基于IOWN APN架構的數據中心交換業(yè)務(wù)光波長(cháng)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 架構的光波長(cháng)路徑供應技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)美國國家科學(xué)基金會(huì )(NSF) COSMOS測試平臺與 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，用于數據中心之間的按需高容量/低延遲連接。

 有了這項技術(shù)，運營(yíng)商可以在幾分鐘內設計和配置光波長(cháng)路徑，使用一種自動(dòng)估計光波長(cháng)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)現數據中心交換(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(cháng)路徑點(diǎn)，在分布式數據中心之間提供高容量、低延遲的數據中心互連。

 10月，NTT在蘇格蘭舉行的歐洲最大的光通信技術(shù)國際會(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設施項目(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(zhù)利用人工智能的服務(wù)變得越來(lái)越普遍，對數據中心的需求正在增加。數字相干和硅光子學(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、小型化和節能方面的巨大進(jìn)步。數字信號處理器和硅光子學(xué)在一個(gè)封裝中實(shí)現的相干共封裝器件等技術(shù)將進(jìn)一步加速這一趨勢。自動(dòng)化設計和配置技術(shù)需要配置DWDM收發(fā)器的大量光波長(cháng)路徑。

 數據中心的建設計劃也出現了新的趨勢，以容納計算資源。隨著(zhù)人工智能服務(wù)的普及，對數據中心的需求不斷增加，以前集中在城市地區的數據中心現在正在遷移到電力和基礎設施空間更豐富的郊區(數據中心的分散化也降低了災害風(fēng)險)。人們越來(lái)越需要光波長(cháng)路徑，以高速和低延遲連接偏遠地區。傳統的數據中心互連(DCI)是一種簡(jiǎn)單的點(diǎn)對點(diǎn)拓撲結構，設備由單個(gè)廠(chǎng)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，給大規模地促進(jìn)數據中心的分散化帶來(lái)了挑戰。

 NTT一直在與IOWN全球論壇成員NEC合作，驗證實(shí)施數據中心交換(DCX)服務(wù)的技術(shù)，該服務(wù)通過(guò)光纖直接連接城域內的許多數據中心。DCX要求在多對多地點(diǎn)之間連接來(lái)自多個(gè)廠(chǎng)商的設備，采用適合鏈路長(cháng)度和質(zhì)量的各種傳輸模式(圖2)。與傳統DCI不同，需要開(kāi)發(fā)新技術(shù)，在用戶(hù)接入鏈路和運營(yíng)商鏈路上控制來(lái)自多個(gè)廠(chǎng)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(cháng)路徑。

Figure 2. Conventional DCI vs DCX

2、研究結果

 2.1 按需光波長(cháng)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(cháng)路徑連接。最近，Politecnico di Torino提出的高斯噪聲模型使得在短時(shí)間內計算出光纖非線(xiàn)性光效應在長(cháng)距離傳輸過(guò)程中引起的信號質(zhì)量退化成為可能，許多運營(yíng)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(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(cháng)路徑的方法，即使在跨越多個(gè)用戶(hù)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一起驗證了該模型和方法。在光纖非線(xiàn)性光學(xué)效應和光傳輸系統的商業(yè)實(shí)施方面具有專(zhuān)業(yè)知識。此外，為了實(shí)現這一點(diǎn)，NTT設計了一個(gè)架構和控制平面協(xié)議，允許用戶(hù)站點(diǎn)終端和運營(yíng)商設備協(xié)調合作。

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

2.2在試驗臺開(kāi)放平臺上實(shí)現和驗證技術(shù)

 NEC開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于linux的設備軟件架構的開(kāi)放平臺，該平臺利用open ROADM MSA、TIP和IOWN全球論壇定義的開(kāi)放接口、規范和架構。NEC利用Open ROADM MSA兼容的相干TRxs來(lái)確保數據平面的互連性。對于控制用戶(hù)TRxs的硬件抽象接口和網(wǎng)絡(luò )操作系統(NOS)， NEC應用了TAI架構(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(kāi)開(kāi)發(fā)的Goldstone NOS。網(wǎng)絡(luò )架構采用IOWN全球論壇提出的APN功能架構。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 )運營(yíng)商進(jìn)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試驗臺(圖4)上進(jìn)行了聯(lián)合實(shí)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(jìn)研究平臺，包括場(chǎng)光纖(由Boldyn和Crown Castle提供)、光放大器和開(kāi)關(guān)。在COSMOS測試平臺上，我們構建了一個(gè)模擬DCX的實(shí)驗系統，該系統由用戶(hù)數據中心、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(cháng)路徑配置方法可以通過(guò)為每條短路由和長(cháng)路由選擇合適的傳輸模式，在6分鐘內自動(dòng)完成光波長(cháng)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(wù)。

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

3、展望

 我們計劃推動(dòng)標準化活動(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)習驗證光放大器特性估計，以及與都靈理工大學(xué)推廣的開(kāi)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的功能架構做出貢獻。特別是，我們計劃使用Transport PCE進(jìn)行概念驗證，這是一種用于光傳輸網(wǎng)絡(luò )控制的開(kāi)放式控制器，作為參考實(shí)現模型。