信通院張海懿：面向算力承載的光網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)八大趨勢

3月9日消息（安迪）今日，由CIOE中國光博會與C114通信網(wǎng)聯(lián)合推出的大型研討會系列活動——“2023中國光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”第三期“全光算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研討會”正式召開，共同探討“東數(shù)西算”背景下，光網(wǎng)絡(luò)的高質(zhì)量發(fā)展之路。

中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所所長張海懿發(fā)表了題為“面向算力承載的光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢及展望”的主題演講。張海懿表示，面向算力承載的光網(wǎng)絡(luò)主要呈現(xiàn)八大發(fā)展趨勢：高速大容量、光纖新型化、全光低時延、融合確定性、全光網(wǎng)延伸、模塊高集成、協(xié)同管控、自智運維。

她強調(diào)，要聚焦光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展熱點及趨勢，推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)生態(tài)協(xié)同發(fā)展。聚焦算力時代的承載網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展，全面推進“追光計劃-全光運力領(lǐng)航行動”，業(yè)界聚力完善全光運力技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)生態(tài)協(xié)同發(fā)展體系。

光網(wǎng)絡(luò)連接成數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展助推器

張海懿指出，數(shù)據(jù)是生產(chǎn)基本要素，全光運力支持高速大容量連接，算力是生產(chǎn)增值要素。光網(wǎng)絡(luò)一直發(fā)揮承載底座作用，推動產(chǎn)業(yè)數(shù)字化升級，賦能千行百業(yè)應(yīng)用。當(dāng)前，光網(wǎng)絡(luò)連接“數(shù)”與“算”，成為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展助推器。

當(dāng)前，政策及產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動加速構(gòu)建算力供給體系。一方面，政府部門規(guī)劃推進全光網(wǎng)絡(luò)部署,發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦、工信部、國家能源局啟動“東數(shù)西算”工程；工信部出臺《“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展行動計劃(2021—2023年)》，實施千兆城市建設(shè)行動；工信部《信息通信業(yè)十四五規(guī)劃》提出“部署骨干網(wǎng)200G/400G超大容量光傳輸系統(tǒng)。

另一方面，運營商積極布局全光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：中國電信發(fā)布《全光網(wǎng)2.0技術(shù)白皮書》，提出建設(shè)云網(wǎng)融合的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施；中國移動發(fā)布《算力網(wǎng)絡(luò)白皮書》，提出基于全光底座和統(tǒng)一IP承載技術(shù)；中國聯(lián)通發(fā)布《算力時代的全光底座白皮書》，系統(tǒng)闡述全光底座發(fā)展。

新興算力應(yīng)用及部署架構(gòu)推動光網(wǎng)絡(luò)加速演進

在張海懿看來，新型算力要求高品質(zhì)、便捷、安全和靈活承載：一是端到端高品質(zhì)承載，業(yè)務(wù)提質(zhì)提速，需提供端到端品質(zhì)承載，滿足多應(yīng)用場景下多樣化新興品質(zhì)視頻類應(yīng)用；二是網(wǎng)絡(luò)泛在覆蓋，用戶便捷接入，需向城市邊緣延伸，提高覆蓋能力，實現(xiàn)用戶便捷接入；三是高安全、低時延保障，提供全光轉(zhuǎn)發(fā)、多顆粒硬隔離、可靠保護恢復(fù)等特性，實現(xiàn)政企核心業(yè)務(wù)低時延、高安全承載安全；四是靈活敏捷能力，提供靈活敏捷調(diào)整能力，快速響應(yīng)客戶需求變化，及時匹配和釋放資源。

與此同時，算間互聯(lián)要求提供超大帶寬、確定性低時延、高效協(xié)同：一是樞紐間互聯(lián)提出超大帶寬需求，按需提供超大帶寬，實現(xiàn)省際出口及骨干網(wǎng)帶寬容量升級；二是確定性低時延，數(shù)據(jù)中心互聯(lián)需要穩(wěn)定與可靠的低時延，需要面向算力樞紐/數(shù)據(jù)中心集群布局，優(yōu)化全光互連網(wǎng)絡(luò)的端到端時延；三是算間協(xié)同催生組網(wǎng)架構(gòu)優(yōu)化，研究云化數(shù)據(jù)中心分級協(xié)同組網(wǎng)，向網(wǎng)狀化、立體化組網(wǎng)方式演進。

總結(jié)來看，算力承載需求推動光網(wǎng)絡(luò)向高速全光互聯(lián)、算力感知、確定性承載、協(xié)同智能、綠色高集成等方向加速演進。

“光網(wǎng)絡(luò)承載技術(shù)持續(xù)發(fā)展演進的同時，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層和管控層也開展協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建高品質(zhì)的算力承載底座。”張海懿指出，光纖管道進一步優(yōu)化光纜網(wǎng)路由覆蓋，部署超低損等新型光纖，提供更高可靠、更長距離、更大容量的全區(qū)昂互聯(lián)傳輸性能；轉(zhuǎn)發(fā)面升級提供超大容量、全光低時延、綠色低能耗、差異化確定性承載等能力，光模塊器件集成度進一步提升；管控升級提供網(wǎng)絡(luò)資源融合管控調(diào)度和智能化運維能力，實現(xiàn)算力服務(wù)的敏捷按需智能提供。

張海懿進一步指出，面向算力承載的光網(wǎng)絡(luò)主要呈現(xiàn)以下八大發(fā)展趨勢：

趨勢1：高速大容量。持續(xù)構(gòu)建大容量、高速互連全光底座。

持續(xù)構(gòu)建全覆蓋、扁平化和大容量的高速全光網(wǎng)絡(luò)，提供超大帶寬和廣覆蓋的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能力。

目前，100Gb/s系統(tǒng)已經(jīng)商用10多年，是目前骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)的主要速率；200Gb/s已經(jīng)開始規(guī)模商用；400Gb/s在城域中短距方案較為成熟， 骨干網(wǎng)長距傳輸方案正在進行逐步試用。

速率提升需從100G/200G向400G/800G演進：單纖容量不斷提升，800Gbps技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)步推進；同時業(yè)界也在積極探索更高速率，單波長1.2Tbps/1.6Tbps等，需高波特率光電器件以及算法技術(shù)突破。

頻譜擴展需從4THz到12THz：目前，擴展C波段已經(jīng)商用；C+L波段方面，C波段和L波段各100G*120波，相當(dāng)于80波100G容量*3，需要光電器件成熟；全波段擴展S/U/O波段，實現(xiàn)P比特傳輸。

總結(jié)來看，骨干網(wǎng)方面推動400Gb/s及以上速率全光傳輸系統(tǒng)應(yīng)用，結(jié)合頻譜擴展，構(gòu)建大容量、波長靈活調(diào)度的骨干網(wǎng)絡(luò)；城域網(wǎng)方面，持續(xù)推動OTN和ROADM規(guī)模部署，基于新一代OTN和SPN技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)高品質(zhì)算力專線業(yè)務(wù)的靈活接入和硬切片帶寬保障；接入網(wǎng)方面加強50G PON核心光電器件及系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，開展試點應(yīng)用，推動技術(shù)和產(chǎn)業(yè)進一步成熟。

趨勢2：光纖新型化。優(yōu)化提升傳輸性能，加快樞紐間規(guī)模部署。

新型超低損光纖成為超大容量傳輸?shù)闹匾?。G.654.E光纜加速部署，光纜網(wǎng)承載能力逐步增強。目前，我國光纜線路總里程持續(xù)增長，2022年已達5958萬公里，新型超低損光纖部署占比低，2022年G.654.E新型超低損耗光纜部署規(guī)模近一萬皮長公里。

G.654.E光纖已具備規(guī)模生產(chǎn)能力，需持續(xù)推動G.654.E光纖在骨干長途光網(wǎng)絡(luò)的部署。

空分復(fù)用/空芯等光纖持續(xù)開展應(yīng)用探索和技術(shù)創(chuàng)新?？辗謴?fù)用光纖研究持續(xù)推進，基于多芯復(fù)用、多芯+少模復(fù)用的SDM關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)研究，技術(shù)成熟度和穩(wěn)定性有待進一步提升和規(guī)模驗證，而基于光纖對的SDM技術(shù)已在海纜通信系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。此外，空芯光纖成為業(yè)界關(guān)注焦點，空芯光纖有望突破實芯光纖通信容量、時延和損耗極限，是進一步提升光纖通信系統(tǒng)性能的重要使能技術(shù)。

趨勢3：全光低時延。全光組網(wǎng)及規(guī)劃優(yōu)化降低時延。

通過三種方式能夠降低時延：一是全光直達路由，通過MESH互聯(lián)增加光纜路由，新增全光直達路由，減少光纖鏈路繞行，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時延；二是時延監(jiān)測優(yōu)化，通過光層和電層物理鏈路的時延測量，精準(zhǔn)規(guī)劃業(yè)務(wù)路由，滿足時延敏感算網(wǎng)業(yè)務(wù)承載需求；三是光電協(xié)同調(diào)度，通過光電聯(lián)合算路和路徑創(chuàng)建，增加全光直達路由占比，減少電層轉(zhuǎn)發(fā)時延，降低傳輸時延。

在具體技術(shù)路徑上，已經(jīng)可以利用全光交叉調(diào)度實現(xiàn)光層路由優(yōu)化，降低端到端路徑時延，通過ROADM/OXC實現(xiàn)多方向的快速高可靠調(diào)度。也可以通過時延策略及多因子算路，滿足業(yè)務(wù)端到端低時延需求。

趨勢4：融合確定性。創(chuàng)新實現(xiàn)算網(wǎng)業(yè)務(wù)智能感知與差異化承載。

一是TDM、以太網(wǎng)和IP融合發(fā)展構(gòu)建確定性承載技術(shù)體系。

二是多層面、多粒度切片技術(shù)支撐業(yè)務(wù)靈活部署精準(zhǔn)承載。多層面方面，業(yè)務(wù)層、分組隧道層、切片通道層、光波長/光通道層L0~L3切片技術(shù)；多粒度方面，大顆粒N*5G MTN和OTN 1.25G~;細(xì)粒度N*10M FGU和N*2.6M OSU；多場景方面，點到點、點到多點、多點到多點mesh組網(wǎng)。

三是智能感知技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)精細(xì)化識別和差異化承載。應(yīng)用感知方面，動態(tài)識別應(yīng)用并標(biāo)記APN ID，實現(xiàn)應(yīng)用級調(diào)度；集中SDN管控系統(tǒng)實現(xiàn)靜態(tài)應(yīng)用感知；切片感知方面，滿足算力+網(wǎng)絡(luò)SLA，結(jié)合多種切片技術(shù)，精準(zhǔn)適配切片通道方案；網(wǎng)絡(luò)感知方面，通過BGP-LS上報網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)；通過TWAMP、網(wǎng)絡(luò)OAM等測量協(xié)議，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼墪r延、帶寬可視；體驗感知方面，在線OAM逐跳隨流檢測和Telemetry秒級上報實現(xiàn)業(yè)務(wù)級時延、帶寬狀態(tài)實時感知。

趨勢5：全光網(wǎng)延伸。FTTR助力千兆光網(wǎng)進一步向用戶延伸。

FTTR以構(gòu)建一體化網(wǎng)絡(luò)能力、提升業(yè)務(wù)端到端體驗為技術(shù)演進目標(biāo)，PON+FTTR光層統(tǒng)一管控、光與 Wi-Fi 協(xié)同管理、基于業(yè)務(wù)質(zhì)差按需分配等新技術(shù)的出現(xiàn)助力提升千兆業(yè)務(wù)體驗。

一是光層統(tǒng)一管控。FTTR物理層仍然采用PON設(shè)備的P2MP結(jié)構(gòu)，PON+FTTR需實現(xiàn)光層統(tǒng)一管控；EMS對光層信息的管理能力從PON延伸到FTTR，奠定PON+FTTR協(xié)同支持端到端網(wǎng)絡(luò)切片的基礎(chǔ)。

二是光與無線協(xié)同。由主設(shè)備進行信息搜集和決策,對光和 Wi-Fi 傳輸進行中心化一體控制，實現(xiàn)光鏈路和空口鏈路資源的統(tǒng)一協(xié)同配置；光鏈路提供低時延的通信通道，以匹配 Wi-Fi 空口的快速傳輸，實現(xiàn)漫游無感切換，空口性能最大化。

三是業(yè)務(wù)質(zhì)差保證。感知和識別業(yè)務(wù)的質(zhì)差要求，收集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)資源的全局分布情況；同時，可基于專家經(jīng)驗、AI 模型等算法類決策機制，在充分保障用戶各類業(yè)務(wù)體驗的前提下，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源按需分配。

趨勢6：模塊高集成。高速率、集成化模塊器件支撐綠色算力承載。

目前，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互連逐步向400G及以上速率過渡；干線和城域光模塊向400G及以上速率演進；另外，80-120km 400ZR產(chǎn)品相繼推出，千km及以上超長距成為新熱點，800G相干光模塊標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)品研發(fā)啟動。

此外，硅光集成與CPO也在助力數(shù)據(jù)中心和算力承載發(fā)展。硅光市場規(guī)模不斷擴大，聚焦100G中短距和400G短距應(yīng)用。硅光助力解決相干模塊尺寸與成本問題，規(guī)模商用有望使相干技術(shù)降低成本進而下沉到核心與匯聚層。光電合封方面，CPO可實現(xiàn)低功耗、低延遲的高數(shù)據(jù)吞吐量互連；CPO產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步提升，可經(jīng)由NPO享受低成本低功耗收益。

趨勢7：協(xié)同管控。云網(wǎng)/算網(wǎng)融合推動光網(wǎng)絡(luò)開放解耦。

光網(wǎng)絡(luò)協(xié)同管控實現(xiàn)跨域彈性的調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源：一是跨域管控，通過開放南北向接口解決大網(wǎng)協(xié)同管控問題，優(yōu)化現(xiàn)有運營架構(gòu)，實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)靈活組網(wǎng)和統(tǒng)一調(diào)度；二是網(wǎng)絡(luò)彈性，對于公共應(yīng)急事件信息處理、數(shù)據(jù)存儲災(zāi)備等場景，需要提供彈性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)。

目前，構(gòu)建以DC為中心的光網(wǎng)需求迫切，推動光網(wǎng)開放解耦。從設(shè)備解耦模式來看，當(dāng)前應(yīng)用以光電設(shè)備解耦、南北向接口開放模式為主光層和電層設(shè)備分解，南北向接口開放模式缺乏標(biāo)準(zhǔn)體系，面臨更多挑戰(zhàn)，需要長期的投入和研究。目前，開放線路系統(tǒng)已在DCI場景商用；運營商應(yīng)用場景更加復(fù)雜，已開展不同規(guī)模的集采和試點部署，距離全國大范圍規(guī)模商用仍有一定距離。標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀來看，管控接口方面國內(nèi)CCSA接入側(cè)WDM/ CPE OTN&OSU等南北向接口標(biāo)準(zhǔn)化工作基本完成，設(shè)備接口方面ITU-T、OIF、IEEE等組織已制定或正制定100G/400G等高速相干光接口規(guī)范，支撐電層互通，光層模型分析、性能優(yōu)化監(jiān)視和評估缺乏標(biāo)準(zhǔn)化。

趨勢8：自智運維。AI和數(shù)字孿生提升光網(wǎng)絡(luò)自智運維效能。

云、網(wǎng)、端自智協(xié)同，提升光網(wǎng)絡(luò)自智化水平。云、網(wǎng)各層引入AI、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)字孿生等功能，通過云網(wǎng)端自智協(xié)同，提升光網(wǎng)絡(luò)總體自智化水平。

同時，借助數(shù)字孿生技術(shù)，能夠進一步驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)自智化演進。借助網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生，增強物理網(wǎng)絡(luò)所缺少的系統(tǒng)性仿真、優(yōu)化、驗證和控制能力，助力網(wǎng)絡(luò)低成本試錯、智能化決策和高效率創(chuàng)新。

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