數據中心互聯(lián)流量迅猛發(fā)展，驅動DCI提速需求
隨著大數據、云計算、移動互聯(lián)網的迅猛發(fā)展，越來越多的企業(yè)選擇建設多個數據中心，數據中心間流量與日俱增。根據相關報告，DCI流量年復合增速達到31.9%，由此帶來的數據中心間互聯(lián)帶寬不足問題，給業(yè)務的發(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，數據中心承載業(yè)務向著云存儲、虛擬現(xiàn)實、邊緣計算、機器學習、深度學習以及人工智能方向等方向發(fā)展，上層應用對作為基礎設施的網絡的可靠性和帶寬要求越來越高。為應對挑戰(zhàn)，數據中心內部互聯(lián)DCN已迎來單端口400G時代，核心交換機為上層應用提供400GE 高吞吐，低時延，0丟包的承載服務, 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網絡，也必將適應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)數據中心互聯(lián)的提速。
WDM技術：DCI大帶寬時代的首選方案
DCI網絡經歷了從Internet互聯(lián)，再到Mbit/s專線，發(fā)展到現(xiàn)在數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)擴容的WDM1時代。
WDM技術天然具有大帶寬低時延的特性，天然硬管道確保了數據傳輸質量，成為DCI大帶寬時代的首選方案。而本來規(guī)劃使用8~10年的超大型數據中心DCI網絡，不到3年就面臨擴容瓶頸的現(xiàn)狀，使得WDM技術在單波速率（車載）和波道數（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，同時通過技術革新帶寬升級來降低每bit成本，以滿足數據中心有效提速訴求。
如何提升WDM DCI傳輸容量
WDM系統(tǒng)傳輸總容量可表述為
其中C代表傳輸總容量（Tbit/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)的總容量的方法有兩種：
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，多載波本質上并沒有提升單波速率。波特率不變條件下，采用“偏振復用2”和“更高階的調制模式”一般不會導致信道帶寬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，但是調制解調困難，短期內無法看到商用的可能性）。調制模式不變條件下，采用“更高的波特率”往往會導致信道帶寬W的同步增加，從而未必能對提升WDM系統(tǒng)總容量有貢獻。綜上，提升單波的速率重點在于調制模式和波特率的提升。同時，受香農理論極限限制，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，通過編解碼技術和整形補償等算法提升系統(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據中心的要求，類似于無線技術，通過擴展譜寬，在現(xiàn)有C波段的基礎上，尋求更寬光譜，將“車道”擴展到新的波段上（如超寬C波段，L波段等），成為業(yè)界研究和產品開發(fā)方向。同時，光層平臺一旦部署下去，最大波道數能力就已限定，后續(xù)將無法接受光層改造而導致的業(yè)務頻繁中斷，所以在初期部署時，需要考慮預埋能平滑擴展的光層能力。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)有技術的革新。
綜上，數據中心間互聯(lián)要實現(xiàn)有效提速，關鍵在于基于WDM的DCI技術是否能在單波信道速率和波道數上能有效提升，在硬件設計，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，單波400G/600G已有成功商用案例，單波800G預計也將在明年實現(xiàn)商用，單纖容量能力如何，及傳輸性能和其中關鍵技術值得關注和期待。
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，稱為波分復用。
2.偏振復用：利用光的不同偏振態(tài)攜帶信息進行光通信。一般在光纖中的偏振復用指利用兩種正交的偏振態(tài)來攜帶各自信息。
