視頻、數據、云應用等新業務類型的涌現,推動了網絡的高速增長,一方面直接導致了核心承載網絡的帶寬需求迅速膨脹;另一方面新型ICT的增長也會改變網絡業務分布,逐漸從傳統的以流量匯聚為主,過渡到兼顧點到點之間的業務直達,帶來了網絡收益趨緩、機房設備功耗和占地面積過大等諸多新的挑戰。日新月異的新技術(100G/OTN/ROADM等)應運而生,為核心傳送網絡建設提供了應對這些挑戰的解決方案;同時,為了提升傳送網絡的整體效率,如何在網絡建設中選擇合適的網絡構架也是值得去思考和探討的。
對于網絡構架的優化,上海貝爾阿爾卡特朗訊建議盡可能采取低層(如L1、L2)旁路高層(如L3),光層旁路電層:對于業務轉發,如果的確需要高層協議處理,則進入路由器等高層設備,否則盡量在較低網絡層面實現轉發;對于大顆粒業務,盡量在光層就通過ROADM技術實現調度轉發,而較為零散的業務,可以通過OTN電交叉矩陣疏導歸并后再進行轉發,從而達到優化傳送帶寬效率的目的。
在實際的網絡應用中,往往除了業務終結的站點之外,對于大多數中間站點,僅僅需要對業務進行歸并疏導,目前網絡中存在的節點結構主要有以下幾種(見圖1),這些結構在業務轉發時體現出不同的特點。
全路由交叉是比較傳統的方式,特別是在OTN矩陣沒有引入之前,轉發的業務需要通過路由器來處理,這種方式性價比最低,花費了較高的設備成本但僅實現了最簡單的網絡功能,此外還帶來了功耗、占地、操作難度等問題;
全OTN交叉將需要轉發的業務通過OTN矩陣疏導后直接傳送到相應的線路上,只有必須通過路由器處理的業務才進入到更高的網絡層面,這種節點結構有效釋放了路由器上的巨大不必要的帶寬和成本壓力,并轉嫁到更經濟的L2 OTN設備上。

圖 1 不同的節點結構
具備無色(Colorless)和無方向(Directionless)的新一代ROADM已經為光交叉規模應用提供了技術基礎。全光交叉就是在終結站點之間傳送時將業務封裝到單獨的波長中,完全通過ROADM來實現對波長的調度保護等,這樣充分發揮了光交叉在成本、功耗和體積上的先天優勢。當然,在端到端業務量較少的網絡初期,大管道波長的利用率可能較低,初期投資較高。
光電混合交叉兼顧了光交叉的高效性和OTN交叉的靈活性,對于不同顆粒度的業務采取不同的策略,當業務帶寬顆粒較大時,直接封裝到波長中通過光交叉機制實現轉發;業務顆粒較小時,可以通過OTN矩陣來疏導歸并,提高波長利用率,這樣網絡容量增長過程中網絡整體成本和電矩陣容量都得到了更合理的均衡。
目前,現實網絡中大多數的核心路由器,均采用匯聚收斂全網業務后再轉發的網絡構架(節點結構1),浪費大量昂貴的路由器端口資源,并出現路由器集群的需求,導致更多的成本投入。這種現狀主要是由于缺乏長遠的、全局的網絡建設規劃,往往,不同的系統采用單獨的設計,從而無法實現各網絡層面間的融合與協作。
此外,隨著OTN網絡的廣泛應用,出現了片面依賴OTN解決所有的業務傳送和追求OTN矩陣容量的現象。雖然OTN矩陣在初期調度上比較方便,但是隨著網絡容量增長,部分網絡維護單位已經意識到OTN矩陣利用率受限于接口類型、機房功耗過大、維護復雜、安全隱患等多方面問題,需結合高效直達的光層調度機制來完成大顆粒的業務轉發。少數網絡中也存在OTN技術結合直達波長的建設方式,其實是一種結合了人工預制波道的光電混合方式,但不利于城域核心網絡的長期發展。
為了驗證以上幾種節點結構對網絡成本的影響,我們假設了一個典型的城域核心傳送網模型,參考業界相對成本,模擬出5年內隨著業務量增長(每年按60%增長)的網絡總體成本(包括CAPEX和OPEX)的變化情況。
在傳統的全路由交叉結構下,當路由器和DWDM平臺的接口向大管道波長演進時,由于每比特的傳送效率得到提高,第5年的100G部署網絡總成本比10G部署優化約38%;相較路由器,全OTN交叉采用更低成本的轉發機制,其成本又節省了37%;對于全光交叉結構,因為初期100G波長的填充率較低,因此初期網絡總成本較高,但隨著網絡容量增長逐漸發揮出高性價比、綠色低耗的長期優勢,第5年100G純光交叉比100G全OTN交叉又進一步節省了20%;100G光電混合交叉在整個5年期間體現出最為平穩的增長態勢(見圖2)。

圖 2 多種場景下的網絡總成本(TCO)比較
基于以上業務模型,如果將整網匯聚型業務量降低到原來的一半,意味著中間節點將承擔更多的業務轉發功能,引入高速率波長和新的節點結構后,得到了相似的網絡成本對比結論。
以上兩組對比,意味著對于不同的網絡業務分布,通過引入高速率波長和將業務轉發盡可能轉向更低的網絡層面,可實現對網絡總體成本明顯的優化。
最后,我們還比較了不同網絡結構下的節點平均電矩陣容量變化。相較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矩陣容量之和雖然更大,而網絡成本卻明顯優化,這也再一次驗證了OTN矩陣在業務轉發上的成本優勢。而光電混合結構下,OTN矩陣的增長被明顯遏制,因此全網以最少的電矩陣總量實現幾乎同樣效果的業務調度功能(見圖3)。

圖 3 100G部署下不同網絡結構的節點平均電矩陣容量
這說明合理的網絡結構可以避免不必要的電矩陣堆疊,為優化網絡整體功耗、占地和維護復雜度的提供了有效的解決方案。
因此,面對骨干網帶寬的迅猛發展,需要具體分析業務特點,選擇合理的網絡結構,靈活高效結合L1/L2/L3技術,實現光電聯動,提升承載網絡效率,從而實現更經濟的每比特傳送成本。
上海貝爾阿爾卡特朗訊OTN系列光、電交叉平臺采用統一的智能控制平面,可由設備自身實現光電層面的自由調度,使業務在最經濟的層面進行調度和傳送。同時,2009年率先在業界提出領先的CBT理念,可高效無縫聯動路由器,能夠在IP/MPLS層(L3/L2)以最高效地方式處理流量,實現路由器與OTN設備之間的智能業務調度,極大的節約路由端口的帶寬,顯著降低運營商的運維復雜度和總體成本。