解開下一代光傳送網(wǎng)的面紗：軟件定義的OTN[圖]

【前言】云時(shí)代，社交網(wǎng)絡(luò)、視頻點(diǎn)播等新型應(yīng)用和業(yè)務(wù)加速涌現(xiàn)，帶寬需求增長(zhǎng)迅猛，并變得更加動(dòng)態(tài)不確定，對(duì)傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)提出了巨大挑戰(zhàn)。100G來臨，大容量OTN已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)的共識(shí)。作為100G和OTN領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，華為認(rèn)為軟件定義的OTN（Software defined Optical Transport Network）將是下一代光傳送網(wǎng)發(fā)展的方向，其擁有“彈性管道”、“即時(shí)帶寬”、“編程光網(wǎng)”三大特性，可以滿足未來業(yè)務(wù)快速部署、帶寬按需分配、網(wǎng)絡(luò)易維易管等要求，為運(yùn)營(yíng)商構(gòu)筑云時(shí)代高效、靈活、開放的光傳送網(wǎng)，有效降低TCO，提升網(wǎng)絡(luò)盈利水平。

傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)

流量快速增長(zhǎng)，單載波容量逼近極限

近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)、應(yīng)用種類、帶寬需求等都呈現(xiàn)出爆炸式的增長(zhǎng)，以中國(guó)為例，未來4~5年干線網(wǎng)流量的年增長(zhǎng)率會(huì)高達(dá)60~70%，骨干傳輸網(wǎng)總帶寬將從64Tb/s增加到150Tb/s左右，甚至200Tb/s以上。面對(duì)巨大的數(shù)字洪流，超高速光接口需求大量涌現(xiàn)，線路傳輸速率逐漸從40G/100G、400G/1T+發(fā)展，超100G之后多載波技術(shù)是趨勢(shì)，怎樣提升多載波技術(shù)的頻譜利用效率，以及怎樣通過資源的靈活調(diào)整提升網(wǎng)絡(luò)整體頻譜利用效率成為下一步發(fā)展的首要問題。

新應(yīng)用層出不窮，動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)如何泄洪

隨著云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)各種不同類型的新業(yè)務(wù)新應(yīng)用，傳送網(wǎng)除了面臨巨大的數(shù)字洪流，還將面臨洪流的動(dòng)態(tài)性和不可預(yù)知性。傳統(tǒng)的光傳送網(wǎng)絡(luò)基于固定速率的OTN接口、光層固定的頻譜間隔以及逐層分離式管控，其“過設(shè)計(jì)”(over provisioning)和“靜態(tài)連接”(static connectivity)等特性在這種狀況下顯得效率低下，需要建立一個(gè)靈活、開放的新架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)部署”、“瞬時(shí)帶寬調(diào)整”。

軟件定義的OTN架構(gòu)

軟件定義的光傳送網(wǎng)，是通過硬件的靈活可編程配置，實(shí)現(xiàn)傳送資源可軟件動(dòng)態(tài)調(diào)整的光傳送架構(gòu)。其核心技術(shù)包括：具有靈活可變的光、電功能模塊，構(gòu)建高速、低功耗可編程的光系統(tǒng)，支持Openflow標(biāo)準(zhǔn)控制接口以及開放式應(yīng)用接口(API)，利用可編程傳送控制器(Programmable Transport Controller)實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)可編程化以及資源云化，從而為不同的應(yīng)用提供高效、靈活、開放的管道網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 軟件定義的OTN系統(tǒng)架構(gòu)

軟件定義的OTN具備“彈性管道”、“即時(shí)帶寬”、“編程光網(wǎng)”三大特性，可以滿足未來不同業(yè)務(wù)快速部署、帶寬按需分配、網(wǎng)絡(luò)易維易管等要求，能夠有效降低運(yùn)營(yíng)商TCO，提升盈利水平。

軟件定義的OTN，四大關(guān)鍵技術(shù)

軟件定義的OTN包含F(xiàn)lex OTN、Flex Transceiver、Flex ROADM以及Programmable Transport Controller四大關(guān)鍵技術(shù)。

Flex OTN技術(shù)

傳統(tǒng)的OTN通過GMP技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)TDM/IP等多業(yè)務(wù)的封裝和承載，但隨著業(yè)務(wù)速率的提升，基于固定速率OTUk接口的映射、封裝、成幀處理愈發(fā)不能滿足運(yùn)營(yíng)商對(duì)超寬帶和靈活可配置帶寬的需求，且不同的OTUk需要不同的硬件與之對(duì)應(yīng)，同時(shí)，也無法與具備可軟件編程的光物理層(Flex Transceiver)單元相適配。Flex OTN在原有OTN的基礎(chǔ)上，引入靈活OTN處理，與可編程光層完美結(jié)合，既擴(kuò)展了OTN的靈活性，同時(shí)又與現(xiàn)網(wǎng)兼容，很好地滿足了對(duì)未來多業(yè)務(wù)靈活、高效率的承載。

Flex Transceiver技術(shù)

Transceiver即實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與光信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換的單元，傳統(tǒng)的Transceiver由于硬件結(jié)構(gòu)單一，不同的應(yīng)用場(chǎng)景，需不同調(diào)制碼型、線路速率的板卡或者光模塊，而Flex Transceiver采用通用硬件結(jié)構(gòu)，基于業(yè)界領(lǐng)先的flex-ODSP技術(shù)，僅僅只需通過簡(jiǎn)單的軟件配置，輕點(diǎn)鼠標(biāo)，一套硬件系統(tǒng)即可滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景，與Flex OTN以及Programmable Transport Controller技術(shù)相配合后，用戶可根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)情況，對(duì)光層帶寬資源進(jìn)行合理優(yōu)化分配，實(shí)現(xiàn)流量的精細(xì)化運(yùn)營(yíng)，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)整體功耗。類似可調(diào)激光器對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的推動(dòng)，F(xiàn)lex Transceiver勢(shì)必也會(huì)帶來更大的變革。

Flex ROADM技術(shù)

ROADM即可配置的OADM單元，是光網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的重要光層物理單元，能夠在光層實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)通道的交換和上下路。隨著400G/1T+的出現(xiàn)，為了進(jìn)一步提升頻譜資源利用率，原有固定通道間隔被打破，F(xiàn)lex ROADM應(yīng)運(yùn)而生。Flex ROADM可以實(shí)現(xiàn)極小的帶寬間隔，實(shí)現(xiàn)任意帶寬任意光通道之間的無損交換(hitless)；結(jié)合Flex OTN和Flex TRX技術(shù)，更進(jìn)一步，在光層可實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的子波長(zhǎng)調(diào)度，通過光層直接旁路，減小昂貴的上層交換設(shè)備的使用，降低運(yùn)營(yíng)商TCO以及網(wǎng)絡(luò)整體功耗。

Programmable Transport Controller技術(shù)

Programmable Transport Controller是一種新型的網(wǎng)絡(luò)控制單元。通過與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層的標(biāo)準(zhǔn)化Openflow控制接口，提供跨多設(shè)備形態(tài)的統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)從動(dòng)態(tài)云業(yè)務(wù)到基于Flex OTN、Flex TRX、Flex ROADM的彈性管道端到端統(tǒng)一控制，方便增值業(yè)務(wù)的快速即時(shí)提供；通過與應(yīng)用層的開放式API，使應(yīng)用可以驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，快速即時(shí)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可編程化的光網(wǎng)絡(luò), 滿足用戶動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性以及個(gè)性化服務(wù)需求；通過集中式的控制理念，使業(yè)務(wù)多層流量疏導(dǎo)更加智能、可控，全網(wǎng)資源利用率得以最大化提升，業(yè)務(wù)端到端質(zhì)量得到有效保證，讓用戶得到最完美的體驗(yàn)。這種基于集中式管理、標(biāo)準(zhǔn)化控制、以及開放式API的軟件定義管理方式，使傳送網(wǎng)從啞管道轉(zhuǎn)變成智能管道，管道作為業(yè)務(wù)的一部分為運(yùn)營(yíng)商提供“OaaS”增值服務(wù)(Optical as a Service)。

軟件定義的OTN價(jià)值

運(yùn)維“易”，運(yùn)營(yíng)“細(xì)”

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中單板類型種類繁多，增大了備料成本以及運(yùn)維成本，增加了運(yùn)營(yíng)商的Capex和Opex。軟件定義的OTN中Flex OTN、Flex TRX、Flex ROADM均采用通用硬件架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)單板硬件歸一化；同時(shí)，由于光模塊可軟件編程，自定義速率、碼型等，給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維以及運(yùn)營(yíng)也帶來諸多好處，例如，在工程開局階段，可以減少備件數(shù)量，降低開局工程師技術(shù)要求，加快開局速度，有利于業(yè)務(wù)的快速開通和部署，在維護(hù)優(yōu)化階段，光纖和光器件老化導(dǎo)致傳輸性能下降時(shí)，可以通過改變調(diào)制碼型，優(yōu)化系統(tǒng)性能。單板的靈活可配置還可以為運(yùn)營(yíng)商帶來更加靈活的帶寬銷售模式，進(jìn)一步提升營(yíng)收。[!--empirenews.page--]

帶寬資源“零浪費(fèi)”，帶寬價(jià)值“零殘留”

軟件定義的OTN所具備的“彈性管道”，讓精細(xì)化帶寬資源管理和使用成為可能，實(shí)現(xiàn)帶寬資源“零浪費(fèi)”。網(wǎng)絡(luò)控制器通過標(biāo)準(zhǔn)控制接口，根據(jù)上層業(yè)務(wù)流量，對(duì)光層硬件設(shè)備進(jìn)行重構(gòu)，調(diào)整管道大小，一方面可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，提升帶寬利用率，比如，以100G/400G/1T混傳系統(tǒng)為例，軟件定義的OTN可以提高40.3%~67.14%的帶寬利用率；另一方面也可以降低設(shè)備整體功耗，帶來綠色光網(wǎng)絡(luò)。

軟件定義的OTN所具備的“即時(shí)帶寬”，除了帶來不一樣的用戶體驗(yàn)，更實(shí)現(xiàn)了帶寬價(jià)值的“零殘留”。傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)，從用戶發(fā)出一個(gè)帶寬請(qǐng)求，到最后業(yè)務(wù)開通，需要經(jīng)歷多個(gè)部門，多人處理，開通時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)月，而通過統(tǒng)一端到端控制，結(jié)合靈活光物理層技術(shù)，減少了人的參與，業(yè)務(wù)開通時(shí)間可減少至數(shù)小時(shí)，甚至數(shù)分?jǐn)?shù)秒，帶寬資源滾動(dòng)使用，不光提升了每比特營(yíng)收，也可帶來ICP、ISP之間良好的生態(tài)圈。

軟件定義的OTN所具備的“編程光網(wǎng)”，使得光網(wǎng)針對(duì)不同的應(yīng)用可以提供不同的網(wǎng)絡(luò)資源，作為業(yè)務(wù)的一部分為運(yùn)營(yíng)商提供增值服務(wù)。通過提供開放式API，將網(wǎng)絡(luò)能力抽象給應(yīng)用層，同時(shí)應(yīng)用層業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)個(gè)性化需求來建立連接，使得客戶基于標(biāo)準(zhǔn)化接口簡(jiǎn)易實(shí)現(xiàn)自助化網(wǎng)絡(luò)定制，并提供代維代管的服務(wù)，從而與客戶、內(nèi)容提供商產(chǎn)生更緊密、互利的深入合作關(guān)系，從而共創(chuàng)新的盈利增長(zhǎng)點(diǎn)。

流量、距離自適應(yīng)

軟件定義的OTN，可以根據(jù)光路的長(zhǎng)度和經(jīng)過的跨段數(shù)靈活選取適當(dāng)?shù)恼{(diào)制格式以及頻譜資源，小跨段數(shù)短路徑可以選擇滿足OSNR要求的高階調(diào)制格式，跨段數(shù)較多、傳輸距離長(zhǎng)的光路，可以采用占用帶寬大，但是在低OSNR下能夠正常工作的低階調(diào)制格式，從而更有效利用線路頻譜資源，提高頻譜效率。

軟件定義的OTN是演進(jìn)的必然

云網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出多樣化，傳統(tǒng)的光傳送網(wǎng)已無法滿足新的需求，高效、靈活、開放已然成為光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的關(guān)鍵，在變革的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，華為提出軟件定義的OTN，在彈性管道的基礎(chǔ)上提供即時(shí)帶寬管理、集中式控制虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源、開放的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用接口，為新業(yè)務(wù)提供高效、靈活、開放的管控，讓光網(wǎng)絡(luò)更好地服務(wù)于業(yè)務(wù)，服務(wù)于用戶體驗(yàn)，幫助客戶不斷降低運(yùn)營(yíng)成本、并開拓新的盈利模式，構(gòu)筑更健康、和諧的產(chǎn)業(yè)鏈。