OPTiNET 2021 | 韦乐平：全光网发展的十大趋势

  ICC讯（编辑：Aiur）6月16日，在2021年度中国光网络研讨会（OPTiNET 2021）上，工信部通信科技委常务副主任、中国电信集团公司科技委主任韦乐平发表主题演讲《全光网发展的十大趋势》，介绍当前全光网发展的十大趋势，提出全光化、高容量、恢复时间、云化、智能、开放、泛在、成本优化和全光接入与5G/6G统筹发展等关键要点。

  网络的全光化

  韦乐平提出，在过去十年，网络需求侧发生多种变化，例如微处理器已经从单核发展到数千核Tera级计算;超算机能力在过去十年提升千倍，预计到2025年将达每秒千亿亿次，视频流量占据网络流量的三分之二，物联网的超强感知和反应需要更高速率的带宽和低时延的连接。不仅如此，网络也出现了新型应用需求，如低时延/抖动，确定性、高可用性等。

从供给侧来看，传输链路的光纤化已经将近100%，接入网的光纤化亦达93%，标志着网络侧传输和接入的全光化，即全光网1.0阶段接近尾声，网络干线传输交换节点的光化即将完成，正向城域接入网下沉。这代表全光网1.0正迈向2.0的真正全光化。

  全光网传输链路的高容量

  以DWDM和TDM为两个方向。其中，DWDM（密集波分复用）从传统的C波段80波可以通过小代价，经技术改造将其扩展至C波段96波和扩展C+波段120波，并分别得到20%和50%的扩容增益。当前趋势是扩展C+波段120波加L+段120波共240波，其扩容增益有望达到200%，这里的主要挑战是权衡奈奎斯特滤波补偿和放大器性能。

  而TDM（时分复用）方面，主要是利用新型oDSP，基于130 GBaud的QPSK单波400Gbps传输距离预计在2023年后可从600公里扩至1500公里，覆盖99%的干线复用段距离。

  全光网交换节点的高容量化

基于波长交换方式的扩容趋势，目前以20维为主。32维ROADM的300T能够满足目前最大节点容量的需求，而64维ROADM的600T预计将满足2023年最大节点容量的需求。

基于传统物理隔离的多光纤SDM（空分复用）和交换方式的扩容阻塞率低，增长慢，而光的透明性好，扩容潜力大。因此，在近中期的未来，节点容量将继续依靠波长交换方式的 ROADM进行扩容，而中长期来看，节点和链路却必须依靠多光纤空分复用和交换技术。

  全光网恢复时间的持续优化

  全光网的恢复时间需要从硬件和软件两个层面进行优化。在硬件层面，典型WSS的倒换时间是1秒，改进空间较小，OTU倒换时间的关键在于激光器波长倒换，行业已有实验室通过控制和优化的算法实现OTU倒换时间降至3秒之内。

  在软件层面，通过引入“集中路由计算+分布式控制”来替代“分布式计算+分布式控制”，可以规避波长、中继和路由的冲突，进而减少恢复时间。通过PCE和SDN的全网拓扑抽象，利用CPU空闲时间可以进行故障恢复预计算，可以减少恢复路由的计算时间。另外，通过引入机器学习，实现光性能劣化、光纤或设备故障的预测，节省业务调测和恢复时间乃至实现主动重路由，大幅减少恢复时间。

  全光网的云化

  IDC预测2025年中国90%以上的应用将迁移到云上，数据中心将全面云化，而网随云动是云化的最大驱动力，除了高实时性、高敏感性和本地性应用外，网络各领域都将全面云化。以从硬件为主体的封闭刚性网络架构开始向软件化、虚拟化、云化、智能化、服务化的方向转型发展，全光网也在其中。

  韦乐平指出，通过引入SDN实现全光网的软件化是实现云化的前提。SDN实现全光网软硬解耦，连接和功能由软件灵活定义，有助于后续向云化、智能化、服务化方向演进，实现网络和业务的快速自动化、智能化部署和持续演进、升级和创新。

  全光网的智能化

  基于集中管控SDN可以大幅提高运维效率，但光路的建立/拆除却依靠人工指令，主动网络重构和运维存在阻碍。

全光网智能化典型表现为认知光网络(CON)，它是一种基于机器学习的新一代智能光网络，具有自动感知、理解和学习外部环境，可以实时调整网络配置，智能适应外部环境的变化。

CON核心是认知决策系统和控制和管理系统，分别负责管理传输要求、网络事件和控制并管理系统则负责控制和传播相关信令。CON不仅具备自动优化的光网络配置，还可快速故障检测和定位、实时光路性能监测和质量预判、自动优化传输参数、实现流量预测和路由规划、进行故障寻根、减少光层恢复时间等，提高全光网的整体质量。

  全光网的开放化

通过引入SDN/NFV/Cloud实现层间和层内的功能解耦、降低成本、创建开放的产业生态是电信业可持续发展的产业关键共识。SDN带来软硬解耦和网络功能的软件化，是网络开放化的基础。

同时，从无线接入网开始到全光网的各个领域正逐步走向开放，包括接口标准化、软硬件解耦、光电解耦、硬件白盒化、软件开源化等，而光网络的开放步骤主要包括光线路系统、光交换节点、功能块等领域的开放。

韦乐平介绍AT＆T开通全球首个ROADM商用化白盒系统（实际为灰盒），其实现1300公里400Gbps速率传输，并采用SDN控制和基于解耦的分布式（DDC）白盒设计方案。

  全光网的泛在化

  韦乐平认为，需求侧应用发展和供给侧设备成本下降，给全光网向网络边缘扩展，迈向端到端的泛在化全光网络提供了机遇。全光网的长远目标是成为像电插座般无处不在的光插座。

  全光网成本的优化

技术创新和规模经济是网络传输侧和接入侧的关键。物理层的创新在于剥离网络边缘非必要功能，并放松非必要的严酷温度要求，以及研发新一代光交换器件。而网络接入侧也存在类似的思路和不同的具体创新技术，其挑战在于高度敏感的成本问题，以及规范统一的F5G标准。

网络层创新是由SDN控制的、软硬件解耦和光电解耦的“灰盒”乃至“白盒”系统，加速全光网生态繁荣开放。在架构上要结合边缘云的部署引入融合承载的新型城域网架构，实现边缘DCI等设备的IT化，包括架构开放、接口标准、软硬解耦、光电解耦、协议减少、软件开源、灰盒/白盒、可管可控等。

  全光接入与5G/6G的统筹发展

  全光网是5G/6G的最佳承载，但在光接入段却是5G/6G的竞争对手，两者需统筹协同，各取所长，不可偏废。

在业务应用方面，5G/6G侧重中小屏慕、中等带宽和质量的数据业务和短视频，光接入侧重大屏幕、高带宽和高质量的数据业务和视频。

商业模式方面，光接入对流量不敏感，通常采用包月制，5G/6G对流量敏感，侧重流量受限的阶梯流量制。

在接入速率方面，5G侧重50Mb/s以下速率更经济，千兆光接入网对速率不敏感，侧重50Mb/s以上速率。

在固移融合方面，统筹发展将从传统并不成功的固移融合(FMC)逐步迈向5GC单栈协议下的有线无线融合(WWC)新阶段。

最后在产业互联网场景上，全光接入与5G/6G应分别侧重和聚焦移动和固定场景，不打乱仗。