邁向全光網(wǎng)：大連接時(shí)代的光通信進(jìn)階之路

　　■中國電信科技委主任 韋樂(lè )平

　　從1966年被稱(chēng)為“光通信之父”的高錕博士提出光纖通信概念開(kāi)始，光纖通信發(fā)展已過(guò)去近半世紀。50年間，隨著(zhù)光纖與光傳輸技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)也經(jīng)歷了飛速發(fā)展的過(guò)程。而伴隨著(zhù)萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，為了適應爆炸式增長(cháng)的通信業(yè)務(wù)需求，全光網(wǎng)(AON)的概念也應運而生。

　　而隨著(zhù)光網(wǎng)城市建設在我國的推進(jìn)，“全光網(wǎng)”概念也逐漸進(jìn)入公眾視野，我國全光網(wǎng)將如何發(fā)展，何時(shí)能完全實(shí)現，也已成為通信行業(yè)近幾年熱議的話(huà)題。

　　從運營(yíng)商角度來(lái)看，我們的業(yè)務(wù)對象規模從數百上千億，產(chǎn)業(yè)規模已經(jīng)擴展到數百上千億，網(wǎng)絡(luò )連接建立的速度、性能、可靠性、成本都有一個(gè)很大的提升，同時(shí)也實(shí)現了從各種無(wú)線(xiàn)到各種有線(xiàn)的全連接全覆蓋，在帶寬層面從3G發(fā)展到了4G乃至5G無(wú)線(xiàn)信道乃至光波道，管道上也從純比特管道發(fā)展到了具備更高價(jià)值的業(yè)務(wù)管道。在這個(gè)背景下，邁向全光網(wǎng)時(shí)代的條件已經(jīng)成熟。

　　全光網(wǎng)進(jìn)入最終演進(jìn)階段

　　萬(wàn)物互聯(lián)的大連接時(shí)代無(wú)疑將會(huì )催生對傳輸網(wǎng)絡(luò )帶寬容量和延時(shí)的巨大需求，因此，全光網(wǎng)成為大連接時(shí)代的大勢所趨。但是，只有當傳輸和接入都實(shí)現光纖化，交換層也引入ROADM和OXC后才能構成所謂嚴格意義上的全光網(wǎng)。而實(shí)現全光網(wǎng)需要三個(gè)步驟，第一步是骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)中傳輸鏈路的光纖化。第二步是接入網(wǎng)光纖化，目前接入網(wǎng)中饋線(xiàn)段基本實(shí)現光化，全網(wǎng)已部署1.7億芯公里，但仍有3.5億線(xiàn)對公里銅線(xiàn)的部署量，光進(jìn)銅退依然路很長(cháng)。第三步是傳輸節點(diǎn)引入光交換，目前上海已經(jīng)部署了ROADM，初步形成了光網(wǎng)城市。

　　我國全光網(wǎng)最終演進(jìn)階段即將開(kāi)始，運營(yíng)商中國電信牽頭，將在交換層引入ROADM，從而邁向嚴格意義上的全光網(wǎng)。

　　但是，鑒于目前國內光網(wǎng)建設現狀，2018年國內90%以上家庭寬帶用戶(hù)達到100M到戶(hù)、2020年經(jīng)濟發(fā)達城市地區具備提供千兆到戶(hù)的能力，是比較現實(shí)的目標。目前頻頻見(jiàn)諸于媒體的“全光網(wǎng)”并不是真正意義上的全光網(wǎng)，全行業(yè)必須認清光網(wǎng)建設的現實(shí)。我國距離真正實(shí)現“全光網(wǎng)”，仍有10-20年的歷程。

　　實(shí)現全光網(wǎng)關(guān)鍵在于接入網(wǎng)

　　全光網(wǎng)的關(guān)鍵是第二步接入網(wǎng)。接入網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò )中技術(shù)進(jìn)步相對最慢、投資最大、維護成本最高，實(shí)現全光網(wǎng)最費力的部分。

　　中國電信是目前接入網(wǎng)光纖化速度最快，FTTH規模最大的運營(yíng)商(FTTH用戶(hù)已超過(guò)1億)，正在引領(lǐng)全球的光纖化進(jìn)程。中國電信的目標是2018年前為90%以上家庭寬帶用戶(hù)提供至少100M到戶(hù)的能力;2020年前在經(jīng)濟發(fā)達的城市地區基本具備提供千兆到戶(hù)的能力;2025年全網(wǎng)具備規模提供千兆以上到戶(hù)的能力。

　　接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢主要有六個(gè)方面。第一，面向4K/8K/VR的大視頻將是未來(lái)主要業(yè)務(wù)，也是最大的趨勢。第二，FTTH進(jìn)一步向全網(wǎng)擴展的重點(diǎn)是向偏遠和農村延伸，同時(shí)成本和難度攀升。第三，接入網(wǎng)將具有快、更靈活、更經(jīng)濟的傳送承載能力，也就是更高的接入速率(10G/N·10G)、更廣的覆蓋和更少的局所及有源接入點(diǎn)、更便捷的接入方式。第四，網(wǎng)絡(luò )架構重構將貫穿在接入網(wǎng)甚至全光網(wǎng)的整個(gè)發(fā)展態(tài)勢當中，對于接入網(wǎng)來(lái)說(shuō)主要的目的在于業(yè)務(wù)創(chuàng )新和降低成本，同時(shí)將逐步開(kāi)啟SDN/NFV化，即采用先OLT后ONT的策略。網(wǎng)絡(luò )架構已是大勢所趨，運營(yíng)商以及設備廠(chǎng)商只有順應網(wǎng)絡(luò )發(fā)展，才能適應時(shí)代需求。第五，多種接入手段的無(wú)縫融合接入。想要實(shí)現多種接入手段的無(wú)縫融合接入，有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、移動(dòng)的無(wú)縫融合和一致體驗是重中之重。以前要談一致體驗很困難，但隨著(zhù)4G的大規模使用和5G的快速發(fā)展，使無(wú)縫融合和一致體驗成為可能。第六，智能化的邊緣計算，將實(shí)現業(yè)務(wù)處理更加敏捷、延時(shí)最小、成本最優(yōu)。

　　全光節點(diǎn)是全光網(wǎng)歸宿

　　全光節點(diǎn)是全光網(wǎng)的歸宿。其中，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)可以說(shuō)是組網(wǎng)靈活性的靈魂，目前，由于傳統靜態(tài)調度的靈活性已不能滿(mǎn)足互聯(lián)網(wǎng)的需要。同時(shí)，光層組網(wǎng)靈活性的關(guān)鍵是引入全光交換節點(diǎn)，目前的現狀是電層節點(diǎn)盡管靈活性足夠，但是透明性不足、容量擴展性不夠。

　　光波長(cháng)通道有望在節點(diǎn)處按流量流向實(shí)現無(wú)需人工介入的全自動(dòng)化靈活調度，最終實(shí)現無(wú)色、無(wú)方向、無(wú)沖突的三無(wú)(CDC)透明光節點(diǎn)。但對于全光節點(diǎn)實(shí)現的挑戰仍然存在，目前組網(wǎng)范圍受限于1200公里，只能在中國實(shí)現局部組網(wǎng)，而中小顆粒調度浪費情況也急需解決。

　　現在的信號調度方法演進(jìn)分成三個(gè)階段，2012年之前基本上依靠人工調度，2012年以后，引入OTN電層調度速度提高，但容量較小，資源利用率較低。2016年后，開(kāi)始引入ROADM光層調度，這么做出于如下原因：第一是業(yè)務(wù)需求。目前，我們業(yè)務(wù)顆粒帶寬已經(jīng)達到100G，而我們中下游的大部分網(wǎng)絡(luò )連接也都已經(jīng)達到100G，這時(shí)候光層調度肯定是最經(jīng)濟的;第二是聯(lián)網(wǎng)需求，從點(diǎn)到點(diǎn)演進(jìn)到網(wǎng)狀，可以提升靈活調度能力、業(yè)務(wù)管理能力、可用性和恢復效率;第三，消除電設備的帶寬瓶頸，確保容量的可擴展性;第四是實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的透明性，即與客戶(hù)層信號格式速率解耦;第五是簡(jiǎn)化和加快高速電路的指配和業(yè)務(wù)提供速度，快速實(shí)現任意波長(cháng)的靈活、動(dòng)態(tài)上下路;第六是降低建網(wǎng)費用和運維成本。減少了網(wǎng)元數和光/電轉換器，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )管理規劃和運行;第七，網(wǎng)絡(luò )恢復代價(jià)低，未用容量可作為恢復資源用;第八，ROADM光層調度能耗和占用空間均低50%左右。通過(guò)ROADM光層調度，將使得全光網(wǎng)的實(shí)現速度進(jìn)一步加快。

　　硅光集成技術(shù)助力全光網(wǎng)實(shí)現

　　全光網(wǎng)的關(guān)鍵就是實(shí)現全光節點(diǎn)，而全光節點(diǎn)特征包括三個(gè)。第一是全光，消除了電節點(diǎn)帶來(lái)的容量限制和光電轉換成本。第二是實(shí)現三無(wú)，即無(wú)色、無(wú)方向、無(wú)沖突，具備三無(wú)的波長(cháng)交換和匯聚節點(diǎn)，具有很高的靈活性。第三個(gè)是靈活格柵，根據實(shí)際業(yè)務(wù)帶寬靈活分配信號譜寬，最終形成一個(gè)靈活適應不同傳輸距離和容量的可編程光網(wǎng)。

　　不過(guò)，最終要能夠大規模使用全光網(wǎng)，還需要硅光集成技術(shù)。只有硅光集成可望在成本、功耗和集成度上帶來(lái)根本性的突破，從而在全網(wǎng)范圍推進(jìn)全光網(wǎng)。目前，我國實(shí)現光接入的成本越來(lái)越高，要求越來(lái)越嚴格，而在所有的常規技術(shù)與光技術(shù)中，只有硅光技術(shù)能做到根本性的突破，實(shí)現功耗、成本、集成度上下降2/3，其他技術(shù)沒(méi)有一個(gè)能做到這一點(diǎn)。所以硅光技術(shù)一直被業(yè)界所看好，從運營(yíng)的角度來(lái)說(shuō)，硅光集成技術(shù)一定會(huì )是發(fā)展方向。(本文根據韋樂(lè )平在2016中國通信產(chǎn)業(yè)大會(huì )暨第十一屆中國通信技術(shù)年會(huì )講話(huà)整理，有刪改，標題為編者所加。)