數(shù)據(jù)中心互聯(lián)流量迅猛發(fā)展，驅(qū)動DCI提速需求

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，越來越多的企業(yè)選擇建設(shè)多個數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心間流量與日俱增。根據(jù)相關(guān)報告，DCI流量年復(fù)合增速達(dá)到31.9%，由此帶來的數(shù)據(jù)中心間互聯(lián)帶寬不足問題，給業(yè)務(wù)的發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。如何有效的提升DCI帶寬，來匹配業(yè)務(wù)快速發(fā)展的訴求，并降低每bit成本成為DCI方案首先要解決的問題。

最近幾年，數(shù)據(jù)中心承載業(yè)務(wù)向著云存儲、虛擬現(xiàn)實、邊緣計算、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)以及人工智能方向等方向發(fā)展，上層應(yīng)用對作為基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)的可靠性和帶寬要求越來越高。為應(yīng)對挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)DCN已迎來單端口400G時代，核心交換機(jī)為上層應(yīng)用提供400GE 高吞吐，低時延，0丟包的承載服務(wù), 400G DC出口路由器也開始逐步商用。而作為DC互聯(lián)承載的DCI網(wǎng)絡(luò)，也必將適應(yīng)DCN和路由器接口的發(fā)展趨勢，為云間互聯(lián)提供超寬高速的解決方案，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的提速。

WDM技術(shù)：DCI大帶寬時代的首選方案

DCI網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從Internet互聯(lián)，再到Mbit/s專線，發(fā)展到現(xiàn)在數(shù)10T的波分互聯(lián)，從單端口光纖直連時代走到了為節(jié)省光纖、提升光纖利用率、簡化資源管理、快速實現(xiàn)擴(kuò)容的WDM1時代。

WDM技術(shù)天然具有大帶寬低時延的特性，天然硬管道確保了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，成為DCI大帶寬時代的首選方案。而本來規(guī)劃使用8~10年的超大型數(shù)據(jù)中心DCI網(wǎng)絡(luò)，不到3年就面臨擴(kuò)容瓶頸的現(xiàn)狀，使得WDM技術(shù)在單波速率（車載）和波道數(shù)（車道）上需持續(xù)挖掘光纖傳輸潛力，突破傳輸容量和距離瓶頸，同時通過技術(shù)革新帶寬升級來降低每bit成本，以滿足數(shù)據(jù)中心有效提速訴求。

如何提升WDM DCI傳輸容量

WDM系統(tǒng)傳輸總?cè)萘靠杀硎鰹?img src="/uploads/ueditor/20201201/c99bd84c1fb38eb5a74c56f44d4b0357.png" title="數(shù)據(jù)中心互聯(lián)如何提速(圖1)" alt="數(shù)據(jù)中心互聯(lián)如何提速(圖1)" style="max-width:100%!important;height:auto!important;max-width:100%!important;height:auto;max-width:100%!important;height:auto;max-width:100%!important;height:auto;max-width:100%!important;height:auto;max-width:100%!important;height:auto;max-width:100%!important;height:auto;max-width:100%!important;height:auto;max-width:100%!important;height:auto;max-width:100%!important;height:auto;max-width:100%!important;height:auto;max-width:100%!important;height:auto;text-indent: 2em;"/>

其中C代表傳輸總?cè)萘浚═bit/s），R代表每個信道的線路速率（Gbit/s），W代表每個信道所占用的譜寬（GHz），B代表系統(tǒng)有效譜寬（THz）。從以上公式可以看出，增加WDM系統(tǒng)的總?cè)萘康姆椒ㄓ袃煞N：

1.提升單波頻譜效率R/W：即增加每個信道的線路速率R，比如從100G提升到200G，400G…同時降低單個信道占用的帶寬W；

2.擴(kuò)展有效譜寬B

為了實現(xiàn)更高的超寬容量:

在“車載”能力上，DCI需提供400GE接口承載能力，并具備多個接入端口的聚合傳輸能力，意味著單波能力需要向400G更高速率方向發(fā)展。 如下圖所示，多載波本質(zhì)上并沒有提升單波速率。波特率不變條件下，采用“偏振復(fù)用2”和“更高階的調(diào)制模式”一般不會導(dǎo)致信道帶寬W的增加。光通信中，一般將光分離成x、y兩個垂直偏振 方向上的光信號來承載更多信息量提升傳輸容量（理論上，光可以分離N多個偏振方向來承載更多信息，但是調(diào)制解調(diào)困難，短期內(nèi)無法看到商用的可能性）。調(diào)制模式不變條件下，采用“更高的波特率”往往會導(dǎo)致信道帶寬W的同步增加，從而未必能對提升WDM系統(tǒng)總?cè)萘坑胸暙I(xiàn)。綜上，提升單波的速率重點在于調(diào)制模式和波特率的提升。同時，受香農(nóng)理論極限限制，在單波速率不斷提升時，超高速單波傳輸距離受到了可用信噪比限制，如何不斷逼近理論極限，在單波傳輸容量提升的同時，通過編解碼技術(shù)和整形補償?shù)人惴ㄌ嵘到y(tǒng)傳輸距離可用性，成為急待突破的問題。

在“車道”容量上：業(yè)界常用的C波段80波/96系統(tǒng)已無法滿足超大型數(shù)據(jù)中心的要求，類似于無線技術(shù)，通過擴(kuò)展譜寬，在現(xiàn)有C波段的基礎(chǔ)上，尋求更寬光譜，將“車道”擴(kuò)展到新的波段上（如超寬C波段，L波段等），成為業(yè)界研究和產(chǎn)品開發(fā)方向。同時，光層平臺一旦部署下去，最大波道數(shù)能力就已限定，后續(xù)將無法接受光層改造而導(dǎo)致的業(yè)務(wù)頻繁中斷，所以在初期部署時，需要考慮預(yù)埋能平滑擴(kuò)展的光層能力。為支持更寬波段，除了合分波單板外，電層OTU單板和其他光層單板上也需要成體系的支持，包括激光器、放大器、接收器等，這些都涉及到現(xiàn)有技術(shù)的革新。

綜上，數(shù)據(jù)中心間互聯(lián)要實現(xiàn)有效提速，關(guān)鍵在于基于WDM的DCI技術(shù)是否能在單波信道速率和波道數(shù)上能有效提升，在硬件設(shè)計，算法，芯片，激光器，接收器，放大器等系統(tǒng)組件上實現(xiàn)技術(shù)突破，持續(xù)逼近理論極限。目前，單波100G/200G已成為DCI主流商用技術(shù)，單波400G/600G已有成功商用案例，單波800G預(yù)計也將在明年實現(xiàn)商用，單纖容量能力如何，及傳輸性能和其中關(guān)鍵技術(shù)值得關(guān)注和期待。

1.WDM: Wavelength Division Multiplexing, 在同一根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術(shù)，稱為波分復(fù)用。

2.偏振復(fù)用：利用光的不同偏振態(tài)攜帶信息進(jìn)行光通信。一般在光纖中的偏振復(fù)用指利用兩種正交的偏振態(tài)來攜帶各自信息。