智能数据中心互联技术白皮书

数据中心互联（DCI）的发展及面临的挑战1.1数据中心业务蓬勃发展引导DCI需求快速增长041.2DCI传输的挑战1：数据中心空间不足、能源不足，数据中心园区间光纤资源不足051.2.1数据中心园区之间互联流量的瓶颈，光纤资源不足051.2.2数据中心内机房空间和能源有限，设备需要提升集成度和降低功耗051.3DCI传输的挑战2：业务推动快速扩容扩点，DCI现有网络和设备难以满足网络快速部署的需求1.4DCI传输的挑战3：运维人员少，传输维护经验少，传输设备和光缆运维过于专业化072.数据中心互联的主流技术2.1降低光纤租用成本的技术102.2降低设备成本、降低能源和空间租用成本的技术112.3加快网络部署速度，简化光层、免调测、免配置的技术2.4智能化运维，去专业化，降低运维投入的技术153.数据中心互联技术未来展望3.1智能化网络调度技术183.2光缆质量预测和光缆同路由提前预测技术18数据中心互联（DCI）的发展及面临的挑战数据中心互联（DCI）的发展及面临的挑战 1.1数据中心业务蓬勃发展引导DCI需求快速增长在过去的十多年中，数据中心业务已从以WEB服务为中心走向以云服务为中心。今天，数据中心正从云计算时代走随着数据中心业务的不断增长，DCI解决方案持续演进，未来可期。根据分析师机构GlobalData对市场规模和市场预测的分析，2018年全球云生态系统已扩大24%，达到2900亿美元；在预测期间内它将以25.3%的年均复合增长率（CAGR）持续增长，预计在2022年将达到7200亿美元。DCI主要是AZ（可用区域）之间的互联、Region（云区域）之间的互联、POP（接入点）之间的互联、AZ-POP之间的互联，随着边缘计算等进一步延伸至网络边缘，对大带宽且高性能的DCI光解决方案的需求小结：云服务和智能时代，数据中心的蓬勃发展，对DCI网络的需求不断增长，但是DCI网络实际上仍面临着诸多挑战。 数据中心空间不足、能源不足，数据中心园区间光纤1.2.2数据中心内机房空间和能源有限，1.2.2数据中心内机房空间和能源有限，的每个4KW的机柜月租金也高达850~1150美金不等(含电费、空调费)，8KW的机柜翻倍。深度的机柜，可能可以租用的普通机房配套的是600mm深或800mm机柜，空间节省的重要性进一步上升。小结：DCI传输设备需要节省空间和降低功耗，同时需要适配少部分600mm/800mm机柜安装场景应用，降低CAPEX。CAPEX。量降低每bit占用的光纤成本，降低CAPEX。 业务推动快速扩容扩点，DCI现有网络和设备难以满足网络快速部署的需求数据中心或新增节点数据中心，此时DCN/DCI也要做相应从上站安装、连纤、配置、调测、业务上线作，耗时长，据典型客户统计数据站点安装周，繁琐而专业。云业务快速发展和上线，改高，据统计甚至高达5%，如果一不小心连错，将导致业务费力。完成物理连纤后，还需要对应在网管业的配置和调测。配置网元管理通信的基本长，调测光功率平坦度等，波分端到端系统个模块、各个参数又互相影响，牵一发而动测都是需要专业的知识和非常丰富的经验，常精细而耗时。对于数据中心工程师而言，确定服务器需求，再确定DCN需求，最后才确定DCI需求，换而言之，用于数据中心互联的传输设备得不最后一个环节才能确定。要实现端到端调小结：DCI波分是整个DC业务扩容扩点的最关键时间路径，要求时间最短，但是目前实际上难度最大、专业化要智能数据中心互联技术白皮书|云和智能时代，数据中心互联（DCI）的发展及面临的挑战 维，也变得越来越焦虑。越来越多的应用运服务商上线成百上千个服务，DCI故障后业务影响越来越严重。据报道某跨国云服务商出现全球性故障节点出现故障，多家SaaS服务商因此无法提供服务。在客户整个IT系统架构中，DCI做为支撑性的基础，上面有DCN交换机、存储服务器、IT应用等，上层业务往往更先DCI运维部门通常是后知后觉，非常被动。传输设备不同于数据通信设备，模拟信号调制传输的运维不限于设备的运维，还有更重要运维，光缆故障多于设备故障，需要传输运维同时由于DC网络中数据通信设备数量占比高，因此运维人小结：DCI运维需要对设备和光缆进行去专业化的智能运维，同时需要对故障实时监控和快速响应，最好是主动运维。2.1降低光纤租用成本的技术光纤租赁成本是CAPEX的主要组成部分，距离越长比例64QAM；无论是波特率提升，还是多子载波，都会带来信道带宽单波高速方面目前业界DCI应用已经从之前的100G/200G开始往400G/600G发展，已经少量应用案例，2020年/2021年开始往800G演进，未来往800G/1T/1.2T演进。另一方面，需要极致利用光纤频谱资源，从现有的C波段，到扩展C，进一步扩展到SuperC波段，实现从C80=>C96=>C120的升级，未来实现C120+L的进一步扩展，需要在硬件设计，算法，芯片，激光器，接收器，放大器等系统组件上实现技术突破，例如华为在MuxPonder单板上实现了游标波长锁定算法和光放上实现了C120高性能光放。C120-超宽C波段超宽C扩展C超宽C扩展C传统C波波段超宽C120波@50GHzC波段+L波段C波段：120波，L波段：96+波小结：可以通过C120等频谱扩展技术有效提高单纤容量，提升光纤利用率，降低CAPEX。几何分布整形通过改变星座图的几何分布来优化星座图整体质量1RU1RU2*600G2*600G2*600G2*600G8波全集成光层板1RU新方式：2RU，1子架1RU几何分布整形通过改变星座图的几何分布来优化星座图整体质量1RU1RU2*600G2*600G2*600G2*600G8波全集成光层板1RU新方式：2RU，1子架1RU 2.2降低设备成本、降低能源和空间租用成本的技术概率整形通过直接改变每个星座点的概率来选用优质星座点设备已经演进到1-2RU的盒式形态，可以像pizzabox一样层层堆叠，实现扩容，MuxPonder单板的主要成本来线路侧光模块成本是整个单板的主要组成部分等于或大于总成本的80%。混合编码整形按照一定比例混合编码类型来优化各混合编码整形按照一定比例混合编码类型来优化各个星座点质量能降低每bit成本，需要采用最先进的工艺、最佳的调制技术和最高效的FEC算法来实现。例如华为的oDSPCMS（Channel-MatchedShaping）调制技术，CMS技术首先通过检测真实信道的传输效果，获取信息，然后一方面在发送端对光信号进行压偿、纠错进行数据恢复。其中所采用的整形纠错编码整形通过子码迭代组合来提升各个星座点的纠错能力N同时，CMSN完全由oDSP芯片自动完成，无需人工干预。其中的编码密设计，在单个盒式DCI设备上支持电层单板，如华为等业界领先供应商已经能做到9.6T/2RU，节省机柜空间。光放大、分合波、光信号监测、衰减器、OTDR等完成的功能集成在一个单板上，实现了一个方向一个盒子，8波小容量场景实现一块单板一个方向，显著提升利用设备槽位空间也是提升集成度降低空间法。以华为DCI为例，下图8波600G场景，传统设备需要4RU或以上，现在仅需要2RU。DCI波分盒子满足600mm深机柜安装，支持在光放站点和小结：通过先进的相干算法（例如CMS技术）可以降低波分设备的主要成本和功耗，同时电层&光层单板高集成度，光电共平台、支持600mm机柜是降低空间占用的有效方法。8-通道8-通道DWDMC波段合分波板前置放大器/线路放大器（OSC）前置放大器/线路放大器（OSC）600G单板600G单板600G单板600G单板600G单板600G单板600G单板600G单板传统方式:4RU,4子架 2.3加快网络部署速度，简化光层、免调测、免配置的技术设备供应时间取决于设备商的制造和供应链备的器件供应、储备能力或设备制造能力的公设备安装、配置、调测、验收的时长往往取决产品设计能力。设备安装时间中对光纤跳线的查找、整理、正往往占了很大的比例，主要是由于现有DCI波分设备的光层过于复杂，光层单板之间连纤数量非常清晰，部分光层设备还有大量可选择的子卡组光层系统高度集成、尽量少的连纤和清晰的光能自动发现光纤的连接关系。例如，华为已实板全集成一个方向光层的技术，通过波长标签现了光纤自动发现，可以实现光纤开局的自系、光层和光纤连接关系、光层保护等，这通过波分技术的改进是有可能达成的。例如了上电后设备的基础配置、业务映射配置、FOADM光纤 几天->1天几天->几分钟 几天->1天几天->几分钟电脑连接设备，设置IP/网元ID设置线路FEC创建OCH光层调测传统上更是专业人士的自留地，本不长，但是因为光信号是模拟信号，调整一长和上下游波长，牵一发动全身，需要专业FOADM网络一键式免调测自动开通。免配置、免调测一键式开通技术大幅提升DCI网络部署速3.1智能化MESH网络调度技术叉的特点构建准MESH的网络，进行多路径MESH化保由此可判断DCI网络发展的主流趋势将往准由此可判断DCI网络发展的主流趋势将往准MESH化光交叉网络发展，准MESH化光交叉网络可以及时响应业务快