運(yùn)營商利用光網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建數(shù)據(jù)中心將是未來發(fā)展趨勢

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，以及人工智能、虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)等新型技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。據(jù)Cisco預(yù)測，截至2021年，全球數(shù)據(jù)中心的IP流量將會增長至20.6ZB，而99%的網(wǎng)絡(luò)流量都與數(shù)據(jù)中心有關(guān)。可見互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)中心的依賴程度越來越高，而且數(shù)據(jù)中心的流量也不再僅限于南北向流量，數(shù)據(jù)中心之間的同步、災(zāi)備、虛擬機(jī)遷移，以及數(shù)據(jù)中心云化、并行計算等新需求的出現(xiàn)，使數(shù)據(jù)中心東西向流量迅速增加，未來數(shù)據(jù)中心的東西向流量和占比還會持續(xù)增加，可能會占到80%以上。

數(shù)據(jù)中心互聯(lián)成為迫切需求

互聯(lián)網(wǎng)流量特別是跨數(shù)據(jù)中心的流量增長，使得數(shù)據(jù)中心互聯(lián)成為迫切需求，而且大帶寬的互聯(lián)需求會越來越多。從電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的情況來看，目前對于城域網(wǎng)范圍可以基于傳輸專線提供獨(dú)占帶寬的DCI服務(wù)，也可以利用163/IP城域網(wǎng)提供共享帶寬的DCI服務(wù)；對于跨骨干的DCI服務(wù)或與天翼云的連接，則通過延伸交換機(jī)連接到骨干DCI/CN2，底層采用波分系統(tǒng)承載需求。

對于城域范圍的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，上述方式目前可以滿足幾Mbit/s到100Gbit/s的帶寬需求，但運(yùn)營商一般對于構(gòu)建DC互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動力不足，主要是在客戶提出需求時，根據(jù)客戶的需求來提供相應(yīng)的傳輸專線服務(wù)，如MSTP、OTN，對于需求不高或考慮經(jīng)濟(jì)因素的中小企業(yè)客戶也可能采用MPLS VPN的方式來提供DCI服務(wù)。當(dāng)DC互聯(lián)的需求流量不大時，開通專線的方式可以滿足需求，但是考慮到大帶寬流量需求，運(yùn)營商也正在考慮成本更低的方式來滿足業(yè)務(wù)承載。

與電信運(yùn)營商不同的是，在數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)方面，大型互聯(lián)網(wǎng)廠商處于領(lǐng)跑地位。由于DC東西向流量需求的驅(qū)動，很多大型互聯(lián)網(wǎng)選擇租用裸纖，采用自建波分系統(tǒng)的方式來滿足100G以上甚至T級別的DC互聯(lián)需求。在這種需求場景中，由于主要是點(diǎn)到點(diǎn)互聯(lián)，設(shè)備資源無法共享，所以成本較為敏感，并且希望可以按需快速部署；考慮到數(shù)據(jù)中心機(jī)房的機(jī)柜尺寸、通風(fēng)散熱方式、供電方式等特點(diǎn)，對設(shè)備外觀和尺寸的要求也異于傳統(tǒng)波分設(shè)備；除此之外，也會對波分系統(tǒng)的管控提出要求，包括光、電層設(shè)備硬件參數(shù)的配置，性能數(shù)據(jù)的上報和分析、告警信息的獲取等。如何構(gòu)建低成本的、適用于DC互聯(lián)場景的波分系統(tǒng)，同時為其提供靈活的管控能力，是值得探索的問題。

開放與分解的光網(wǎng)絡(luò)來破局

構(gòu)建開放與分解的波分網(wǎng)絡(luò)，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的光層互聯(lián)，可能是解決上述問題的較好思路。2018年，ONF成立了ODTN（Open Disaggregated Transport Network）項目，該項目由運(yùn)營商主導(dǎo)，旨在利用光電解耦的設(shè)備、開放且通用的標(biāo)準(zhǔn)和開源的軟件來構(gòu)建數(shù)據(jù)中心互聯(lián)。ODTN項目希望分解網(wǎng)絡(luò)組件并提供開源軟件來控制多廠商設(shè)備，供應(yīng)商可以專注于特定的組件而不必構(gòu)建完整的解決方案，達(dá)到加快創(chuàng)新和降低成本的目的，同時允許運(yùn)營商自由選擇同類的最優(yōu)組件，規(guī)避供應(yīng)商鎖定的問題。圖1為ODTN的系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1??ODTN系統(tǒng)架構(gòu)圖

除ODTN以外，F(xiàn)acebook主導(dǎo)了致力于光和IP網(wǎng)絡(luò)中開放技術(shù)的OOPT(Open Optical & Packet Transport)?項目 ，AT&T主導(dǎo)OpenROADM項目并定義了開放、分解的ROADM系統(tǒng)及相關(guān)的業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)模型、設(shè)備和數(shù)據(jù)模型，圖2為OpenROADM的系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖2 OpenROADM系統(tǒng)架構(gòu)圖

開放是縱向的解耦

開放是縱向的、控制平面和數(shù)據(jù)平面的解耦，可以引入SDN理念實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)管控，達(dá)到軟件開放源碼、接口規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)模型統(tǒng)一、控制轉(zhuǎn)發(fā)分離和網(wǎng)絡(luò)能力開放的目的?？v向的開放使SDN理念得以引入光網(wǎng)絡(luò)，同時也推動了設(shè)備的白盒化，因此可認(rèn)為白盒化與SDN是相伴相生的。

在傳統(tǒng)模式下，廠商設(shè)備以黑盒的方式提供，是完全封閉的，由設(shè)備廠商提供設(shè)備，并由廠商私有網(wǎng)管控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)功能配置；接口私有化，設(shè)備的軟硬件更新迭代依賴于主流設(shè)備廠商的研發(fā)能力和市場策略。

而在完全開放實(shí)現(xiàn)SDN管控的情況下，設(shè)備可以由設(shè)備廠商或光器件廠商提供，設(shè)備內(nèi)部的光器件、模塊均可以通過統(tǒng)一接口被納管，控制粒度更細(xì)，需要針對主要器件的物理參數(shù)建立信息模型，并制定業(yè)界統(tǒng)一的接口規(guī)范，技術(shù)迭代也會更快。

傳統(tǒng)方式已經(jīng)受到挑戰(zhàn)，而完全開放的SDN管控目前還不具備條件，從實(shí)現(xiàn)設(shè)備商開放能力和運(yùn)營商管控需求兩者匹配的角度而言，“灰盒”可能是目前的最佳選擇，即能力“部分開放”，由設(shè)備廠商提供設(shè)備，并按標(biāo)準(zhǔn)化接口開放能力，允許跨廠商統(tǒng)一納管。

分解是橫向的解耦

分解是橫向的、數(shù)據(jù)平面硬件之間的解耦，它可以達(dá)到硬件通用化和降低成本的目的，同時也可以避免廠商鎖定。根據(jù)分解程度的不同，可以分為部分分解和完全分解兩種方式：將電層的終端設(shè)備和光層的線路系統(tǒng)分解是部分分解；將網(wǎng)絡(luò)中的各個功能模塊均分解為獨(dú)立的設(shè)備被稱之為完全分解。

從目前的商用情況來看，主要還是以部分分解為主，即實(shí)現(xiàn)了光層與電層的解耦。比起完全分解的方式，部分分解的方式難度相對較小，目前階段可以作為傳輸系統(tǒng)分解的一種推薦方式，但是也需要解決諸如性能評估和運(yùn)維管控等問題。從開放管控的角度來看，這種部分分解的設(shè)備形態(tài)，其實(shí)就是灰盒模式，所以無論從開放還是分解的角度來看，部分分解的灰盒模式更有利于商業(yè)化推動。

分解可以帶來設(shè)備形態(tài)上的變化，使機(jī)架和設(shè)備完全解耦，允許設(shè)備容量按需配置。另外，傳統(tǒng)通信機(jī)房的制冷系統(tǒng)能耗占比已經(jīng)超過設(shè)備的能耗占比，在散熱架構(gòu)和冷卻手段的應(yīng)用上都落后于數(shù)據(jù)中心。

而且，分解后的設(shè)備可設(shè)計為刀片式，這種方式風(fēng)道簡單、阻力小、能耗低、噪聲小，能夠更好地適應(yīng)各種先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心冷卻方案，同時供電方式也由直流改為交流，更好地適應(yīng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的供電。此外，將光模塊從板卡中分解出來，采用可插拔的方式設(shè)計，也屬于分解的一種，它可以驅(qū)動模塊廠商專注于模塊研發(fā)，減小模塊體積、降低模塊功耗，而設(shè)備廠商也可以減少整體研發(fā)投入，提升板卡集成度，降低板卡功耗。

運(yùn)營商面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)

由于需求驅(qū)動的原因，率先致力于推動利用開放與分解的波分系統(tǒng)來構(gòu)建數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的主要是大型的互聯(lián)網(wǎng)公司如騰訊、阿里等，盡管沒有公開數(shù)據(jù)，但可以預(yù)見未來加大投入的互聯(lián)網(wǎng)公司會越來越多，這種技術(shù)方案的開放、分解特性也使得更多光器件廠商、傳輸設(shè)備廠商直接參與進(jìn)來。在此趨勢下，運(yùn)營商也在積極開展相關(guān)設(shè)備和管控系統(tǒng)的測試與研究工作。

在互聯(lián)網(wǎng)流量持續(xù)增長的背景下，越來越多的互聯(lián)網(wǎng)公司會面臨TB/s級別的高速率數(shù)據(jù)中心互聯(lián)需求，波分系統(tǒng)的引入將成為未來數(shù)據(jù)中心互聯(lián)場景中的主要技術(shù)選擇。很多大型互聯(lián)網(wǎng)廠商在需求驅(qū)動下已經(jīng)開始著手自建波分系統(tǒng)，且出于打破廠商鎖定、降低建設(shè)成本、利于快速迭代、強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)管控等多方面考慮，傾向于選擇開放與分解的方式構(gòu)建光網(wǎng)絡(luò)，與芯片、器件廠商深度合作，實(shí)現(xiàn)光電解耦，多廠商統(tǒng)一管控。

這對于運(yùn)營商來說是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。運(yùn)營商在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域有較為豐富的規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)經(jīng)驗，面對客戶帶來的迫切的大帶寬需求，可以考慮針對數(shù)據(jù)中心互聯(lián)場景建設(shè)專用的波分傳輸系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心互聯(lián)波分系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)方案可以借鑒互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和國外運(yùn)營商在光網(wǎng)絡(luò)開放和解耦方面的經(jīng)驗，結(jié)合電信運(yùn)營商自身在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的建設(shè)和運(yùn)維方面的優(yōu)勢，向著靈活解構(gòu)、全面管控的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。

開放必定會帶來靈活性，分解必定會降低成本，利用開放與分解的光網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建數(shù)據(jù)中心光層互聯(lián)，會成為業(yè)內(nèi)越來越受關(guān)注的技術(shù)方向。