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利用OTN技術提升軟體定義網路的靈活性

2015年08月10日

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虛擬傳輸網路——傳輸網路對許多企業而言具有戰略意義,可以在多個不同辦公室或資料中心之間提供互連,以實現基於雲端的虛擬運算和儲存功能。絕大多數的企業無法負擔得起自己佈建私有光網路(需要採購自有光傳輸設備、租用暗光纖以及聘雇專屬技術團隊來維護經營網路)。因此,將IP/MPLS VPN概念延伸到具備光VPN服務的傳輸層是一個商機。


然而目前這種服務並不容易實現,因為在端對端路徑上有來自不同供應商的專屬網路管理系統(NMS)與網路元件,也缺乏透過應用程式入口為終端用戶提供可配置性。軟體定義傳輸網路能藉由網路虛擬化創建抽象的實體網路視野,讓電信營運商克服以上挑戰。


軟體定義傳輸網路延伸了OpenFlow架構,允許電信營運商將實體傳輸網路劃分成多個虛擬傳輸網路,利用的方法是透過控制資料平面介面(CDPI)和控制虛擬網路介面(CVNI)的OpenFlow擴展。


有了這些擴展,營運商可以為每個使用者創建其實體網路的虛擬片段。此外,可以透過這些虛擬的拓撲結構隱藏網路的多層、多廠商情況,而且使用者可以自行管理和控制其端對端的虛擬光網路;可以透過入口或是使用者自己的控制器來完成用戶控制並管理自己的網路片段。


SDN

圖3:網路虛擬化

營運商可獲得的好處:虛擬傳輸網路讓營運商可以輕易分享實體網路資源,以提供新的加值服務,例如提供內部與外部使用者的動態、自我管理光學VPN等。


對實體網路的要求:光傳輸網路需要支援波長和次波長等級的光學電路配給,而且每個電路需具備豐富的OA&M功能,支援動態向上或向下擴展電路的端對端頻寬。


在上述的應用案例中有一個共同的主題,即在下一代光傳輸網路的光子和電子層均需要有更強的靈活性;如果沒有更高靈活性,其價值對電信營運商來說就很有限。


光傳輸層對SDN的要求


為了實現軟體可程式化並實現傳輸SDN的應用案例,光傳輸網路需要比傳統的設計更為靈活。為在光子和電子層實現所需要的靈活性,關鍵的網路需求包括:


-靈活的CDC ROADMs;


-Flex-grid和超級頻道(super-channels);


- 自我調整速率調變;


-OTN交換;


- L2 分組光整合。


靈活的CDC ROADMs— — 無關波長、無關方向、無衝突(CDC)的可再配置光塞取多工器(ROADM)克服了三個光學網路的主要侷限,這些侷限主要是由第一代ROADM造成的。


“無關波長(colorless)”的特性讓分插波長的自動化成為可能,從而使任意波長可以完全透過軟體控制分配到任意埠。“無關方向(directionless)”的特性,可完全藉由軟體控制,對既定ROADM節點的任意波長以任意方向進行路由,從而消除對方向的依賴性以及對分插組和轉發器在出口方向手動重新佈線的需要。


“無衝突(contentionless)”的特性解決了第一代ROADM的第三個侷限性,方法是在任一既定的分插結構通過輔助實現無阻塞波長的架構(相同波長的多個副本),因此在重新配置的過程中,波長不會互相“碰撞”。


CDC ROADM助力實現了一個靈活度更高的光子層,與另一個生態系統零組件Flex-grid協調工作。


Flex-grid和超級頻道— — 靈活的WDM網格(Flex-grid)解決方案透過為100Gbps及更大的波長,靈活分配網路中的光頻譜,增加了現有的光纖容量。


傳統上,ITU-T以50GHz的通道間隔定義了WDM網格,這對整個產業均很適用,包括10Gbps、40Gbps 和初始的100Gbps光通道等。Flex-grid以更為精細的12.5 GHz的通道間隔重新定義了WDM網格,從而可以在現有光纖上將更多的通道密集地“包”在一起。


舉例來說,可以將產業界最佳的最新100Gbps同調(Coherent)解決方案壓縮到只佔據37.5 GHz的頻譜。其結果是,Flex-grid使得營運商可以將光纖容量增加33%,從8.8Tbps增至11.7Tbps。


Nx12.5GHz 電視頻道的總和稱為超級通道,並可以由不同數量的光載波和調變方案針對不同的日速率進行靈活定義。例如,400Gbps光學資料速率通道可以靈活地定義為雙光載波(two-optical-carrier) DP 16QAM 調變的超級通道,或取決於範圍要求,定義為四光載波DP QPSK調變的超級通道。


針對同調(Coherent)波長的自我調整速率調變——不同的同調波長調變技術可以在頻譜效率(光纖容量) 和整體光範圍(OSNR)上做出一定折衷,用來實現不同的傳輸速率。例如, 100Gbps 的產業標準是 DP QPSK,其頻譜效率為2 位元/符號(bit/symbol),可以支援超過2,000 公里的傳輸範圍。


更高等級的調變技術如DP-MQAM可以支援更高的傳輸速率,並實現更大的光譜效率,但代價是提出再生需求之前的最大光學網路覆蓋範圍會有所犧牲。例如, 頻譜效率為4 位元/符號的DP-16QAM 調變可以支援200Gbps (與DP- QPSK相較,光纖容量翻倍),但實際上能支援的範圍只有600~800公里。


而DP-8QAM則可以支援150Gbps,覆蓋範圍則超過1,000公里。下一代的同調DSP讓營運商能用軟體配置多種不同的調變技術,以根據網路範圍、光譜要求和用戶端服務速率請求,靈活地支援不同的傳輸速率。


雖然這些要求提高了光傳輸網路的靈活性,但僅有這些還不夠。例如,若只專注於實現光學層的靈活性,就意味著當試圖實現虛擬傳輸網路或隨選頻寬時,只能提供粗略的頻寬精度(granularity)。


下一頁繼續:在軟體定義傳輸網路中採用OTN交換技術的好處


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