DWDM技術(shù)應(yīng)用于江西農(nóng)信同城災(zāi)備建設(shè)

黃順歡 鄧 毓

（江西省農(nóng)村信用社聯(lián)合社，江西 南昌 330039）

一、引言

在同一個(gè)城市建立另外一個(gè)可獨(dú)立承擔(dān)關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心，該中心被稱為同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心，該中心具備基本與主數(shù)據(jù)中心等同的業(yè)務(wù)處理能力并通過(guò)高速鏈路實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)，一般情況下可同時(shí)分擔(dān)業(yè)務(wù)及管理系統(tǒng)的運(yùn)行，并可切換單獨(dú)運(yùn)行。災(zāi)難情況下可在基本不丟失數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行災(zāi)備應(yīng)急切換，保持業(yè)務(wù)連續(xù)運(yùn)行。

異地災(zāi)備中心是指在異地的城市建立一個(gè)備份的災(zāi)備中心，用于對(duì)雙中心的數(shù)據(jù)備份，當(dāng)雙中心出現(xiàn)自然災(zāi)害等原因而發(fā)生故障時(shí)，異地災(zāi)備中心可以用備份數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)的恢復(fù)。與異地災(zāi)備數(shù)據(jù)中心相比，同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心具有投資成本可控、建設(shè)速度快、運(yùn)維管理簡(jiǎn)單、可靠性更高等優(yōu)點(diǎn)。

在兩地三中心建設(shè)過(guò)程，兩地三中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)直接影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)雙活。在網(wǎng)絡(luò)層，同城雙中心之間采用光纖連接，保證雙中心之間較大的帶寬，以滿足業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的需求，同城異地之間采用專網(wǎng)或IP廣域網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)，以節(jié)約成本。同城雙中心的光纖采用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，針對(duì)兩地只有1條或2條光纖連接的場(chǎng)景，采用WDM方式，能夠虛擬出多條FC或GE網(wǎng)絡(luò)資源，滿足兩地之間對(duì)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)多重鏈路的需求。WDM技術(shù)能充分利用光纖的巨大帶寬資源，大幅度提高系統(tǒng)傳輸容量，降低傳輸成本，因此在同城骨干網(wǎng)的超大容量傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。將WDM技術(shù)引入城域網(wǎng)、接入網(wǎng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)變成無(wú)縫連接的整體，為所有不同的業(yè)務(wù)提供支持和連接，因此城域網(wǎng)中WDM具有很大優(yōu)越性。

二、DWDM技術(shù)[1][2][3]

波分復(fù)用WDM(Wavelength Division Multiplexing)是將兩種或多種不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)（攜帶各種信息）在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)；在接收端，經(jīng)解復(fù)用器(亦稱分波器或稱去復(fù)用器，Demultiplexer)將各種波長(zhǎng)的光載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號(hào)。這種在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩個(gè)或眾多不同波長(zhǎng)光信號(hào)的技術(shù)，稱為波分復(fù)用。

WDM技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，得到快速發(fā)展。可利用光纖的帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍；多波長(zhǎng)復(fù)用在單模光纖中傳輸，在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可大量節(jié)約光纖。

提到WDM的時(shí)候，不得不提到DWDM；其實(shí)，WDM和DWDM應(yīng)用的是同一種技術(shù)，在不同發(fā)展時(shí)期對(duì)WDM系統(tǒng)的稱呼，這與WDM技術(shù)的發(fā)展歷史有著緊密的關(guān)系。

在80年代初，光纖通信興起之初，人們想到并首先采用的是在光纖的兩個(gè)低損耗窗口1310nm和1550nm窗口各傳送1路光波長(zhǎng)信號(hào)，也就是1310nm／1550nm兩波分的WDM系統(tǒng)，即傳統(tǒng)的WDM。該系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，一般采用熔融的波分復(fù)用器件，插入損耗小；沒(méi)有光放大器，在每個(gè)中繼站上，兩個(gè)波長(zhǎng)都進(jìn)行解復(fù)用和光／電／光再生中繼，然后再?gòu)?fù)用在一起傳向下一站。

而且隨著技術(shù)的發(fā)展，WDM系統(tǒng)相鄰波長(zhǎng)間隔間隔越來(lái)越小，以及1550nm窗口EDFA的商用化，WDM系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。不再利用1310nm窗口，而只在1550nm窗口傳送多路光載波信號(hào)。為區(qū)別于傳統(tǒng)的WDM系統(tǒng)，人們稱這種波長(zhǎng)間隔更緊密的WDM系統(tǒng)為密集波分復(fù)用系統(tǒng)，即DWDM，其是波分復(fù)用的一種具體表現(xiàn)形式。

在DWDM長(zhǎng)途光纜系統(tǒng)中，波長(zhǎng)間隔較小的多路光信號(hào)可以共用EDFA光放大器。在兩個(gè)波分復(fù)用終端之間，采用一個(gè)EDFA代替多個(gè)傳統(tǒng)的電再生中繼器，同時(shí)放大多路光信號(hào)，延長(zhǎng)光傳輸距離。在DWDM系統(tǒng)中，EDFA光放大器和普通的光／電／光再生中繼器將共同存在，EDFA用來(lái)補(bǔ)償光纖的損耗，而常規(guī)的光／電／光再生中繼器用來(lái)補(bǔ)償色散、噪聲積累帶來(lái)的信號(hào)失真。

DWDM能夠在同一根光纖中，把不同的波長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行組合和傳輸。為了保證有效，一根光纖轉(zhuǎn)換為多個(gè)虛擬光纖。所以，如果你打算復(fù)用8個(gè)光纖載波（OC），即一根光纖中傳輸8路信號(hào)，這樣傳輸容量就將從2.5Gb/s提高到20Gb/s。

三、DWDM應(yīng)用分析

2013年開始實(shí)施兩地三中心建設(shè)，如下圖1所示，主數(shù)據(jù)中心與同城災(zāi)備中心通過(guò)DWDM技術(shù)滿足容災(zāi)的需求，如圖2所示，當(dāng)時(shí)業(yè)務(wù)的需求是2個(gè)FC業(yè)務(wù)，6個(gè)GE業(yè)務(wù)，容量為30G，未來(lái)隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，將達(dá)到200G容量。

圖1 兩地三中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2DWDM網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

如上圖1和圖2所示，2013年我行為建設(shè)同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心，主數(shù)據(jù)中心與同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心之間通過(guò)DWDM技術(shù)打通雙中心網(wǎng)絡(luò)，分別租用電信和聯(lián)通裸光纖組成相互獨(dú)立的兩個(gè)鏈狀網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)雙中心的30G容量，分別承載著開發(fā)測(cè)試、雙中心核心路由、生產(chǎn)核心業(yè)務(wù)、第三方外聯(lián)業(yè)務(wù)、集中作業(yè)、管理業(yè)務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)區(qū)、SAN業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù)，DWDM光傳輸網(wǎng)絡(luò)處理通信底層，主要承載主數(shù)據(jù)中心與同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心的所有網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，是上層業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，確保該傳輸網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、安全、可持續(xù)性運(yùn)行。

但在投產(chǎn)后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)存在一些問(wèn)題，對(duì)業(yè)務(wù)造成影響。2014年和2015年因租用的運(yùn)營(yíng)商光纜逐步劣化導(dǎo)致光衰過(guò)大，以致光功率超出DWDM業(yè)務(wù)單板接收靈敏度范圍，會(huì)出現(xiàn)接收信息誤碼情況，最終導(dǎo)致業(yè)務(wù)異常，增加了運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)。為降低該風(fēng)險(xiǎn)及保障雙中心網(wǎng)絡(luò)安全，已于2016年通過(guò)在2013年基礎(chǔ)上擴(kuò)容光功率放大板，緩解了光纜劣化帶來(lái)的業(yè)務(wù)異常問(wèn)題，當(dāng)租用的光纜在一定范圍內(nèi)劣化時(shí)，在光功率放大板的作用下可以為業(yè)務(wù)提供保駕護(hù)航。

此外，由于近年來(lái)城市大力發(fā)展，城市配套工程緊鑼密鼓展開，例如地鐵施工、電網(wǎng)改造、運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)改造、老城改造、道路擴(kuò)建以及市政工程，這些工程施工給數(shù)據(jù)中心的通訊線路安全帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)，從而給業(yè)務(wù)帶來(lái)安全隱患，就2017年4月份聯(lián)通裸光纖連續(xù)出現(xiàn)3次閃斷，導(dǎo)致出現(xiàn)數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)大量告警甚至出現(xiàn)業(yè)務(wù)主備機(jī)切換現(xiàn)象。運(yùn)營(yíng)商光纜瞬間衰耗劇烈變化，導(dǎo)致光功率抖動(dòng)，從而造成業(yè)務(wù)瞬斷（持續(xù)幾十秒到1分鐘不等），運(yùn)營(yíng)商光纜頻繁的瞬斷、恢復(fù)給諸如存儲(chǔ)等核心業(yè)務(wù)帶來(lái)了極大的風(fēng)險(xiǎn)。光纜性能抖動(dòng)多是由外部原因?qū)е拢缤饩€光纜被刮蹭、重物擠壓、土方作業(yè)等因素導(dǎo)致其物理性能發(fā)生短時(shí)間變化。

由于城市建設(shè)施工帶來(lái)的安全隱患可能會(huì)越來(lái)越突出，存在突發(fā)性、不確定性、嚴(yán)重性，正值新同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心施工建設(shè)中，波分傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全加固迫不及待，降低通訊線路風(fēng)險(xiǎn)，確保業(yè)務(wù)可持續(xù)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

（一）優(yōu)化前業(yè)務(wù)保護(hù)方式

如上圖3所示，優(yōu)化前部分業(yè)務(wù)通過(guò)雙掛的方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或存儲(chǔ)交換機(jī)自身的二、三層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)保護(hù)，該種保護(hù)的業(yè)務(wù)切換速度取決于路由交換協(xié)議收斂速度，與DWDM光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無(wú)關(guān)，DWDM不參與業(yè)務(wù)的保護(hù)切換。依賴路由交換協(xié)議實(shí)現(xiàn)保護(hù)倒換時(shí)間可能較長(zhǎng)，從而造成某種切換、數(shù)據(jù)丟失或者丟失重傳，影響業(yè)務(wù)安全。

為保障主湖數(shù)據(jù)中心與同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、安全運(yùn)行，在現(xiàn)網(wǎng)波分傳輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行安全優(yōu)化加固，優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖3所示。

圖4 優(yōu)化后的DWDM傳輸網(wǎng)絡(luò)

如上圖4所示，將現(xiàn)網(wǎng)波分業(yè)務(wù)單板的雙發(fā)選收功能利用起來(lái)(之前光口一直閑置未利用)，例如，將接聯(lián)通光纜設(shè)備子框上ELOM單板空閑的第2個(gè)波分側(cè)接口，又跳纖到電信光纜設(shè)備子框的分合波板MR8上，相當(dāng)于又復(fù)用了電信的光纜，設(shè)備會(huì)自動(dòng)選擇聯(lián)通還是電信線路承載業(yè)務(wù)。原聯(lián)通、電信的一對(duì)光纜纖芯分別只為與其直連的DWDM設(shè)備服務(wù)，該方案充分利用兩家運(yùn)營(yíng)商不同光纜路由，不僅提高了其利用率，也提高了安全性，只要聯(lián)通和電信光纜不同時(shí)出問(wèn)題，不會(huì)影響業(yè)務(wù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了光層（物理層）的保護(hù)，光層保護(hù)的速度非常快，SNCP倒換時(shí)間＜＝50ms，對(duì)上層業(yè)務(wù)的影響感知小。

(二)業(yè)務(wù)保護(hù)實(shí)現(xiàn)示例

在實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)保護(hù)的實(shí)踐中，就不得不提到EX40單板，其屬于光分合波單元，40路光信號(hào)的分波或合波（雙纖雙向）。EX40單板支持雙纖雙向傳輸功能，可實(shí)現(xiàn)將最多40路符合ITU-T G.694.1建議的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)光信號(hào)復(fù)用為1路光信號(hào)，或?qū)?路光信號(hào)解復(fù)用為最多40路符合ITU-T G.694.1建議的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)光信號(hào)。EX40單板用于該場(chǎng)景時(shí)，使用MD01～MD40光口接入波長(zhǎng)信號(hào)。具體應(yīng)用如圖5所示。

圖5 EX40單板在雙纖雙向保護(hù)應(yīng)用

圖6 單板槽位和業(yè)務(wù)規(guī)劃

單板槽位和業(yè)務(wù)的規(guī)劃如圖6所示，以電信子架某一塊單板為例，簡(jiǎn)略說(shuō)明保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式，第4槽一塊ELOM，其波分側(cè)IN1口連接到本網(wǎng)元光子架1槽EX40的192.1，OUT1口連接到本網(wǎng)元光子架2槽EX40的192.1，波分側(cè)IN2口連接到聯(lián)通光子架1槽EX40的192.5，波分側(cè)OUT2口連接到聯(lián)通光子架2槽位EX40的192.5，客戶側(cè)的GE業(yè)務(wù)和IN1/OUT1和IN2/OUT2形成雙發(fā)選收關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)，當(dāng)電信光纜中斷時(shí)，業(yè)務(wù)在光層快速切換到聯(lián)通光纜。

圖7 業(yè)務(wù)信號(hào)保護(hù)示意圖

以上圖7為例，主數(shù)據(jù)中心側(cè)存儲(chǔ)的8G業(yè)務(wù)連纖到電信LDX的TX1/RX1口，8G信號(hào)在單板內(nèi)部被雙發(fā)到IN1/OUT和IN2/OUT2口，其中工作信號(hào)連接到本網(wǎng)元EX40，保護(hù)信號(hào)連接到聯(lián)通網(wǎng)元的EX40，工作信號(hào)和保護(hù)信號(hào)分別經(jīng)電信光纜和聯(lián)通光纜送到同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心分別接收下來(lái)，同城災(zāi)備數(shù)據(jù)中心的LDX將兩路信號(hào)選收下來(lái)送至存儲(chǔ)交換機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。在正常狀態(tài)下，業(yè)務(wù)走工作通道，倒換狀態(tài)下，走保護(hù)通道。