开放线路系统

CORIANT



通过解耦WDM传送架构,减少厂商绑定、加速创新速度

从IT行业的硬件、操作系统和应用的分离,到最近的数据中心的计算、存储和网络的分离,解耦的趋势正向更广范围的通信设备市场扩展。其影响逐渐SDN化,将控制平面和传送平面解耦,其影响逐渐NFV化,将硬件和软件功能解耦。具体到WDM传送网,解耦以开放线路系统的方式呈现。

什么是开放线路系统?

传统的集成WDM系统

如图1所示,传统WDM系统包括波长转换器和WDM线路系统。WDM线路系统包含WDM波长的分合波器、波长选择开关 (WSS),光放大器和其它功能模块,如功率监控、OSC、OTDR等。集成的WDM系统一般由单一的厂商提供,由厂商私有的网管系统(NMS)来管理。

路由选择和传送层的交换一般由特定平台及其网管系统来完成。近几年基于包交换的光传送平台整合了传送层交换、波长转换器以及WDM线路系统。

开放线路系统

解耦将集成系统的功能模块进行分离,让网络运营者可以在每个功能模块领域选择最好的产品。以WDM传送系统来说,这意味着将传统的WDM集成系统分离成开放线路系统和波长转换单元。对于分组光传送系统,可以是两个功能模块:开放线路系统和传送层交换,或者三个功能模块:开放线路系统,波长转换单元以及传送层交换。其它可能的功能模块,如图2所示,包括路由选择,基于WDM彩光接口的路由选择,基于WDM彩光接口的交换等。

解耦和集成

解耦和集成不是相互排斥的。在各个功能模块,目标都是通过紧密的集成来缩小体积、降低成本和功耗,比如会采用光子集成,包括硅光和传统的光电集成。各功能模块内的功能分组一般依赖于创新、器件成本减低和更新周期等因素。

如图3所示,创新率和成本下降、更新周期密切相关:高创新率会带来快速的成本下降和更短的更新周期,反之亦然。WDM彩光接口创新率很高,但放大器、WSS等创新的速度偏低,交换技术则处于中间位置。而光纤的创新则要慢的多,更新周期在十年或更久。功能分组使得各功能模块可以按照其创新速度进行更新,而不依赖于其它功能块的发展速度。

一个容量和扩展性需求驱动功能模块发展的例子就是路由器容量的增长以及是否集成WDM彩光模块的决策。WDM彩光模块会占用更多的空间和消耗更多的功耗。集成WDM彩光模块到路由器的线卡上,会降低路由器线卡的端口密度和容量。如果容量需求很大,将彩光模块分离出来放在专门的波长转换单元上可以提升路由器的端口密度和容量;如果容量需求并没有那么大,则可以考虑将波长转换功能集成在路由器线卡上,虽然损失了部分集成度的优势,但是可以得到集成彩光模块的便利。

开放性

除了功能模块的分离之外,让OLS有别于传统系统的是开放性。开放性包含了支持不同厂商提供不同功能模块的能力以及不同厂商在不同功能模块、层面的互操作性。

开放性源于让SDN具备端到端管理和控制的开放APIs。另外,OLS的方案一般要求网络运营者对网络软件,包括管理、控制和规划,尤其是多厂商场景下需要承担更多的职责。

多厂商

将WDM系统解耦成不同的功能模块后,下一步要考虑的就是在每个功能模块和网络软件领域要部署的厂商的数量。如图5所示,如果我们考虑将WDM系统解耦成OLS 和业务承载功能模块 (波长转换单元和交换功能模块)并使用SDN控制器进行管理和控制,一种方式是不同的网元来承担OLS和业务承载功能但所有网元和SDN控制器来自于同一厂商;另一种方式是用同一厂商的不同的网元来承担不同的功能模块,但是使用第三方的SDN控制器。

第三种方式是用一个厂家设备的线路系统,使用另一厂家的设备做业务承载单元。实际上,这种第三方波长以及使用第三方SDN的方案在数据中心互连的场景已经得到部署。

第四种方式是使用某一个厂家的线路系统,而同时使用两个或更多厂商的业务承载模块,这种场景对多厂商互操作性提出了更高的要求,要求不同厂商在WDM线路接口相互兼容并使用通用FEC。第五种方式则需要多厂商在各功能模块层面的互操作性,包括不同厂商的线路系统在OSC、链路控制和功率等级方面的匹配和互通。

开放线路系统的好处

开饭线路系统的好处包括减少厂商绑定,可以带来价格竞争和更快的技术创新,相应地会带来更低的CapEx和OpEx。

减少厂商绑定

减少厂商绑定是引入OLS的关键因素。尽管传统的集成式WDM方案有其固有的好处,但需要网络运营商在网络生命周期内使用单一厂商的解决方案,即使达不到数十年时间也要数年时间。解耦和开放会减少对厂商的绑定,降低引入其他厂家的门槛,从而让各个功能模块和不同层面的更新周期更加灵活。在特定功能模块对新厂家的引入可逐步进行,而无需对全网进行同步的升级或替换,甚至新建一个平行的网络。减少厂商绑定有两个主要好处:更有竞争力的价格和更快的技术创新。

更有竞争力的价格

对传统WDM网络进行初始建置采购时往往可以获得有竞争力的价格,但是一旦某厂商被选中来做网络部署,网络运营者的议价权就大大削弱了,因为既有厂商在未来建网时的议价能力要强很多。

通过降低厂商绑定,逐步引入其他厂商来参与竞争,而解耦后每个功能模块都基于其特定的生命周期进行更新,这样可以在网络的整个生命周期里保持价格的竞争压力。另外,降低进入门槛后,规模较小的厂家无需提供完整方案的情况下也可以参与竞争。竞争者数量的增加也会给网络运营者获得有吸引力的价格带来正面影响。

更快的技术创新

创新是光网络领域降低每比特成本,提升传送距离和容量,节省空间和功耗的重要驱动力。对于传统的WDM方案,网络会受限于已选用厂家和其供应商的创新能力。OLS的部署方式让网络运营者具备在各功能模块,基于其不同更新周期,享受到整个产业链的创新能力。如前面所述,降低了进入门槛,新的和规模小的厂商也具备将其创新能力带入市场的能力。另外,通过开放性简化了将新技术集成到IT/OSS环境的能力,新技术的采用会更迅捷,成本更低,对现有网络影响更小。

更低的 CapEx

OLS在几个方面会带来CapEx的降低。首先是通过之前讨论的在整个网络生命周期的价格竞争压力,第二是通过创新,创新是光网络领域降低每比特成本的重要因素,也是提升传送性能和容量、频谱效率的重要驱动力。

更远的传送距离降低了OEO再生的成本,而更高的容量、频谱效率延长了网络的寿命,相应就降低了对光网络的升级换代的费用。

更低的 OpEx

除了可以降低 CapEx,OLS可以降低操作运营成本。其中一个好处就是借助更快的创新速度带来的空间和功耗的节省。另外,开放性,虽然不是必然但往往与解耦相伴相随,会降低IT集成的成本,相关报告提到成本节省可以高达90%。

开发线路系统的主要促成因素

SDN和开放 APIs

管理单一集成的产品以及将其整合到运营者的OSS环境里是相对简单的。不过降低IT/OSS整合的成本和更好的网络弹性的需求正在驱动SDN的快速部署。 通过开放的APIs和YANG models对解耦的功能模块的整合能力,SDN为解耦的多厂商网络应用扫除了障碍。

如图六所示,对于节点数量少的点对点网络,开放API(比如RESTCONF或NETCONF)最有可能部署在网元本身。而对于更加复杂的网络如网状网或长距传送网,传送网控制器则可能需要提供对网络的更高层次的抽象并提供开放API(如,REST)。另外,控制器对网络的抽象让网络运营者无需了解厂商实现方式也可受益于厂商的创新。

单波功率监控

对WDM线路系统和WDM业务接口进行解耦的一个重要要求就是对第三方波长的监控。单波功率监控已经在WDM系统广泛部署,使得WDM线路系统对第三方线路光接口具备监控能力,从而可以根据WDM线路系统链路控制算法,相应地通过WSS或EVOA的衰耗控制进行单波功率的调整。不过由于相干技术向更高波特率和新的调制模式的演变,单波功率的监控还需要跟上步调,短期内集成的系统或者单一供应商的线路系统在此方面会更有优势。

更佳的相干100G性能

历史上,光层性能是另一个采用解耦方案和引入第三方波长的壁垒,尤其是在长途传送网。可能集成系统在超100G的传送性能会有些优势,但相干100G性能的大幅提升使得解耦方案在包括长途传送网中的应用成为可能。举个例子,如果集成系统100G的传送距离为3000km, 解耦方案的传送距离为2000km, 而客户需要的传送距离为2800km,集成系统毫无疑问具有优势。但是如果技术的提升让集成系统可以传送5000km,解耦系统可以传送4000km,那解耦方案便成了可行方案。

互操作性的规格

互操作性的规格制定是能够采用OLS的重要促成因素,由若干产业创始成员在驱动,如AT&T领导的OPEN ROADM MSA和Facebook领导的TIP里的开放光分组传送项目组。 OPEN ROADM MSA聚焦在metro部分,定义了ROADM, 波长转换器和可插拔光器件的规格,包括YANG数据模型的光层互操作性。TIP的开放光分组传送项目组则聚焦在促进创新和避免厂商绑定方面,定义开放分组传送架构的规格。

在这些创始者之外,FEC的互操作性让不同厂商的WDM侧光接口可以互连互通。10G/ OTU2层DWDM线路接口的互操作性在2009年由G.698.2 “black link” 定义标准。 相干100G的互操作性则由Staircase FEC来促成,这个开放的7%的硬判决可以提供9.38dB 的编码增益,在行业里DSP,成帧器和CFP-DCO厂商已广泛使用。标准化的工作包括ITU-T Q11/15将OTU4 Staircase FEC加入了G.709标准以及ITU-T Q6/15将100G/OTU4 加入了 G.698.2标准。不过,9.38dB的编码增益跟行业的私有FEC的约12dB的增益来比要差很多,所以要保持互操作性则意味着要牺牲传送性能和容量,更适合在城域使用。 保持互操作性也会丧失对厂商特定创新的使用机会。

开放线路系统的使用场景

城域的点对点数据中心互连DCI

城域的点对点DCI互连明显是OLS可以应用的典型场景。ICP聚焦创新以及可以低成本地扩张带宽,是OLS部署的重要推手。SDN的应用在数据中心的使用率也是最高的。这种场景要求紧凑的产品,可以满足数据中心的特定需求,如AC电源,前进风后出风,以及600mm进深。针对简单的点对点场景,基于YANG model的开放接口,如NETCONF和RESTCONF, 可以直接在网元上部署,而不必再由一个中间的控制器来做抽象。而由于其点对点的特性,往往由一个厂商来提供两端的线路系统,而其他的厂商或多个厂商可以将其业务承载单元同时承载在上面,同样以适用数据中心要求的方式来部署。

城域网状网

和点对点的城域数据中心互连不同,这种场景包括环状或网状拓扑和更多数量的节点。如前面所述,环状或网状拓扑以及更多的节点让网络更复杂,更需要有一个控制器来做网络提取和抽象,而不是将开放API部署在NE上。 相对于长距传送对传送距离的高要求,可以互通的FEC和ROADM degree的互操作性可以满足城域的应用场景,让各功能模块内和各功能模块间的多厂商应用场景成为可能。

长距传送

长距传送有别于城域的应用场景,光性能方面需要能传送远的更远的距离。这种性能需求靠低端的可以互操作的技术无法满足,而是需要靠厂商自有的创新带来的最佳性能来实现。对于WDM线路光接口技术,这些创新包括增强FEC, 光谱shaping,损伤补偿,特殊的调制模式以及使用更高的波特率等。影响传送距离的WDM线路系统的创新则包括链路控制和放大器技术等。

由于这些原因,长距传送网可能还是需要由单一厂商提供线路系统,但是在业务承载模块则可以引入多家厂商,同一波长两端由同一厂商提供业务板卡。如城域网状网一样,由于长距传送网优化性能的复杂性,需要提供传送网SDN控制器来完成对网络的提取和抽象。

海缆

在业务承载功能块的多厂商应用,典型场景还包括海缆线路终端设备(SLTE),而其WDM线路系统,一般被称作 “wet plant”, 这在海缆系统早已得到部署。但是,跟以前不同的是,以前是初期建设时采用单一厂商的方案而在后续扩容时引入新的厂商,现在则是从day one就部署不同厂商的线路系统和SLTE设备。

Wet plant和SLTE技术的演进速度差异巨大,而wet plant需要早于SLTE很久部署。这些原因使得海缆运营者可以在需要部署时再去选择最好的SLTE设备,而不是在wet plant部署之初来做决定。

开放线路系统 VS. 传统的集成系统

开放线路系统具有很多潜在好处,而传统的集成式部署包括分组光网络,也具有其特有的优势。

开放线路系统

传统的集成系统

价格竞争

  • 减少厂商绑定 = 整个网络生命周期内的更有竞争力的价格
  • 准入门槛降低 = 更多的竞争者
  • 网络初期建设时的激烈价格竞争

创新速度

  • 减少厂商绑定 = 整个产业范围的创新
  • 更契合各功能块更新周期的更新换代
  • 准入门槛降低 = 引入新的创新者
  • 最适合需要线路系统和业务接口紧密绑定的应用和创新

传送距离和容量

  • 创新是传送距离和容量的最大驱动力
  • 在各功能块引入最佳厂商
  • 更精确的规划
  • 可以联合线路系统和业务接口调出最佳性能

运营成本

 

  • 创新是节省空间和功耗的最大驱动力

 

  • 在非SDN环境下更简单的OSS整合
  • 有保障的互操作性
  • 更简单的故障处理及支持
  • 安装、管理和维护更少的网元
  •  更少的子架 = 降低空间和功耗

高可靠性

  • 相对于复杂的基于子架的解决方案,高复杂度的故障减少
  • 有保障的互操作性
  • 更简单的故障处理

1 – OLS 优势 vs. 集成系统优势

价格竞争

OLS减少了厂商绑定,在整个网络生命周期内获取更有竞争力的价格;而准入门槛降低也让更多的厂商参与竞争。传统的方式是在网络初期建设时有激烈价格竞争,而OLS方式则是在整个网络生命周期内保持价格竞争性。

创新速度

OLS通过减少厂商绑定,让网络运营者可以受益于整个产业所有功能块的创新能力。开放APIs则让整合新技术的任务变得更加简单,尽管传统部署方式也可以利用开放APIs来简化系统整合。在需要不同层面及功能块紧密协作的场景,传统部署方式可能会有些优势。举例来说,如果新的调制模式需要借助线路系统的增强的通道功率监控或光链路控制技术,传统的部署方式可以带来更好的传送性能。

传送距离和容量

创新是提升传送距离和容量的主要的长期驱动力。OLS带来的优势包括更快的创新速度和对各功能块里最好产品的选择权。而传统的集成系统由于是同一厂商提供线路系统和业务承载模块,所以在更精确的端到端规划方面更有优势。 但是,规划方面的优势也适用在OLS选用单一厂家的线路系统或是能够将当前最佳光性能感知技术纳入规划范畴的场景,比如科锐安公司的Aware™ 技术 (详见科锐安白皮书Evolving the Awareness of Optical Networks)。集成系统的另一个好处能够联合线路系统和业务接口调整发光功率等参数,从而获取最佳的端到端性能。

运营成本

相对集成系统,OLS带来的更快的创新速度可以在节省空间和功耗方面体现优势。而集成系统则因为单一厂商的保障的互操作性和更简单的故障处理及支持,可以带来运营成本的降低。不管OLS还是传统部署,SDN的引入都可以降低IT/OSS整合的成本。在没有采用SDN的场景下,采用单一的集成系统无疑会更简单也更经济有效。另外传统的集成系统的一个潜在优势是只需要安装,管理和维护更少的网元,而相应地会节省空间和功耗,尤其是整合了包交换的光传送平台。

高可靠性

最后是关于网络和业务的可靠性。这方面集成系统由于其保障的互操作性和更简单的故障处理及支持而更有优势。不过,OLS的支持者则认为相对于基于复杂的多子架的解决方案,OLS会减少复杂故障出现的几率。

OLS演进策略

对于希望向多厂商OLS逐步演进或至少有意愿在恰当时机这么做的网络运营者,仍旧有一些策略是有待探讨的。

部署一个能向OLS演进的集成系统

很多网络运营者认为最少在中短期,部署传统的集成WDM系统或整合了包交换的光平台依旧是最好的选择。但是,很重要的一点是要选择一个将来能够向OLS演进的方案。需要考虑的重要特性包括:

  • 单波功率监控以及无需额外硬件就能够支持第三方波长的能力
  • 光链路控制 (激光安全,波道功率均衡,斜率控制等)能够支持第三方波长
  • 支持第三方波长的光层保护方案
  • 支持开放APIs,在NE上部署来支持简单的点对点应用或者以SDN控制器来应对网状网和长距传送等复杂场景
  • WDM的规划和配置能够支持第三方波长
在既有的线路系统上部署解耦的波长转换器

相干光技术从十几年前进入市场后飞速发展,传送距离和光谱效率大幅提升。而相应的集成度提高和功耗的改善也非常显著,单比特成本也快速下降。网络运营者几年前部署的光传送平台面临若干挑战。他们当前支付的价格是基于之前的谈判结果而不再具有竞争力,而且性能也不再是最好的。一个简单的解决厂商绑定的方案是在既有的下路系统上部署更优的业务承载方案,比如科锐安的Groove™ G30 DCI 业务承载平台,可以提供更优频谱效率的相干光传送,从而可以带来在功耗和空间的大幅节省。

部署单一厂商的OLS方案

多厂商的OLS在互操作性上,故障处理,规划和非SDN场景下的整合都很有挑战。多厂商的OLS也要求运营者在管理,控制和规划层面承担更多的责任。初期用同一厂商的方案来部署开放线路系统和业务承载单元可以结合OLS和传统集成方案的优势。 举例来说,科锐安可以提供优化的方案来部署包括线路系统,业务承载单元和Transcend™ SDN 方案,如图7所示。

 

对于城域的点对点DCI互连方案,1RU的Groove G30 OLS部署提供了高集成度、模块化的方案,支持相干和直检(如PAM4)波长的即插即用,波长转换单元可以由1RU的 Groove G30 波长转换单元来提供。SDN选项包括利用Groove G30 RESTCONF和 NETCONF 开放APIs接口直接与第三方SDN方案直连,或者利用科锐安Transcend™ SDN控制器做提取和抽象以及提供基于REST的开放接API。 对于城域网状网,科锐安5RU的7100 Nano™ 分组光传送平台提供了紧凑的ROADM开放线路系统,另外的选项还包括科锐安的7100 Nano和 2RU的7100 Pico™上的可插拔光层解决方案。 业务承载单元包括Groove G30波长转换单元和mTera® 通用传送平台(UTP)。mTera集成了WDM线路光接口,可提供Terabit级别包交换,OTN交换以及SONET/SDH交换,采用和Groove G30相同的科锐安 CloudWave™ 光子技术。科锐安Transcend™ SDN提供网络提取以及基于REST的开放API接口。

对于长距传送,科锐安hiT 7300 多跨距传送平台以其高性能EDFA和拉曼放大器,先进的光链路控制和弹性栅格的ROADM方案,是理想的开放线路系统,包括提供针对DCI优化的4RU DCI shelf。 跟城域网状网一样,可以由Groove G30 波长转换单元和mTera UTP提供业务承载功能,采用科锐安Transcend™ SDN提供网络提取和基于REST的开放API接口。

总结

开放线路系统,将WDM传送系统解耦成各功能块的最佳方案的组合,利用开放API来实现端到端的管理和控制,能减少厂商绑定,加速创新,并在整个网络生命周期保持价格的竞争性,带来更低的CapEx和更低的OpEx。 应用场景包括城域点对点DCI,城域网状网,长距传送和海缆等,根据应用场景不同,比如多厂商环境下,需要引入SDN控制器来做网络提取和抽象。不过,传统的集成系统也有其固有优势,很多网络运营者希望能按照自己的步调逐步演进到开放线路系统。演进的选项包括选用支持OLS的集成系统,在既有的线路系统上引入解耦的波长转换单元,或者采用单一厂家的方案来部署解耦的OLS系统。


关于Coriant

科锐安网络(CORIANT) 是一家全球领先的光网络解决方案供应商。公司由诺基亚西门子(NSN)的光网络部、美国泰乐通信(Tellabs)和迅桐网络(Sycamore)合并组建而成。专注于光网络通信及数据通信系统研发、销售及服务,具有行业领先的软件定义端到端网络解决方案。目前在全球有五百多家网络运营客户,包括90%的世界50强运营商。