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2014-7-24 11:26
OTN交换&P-OTN轻松降低网络成本:高达100G带宽

摘要 : 近年来,网络运营商一直严重依赖基于ROADM的光传送设备,利用固定的点到点WDN联接、利用10G波长在整个城域网和广域网中汇聚及传送客户端业务。如果这些网络经过精细的设计规划,也可以合理、有效地利用现有的光谱。 ...

时光与梦2014-7-24 11:262160

近年来,网络运营商一直严重依赖基于ROADM的光传送设备,利用固定的点到点WDN联接、利用10G波长在整个城域网和广域网中汇聚及传送客户端业务。如果这些网络经过精细的设计规划,也可以合理、有效地利用现有的光谱。通常,会采用Transponder收发器来将带宽相当于WDM线速率的客户端业务(例如,10GE或OC-192/STM-64客户端业务)映射到10G波长上,而Muxponder复用转发器则用来将Sub-10G业务(如GE、OC-3/12/48、STM-1/4/16客户端)汇聚到10G波长以便传送。由于2013年10G业务占据了接入光网络端口的50%强,平均业务速率非常接近WDM的线速,因此现有光网络带宽可以得到有效利用。

 

带宽利用欠佳

 

尽管预见到网络带宽需求将会暴增,接入光网络的客户端口速率的整体状况并不可能发生显著变化。甚至到2017年,10Gbit/s或更低的端到端管理的业务还是会占据光传送网络超过95%的接入端口。向100G DWDM波长过渡在客户端业务与WDM上联端口之间造成了大量的速率不匹配/不连续的问题,从而产生了大量低效使用的光带宽。

 

复用转发器是一种静态解决方案,其中客户端口与某一固定WDM线端口,即某个特定波长相关联。当网络中所有节点的业务需求都平等均衡、固定不变时,该方案效果不错。但在实际网络部署中,业务不断演进,节点到节点的业务需求在组合及分布两方面均变化莫测。对网络运营商而言,避免其价值不菲的DWDM网络中出现光带宽利用不足就成了一个运营上的难点。

 

举例而言,如果WDM或ROADM网络中的某个局端(CO)节点需要增加30G的新10G业务,而节点上所有可用的客户端口均已耗尽,那么,电信运营商只有两种选择:

 

1. 部署背对背的Muxponder复用转发器来解复用至多70G的透传光流量,将其与新的30G客户端业务一起汇聚到100G波长上。

 

 

背靠背复用转发器

 

2. 部署一个只利用了30%的新100G波长。

 

未能充分利用的100G带宽

 

第一种情况下可用的100G光带宽可以得到更好利用,但设备开销更大,也引入了额外的麻烦,比如端到端的链接延迟。考虑到新的云服务对网络的需求本质上动态性强,如何有效规划与管理该方案也极具挑战性。

 

第二种情况虽然管理和部署起来比较容易,却需要运营商新增加100G波长,因而消耗了宝贵的光谱资源,如果可用的光纤对在该节点已然耗尽,则可能造成光纤设施CAPEX的增加。由于在部署时,新的带宽只有30%用得到,该方案还导致了大量的网络带宽闲置。

 

从操作层面来看,两种方案均不理想。客户端业务不光是绑定了一个特定的上联波长,而且,由于基于ROADM的网络只能按整波长进行交换,业务层面的任何网络配置,如客户端重新路由或网络重新优化等情况下,运营商都必须要派遣技术人员到现场手动进行。云服务和数据中心互联在带宽需求方面动态性尤其强烈,因此采用点到点的传送设施很有难度。

 

由于光容量及CAPEX两者均价值高昂,许多运营商正在寻求适当的网络架构来应对当前的局限。

 

让100G切实可行的技术: OTN交换

 

与上一代基于SONET/SDH传送协议的物理层光互联技术相仿,OTN交换也定义为数字传送容器的交叉互联,亦名为光传送数字单元(ODUk),遵守G.709光传送网络的标准复用层级。根据这些传送容器承载的业务负荷不同,其速率也变化不一,范围从100Gbit/s(ODU4)到1Gbit/s(ODU0)不等。

 

基于OTN交换的网络与传统基于Muxponder的构架的不同点在于其提供了:

 

处理子波长客户端流量的支持,以及在网元上对客户端业务及WDM上联端口进行物理隔离。

 

通常,OTN交换支持按照G.709标准中指定的最小粒度(也就是1Gbit/s)进行流量处理与汇聚,这样一来,网络中的中间节点能以远远低于WDM线速率的粒度来增加或去除客户端流量。

 

此外,该子波长处理由一个集中式的电交叉矩阵来实现,其中任一客户端线卡上的任意客户端口都可以路由到系统中任何一个可用的WDM线路端口。与基于Muxponder复用转发器的解决方案不同的是,将客户端与WDM线路端接口物理上分隔开来,就可以将部署新客户端口所需的费用与部署更加昂贵的WDM线路端口的费用脱钩。客户端业务不再与特定波长绑定,这一点在支持不断演进的网络时特别重要。

 

从运营商的角度来看,100G网络中采用OTN交换带来了下列显著的好处:

 

● 提升了CAPEX效率

 

● 降低了OPEX、服务速度更快

 

● 提高了网络弹性

 

● 灵活的”随增随付”服务

 

 

提升CAPEX效率

 

部署30G的新业务可以简单到在此节点上增加30G用户端口。这些用户流量可以与现有客户端的流量一起汇聚到恰当的100G WDM上联线卡,最大化地利用现有的光纤资源。共享波长中的客户端信号不需要定向到某个公用节点——只要信号可以通过一定途径转发到另一个节点。结果在基础设施和设备上的CAPEX开销可以比基于Muxponder复用转发器的网络架构要低超过35%。大规模网络建模研究的结论指出,在网络的中间节点采用OTN交换来处理及汇聚子波长流量可以将波长利用率提升250%。

 

尤其在城域网中,传送网方面投资更多的考量是出于降低每比特成本的需要。随着10G光学器件的价格持续回落,低效利用的100G带宽无法提供比10G更优的成本。通过大幅度提高100G波长的利用率,OTN交换即成为了在城域网中大规模部署100G的关键所在。

 

降低OPEX &提升业务速度

 

从运营的角度来看,OTN交换大大简化了业务部署与管理,可以动态地将客户端业务分配到任何可用100G波长上去,这就意味着业务的增删及重新分配不再需要在中间节点进行人工干预;相反,可以通过OTN交换配置来远程实现。结果不仅大大节省了OPEX开支,也让网络运营商得以快速在高价值的差异性业务上实现盈利。

 

改善网络弹性

 

子波长处理及动态分配客户端到WDM上联端口的能力也让网络运营商可以采用连接度更高的网状网络架构。相比基于ROADM的网络而言,这样的架构具有更快的故障修复能力。在OTN交换网络中,监测及保护在业务层实现,而不是光层,因此对于全光保护机制而言必不可少,并且出现故障时,不再需要耗时、繁复的光路计算及调制过程,从而将故障修复时间缩短了10倍甚至更多,从而实现了坚固可靠的电信级网络,并显著改善了QoS。

 

“随增随付”的业务灵活度

 

最后一点,相比固定的点到点WDM架构,OTN交换能够将客户端口与WDM线端口分离开并单独升级,让网络运营商得以减少与新客户端业务相关的资本支出。

 

举个简单的例子,某网络运营商有一项新要求,需要支持来自某新兴数据中心客户的高价值服务,该客户需要16G Fiber Channel客户端业务。在基于Muxponder(复用转发器)的网络中,如果现有的复用转发器设备不支持16G Fiber Channel客户端业务,则该网络运营商不仅需要购置新的100G设备,包括在客户端及100G相干光器件上支出,还必须要部署一个新的100G波长来支持该业务。与之相反,在基于OTN交换的网络中,网络运营商可以“随增随付”,只需要部署一款支持16G Fiber Channel的新客户端线卡即可。新客户端业务还可以加到任何线路端口上——只要该端口容量足够,也可以在任意时刻移至任意不同线路端口。对网络运营商而言,这就意味着最大的业务灵活度,而灵活度这个因素在传送网业务向数据中心及云市场转移的初始阶段尤其重要,因为按需提供的动态带宽至关重要。

 

全球的网络运营商对这些优势均予以认可,并在中国、欧洲及北美等地全面部署了OTN交换的平台。事实上,近期Infonetics进行的一项调查表明,采访中86%的网络运营商要么是已经、要么是正准备在其城域网和核心传送网络中部署OTN交换。

 

城域网运营商的需求

 

城域网面临的挑战在于不仅需要支持和管理旧有的传送业务,还要支持新兴的分组业务。在城域网中,以太网业务是规模最大、增长最迅速的业务种类,不论是3G/4G移动回传、企业专线还是数据中心互联。为了达到设备及运营开销方面的高效性,城域网运营商一直在寻找一个平台,既能将电信级以太网与现有传送业务融合到一个公共的基础设施上,也能提供分组调节及汇聚的功能,从而最大化地利用底层的光纤网络。更进一步,由于GMPLS、ASON以及现在的SDN在网络控制平面上实现了真正的多层汇聚,汇聚的多层平台这个理念变得更加切实可行了。结果,一类名为OTP分组光传送平台的崭新城域网设备应运而生。

 

从功能上讲,P-OTN分组光传送平台(也称P-OTP或OTP)在单个平台上提供了以太网/MPLS及OTN交换的功能,降低了设备开支,使得分组业务梳理及汇聚操作可以在业务映射到传送设施之前进行,从而提升了光设施的效率。

 

P-OTN与OTN交换平台的不同点在于:

 

增加了全面的分组业务支持,包括集中化的以太网/MPLS交换及汇聚,QoS,电信以太网OAM和同步功能等;

 

支持将原生分组和OTN流量同时且集中式地交换到任何可用的100G WDM线端口。

 

将这些功能与现有的传送功能相结合,对P-OTN提出了三项新的架构要求:

 

1. WDM上联卡必须要能从中心的交换矩阵中处理和梳理OTN及分组流量。通常称之为混合式上联线卡。PMC在OTN处理芯片方面近期取得的进展促成了该项技术的实现。 

 

P-OTP/P-OTN混合分组及OTN上联卡

 

P-OTP/P-OTN混合分组及OTN上联卡

 

2. 线卡必须要支持单个分组流映射到灵活的由ODUflex定义的OTN传送容器中,帮助运营商在全网实现最高效的传送及子速率的分组业务。

 

3. 为了便于实现新兴点播类业务(如数据中心驱动的分组流量等)的动态带宽,上联卡和客户端线卡必须要能以无键击的方式、采用ITU 的G.hao/G.7044协议重新调整容器的大小。

 

在整个机架的所有线卡上采用一个传送平台,以实现汇聚、梳理及处理分组和OTN流量,这样的平台本身就是一个非常强有力的工具,可以最大化地利用昂贵的100G带宽。与此同时,将二层交换、一层交换和DWDM传送功能汇集到单个传送平台上显然也大大缩减了总体设备开支。

 

PMC DIGI 120G:创新的OTN处理技术,适应中国网络需求

 

DIGI 120G是 PMC提供的功能强大的OTN处理器,由于它提供了OTN交换和P-OTN平台所必须的功能,因而对于实现灵活且弹性高效的100G OTN传送网络至关重要。作为业界首款全通道化的120G OTN处理器,DIGI 120G实现了OTN交换所需的高容量且由交换矩阵连接的线卡。此外,作为业界唯一支持同时处理和梳理分组及OTN客户端流量的OTN处理器,DIGI 120G是OEM得以构建混合WDM线卡的唯一解决方案,这对分组光传送平台是至关重要的构建模块。

 

PMC的 DIGI 120G: 助力实现混合式P-OTP/P-OTN分组及OTN线卡

 

PMC的 DIGI 120G: 助力实现混合式P-OTP/P-OTN分组及OTN线卡

 

进一步而言,DIGI 120G是助力实现动态及无键击分组流量扩展的业界首款OTN处理器,使得分组光传送的平台在处理新兴高附加值、以分组为核心的业务时可以达到最优化。

 

有了DIGI 120G,OEM可以在单个软硬件投资的基础上开发出一整套用于P-OTPs/P-OTN的设备方案——从高密度的10G/40G/100G多业务用户卡到10G/40G/100G混合WDM线卡等均可实现。

 

为了应对“大数据”现象导致的城域网及骨干网的带宽需求猛增的问题,全球的电信运营商对于采用100G光传送技术有着高度共识。采用OTN交换的网络架构最为有效地利用了底层光纤设施,增加了100G网络的灵活度及弹性,同时还显著降低了CAPEX及OPEX。新兴的P-OTP/P-OTN光传送设备结合了OTN及分组交换的两方面功能,势必带来更高的网络及服务效率,同时,也让网络运营商得以便利地实现在快速增长的云和数据中心市场中特有的动态、基于分组的业务。PMC的DIGI 120G引领的OTN交换芯片的创新是一项核心的技术创新,充分体现了各个角度的需求,可实现混合的WDM线卡,以提供高效和面向未来的功能,使得100G在光网络中的大规模部署经济可行,并最终成为了现实。


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