通訊傳送網一般由接入網(Access)、匯聚網(Aggregation)、城域/核心網(Metro/Core)、骨幹網路(Backbone Network)四層組成。Microchip通訊業務部資深產品行銷經理郎濤表示,無論是家庭寬頻從GPON轉向XGPON,還是無線RRH從PTN/IP-RAN轉向SPN、M-OTN或者IP-RAN2,或者政企客戶從MSAP到PTN/OTN,由於接入網面對的客戶多種多樣,非常複雜,接入技術正處於不斷變革之中。

OTN技術下沉到接入側的意義

「已經有了小型化PTN,為什麼還需要OTN?」郎濤對此解釋說,用OTN技術來做接入的目的是為了能夠提供點到點的OTN專線,能夠把客戶兩個不同的辦事處或者是不同的資料中心之間連接起來。考慮到5G低延遲要求大量的邊緣資料中心,因此,將OTN下沉到接入側更有利於向企業專線業務提供大頻寬、高品質的專線服務,從而為邊緣資料中心的大量互連提供可能性。

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這就引出另一個話題,即資料中心互聯(DCI)如何應對5G大流量帶來的衝擊?眾所周知,5G網路包括前傳網、中傳網和回傳網,現在的趨勢是把BBU基地台拆分為兩部分:分散式單元(DU)和集中式單元(CU),分拆之後的集中式單元透過虛擬化實現,用戶利用資料中心裡大量的伺服器就能實現CU功能。所以從這個角度來看,資料中心現在已經部署到CU層,而以前則停留在基地台層。另一方面,由於行動邊緣運算(MEC)需要低延遲,正不斷推動邊緣計算能力向基地台遷移,使得不僅CU變成資料中心虛擬化,邊緣計算中心的MEC功能也會直接和CU放到同一資料中心裡。

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中國移動通訊研究院教授暨高階工程師李允博表示,中國移動目前已經在幹線網路上建立了一張全世界最大規模的OTN網路,主要是用來實現業務從低速率向高速率的匯聚,包括OTN保護與恢復,從而可以快速地承載一些IP專網和政企客戶大頻寬業務。

從2018年起,中國移動開始建設政企專網,延續了之前的OTN網路架構。作為營運商的黃金業務,2018年中國移動的政企專網收入接近人民幣300億元,並以每年20%的速度遞增,比如中國移動每年就租賃給騰訊4條從北京到深圳的100G專線。低延遲、高可靠、快速發放、特色業務是OTN技術具備的獨特優勢,按照李允博的說法,「中國三大營運商已經形成共識,OTN在政企專線服務方面是最好的技術,沒有之一。」

除了OTN技術,分組技術有它的優勢,也可以用於專網服務,例如可以做統計多工、共用頻寬等。郎濤對此的看法是,針對不同的用戶群,OTN技術和分組技術是可以互補和共存的。政企客戶對租用線或專用線服務的要求比較高,使用OTN技術更合適;普通中小企業對租用線或專用線服務要求並不嚴格,分組技術就可以滿足需求。

例如OTN技術具有從100M~100G的大頻寬,本身具有剛性隔離,這是OTN專網和分組專網的重要區別。基於分時多工(TDM)的OTN技術具有資源獨佔特性,也就是給用戶提供的資源、頻寬是固定的,不易受到其他用戶的干擾。同時,採用OTN傳送時不需要做封包的二層終結,延遲最低可以做到5微秒。

郎濤特別強調OTN加密的重要性。根據思科(Cisco)提供的資料,不管是資料中心或是企業,2018年平均一次資料外泄造成的直接損失高達390萬美元,很少有公司能夠承受如此金額的損失。因此,為了防止資料外泄,在傳送服務時提供額外有保障的安全性非常必要。這方面,Microchip的OTN方案提供了包括大顆粒加密和子波長業務層加密在內的靈活的加密方式、低延遲的加密和認證、防篡改,防重放和防偽保護等多樣形式的加密處理。

OTN加動態頻寬調整(G.HAO)使得頻寬點播成為可能。使用者可以按照實際需要獲得相應頻寬,資料中心也可以實現追月策略(白天,DC間開啟最小頻寬;夜間,DC間為快取/資料庫鏡像等開啟最大頻寬)以享受較低的電費,G.HAO則透過動態調整ODUflex的大小來實現無損頻寬調整。目前,Microchip在每一代DIGI OTN處理器均整合了HAO功能,以確保營運商可在客戶需要時向客戶提供所需頻寬。

「5G帶來了網路架構的演進,兩個不同區域資料中心之間業務的打通如果透過不同段的波分系統做背靠背的調節,會大幅增加運維成本和設備投入。」騰訊技術工程事業群網路平台部光網路結構師李方超說,由於資料的異地儲存和互動的邏輯導致DCI整個流量迅速增長,但傳統電信級機櫃設備的高度、深度、耗電都和資料中心都不一樣,所以需要全面的從傳統電信級OTN設備向盒式波分設備演進。

未來,騰訊會考慮在自己定義的光層設備上增加WSS板卡以解決維度問題。另外,由於流量的增長帶來巨大的延遲成本,而無人駕駛和行動寬頻這種不同的業務對於延遲的要求也不相同,所以騰訊方面希望針對這種節點要不經過IP設備,直接穿透光層,從而確保低延遲和高可靠性。

李方超稱未來騰訊會和Microchip合作解決採用可插拔模組來做轉發。在城域應用中,小於60公里時,可以採用ZR模組方案,直接插在交換機上出彩光;在80公里到100公里之間,採用CFP2-DCO的方案,性能更好。

DCI市場發展趨勢

郎濤指出,當前DCI市場正呈現出以下四大趨勢:

˙趨勢1:DC流量4倍增長

根據預測,超大規模資料中心到2021年流量將翻4倍,主要源於資料中心25%的總流量年增長率和超大規模資料中心55%的流量佔比,從而推動業界對400GbE乙太網路速率、高密度100GbE埠和新型光模組、更大容量線卡(3.6Tbps到14.4Tbps),以及針對路由器和交換機的高密度乙太網路PHY的需求。

˙趨勢2:DCI流量增長需要加密

DCI年複合成長率達到30%,但資料中心在地理上越來越分散,城域分散式資料中心對廣域網路的安全有很大挑戰。為了保證資料安全,比較實際的做法是二層加密(MACsec),MACsec作為業界標準解決方案可支援多個Terabit。

˙趨勢3:更靈活的乙太網路速率

傳統乙太網路是固定速率,只有100G、200G和400G三種,無法充分利用DSP的能力,而FlexE為局限於固定速率的傳統乙太網路加入了一層靈活性,其子速率模式可以細調至25Gbps或50Gbps的顆粒。

˙趨勢4:5G驅動高精準度時脈

以中國移動SPN為例,不管採用框式還是盒式設備,單個設備的單跳必須是5奈秒以內,非常嚴格。對於晶片產品而言,時脈戳的精準度就必須要達到2奈秒。

為了順應DCI的發展需求,Microchip推出了META-DX1系列乙太網路PHY元件。META-DX1是業界首個T級別的乙太網路PHY,最高容量1.2T,整合了PHY/FEC/PCS/MAC的乙太網路介面晶片,密度比同類產品高出50%。此外,它還在單晶片中整合了1GbE到400GbE的各種乙太網路介面、56G PAM-4高速SerDes、MACsec乙太網路加密、FlexE靈活乙太網路、奈秒級高精準度PTP時脈戳、最高密度的gearbox/CDR/Retimer、無損的2:1開關切換,以及SerDes交叉等多種功能。

本文為姊妹刊EE Times China原創文章