基于IOWN APN架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心交換業(yè)務(wù)光波長(zhǎng)路徑配置技術(shù)的建立與驗(yàn)證

ICC訊（編譯：Vicki）NTT和NEC在IOWN全球論壇上定義了基于IOWN APN 架構(gòu)的光波長(zhǎng)路徑供應(yīng)技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF) COSMOS測(cè)試平臺(tái)與 Politecnico di Torino、哥倫比亞大學(xué)、杜克大學(xué)和都柏林三一學(xué)院合作，用于數(shù)據(jù)中心之間的按需高容量/低延遲連接。

 有了這項(xiàng)技術(shù)，運(yùn)營(yíng)商可以在幾分鐘內(nèi)設(shè)計(jì)和配置光波長(zhǎng)路徑，使用一種自動(dòng)估計(jì)光波長(zhǎng)路徑質(zhì)量的算法，而以前需要熟練工人兩到三個(gè)小時(shí)以上。這是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心交換(DCX)服務(wù)(圖1)的基本技術(shù)，該服務(wù)由NTT、NEC和其他公司在IOWN中提出，通過(guò)按需連接必要的光波長(zhǎng)路徑點(diǎn)，在分布式數(shù)據(jù)中心之間提供高容量、低延遲的數(shù)據(jù)中心互連。

 10月，NTT在蘇格蘭舉行的歐洲最大的光通信技術(shù)國(guó)際會(huì)議(第49屆歐洲光通信會(huì)議(ECOC))上展示了這一成果，并被選為最佳論文，同時(shí)在西班牙舉行的電信基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目(TIP) Fyuz活動(dòng)上也展示了這一成果。

Figure 1. DCX service for high-capacity, low-latency communications between distributed data centers (DCs)

1、背景

 隨著利用人工智能的服務(wù)變得越來(lái)越普遍，對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求正在增加。數(shù)字相干和硅光子學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新推動(dòng)了DWDM光傳輸行業(yè)收發(fā)器容量、小型化和節(jié)能方面的巨大進(jìn)步。數(shù)字信號(hào)處理器和硅光子學(xué)在一個(gè)封裝中實(shí)現(xiàn)的相干共封裝器件等技術(shù)將進(jìn)一步加速這一趨勢(shì)。自動(dòng)化設(shè)計(jì)和配置技術(shù)需要配置DWDM收發(fā)器的大量光波長(zhǎng)路徑。

 數(shù)據(jù)中心的建設(shè)計(jì)劃也出現(xiàn)了新的趨勢(shì)，以容納計(jì)算資源。隨著人工智能服務(wù)的普及，對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求不斷增加，以前集中在城市地區(qū)的數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在正在遷移到電力和基礎(chǔ)設(shè)施空間更豐富的郊區(qū)(數(shù)據(jù)中心的分散化也降低了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn))。人們?cè)絹?lái)越需要光波長(zhǎng)路徑，以高速和低延遲連接偏遠(yuǎn)地區(qū)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心互連(DCI)是一種簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)備由單個(gè)廠商的收發(fā)器和單一的傳輸模式配置，在全網(wǎng)狀配置中缺乏可擴(kuò)展性，給大規(guī)模地促進(jìn)數(shù)據(jù)中心的分散化帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

 NTT一直在與IOWN全球論壇成員NEC合作，驗(yàn)證實(shí)施數(shù)據(jù)中心交換(DCX)服務(wù)的技術(shù)，該服務(wù)通過(guò)光纖直接連接城域內(nèi)的許多數(shù)據(jù)中心。DCX要求在多對(duì)多地點(diǎn)之間連接來(lái)自多個(gè)廠商的設(shè)備，采用適合鏈路長(zhǎng)度和質(zhì)量的各種傳輸模式(圖2)。與傳統(tǒng)DCI不同，需要開發(fā)新技術(shù)，在用戶接入鏈路和運(yùn)營(yíng)商鏈路上控制來(lái)自多個(gè)廠商的設(shè)備，并使用適合鏈路質(zhì)量的不同傳輸模式的各種傳輸設(shè)備按需建立光波長(zhǎng)路徑。

Figure 2. Conventional DCI vs DCX

2、研究結(jié)果

 2.1 按需光波長(zhǎng)路徑設(shè)計(jì)技術(shù)

 必須快速計(jì)算光纖傳播、光放大器噪聲、收發(fā)器電氣噪聲和光交換機(jī)引起的光信號(hào)質(zhì)量退化，以提供按需的端到端光波長(zhǎng)路徑連接。最近，Politecnico di Torino提出的高斯噪聲模型使得在短時(shí)間內(nèi)計(jì)算出光纖非線性光效應(yīng)在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中引起的信號(hào)質(zhì)量退化成為可能，許多運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性。

 另一方面，作為DCX目標(biāo)的短距離傳輸(100 ~ 200 km)信號(hào)質(zhì)量下降的主導(dǎo)因素與遠(yuǎn)距離傳輸不同，有必要對(duì)光傳輸設(shè)備中未充分考慮的噪聲進(jìn)行分析和建模。為了解決這個(gè)問(wèn)題，NTT提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的信號(hào)質(zhì)量模型，該模型可以應(yīng)用于短鏈路，利用高斯噪聲模型的概念和一種按需設(shè)計(jì)和配置光波長(zhǎng)路徑的方法，即使在跨越多個(gè)用戶接入鏈路和載波鏈路以及使用各種WDM收發(fā)器時(shí)也是如此(圖3)。NTT與Politecnico di Torino和NEC一起驗(yàn)證了該模型和方法。在光纖非線性光學(xué)效應(yīng)和光傳輸系統(tǒng)的商業(yè)實(shí)施方面具有專業(yè)知識(shí)。此外，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，NTT設(shè)計(jì)了一個(gè)架構(gòu)和控制平面協(xié)議，允許用戶站點(diǎn)終端和運(yùn)營(yíng)商設(shè)備協(xié)調(diào)合作。

Figure 3. An approach to select the optimal mode quickly based on the Gaussian noise approximation

2.2在試驗(yàn)臺(tái)開放平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證技術(shù)

 NEC開發(fā)了一個(gè)基于linux的設(shè)備軟件架構(gòu)的開放平臺(tái)，該平臺(tái)利用open ROADM MSA、TIP和IOWN全球論壇定義的開放接口、規(guī)范和架構(gòu)。NEC利用Open ROADM MSA兼容的相干TRxs來(lái)確保數(shù)據(jù)平面的互連性。對(duì)于控制用戶TRxs的硬件抽象接口和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(NOS)， NEC應(yīng)用了TAI架構(gòu)(隱藏了各種TRx形式因素或供應(yīng)商之間的差異)和正在TIP OOPT中公開開發(fā)的Goldstone NOS。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用IOWN全球論壇提出的APN功能架構(gòu)。NEC已獲得符合TIP要求的Phoenix銀色徽章，證明其產(chǎn)品已通過(guò)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行的測(cè)試，包括由NTT、Telia、Telefonica、沃達(dá)豐、德國(guó)電信和MTN定義的約160種商業(yè)用途規(guī)格。

 NTT和NEC與哥倫比亞大學(xué)、杜克大學(xué)和都柏林三一學(xué)院合作，在NSF COSMOS試驗(yàn)臺(tái)(圖4)上進(jìn)行了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的可操作性。COSMOS試驗(yàn)臺(tái)是部署在紐約市曼哈頓的先進(jìn)研究平臺(tái)，包括場(chǎng)光纖(由Boldyn和Crown Castle提供)、光放大器和開關(guān)。在COSMOS測(cè)試平臺(tái)上，我們構(gòu)建了一個(gè)模擬DCX的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由用戶數(shù)據(jù)中心、載波網(wǎng)絡(luò)和連接它們的接入光纖組成。我們已經(jīng)證實(shí)，NTT和NEC實(shí)施的光波長(zhǎng)路徑配置方法可以通過(guò)為每條短路由和長(zhǎng)路由選擇合適的傳輸模式，在6分鐘內(nèi)自動(dòng)完成光波長(zhǎng)路徑的設(shè)計(jì)和配置。我們還確認(rèn)，誤差范圍小到足以提供商業(yè)服務(wù)。

Figure 4. Proof-of-principle points at COSMOS testbed

3、展望

 我們計(jì)劃推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)，例如使用都柏林三一學(xué)院和杜克大學(xué)推廣的遷移學(xué)習(xí)驗(yàn)證光放大器特性估計(jì)，以及與都靈理工大學(xué)推廣的開放傳輸設(shè)計(jì)工具GNPy合作。在IOWN全球論壇上，我們還將與Orange和中華電信合作，為APN的功能架構(gòu)做出貢獻(xiàn)。特別是，我們計(jì)劃使用Transport PCE進(jìn)行概念驗(yàn)證，這是一種用于光傳輸網(wǎng)絡(luò)控制的開放式控制器，作為參考實(shí)現(xiàn)模型。