2023年光網(wǎng)絡(luò )趨勢：全光運力多維演進(jìn)提升，千兆光網(wǎng)應用持續推進(jìn)

  作者：中國信息通信研究院技術(shù)與標準研究所 趙文玉 張海懿

  ICC訊  伴隨著(zhù)國家“十四五”規劃、《“十四五”數字經(jīng)濟發(fā)展規劃》、《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規劃》等相繼實(shí)施，作為信息基礎設施的關(guān)鍵承載底座，光網(wǎng)絡(luò )承擔著(zhù)用戶(hù)、數據、算力和應用之間信息交互的橋梁連接角色，尤其是隨著(zhù)國家“東數西算”工程的啟動(dòng)，算力及相關(guān)應用日趨豐富，光網(wǎng)絡(luò )高質(zhì)量運力將成為數字經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)數字化轉型升級的重要支撐。

  回顧2022年，多樣傳送技術(shù)協(xié)同創(chuàng )新，網(wǎng)絡(luò )持續面向算力等需求優(yōu)化部署，千兆光網(wǎng)應用逐步提速，目前已涉及國民經(jīng)濟領(lǐng)域約56%的大類(lèi)。展望2023年，光網(wǎng)絡(luò )將圍繞容量提升、品質(zhì)承載、自智開(kāi)放、多維協(xié)同、光子集成等熱點(diǎn)革新演進(jìn)，逐步強化提升全光運力，持續助推千兆光網(wǎng)多樣化落地應用。

  光網(wǎng)絡(luò )容量提升技術(shù)持續革新，典型高速率接口試點(diǎn)逐步啟動(dòng)

  在算力時(shí)代，伴隨著(zhù)諸多新型業(yè)務(wù)和應用的強力驅動(dòng)，信號速率、可用譜寬、復用方式、新型傳輸介質(zhì)等多維容量提升技術(shù)持續革新發(fā)展。

  首先，從接口或通路信號速率提升來(lái)看，接入網(wǎng)10G PON部署規模進(jìn)一步擴大，50G PON技術(shù)標準整體趨于穩定，100G/200G PON技術(shù)方案競爭激烈;傳送網(wǎng)以100G/200G速率為主持續擴容，數據中心內部或外部互聯(lián)400G速率占比預計將顯性提升，同時(shí)800G/1.2T/1.6T等更高速率產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)標準研究協(xié)同推進(jìn)，預計更多國外光通信頭部廠(chǎng)商將發(fā)布1.2T或更高速率相干DSP處理芯片產(chǎn)品或公開(kāi)研制計劃。

  其次，從傳輸可用頻譜來(lái)看，商用C波段逐步擴展為C+L波段成為業(yè)界趨同方案，預計年內實(shí)驗室傳輸性能持續改善，同時(shí)繼續開(kāi)展面向S+C+L波段等更寬頻譜的研究。

  再次，從信號復用方式來(lái)看，空分復用技術(shù)將作為解決傳送容量瓶頸的遠期方案，基于光纖對復用的海纜系統將持續部署擴容，基于模式復用和(或)多芯復用的技術(shù)將繼續深入研究，重點(diǎn)聚焦提升傳輸距離和改善傳輸性能。

  最后，從新型傳輸介質(zhì)來(lái)看，G.654E超低損光纖將成為干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )首選并加強部署，面向空分復用光纖(纜)持續研究，而近年來(lái)興起的空芯光纖，因其具備寬譜、低時(shí)延、低非線(xiàn)性效應、低色散等多重優(yōu)勢，成為業(yè)界焦點(diǎn)，同時(shí)傳輸損耗、拉制工藝等進(jìn)一步優(yōu)化。另外，從技術(shù)和產(chǎn)品成熟度驗證、產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)注度等方面來(lái)看，預計國內運營(yíng)商2023年將啟動(dòng)DP-QPSK 400G長(cháng)距性能、50G PON 雙模共存與對稱(chēng)傳輸能力等高速系統的現網(wǎng)試驗驗證工作，進(jìn)一步驗證典型高速率接口產(chǎn)品成熟度并為商用部署奠定基礎。

  算力時(shí)代應用驅動(dòng)光網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)，品質(zhì)化傳送和接入亮點(diǎn)紛呈

  算力時(shí)代的典型應用類(lèi)型包括超算和大數據、實(shí)時(shí)采集決策、AI機器視覺(jué)、AR/VR和視頻渲染、工業(yè)控制等，基本承載需求聚焦在大寬帶、低時(shí)延/低抖動(dòng)、高可靠、低能耗等多個(gè)維度。作為承載網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵底座，光網(wǎng)絡(luò )圍繞全光組網(wǎng)、OSU小顆粒承載、P2MP傳送、FTTR等熱點(diǎn)持續革新演進(jìn)，提升傳送和接入承載服務(wù)品質(zhì)。

  首先，面向“東數西算”等應用需求，以ROADM/OXC技術(shù)為核心的全光網(wǎng)絡(luò )規模進(jìn)一步擴大，結合光纖拓撲路由規劃優(yōu)化等措施，進(jìn)一步支持超大帶寬、低時(shí)延應用并顯著(zhù)降低能耗。

  其次，OTN/WDM應用持續向城域邊緣側下沉，基于OSU的小顆粒技術(shù)研究持續推動(dòng)，年內OSU技術(shù)方案和國內外標準內容有望達成共識。

  再次，隨著(zhù)相干技術(shù)成熟應用，近年來(lái)聚焦低時(shí)延、低能耗和低成本的點(diǎn)到多點(diǎn)相干光學(xué)技術(shù)方案(P2MP)引起業(yè)界關(guān)注，應用場(chǎng)景分析、技術(shù)局限性評估、標準化研究等工作年內仍將延續。

  最后，FTTR助力全光網(wǎng)絡(luò )進(jìn)一步向用戶(hù)側延伸，通過(guò)光無(wú)線(xiàn)協(xié)同、低時(shí)延、鏈路管理和無(wú)縫切換等關(guān)鍵技術(shù)，提升面向算網(wǎng)服務(wù)的端到端體驗，預計年內的實(shí)際部署規模將顯性增加。

  自智開(kāi)放與多維協(xié)同持續推進(jìn)，智能化分級與測評多方開(kāi)展

  隨著(zhù)AI技術(shù)與應用的發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò )結合AI逐步提升自智化能力成為目前業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)，同時(shí)數據中心互聯(lián)、邊緣側靈活接入等應用逐步推動(dòng)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放解耦，面向算力應用的差異化需求推動(dòng)IP和光、傳送和接入、光電交叉、光和Wi-Fi等多維協(xié)同發(fā)展。

  首先，在自智和管控方面，重點(diǎn)聚焦網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)和應用智能化、運維智能化等方面，關(guān)注熱點(diǎn)側重網(wǎng)絡(luò )智能化分級及其對應能力的提升，輔助支撐的數字孿生和大數據分析、小顆粒業(yè)務(wù)控制協(xié)議等標準化工作逐步啟動(dòng)。

  其次，在開(kāi)放解耦方面，面向DCI和傳送接入層等場(chǎng)景將持續推動(dòng)部署應用，城域核心匯聚、干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等應用場(chǎng)景因涉及因素較多，尚待分析評估。

  最后，在多維協(xié)同方面，IP和光在協(xié)同組網(wǎng)、面向算力應用的網(wǎng)絡(luò )資源信息協(xié)同感知、IP over WDM應用探索等成為關(guān)注點(diǎn)，傳送與接入端到端協(xié)同組網(wǎng)進(jìn)一步實(shí)踐，全光交叉和OTN電交叉按需協(xié)同組網(wǎng)，FTTR和WiFi協(xié)同提升寬帶速率和應用質(zhì)量。另外，從推動(dòng)網(wǎng)絡(luò )自智能力提升的產(chǎn)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)看，預計年內除運營(yíng)商繼續開(kāi)展傳送和接入網(wǎng)絡(luò )智能化分級及評估工作之外，CCSA TC610也將繼續開(kāi)展傳送和接入網(wǎng)絡(luò )智能化分級的規范制定及評估工作，IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載工作組也將面向5G承載的數字孿生網(wǎng)絡(luò )需求和應用方案研究等，多方協(xié)同推動(dòng)光網(wǎng)絡(luò )智能化組網(wǎng)和應用水平的提升。

  光模塊集成形態(tài)或將共存競爭，硅光技術(shù)發(fā)展前景持續看好

  隨著(zhù)數據接口速率和交換容量的提升，更高集成度和更低能耗等成為光通信基礎單元光模塊的發(fā)展需求，尤其在典型的數據中心應用場(chǎng)景，當交換機容量達到51.2Tbit/s及以上時(shí)，800Gbit/s及以上速率的光模塊的集成形態(tài)或將面臨可插拔和光電合封(CPO)兩種集成形態(tài)的共存性競爭，預計年內除Intel、Broadcom、Ranovus等公司持續更新已有CPO產(chǎn)品及方案，并可能推出新型產(chǎn)品模型之外，其他硅光技術(shù)公司也將積極跟進(jìn)研發(fā)或高度關(guān)注。

  另外，在以光模塊應用為主的光子集成技術(shù)方面，硅光將與III-V族半導體集成技術(shù)并存發(fā)展，鑒于硅光技術(shù)具備高集成度、高速率，以及與現有COMS工藝兼容性好等特性，硅光已在中短距可插拔光模塊中逐步應用，并成為CPO集成形態(tài)首推探索方案，業(yè)界看好硅光技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，其在光計算等領(lǐng)域的應用探索也將同步開(kāi)展。

  為推進(jìn)國內硅光技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，中國信通院聯(lián)合上海新微、中科光芯、中興光電子等單位，基于專(zhuān)項支持構建了面向5G的光電子芯片與器件技術(shù)公共服務(wù)平臺，主要開(kāi)展硅光、III-V族激光器等基礎工藝和檢測驗證等共性技術(shù)研究并提供公共服務(wù)。

  綜上所述，隨著(zhù)諸多新型寬帶業(yè)務(wù)和應用的驅動(dòng)，作為信息基礎設施的關(guān)鍵承載底座，光網(wǎng)絡(luò )預計2023年發(fā)展勢頭良好，并圍繞容量提升、品質(zhì)承載、自智開(kāi)放、多維協(xié)同、光子集成等維度持續革新演進(jìn)，逐步提升全光運力品質(zhì)，助力推進(jìn)千兆光網(wǎng)千行百業(yè)差異化應用。同時(shí)，中國信通院將支撐舉辦第二屆“光華杯”千兆光網(wǎng)應用創(chuàng )新大賽，協(xié)同業(yè)界聚力推進(jìn)“追光計劃”，積極打造光網(wǎng)絡(luò )多樣化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應用生態(tài)，助力數字經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。