轻量化波分应用场景探讨

轻量化波分应用场景探讨
摘要：通过对轻量化波分设备技术成熟度、相关指标要求、组网模式、对比
通用传输设备相同场景下的造价及优缺点等方面进行分析，探讨当前背景下的应
用场景，并提出测试建议。

关键词：轻量化波分；应用场景；建议
前言
数字技术正在塑造未来世界。

云计算、网络化、移动化和大数据技术不断向
深度融合，以数据中心（DC）为中心的网络，正在逐步形成。

大型互联网公司为
了提升客户访问体验，会在不同省会都会建立自己的数据中心分支机构，以便满
足不同地区的客户访问需求。

这些数据中心要协同运转，就需要相互之间交互信息，这就有了互连需求，产生了DCI网络，即Data Center Inter-connect。

要
实现不同地区的数据中心互联，目前多采用Internet互联及专线互连。

目前，多数IDC机房的单链路需求为100GE甚至更高，为了实现与163出口
或地市城域网之间的数据传送和交换，当前主要应用着传统WDM/OTN 方案。

但传
统WDM/OTN 互联方案由于其较高的设备成本、难以开放解耦的架构、建设周期、
机房适配度等问题，近两年来在满足快速发展的DC业务需求时愈发显得力不从心。

因此，高集成、大容量、低功耗、能够支持极简运维及降低建设成本的方案，是DCI传输网络的发展演进方向。

部分设备厂家适时推出了可堆叠的盒式波分设备，OTT客户已有较多引入应用。

基于上述背景，本课题将对DCI-BOX此类专为
数据中心互连应用场景设计的传输设备进行研究探讨。

2业务发展趋势及现网DC互联传输弊端
2.1业务发展趋势
传统互联网时代，业务通常基于搜索引擎和网页浏览展开。

而互联网+时代，业务正在向云服务转移。

云业务驱动大量的DC间数据流量，包含数据同步、灾
备恢复、公有云之间的虚拟机迁移、公有云与私有云之间的虚拟机迁移等等。

从现网历史及规划数据可见，近年IDC业务增长需求迅猛，面对未来的业务增长，DCI网络要求单对光纤的业务承载能力越大越好，需要充分利用有限的光纤提供尽可能大的带宽，承载最大容量的DCI数据。

2.2现网DC互联传输弊端
通用WDM/OTN 设备多是面向电信运营商专用传输机房环境而设计，但若想直接部署在IDC机房后，会出现诸多“不适”：
（1）机架尺寸不一致，难以混用
目前通用传输机柜为21英寸厂家专用机柜，IDC机房多是19英寸数据服务器机柜，传输设备放入无法安装在现场机柜中，即便能放入，也无法固定，及会丧失部分功能，如设备专用机柜告警灯、纤芯盘等。

（2）送风制冷方式不同
IDC专用机房往往已做好微模块，机柜难以拆除，同时因通用传输机柜的深度与服务器机柜不一致，若拆除机柜后，将影响整个微模块的送风制冷效果。

图2.2-1 通用WDM/OTN 设备安装于服务器机柜内问题示意图
因此，在没有专用传输机房的IDC机房部署通用WDM/OTN 设备，是非常困难的。

除此之外，还有以下一些更深入的问题：
（1）通用WDM/OTN 设备功能“无处施展”。

通用WDM/OTN 设备需满足多种
业务颗粒的调度，业务封装使用了较为复杂的帧封装结构，同时为了实现对各
层级业务的监控，引入了一定的开销。

另外，通用WDM/OTN 设备为了满足跨域业
务的传输需求，需要使用FEC、16QAM等算法，引入了额外的开销及时延。

但DCI
传输的颗粒度需求基本在100GE以上，且链路方向较为单一固定，通用WDM/OTN
设备的这些功能对DCI传输就显得“大材小用”“无处施展”了。

（2）通用WDM/OTN 设备异厂家不解耦问题。

上述的FEC、16QAM等算法，各
厂家引入了不用的开销，存在一定的兼容性问题，并且目前通用WDM/OTN 设备厂
家处于较为垄断状态，并不开放解耦，设备板卡均无法兼容其他厂家设备，也意
味着设备扩容成本较容易被要挟。

而DCI 传输网络的发展趋势则要求SDN化，多
厂家的光、电设备可混合使用，共用维护、管理。

（3）供电方式及能耗问题。

通用WDM/OTN 设备往往采用直流供电系统，且
能耗不低，而IDC机房多为交流供电系统，为节省机房的空间及功耗资源，对设
备的集成度、散热以及功耗提出了更高要求。

（4）成本问题。

WDM/OTN 设备技术成熟度高，但设备采购成本仍较高，目
前单100G波道造价在20万以上，一定程度上制约了DC业务的发展。

（5）采购及安装调测周期问题。

通用WDM/OTN 设备由于上述成本、非解耦、尺寸较大等问题，难以备货，需要每年进行集中采购，整个周期较长，难以适应IDC突发的业务增长需求。

同时由于功能较多，安装调测、维护均需要专门的厂
家人员完成，工程前后期的运维力量需求较高。

3 DCI—BOX技术原理
3.1 基本原理
DCI-BOX系统架构与传统的WDM系统相似，主要包括：光传送单元（光放大
器OA、光监控信号单元OSC、光波长选择开关 OLP等）、合分波单元和业务单元（OTU板卡）。

光传送单元一般为独立子框，基本功能为完成光信号的传送，同
时配以OLP线路保护、OTDR光纤线路诊断、OCM波道功率监测等功能子模块保障
传送的安全稳定。

合分波单元则是将不同波长的光信号进行合波或分波处理，系统中具体为对传送单元收端的1路复合光信号分波成多路标准波长光信号，将多路标准波长光信号合波成1路复合光信号送至传送单元发端；不同于传统WDM集成为板卡形式，在DCI-BOX系统架构中合分波单元为一个一体化子框单元。

业务OTU板卡负责将业务光信号进行波长转换，本地业务光信号转换为标准波长光信号通过合分波单元发送，本地接收到的通过合分波单元解复用的标准波长光信号转换为业务光信号。

目前主流DCI-BOX设备的客户侧100G光模块基本采用QSFP28封装，支持100GE、OTU4速率接入；线路侧200G或400G相干光模块基本采用CFP2封装的，支持400G-16QAM、200G-16QAM的调制方式，支持300km以内的区域传输。

典型的DCI-BOX链状系统结构如下图所示:
图3.1-1 典型的DCI-BOX链状系统结构示意图
3.2 DCI-BOX与WDM的区别
DCI-BOX与WDM二者主要就是“小而精”与“大而全”的区别，主要体现在以下几个方面：
（1）设备外观方面：DCI-BOX设备为1~2U高的标准DC机柜尺寸盒式设备，通过设备堆叠进行扩容。

WDM设备则都是专用机柜和子框，子框高度均在12U以上，通过子框内插放板卡进行扩容，子框槽位满后再堆叠子框。

（2）设备能力方面：DCI-BOX当前支持点对点组网，WDM支持点对点、点对多点、多点对多点的复杂组网模式。

DCI-BOX一般采用更高的比特率，适用于中短距离传输；WDM则可满足超长距离传输。

DCI-BOX业务板卡形态为TMUX，无WDM复杂的OTN电交叉结构，简化了业务承载。

（3）系统容量方面：DCI-BOX单框（1~2U）接入能力可达1.6T以上，单波道速率在200G以上，可通过多台设备堆叠实现单纤48/96波系统，客户侧端口
支持100GE、10GE。

WDM设备中一般12U高的OTN子框接入能力可达5.6T，单波道速率支持100G/200G/400G，系统支持单纤48/96波，客户侧支持多种模式速率接口。

（4）场景适配方面：DCI-BOX设备均适配DC机房和运营商传统传输机房，提供220V交流/高压直流/-48V直流三种供电方式选择，通常为前进风后出风的散热模式；WDM设备则不适配DC机房场景，设备仅使用-48V直流供电，各厂家的散热模式不一且少有前进风后出风。

（5）设备功耗方面：DCI-BOX设备每百G容量对应功耗基本小于30W，WDM 设备则大于100W。

（6）设备结构方面：DCI-BOX设备的业务板卡、光放、合分波、供电、风扇均采用模块化设计，相较于WDM更便于维护替换。

主要区别对比列表如下：
表3.2-1 DCI-BOX与通用WDM/OTN对比表
总的来说，DCI-BOX设备降低了传输能力要求，核减部分WDM的功能，加入
了对DC场景的功能适配，将设备功能进行模块化使得传输系统的构建和后需扩
容更加简易便捷。

4 DCI—BOX主要应用模式及试点
虽然上述归纳总结了DCI—BOX设备的能力与优势，但在运营商现网应用仍
较少，缺乏整体运维数据及经验，在广泛引入使用之前，需要进行试点测试验证。

4.1 应用场景选择建议
基于DCI—BOX设备的开发初衷及推进情况，最主要应用于城域大容量点对
点业务需求。

DCI—BOX设备可应用在包括但不限于以下的应用场景中：（1）本地网城域内数据中心、分局之间互联；
（2）大型数据中心与本地CR/163间互联；
（3）本地CR/163到城域内大型 IDC 节点（自建或客户 IDC ）；
（4）本地CR/163到业务量较大的县域DC节点
（5）业务量大的长长中继系统。

4.2 部署及测试建议
结合设备能力及工程实际建设需求，建议通过以下两种方式进行DCI—BOX 设备的试点及测试：
（1）DCI—BOX线性系统
（2）环状测试系统
测试建议：
（1）WDM系统测试
1）中心频率及偏移测试
使用测试仪表在OTU的输出端口测试各OTU的中心频率，计算与设计标称值的差为中心频率偏移。

2）通路信号光功率
使用测试仪表在OUT的输出端口测试平均光功率。

3）光信噪比
使用测试仪表分别对该光复用段及其波长通道进行测试。

4）误码性能测试
使用测试仪表对该光复用段进行测试。

误码性能要求24小时误码指标ES、SES均为0或无丢包。

5）系统通道增减
使用测试仪表测试工程中系统通道的增加和减少，是否会对各通道的误码性能产生影响。

（2）保护倒换测试
选取另一路由光缆进行线路OLP的组网；然后插拔光纤或开关激光器触发保护倒换，用仪表记录保护倒换时间。

（3）网管测试
网管环境完成后，根据需要进行网管系统的各项测试。

测试结果出来后，与通用WDM/OTN 设备数据形成对比分析。

5小结
综合来看，DCI—BOX设备采用模块化波分架构，符合DC机房安装的特点，是应对未来数据中心互联大容量、低功耗、高集成度和极简运维需要的一个综合解决方案。

但运营商与OTT服务商在管理、维护、运营方向仍有较大的区别，DCI—BOX设备在广泛引入之前，仍有必要持续进行试点与测试，形成应用指导与运维指引，对运营商当前阶段应对 DC类业务承载方式发展有着重要意义。

参考文献：
[1]郑超.5G通信技术应用场景及关键技术分析[J].中国新通信.2019(21).。