数据中心互联如何提速

代仁

华为企业传送与接入资深解决方案咨询

数据中心互联流量迅猛发展，驱动DCI提速需求

随着大数据、云计算、移动互联网的迅猛发展，越来越多的企业选择建设多个数据中心，数据中心间流量与日俱增。根据相关报告，DCI流量年复合增速达到31.9%，由此带来的数据中心间互联带宽不足问题，给业务的发展带来挑战。如何有效的提升DCI带宽，来匹配业务快速发展的诉求，并降低每bit成本成为DCI方案首先要解决的问题。

最近几年，数据中心承载业务向着云存储、虚拟现实、边缘计算、机器学习、深度学习以及人工智能方向等方向发展，上层应用对作为基础设施的网络的可靠性和带宽要求越来越高。为应对挑战，数据中心内部互联DCN已迎来单端口400G时代，核心交换机为上层应用提供400GE 高吞吐，低时延，0丢包的承载服务, 400G DC出口路由器也开始逐步商用。而作为DC互联承载的DCI网络，也必将适应DCN和路由器接口的发展趋势，为云间互联提供超宽高速的解决方案，实现数据中心互联的提速。

WDM技术：DCI大带宽时代的首选方案

DCI网络经历了从Internet互联，再到Mbit/s专线，发展到现在数10T的波分互联，从单端口光纤直连时代走到了为节省光纤、提升光纤利用率、简化资源管理、快速实现扩容的WDM¹时代。

WDM技术天然具有大带宽低时延的特性，天然硬管道确保了数据传输质量，成为DCI大带宽时代的首选方案。而本来规划使用8~10年的超大型数据中心DCI网络，不到3年就面临扩容瓶颈的现状，使得WDM技术在单波速率（车载）和波道数（车道）上需持续挖掘光纤传输潜力，突破传输容量和距离瓶颈，同时通过技术革新带宽升级来降低每bit成本，以满足数据中心有效提速诉求。

如何提升WDM DCI传输容量

WDM系统传输总容量可表述为

其中C代表传输总容量（Tbit/s），R代表每个信道的线路速率（Gbit/s），W代表每个信道所占用的谱宽（GHz），B代表系统有效谱宽（THz）。从以上公式可以看出，增加WDM系统的总容量的方法有两种：

1. 提升单波频谱效率R/W：即增加每个信道的线路速率R，比如从100G提升到200G，400G…同时降低单个信道占用的带宽W；

2. 扩展有效谱宽B

为了实现更高的超宽容量:

在“车载”能力上，DCI需提供400GE接口承载能力，并具备多个接入端口的聚合传输能力，意味着单波能力需要向400G更高速率方向发展。 如下图所示，多载波本质上并没有提升单波速率。波特率不变条件下，采用“偏振复用²”和“更高阶的调制模式”一般不会导致信道带宽W的增加。光通信中，一般将光分离成x、y两个垂直偏振 方向上的光信号来承载更多信息量提升传输容量（理论上，光可以分离N多个偏振方向来承载更多信息，但是调制解调困难，短期内无法看到商用的可能性）。调制模式不变条件下，采用“更高的波特率”往往会导致信道带宽W的同步增加，从而未必能对提升WDM系统总容量有贡献。综上，提升单波的速率重点在于调制模式和波特率的提升。同时，受香农理论极限限制，在单波速率不断提升时，超高速单波传输距离受到了可用信噪比限制，如何不断逼近理论极限，在单波传输容量提升的同时，通过编解码技术和整形补偿等算法提升系统传输距离可用性，成为急待突破的问题。

在“车道”容量上：业界常用的C波段80波/96系统已无法满足超大型数据中心的要求，类似于无线技术，通过扩展谱宽，在现有C波段的基础上，寻求更宽光谱，将“车道”扩展到新的波段上（如超宽C波段，L波段等），成为业界研究和产品开发方向。同时，光层平台一旦部署下去，最大波道数能力就已限定，后续将无法接受光层改造而导致的业务频繁中断，所以在初期部署时，需要考虑预埋能平滑扩展的光层能力。为支持更宽波段，除了合分波单板外，电层OTU单板和其他光层单板上也需要成体系的支持，包括激光器、放大器、接收器等，这些都涉及到现有技术的革新。

综上，数据中心间互联要实现有效提速，关键在于基于WDM的DCI技术是否能在单波信道速率和波道数上能有效提升，在硬件设计，算法，芯片，激光器，接收器，放大器等系统组件上实现技术突破，持续逼近理论极限。目前，单波100G/200G已成为DCI主流商用技术，单波400G/600G已有成功商用案例，单波800G预计也将在明年实现商用，单纤容量能力如何，及传输性能和其中关键技术值得关注和期待。

^{1.WDM: Wavelength Division Multiplexing, 在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
2.偏振复用：利用光的不同偏振态携带信息进行光通信。一般在光纤中的偏振复用指利用两种正交的偏振态来携带各自信息。}