基于IOWN APN架构的数据中心交换业务光波长路径配置技术的建立与验证

ICC讯（编译：Vicki）NTT和NEC在IOWN全球论坛上定义了基于IOWN APN 架构的光波长路径供应技术，该技术通过美国国家科学基金会(NSF) COSMOS测试平台与 Politecnico di Torino、哥伦比亚大学、杜克大学和都柏林三一学院合作，用于数据中心之间的按需高容量/低延迟连接。

 有了这项技术，运营商可以在几分钟内设计和配置光波长路径，使用一种自动估计光波长路径质量的算法，而以前需要熟练工人两到三个小时以上。这是实现数据中心交换(DCX)服务(图1)的基本技术，该服务由NTT、NEC和其他公司在IOWN中提出，通过按需连接必要的光波长路径点，在分布式数据中心之间提供高容量、低延迟的数据中心互连。

 10月，NTT在苏格兰举行的欧洲最大的光通信技术国际会议(第49届欧洲光通信会议(ECOC))上展示了这一成果，并被选为最佳论文，同时在西班牙举行的电信基础设施项目(TIP) Fyuz活动上也展示了这一成果。

Figure 1. DCX service for high-capacity, low-latency communications between distributed data centers (DCs)

1、背景

 随着利用人工智能的服务变得越来越普遍，对数据中心的需求正在增加。数字相干和硅光子学技术的创新推动了DWDM光传输行业收发器容量、小型化和节能方面的巨大进步。数字信号处理器和硅光子学在一个封装中实现的相干共封装器件等技术将进一步加速这一趋势。自动化设计和配置技术需要配置DWDM收发器的大量光波长路径。

 数据中心的建设计划也出现了新的趋势，以容纳计算资源。随着人工智能服务的普及，对数据中心的需求不断增加，以前集中在城市地区的数据中心现在正在迁移到电力和基础设施空间更丰富的郊区(数据中心的分散化也降低了灾害风险)。人们越来越需要光波长路径，以高速和低延迟连接偏远地区。传统的数据中心互连(DCI)是一种简单的点对点拓扑结构，设备由单个厂商的收发器和单一的传输模式配置，在全网状配置中缺乏可扩展性，给大规模地促进数据中心的分散化带来了挑战。

 NTT一直在与IOWN全球论坛成员NEC合作，验证实施数据中心交换(DCX)服务的技术，该服务通过光纤直接连接城域内的许多数据中心。DCX要求在多对多地点之间连接来自多个厂商的设备，采用适合链路长度和质量的各种传输模式(图2)。与传统DCI不同，需要开发新技术，在用户接入链路和运营商链路上控制来自多个厂商的设备，并使用适合链路质量的不同传输模式的各种传输设备按需建立光波长路径。

Figure 2. Conventional DCI vs DCX

2、研究结果

 2.1 按需光波长路径设计技术

 必须快速计算光纤传播、光放大器噪声、收发器电气噪声和光交换机引起的光信号质量退化，以提供按需的端到端光波长路径连接。最近，Politecnico di Torino提出的高斯噪声模型使得在短时间内计算出光纤非线性光效应在长距离传输过程中引起的信号质量退化成为可能，许多运营商已经验证了其准确性。

 另一方面，作为DCX目标的短距离传输(100 ~ 200 km)信号质量下降的主导因素与远距离传输不同，有必要对光传输设备中未充分考虑的噪声进行分析和建模。为了解决这个问题，NTT提出了一个简单的信号质量模型，该模型可以应用于短链路，利用高斯噪声模型的概念和一种按需设计和配置光波长路径的方法，即使在跨越多个用户接入链路和载波链路以及使用各种WDM收发器时也是如此(图3)。NTT与Politecnico di Torino和NEC一起验证了该模型和方法。在光纤非线性光学效应和光传输系统的商业实施方面具有专业知识。此外，为了实现这一点，NTT设计了一个架构和控制平面协议，允许用户站点终端和运营商设备协调合作。

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

2.2在试验台开放平台上实现和验证技术

 NEC开发了一个基于linux的设备软件架构的开放平台，该平台利用open ROADM MSA、TIP和IOWN全球论坛定义的开放接口、规范和架构。NEC利用Open ROADM MSA兼容的相干TRxs来确保数据平面的互连性。对于控制用户TRxs的硬件抽象接口和网络操作系统(NOS)， NEC应用了TAI架构(隐藏了各种TRx形式因素或供应商之间的差异)和正在TIP OOPT中公开开发的Goldstone NOS。网络架构采用IOWN全球论坛提出的APN功能架构。NEC已获得符合TIP要求的Phoenix银色徽章，证明其产品已通过网络运营商进行的测试，包括由NTT、Telia、Telefonica、沃达丰、德国电信和MTN定义的约160种商业用途规格。

 NTT和NEC与哥伦比亚大学、杜克大学和都柏林三一学院合作，在NSF COSMOS试验台(图4)上进行了联合实验，验证了该方法的可操作性。COSMOS试验台是部署在纽约市曼哈顿的先进研究平台，包括场光纤(由Boldyn和Crown Castle提供)、光放大器和开关。在COSMOS测试平台上，我们构建了一个模拟DCX的实验系统，该系统由用户数据中心、载波网络和连接它们的接入光纤组成。我们已经证实，NTT和NEC实施的光波长路径配置方法可以通过为每条短路由和长路由选择合适的传输模式，在6分钟内自动完成光波长路径的设计和配置。我们还确认，误差范围小到足以提供商业服务。

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

3、展望

 我们计划推动标准化活动，例如使用都柏林三一学院和杜克大学推广的迁移学习验证光放大器特性估计，以及与都灵理工大学推广的开放传输设计工具GNPy合作。在IOWN全球论坛上，我们还将与Orange和中华电信合作，为APN的功能架构做出贡献。特别是，我们计划使用Transport PCE进行概念验证，这是一种用于光传输网络控制的开放式控制器，作为参考实现模型。