提升城域核心传送网络的承载效率

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视频、数据、云应用等新业务类型的涌现，推动了网络的高速增长，一方面直接导致了核心承载网络的带宽需求迅速膨胀；另一方面新型ICT的增长也会改变网络业务分布，逐渐从传统的以流量汇聚为主，过渡到兼顾点到点之间的业务直达，带来了网络收益趋缓、机房设备功耗和占地面积过大等诸多新的挑战。日新月异的新技术（100G/OTN/ROADM等）应运而生，为核心传送网络建设提供了应对这些挑战的解决方案；同时，为了提升传送网络的整体效率，如何在网络建设中选择合适的网络构架也是值得去思考和探讨的。
对于网络构架的优化，上海贝尔阿尔卡特朗讯建议尽可能采取低层(如L1、L2)旁路高层(如L3)，光层旁路电层：对于业务转发，如果的确需要高层协议处理，则进入路由器等高层设备，否则尽量在较低网络层面实现转发；对于大颗粒业务，尽量在光层就通过ROADM技术实现调度转发，而较为零散的业务，可以通过OTN电交叉矩阵疏导归并后再进行转发，从而达到优化传送带宽效率的目的。
在实际的网络应用中，往往除了业务终结的站点之外，对于大多数中间站点，仅仅需要对业务进行归并疏导，目前网络中存在的节点结构主要有以下几种（见图1），这些结构在业务转发时体现出不同的特点。
全路由交叉是比较传统的方式，特别是在OTN矩阵没有引入之前，转发的业务需要通过路由器来处理，这种方式性价比最低，花费了较高的设备成本但仅实现了最简单的网络功能，此外还带来了功耗、占地、操作难度等问题；
全OTN交叉将需要转发的业务通过OTN矩阵疏导后直接传送到相应的线路上，只有必须通过路由器处理的业务才进入到更高的网络层面，这种节点结构有效释放了路由器上的巨大不必要的带宽和成本压力，并转嫁到更经济的L2 OTN设备上。

  
图 1 不同的节点结构
具备无色（Colorless）和无方向（Directionless）的新一代ROADM已经为光交叉规模应用提供了技术基础。全光交叉就是在终结站点之间传送时将业务封装到单独的波长中，完全通过ROADM来实现对波长的调度保护等，这样充分发挥了光交叉在成本、功耗和体积上的先天优势。当然，在端到端业务量较少的网络初期，大管道波长的利用率可能较低，初期投资较高。
光电混合交叉兼顾了光交叉的高效性和OTN交叉的灵活性，对于不同颗粒度的业务采取不同的策略，当业务带宽颗粒较大时，直接封装到波长中通过光交叉机制实现转发；业务颗粒较小时，可以通过OTN矩阵来疏导归并，提高波长利用率，这样网络容量增长过程中网络整体成本和电矩阵容量都得到了更合理的均衡。
目前，现实网络中大多数的核心路由器，均采用汇聚收敛全网业务后再转发的网络构架(节点结构1)，浪费大量昂贵的路由器端口资源，并出现路由器集群的需求，导致更多的成本投入。这种现状主要是由于缺乏长远的、全局的网络建设规划，往往，不同的系统采用单独的设计，从而无法实现各网络层面间的融合与协作。
此外，随着OTN网络的广泛应用，出现了片面依赖OTN解决所有的业务传送和追求OTN矩阵容量的现象。虽然OTN矩阵在初期调度上比较方便，但是随着网络容量增长，部分网络维护单位已经意识到OTN矩阵利用率受限于接口类型、机房功耗过大、维护复杂、安全隐患等多方面问题，需结合高效直达的光层调度机制来完成大颗粒的业务转发。少数网络中也存在OTN技术结合直达波长的建设方式，其实是一种结合了人工预制波道的光电混合方式，但不利于城域核心网络的长期发展。
为了验证以上几种节点结构对网络成本的影响，我们假设了一个典型的城域核心传送网模型，参考业界相对成本，模拟出5年内随着业务量增长（每年按60%增长）的网络总体成本（包括CAPEX和OPEX）的变化情况。
在传统的全路由交叉结构下，当路由器和DWDM平台的接口向大管道波长演进时，由于每比特的传送效率得到提高，第5年的100G部署网络总成本比10G部署优化约38%；相较路由器，全OTN交叉采用更低成本的转发机制，其成本又节省了37%；对于全光交叉结构，因为初期100G波长的填充率较低，因此初期网络总成本较高，但随着网络容量增长逐渐发挥出高性价比、绿色低耗的长期优势，第5年100G纯光交叉比100G全OTN交叉又进一步节省了20%；100G光电混合交叉在整个5年期间体现出最为平稳的增长态势（见图2）。

  
图 2 多种场景下的网络总成本(TCO)比较
基于以上业务模型，如果将整网汇聚型业务量降低到原来的一半，意味着中间节点将承担更多的业务转发功能，引入高速率波长和新的节点结构后，得到了相似的网络成本对比结论。
以上两组对比，意味着对于不同的网络业务分布，通过引入高速率波长和将业务转发尽可能转向更低的网络层面，可实现对网络总体成本明显的优化。
最后，我们还比较了不同网络结构下的节点平均电矩阵容量变化。相较于全路由器交叉模式下路由器的容量，全OTN交叉模式下的路由器容量和OTN矩阵容量之和虽然更大，而网络成本却明显优化，这也再一次验证了OTN矩阵在业务转发上的成本优势。而光电混合结构下，OTN矩阵的增长被明显遏制，因此全网以最少的电矩阵总量实现几乎同样效果的业务调度功能（见图3）。

  
图 3 100G部署下不同网络结构的节点平均电矩阵容量

这说明合理的网络结构可以避免不必要的电矩阵堆叠，为优化网络整体功耗、占地和维护复杂度的提供了有效的解决方案。
因此，面对骨干网带宽的迅猛发展，需要具体分析业务特点，选择合理的网络结构，灵活高效结合L1/L2/L3技术，实现光电联动，提升承载网络效率，从而实现更经济的每比特传送成本。
上海贝尔阿尔卡特朗讯OTN系列光、电交叉平台采用统一的智能控制平面，可由设备自身实现光电层面的自由调度，使业务在最经济的层面进行调度和传送。同时，2009年率先在业界提出领先的CBT理念，可高效无缝联动路由器，能够在IP/MPLS层（L3/L2）以最高效地方式处理流量，实现路由器与OTN设备之间的智能业务调度，极大的节约路由端口的带宽，显著降低运营商的运维复杂度和总体成本。