基于IOWN APN架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心交換業(yè)務光波長路徑配置技術(shù)的建立與驗證

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)的光波長路徑供應技術(shù)，該技術(shù)通過美國國家科學基金會(NSF) COSMOS測試平臺與 Politecnico di Torino、哥倫比亞大學、杜克大學和都柏林三一學院合作，用于數(shù)據(jù)中心之間的按需高容量/低延遲連接。

 有了這項技術(shù)，運營商可以在幾分鐘內(nèi)設計和配置光波長路徑，使用一種自動估計光波長路徑質(zhì)量的算法，而以前需要熟練工人兩到三個小時以上。這是實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心交換(DCX)服務(圖1)的基本技術(shù)，該服務由NTT、NEC和其他公司在IOWN中提出，通過按需連接必要的光波長路徑點，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)國際會議(第49屆歐洲光通信會議(ECOC))上展示了這一成果，并被選為最佳論文，同時在西班牙舉行的電信基礎設施項目(TIP) Fyuz活動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變得越來越普遍，對數(shù)據(jù)中心的需求正在增加。數(shù)字相干和硅光子學技術(shù)的創(chuàng)新推動了DWDM光傳輸行業(yè)收發(fā)器容量、小型化和節(jié)能方面的巨大進步。數(shù)字信號處理器和硅光子學在一個封裝中實現(xiàn)的相干共封裝器件等技術(shù)將進一步加速這一趨勢。自動化設計和配置技術(shù)需要配置DWDM收發(fā)器的大量光波長路徑。

 數(shù)據(jù)中心的建設計劃也出現(xiàn)了新的趨勢，以容納計算資源。隨著人工智能服務的普及，對數(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設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害風險)。人們越來越需要光波長路徑，以高速和低延遲連接偏遠地區(qū)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心互連(DCI)是一種簡單的點對點拓撲結(jié)構(gòu)，設備由單個廠商的收發(fā)器和單一的傳輸模式配置，在全網(wǎng)狀配置中缺乏可擴展性，給大規(guī)模地促進數(shù)據(jù)中心的分散化帶來了挑戰(zhàn)。

 NTT一直在與IOWN全球論壇成員NEC合作，驗證實施數(shù)據(jù)中心交換(DCX)服務的技術(shù)，該服務通過光纖直接連接城域內(nèi)的許多數(shù)據(jù)中心。DCX要求在多對多地點之間連接來自多個廠商的設備，采用適合鏈路長度和質(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營商鏈路上控制來自多個廠商的設備，并使用適合鏈路質(zhì)量的不同傳輸模式的各種傳輸設備按需建立光波長路徑。

Figure 2. Conventional DCI vs DCX

2、研究結(jié)果

 2.1 按需光波長路徑設計技術(shù)

 必須快速計算光纖傳播、光放大器噪聲、收發(fā)器電氣噪聲和光交換機引起的光信號質(zhì)量退化，以提供按需的端到端光波長路徑連接。最近，Politecnico di Torino提出的高斯噪聲模型使得在短時間內(nèi)計算出光纖非線性光效應在長距離傳輸過程中引起的信號質(zhì)量退化成為可能，許多運營商已經(jīng)驗證了其準確性。

 另一方面，作為DCX目標的短距離傳輸(100 ~ 200 km)信號質(zhì)量下降的主導因素與遠距離傳輸不同，有必要對光傳輸設備中未充分考慮的噪聲進行分析和建模。為了解決這個問題，NTT提出了一個簡單的信號質(zhì)量模型，該模型可以應用于短鏈路，利用高斯噪聲模型的概念和一種按需設計和配置光波長路徑的方法，即使在跨越多個用戶接入鏈路和載波鏈路以及使用各種WDM收發(fā)器時也是如此(圖3)。NTT與Politecnico di Torino和NEC一起驗證了該模型和方法。在光纖非線性光學效應和光傳輸系統(tǒng)的商業(yè)實施方面具有專業(yè)知識。此外，為了實現(xiàn)這一點，NTT設計了一個架構(gòu)和控制平面協(xié)議，允許用戶站點終端和運營商設備協(xié)調(diào)合作。

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

2.2在試驗臺開放平臺上實現(xiàn)和驗證技術(shù)

 NEC開發(fā)了一個基于linux的設備軟件架構(gòu)的開放平臺，該平臺利用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來確保數(shù)據(jù)平面的互連性。對于控制用戶TRxs的硬件抽象接口和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)(NOS)， NEC應用了TAI架構(gòu)(隱藏了各種TRx形式因素或供應商之間的差異)和正在TIP OOPT中公開開發(fā)的Goldstone NOS。網(wǎng)絡架構(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)品已通過網(wǎng)絡運營商進行的測試，包括由NTT、Telia、Telefonica、沃達豐、德國電信和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、杜克大學和都柏林三一學院合作，在NSF COSMOS試驗臺(圖4)上進行了聯(lián)合實驗，驗證了該方法的可操作性。COSMOS試驗臺是部署在紐約市曼哈頓的先進研究平臺，包括場光纖(由Boldyn和Crown Castle提供)、光放大器和開關(guān)。在COSMOS測試平臺上，我們構(gòu)建了一個模擬DCX的實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)由用戶數(shù)據(jù)中心、載波網(wǎng)絡和連接它們的接入光纖組成。我們已經(jīng)證實，NTT和NEC實施的光波長路徑配置方法可以通過為每條短路由和長路由選擇合適的傳輸模式，在6分鐘內(nèi)自動完成光波長路徑的設計和配置。我們還確認，誤差范圍小到足以提供商業(yè)服務。

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

3、展望

 我們計劃推動標準化活動，例如使用都柏林三一學院和杜克大學推廣的遷移學習驗證光放大器特性估計，以及與都靈理工大學推廣的開放傳輸設計工具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。特別是，我們計劃使用Transport PCE進行概念驗證，這是一種用于光傳輸網(wǎng)絡控制的開放式控制器，作為參考實現(xiàn)模型。