韦乐平:全光网发展的十大趋势

(马秋月/文)在今天举行的“2021中国光网络研讨会”上,工信部科技委常委副主任、中国电信集团科技委主任、中国光网络研讨会大会主席韦乐平详细预测了从运营商角度看未来五到十年全光网发展的十大趋势。

趋势一:网络的全光化趋势

在需求侧,微处理器从单核发展到数千核的Tera级计算;超算机能力十年增长千倍,预计2025年可达每秒千亿亿次;视频成第一驱动力,流量接近网络2/3,AR/VR将加剧容量需求;物联网高端机器的超强感知和反应需要更大带宽和低时延连接;其他新应用需求,如低时延/抖动,确定性、高可用性等。

在供给侧方面,目前传输链路的光纤化趋近100%,接入网的光纤化已高达93%,标志着全光网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,正向城域接入网拓展。“总之,全光网正从1.0阶段迈向2.0的真正全光化新阶段。”

趋势二:全光网传输链路的高容量趋势

据韦乐平介绍,在DWDM方向,目前传输链路从传统C波段80波可以以很小的代价和技术改造扩展至C+波段96波和扩展C+波段120波,可分别获取20%和50%的扩容增益。最新趋势是扩展C+波段120波和L+波段120波,共240波,扩容增益可望高达200%。“不过,该技术趋势的主要挑战在于权衡奈奎斯特滤波补偿和放大器性能。”

在TDM方向上,利用新型oDSP,基于130G波特的QPSK单波400Gbps传输距离可从600公里增至1500公里,可覆盖99%的干线复用段距离。“这个趋势最早可在2023年后实现。”

趋势三:全光网交换节点的高容量化

韦乐平表示,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,64维ROADM的600T可满足2023年最大节点容量的需求。而128维ROADM,由于波长交换结构方式中不同波长系统间不能无约束交换,随端口非线性增长的波长交换架构方式的阻塞率将远高于随端口线性增长的空分交换架构方式,其扩容空间受限。

基于传统物理隔离的多光纤空分复用和交换方式的扩容阻塞率低,增长慢,光的透明性好,扩容潜力大。韦乐平认为,近中期,节点容量可以继续依靠波长交换方式的 ROADM扩容;中长期,节点和链路将不得不依靠多光纤空分复用和交换技术。

趋势四:全光网恢复时间的持续优化趋势

硬件层面的优化,典型WSS倒换时间是1秒左右,改进空间较小;OTU倒换时间的关键是激光器波长的倒换,在实验室阶段,可以通过控制和算法的优化,能够将OTU倒换时间降至3秒之内

软件层面的优化,通过引入“集中路由计算+分布式控制”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,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,从而减少恢复路由的计算时间。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。韦乐平认为将恢复时间控制在秒级是可望且可行的目标。

趋势五:全光网的云化趋势

网随云动是网络云化的外在驱动力。根据IDC的预测,2025年,中国90%以上的应用将迁移到云上,DC将全面云化。“作为支撑应用的网络实现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。”

当然,网络云化也存在内在刚需。传统封闭刚性的网络本身正从硬件为主的架构向软件化、虚拟化、云化、智能化、服务化的深度转型方向发展,全光网也不例外。

另外,通过引入SDN实现全光网的软件化是实现云化的前提。韦乐平表示,有了SDN意味着全光网的软硬解耦、连接和功能将仅仅由软件灵活决定,便于后续向云化、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。

趋势六:全光网的智能化趋势

实现集中管控的SDN后,可以大幅提高运维效率,但光路的建立/拆除还得依靠人工指令,难以实现主动网络重构和主动运维。“全光网将需要想更智能化方向发展,就需要认知光网络(CON)。”

据介绍,认知光网络是一种基于机器学习的新一代智能光网络,能自动感知、理解和学习外部环境,实时调整网络配置,智能的适应外部环境的变化。

认知光网络的核心是认知决策系统,负责管理传输要求和网络事件。控制好管理系统则负责控制和传播相关指令。

此外,认知光网络不仅可以自动化光网络配置,还可以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。

趋势七:全光网的开放化趋势

为了应对行业发展乏力的严峻局面,借鉴IT业的发展经验和引入SDN/NFV/Cloud的契机,实现层面和层内的功能解耦、降低成本、创建开放的产业生态成为电信业维系可持续发展的关键和共识。

SDN意味着软硬解耦和网络功能软件化,是网络开放化的基础。从无线接入网开始,网络的各个领域都在逐步走向开放,接口标准化、软硬件解耦、光电解耦、硬件白盒化、软件开源化。

韦乐平表示,全光网也不例外,反而是走得较快的领域之一。据介绍,光网络开放包括开放光链路系统、开放光交换节点、开放功能块等。

趋势八:全光网的泛在化趋势

随着需求侧应用的持续发展和供给侧设备成本的持续下降,全光网正开始向网络边缘扩展,迈向端到端的泛在化全光网络。

在网络传送侧,全光链路OTN/WDM正向网络边缘不断延伸,并引入小颗粒OSU;全光节点ROADM开始向城域接入网拓展并引入边缘WSS。

在网络接入侧,FTTH正向FTTR(光纤到屋),乃至FTTD(光纤到桌面)和FTTT(光纤到终端)拓展;FTTO则向FTTCampus(光纤到园区)、FTTFactory(光纤到工厂),乃至FTTWorkshop(光纤到车间)等工业互联网应用场景拓展。

“全光网的长远目标是成为像今天电插座那样无处不在的光插座。”韦乐平说。

趋势九:全光网成本的优化

韦乐平指出,全光网成本的优化趋势,在网络传送侧关键是技术创新和规模经济。

第一,物理层创新包括:其一,去掉网络边缘不必要的功能和放松不必要的严酷温度要求等;其二,研发新一代光交换器件。

第二,网络层创新走向SDN控制的、软硬件解耦和光电解耦的“灰盒”乃至“白盒”系统,推动全光网生态的开放和繁荣。

第三,架构创新结合边缘云的部署引入融合承载的新型城域网架构。

第四,边缘DCI等设备的IT化,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。

在网络接入侧,关键依然是技术创新和规模经济。类似的思路和不同的具体创新技术,高度敏感的成本是挑战。还要规范统一F5G,这是为获取蜂窝通信那样的巨大经济规模好处所必须。

趋势十:全光接入与5G/6G的统筹发展趋势

韦乐平强调全光网接入与5G/6G应该统筹发展,“全光网既是5G/6G的最佳承载,其光接入段又是5G/6G的竞争者,两者唯有统筹协同,各取所长,不可偏废。”

据韦乐平介绍,在业务应用上,5G/6G侧重中小屏幕、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。

在商业模式上,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。

在接入速率上,5G侧重50Mb/s以下速率更经济;千兆光接入网度速率不敏感,侧重50Mb/s以上速率,两者交叉点在50Mb/s左右。

在固移融合上,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。

此外,“在产业互联网场景上,应分别侧重和聚焦移动和固定场景,不打乱仗。”韦乐平说。


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