對上述場景進行總結發現，未來的關鍵的需求在于需要在符合DC安裝條件要求的限制下，將多路 40GE、100GE及FC1600進行封裝映射，形成單波道高速OTN信號，并通過光層的固化合分波及波上下行模塊，實現多點的邏輯點對點傳輸，相關業務需要支持在 120km～200km左右的光路上完成無中繼透明傳輸。

三、技術發展

針對上述討論的業務場景，傳統上，必須使用骨干型OTN設備才可以滿足其對于高速業務的容量需求，如某廠商的POTN平臺，可提供高達25.6T的交叉容量，但隨之而來的是 600mm（寬）×300mm（深）×2200mm（高）的安裝空間要求和滿配 8kw 的供電容量要求，其面向傳統運營商骨干網設計的統一交叉架構、高維度 ROADM、高精度時間同步等功能，增加了較高的運維復雜性，使得在我們所討論的城域的 DC 互聯場景中的部署，顯得非常的笨重，建設（CAPEX）和運行成本（OPEX）也非常的高。

對于我們所討論的數據中心互聯場景，目前其所能提供的資源是非常有限且昂貴的。以業內常用的數據中心機柜租賃業務為例，機柜空間和供電能力通常捆綁銷售。以某數據中心為例，每個4KW機柜月租金高達850～1150美金，而8KW機柜則在同樣的空間下，價格翻倍?？紤]到這些因素，對于用于互聯接入的設備的體積和能耗的要求就日漸提高。

近年來，隨著技術的不斷成熟和數據中心市場的蓬勃發展，BOX 型的OTN設備逐漸浮出水面，這類型設備摒棄了傳統的OTN的支線路分離、高速背板、大容量多維度交叉等概念，通過將TMux/MuxPonder和OXC 分層部署，簡化設備功能，將業務能力進行精簡和聚焦，實現了成本、體積、能耗和復雜度的大幅降低。隨著技術的進步，業內可以提供的TMu x設備形態已經演進到 1-2U的盒式形態，并可以多臺堆疊擴容，設備提供線路側+用戶側光口合一的板卡形態，一臺盒式設備通?？梢灾С?～4塊插卡，插卡間通常不進行背板互聯。經過這一系列的整合簡化，設備構成簡化為基礎盒式機框（含管理模塊）、TMux單板、業務側光模塊和線路側光模塊，其中線路側光模塊是最主要的技術關鍵，也是成本的主要部分。

對于城域DC互聯的應用，由于距離一般不超過 200km，跨段一般不超過 3 個，因此對于線路側光信號編碼的要求大大降低，從而減少了高階FEC、復雜信號處理的需求，降低了對線路側板卡和模塊的DSP等信號器件的要求和設備的體積、功耗和成本。

對于DC互聯型的應用，由于業務流向高度集，一般來說，進行簡單的合分波或者低維OXC就可以滿足需求，從而大大降低了光層業務調度的復雜性，也降低了相關設備、板卡的體積和功耗，使得光層也可以盒式化。

TMux設備和光層設備的盒式化，配合業務場景的特性，使得整個DC互聯場景下的高集成、高密度、堆疊式部署成為可能。基于此，為配合產業鏈的發展，我們在上海城域互聯的環境下，對400G的盒式TMux設備在現有城域光纜網絡中進行部署的可行性及業務適配性進行了初步的驗證。

（一）業務驗證

隨著光傳輸技術的不斷進步，單波 100G 技術的下一代演進已經確定為單波400G技術，相關關鍵技術也在逐步成熟，主流國際標準組織已經完成了中短距400G標準的制定，而長距400G技術的多個關鍵技術選擇也已經逐步收斂。當前，應對城域傳輸和DC互聯場景，已經有成熟的 16QAM 調制產品，可實現400G單波600～1000km的傳輸，并且兼容傳統DWDM 100GHz波道間隔。從供應鏈評估，相關的超高速光電器件、DSP 芯片等關鍵器件成本也已經逐步適應了的市場需要。

從業務適配性的角度評估，單個400G波道，基本可以容納一個典型客戶的主要需求， 并滿足用戶按波道租賃線路的需要，這一業務模型，大大簡化了多用戶線路復用的技術難度， 避免了復雜而高成本的電層交叉調度操作，設備電層僅需部署TMux設備，100Gz的標準 DWDM波道間隔和現有的密集波分系統兼容，可以復用現有密集波分系統的部分光層設備，這樣就避免了全網新建，而可以按需的進行TMux的擴容，極大降低了能耗和成本。

根據上述考慮，我們基于現有的城域G.652D光纖系統，分別進行了實驗室測試和現網環境業務能力驗證。其中，實驗測試通過盤纖，模擬了：

1. 100km無電中繼、無線路放大場景;

2. 400km無電中繼、5跨段放大場景。

而在現網環境，則基于已經完成布放的城域光纜系統，進行了80km無電中繼、無線路放大的業務驗證。

本次的被測設備，是近期產業鏈中正在逐步成熟的精簡型TMux設備，其體積在2U以內、重量不超過 15kg，功耗低于200W，是傳統骨干OTN設備的二十分之一左右，具有很好的采購與運營成本優勢。

在實驗室中，采用100km長G.652D型盤纖模擬現網光路，進行了測試，拓撲如圖1所示。

配合標準的DWDM合分波器和OBA及OPA型EDFA光放大器，對兩類TMux板卡進行了業務性能的測試，兩類TMux板卡分別是支線路側均為400G速率的直通板卡及支路側100G線路側400G的子速率復用板卡。測試中驗證了：

1. 400G速率業務在城域典型的100km距離上低成本穩定傳輸的能力;

2. 100G速率業務復用為400G速率業務的穩定傳輸的能力。

通過測試，在使用400G PM-16QAM規格進行編碼調制時，被測系統可以滿足100km的無中繼穩定信號傳輸，無FEC的信號誤碼率約為2E-3，可以通過G.709 協議族中的標準FEC等較為成熟的技術進行糾正，在開啟 FEC后，信號傳輸24小時無誤碼。

對于無電中繼的5跨段400km場景，測試拓撲如下圖2所示。

通過與100km類似的測試，驗證了相同的業務可用性，其中無FEC的信號誤碼率僅比100km場景略有增加（僅增加了1E-4左右），同樣可以較為簡單的通過G.709標準FEC進行糾正，達到開啟FEC條件下的信號傳輸24小時無誤碼。

通過初步的測試之后，在現網環境下，基于已經部署的G.652D 光纜網絡，調度約 80km 的光纜進行實際業務模擬測試，同樣得到了良好的效果，模擬業務運行 24 小時無誤碼、丟包。

四、成果應用展望

經過上述的測試與驗證，簡化的400G高速TMux 設備的實用性得到了很好的展示，其特性十分適合城域內數據中心的高速互聯，并且具備了為多個租戶提供波長/物理信道隔離的高可靠業務傳輸能力，系統的光層參數沿用了傳統DWDM技術，對已經部署的光層設備和器件如EDFA、合分波器及光纜等具有非常優秀的適應性。

本次所驗證的TMux設備，以其1U/2U、15KG、200W的物理部署要求，很好的適配了數據中心機架空間、供電容量和熱管理的要求，在機架內部署時，對整架其他服務器、存儲等設備的影響和整架容量的影響降至最低。高度集成的設計，免去了復雜的現場調測和運維，簡單直觀的連纖關系，使得數據中心工程師可以直觀的進行設備維護和管理，降低了相應的人力投入。

隨著100GE路由器和FC1600等高速存儲接口在數據中心的普及，100G客戶側業務的傳輸需求已經是明確的需求，400G高速TMux則對這一需求進行了很好的響應，其具備的低成本、低能耗、易運營的特點和對已有基礎設施的極好的兼容性，使得部署和應用400G高速 TMux 設備的規模應用具有現實意義。更深層次而言，城域 400G 技術應用將領先于長途骨干，得到全面的發展。

作者單位：倪海峰? ? 上海市信息管線有限公司

參? 考? 文? 獻

[1]王迎春.面向下一代的超100G長距離傳輸技術[J].郵電設計技術， 2014（4）：5-8.

[2]張銀水. 高速帶寬光傳輸技術發展分析[J].科技創新與應用， 2012（11）： 33.

[3]周歆.OTN技術在城域網中的應用研究[D].北京郵電大學， 2012.

[4]霍志恒.關于 IPRAN 技術在移動回程網中的組網應用與研究[J].中國新通信，? 2015（10）.

[5]周世毅.關于OTN技術在移動網絡中的應用分析[J]. 中國新通信，2016，18（16）： 120.