光網(wǎng)絡(luò )發(fā)展趨勢預測：高速靈活開(kāi)放協(xié)同，未來(lái)可期

  2020年是不平凡的一年，新冠肺炎疫情給社會(huì )帶來(lái)了很大改變，在抗疫過(guò)程中各種信息通信手段起到了很大作用。信息網(wǎng)絡(luò )作為網(wǎng)絡(luò )基礎設施，也在2020年經(jīng)受住了巨大的考驗，為廣大人民的生產(chǎn)生活提供了必要的網(wǎng)絡(luò )支撐，居家辦公、線(xiàn)上教學(xué)、線(xiàn)上辦公等新的場(chǎng)景都有賴(lài)于信息網(wǎng)絡(luò )提供的有效支撐，我們從信息網(wǎng)絡(luò )中的光網(wǎng)絡(luò )來(lái)看其現狀和發(fā)展趨勢。

  光網(wǎng)絡(luò )支撐了信息社會(huì )的發(fā)展

  我國光網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)業(yè)取得巨大的成果與國家多年來(lái)的長(cháng)期戰略部署是分不開(kāi)的，“寬帶中國”戰略從2013年公布以來(lái)，設置了2013年、2015年和2020年應達到的量化目標，截至2020年第三季度，“寬帶中國”戰略目標均提前完成，我國寬帶網(wǎng)絡(luò )發(fā)展水平不斷提升。固定接入網(wǎng)絡(luò )基本實(shí)現“全光化”，FTTH覆蓋城鄉絕大部分家庭，所有城市均建成“光網(wǎng)城市”，光纖寬帶接入端口占比92.5%，在全球領(lǐng)先，為持續發(fā)展奠定網(wǎng)絡(luò )基礎。FTTH接入用戶(hù)滲透率超過(guò)93%，位居全球前列，其中百兆以上用戶(hù)滲透率達到88.2%，根據寬帶發(fā)展聯(lián)盟監測數據，截至2020年第三季度，我國寬帶用戶(hù)接入速率平均已超過(guò)187Mbit/s，發(fā)展水平處于全球前列。

  固定接入網(wǎng)的水平提高保障了千家萬(wàn)戶(hù)能夠享受到的寬帶水平和能力，而傳送網(wǎng)作為物理層的承載網(wǎng)絡(luò )是連接一系列信息基礎設施的高速公路，是支撐整個(gè)信息網(wǎng)絡(luò )高速運轉的重要基礎底座。傳送網(wǎng)要為上層的一系列業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )和應用提供基礎承載的通道，面對信息網(wǎng)絡(luò )與5G承載、云網(wǎng)融合和數據中心等新型基礎設施建設相關(guān)的三重需求，傳送網(wǎng)也在組網(wǎng)架構、技術(shù)迭代和標準研究等方面開(kāi)展了一系列研究，面向5G承載提供了有效的回傳和前傳方案，圍繞云網(wǎng)融合的入云和云間專(zhuān)線(xiàn)提供高品質(zhì)的解決方案，針對數據中心互聯(lián)推出低成本綠色的解決方案，有效地為信息網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展提供了良好的支撐。

  光網(wǎng)絡(luò )向高速靈活開(kāi)放協(xié)同發(fā)展

  2021年是“十四五”的開(kāi)局之年，信息網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展也在與時(shí)俱進(jìn)，作為其中基礎底座的光網(wǎng)絡(luò )依然會(huì )圍繞高速率、大容量、靈活高效、開(kāi)放綠色的方向進(jìn)一步發(fā)展，在技術(shù)發(fā)展和應用部署等多個(gè)方面發(fā)展演進(jìn)。

  1.高速依然是光網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的主旋律

  目前100Gbit/s是干線(xiàn)和城域網(wǎng)等的主流傳輸速率，200Gbit/s部署也已經(jīng)開(kāi)展了初步的規模部署，基于單通路400Gbit/s的WDM系統相關(guān)的標準在ITU-T、IEEE、OIF和國內的CCSA都已經(jīng)基本完成，預期將會(huì )逐步在區域干線(xiàn)、城域、數據中心互聯(lián)等場(chǎng)景規模商用，與100Gbit/s、200Gbit/s速率系統共同解決長(cháng)距傳輸的問(wèn)題。面向超400Gbit/s的更高傳輸速率的發(fā)展也存在600Gbit/s、800Gbit/s和1.2Tbit/s等多個(gè)可選的速率。從目前的發(fā)展來(lái)看，業(yè)界對于800Gbit/s的發(fā)展呈現出特別的興趣，華為、中興通訊、Ciena、Infinera等國內外傳輸設備商和運營(yíng)商合作不斷推出800G現網(wǎng)試驗，競相驗證800G技術(shù)可行性，IEEE、OIF、以太網(wǎng)聯(lián)盟、CCSA等組織已啟動(dòng)或準備啟動(dòng)800Gbit/s標準化研究，預計以800Gbit/s為典型的超400Gbit/s速率將是未來(lái)幾年產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。無(wú)論是短距互聯(lián)還是長(cháng)距傳輸場(chǎng)景，業(yè)界均將關(guān)注和推動(dòng)800Gbit/s速率量級的關(guān)鍵技術(shù)可行性驗證、標準規范制定等工作。

  光網(wǎng)絡(luò )擴充傳輸容量的方式不僅包括單通路速率的提升，還可以采用WDM的方式擴展通路數和擴展波段。從擴展波段的角度來(lái)看，未來(lái)面向120波100Gbit/s或者80波200Gbit/s的C波段擴展(約6THz帶寬)和更多波長(cháng)通路的C+L波段擴展(約9.6THz帶寬)將逐漸在器件功能特性逐步完善、標準制定完善的支撐下步入商用，O波段大容量傳輸未來(lái)有可能獲得突破，而基于S波段的擴展將會(huì )持續研究，短期內不會(huì )商用，另外也有可能基于技術(shù)創(chuàng )新嘗試擴展更寬的傳輸波段。

  從空分復用的未來(lái)應用及發(fā)展來(lái)看，由于單通路速率提升、傳輸波段擴展等方式可在一定時(shí)期內滿(mǎn)足流量傳輸的需求，SDM技術(shù)距離商用化尚有明顯距離，預計未來(lái)5年左右，空分復用SDM仍以試驗研究為重點(diǎn)目標進(jìn)行開(kāi)展相關(guān)工作，繼續探索多空間維度復用的傳輸能力極限突破并逐步完善關(guān)鍵單元器件的功能性能。

  2.開(kāi)放解耦是多種業(yè)務(wù)的應用需求

  光網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)放解耦包括硬件的通用化以及控制平面和數據平面的解耦等，結合應用需求，傳送設備開(kāi)放解耦模式將持續探索。數據中心互聯(lián)應用規模的逐步增加，會(huì )進(jìn)一步推動(dòng)光層設備和管控模式的開(kāi)放解耦應用，而面向專(zhuān)線(xiàn)、5G等典型應用時(shí)需要進(jìn)一步推動(dòng)基于南向接口管控模式的開(kāi)放解耦應用，DCI和傳送網(wǎng)接入層未來(lái)規模引入開(kāi)放解耦組網(wǎng)趨勢明顯。

  3.高效協(xié)同是網(wǎng)絡(luò )融合發(fā)展的趨勢

  隨著(zhù)5G、云網(wǎng)融合等的規模部署和發(fā)展，5G的一個(gè)非常典型的功能就是能夠提供網(wǎng)絡(luò )切片，為支撐垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)提供良好的業(yè)務(wù)支撐。承載網(wǎng)絡(luò )可以通過(guò)專(zhuān)用或共享的硬隔離通道資源、軟隔離隧道資源，及其內部的QoS優(yōu)先級調度機制來(lái)提供SLA指標保障，包括帶寬、時(shí)延和抖動(dòng)、丟包和可靠性指標，但為了提供端到端的網(wǎng)絡(luò )切片，多專(zhuān)業(yè)的協(xié)同就非常必要。這需要無(wú)線(xiàn)、承載和核心網(wǎng)等多專(zhuān)業(yè)聯(lián)合進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )切片的跨域對接標識方案和端到端網(wǎng)絡(luò )切片業(yè)務(wù)的SLA保障方案等的研究和協(xié)同開(kāi)展工作。面向云網(wǎng)融合等應用需求，通過(guò)云網(wǎng)之間的跨專(zhuān)業(yè)協(xié)同管控來(lái)為用戶(hù)提供便捷友好的服務(wù)。

  4.靈活低成本是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展方向

  OTN技術(shù)已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò )中廣泛采用，面向靈活高效的業(yè)務(wù)需求有可能又會(huì )展現出新的生命力或者是出現更新的技術(shù)演進(jìn)。云化應用下的小顆粒帶寬靈活傳送需求，OTN等技術(shù)將增加OSU等新的特性，以滿(mǎn)足小顆粒業(yè)務(wù)的承載，相關(guān)標準化工作已經(jīng)在國際和國內持續展開(kāi)，進(jìn)一步推動(dòng)OTN技術(shù)的加速演進(jìn)。ROADM近年來(lái)已經(jīng)在國內多家運營(yíng)商骨干網(wǎng)絡(luò )中部署，其超大容量、低時(shí)延和低能耗等特點(diǎn)受到業(yè)界的廣泛關(guān)注，更高維度ROADM加速應用未來(lái)可期。

  速率、集成度、功耗和成本等關(guān)鍵需求推動(dòng)光傳送技術(shù)持續革新，光子或光電混合集成需求明顯，模塊的封裝以可插拔形式為主，具備小尺寸、低功耗優(yōu)勢，相關(guān)規范由CFP、SFF、NGSFP、QSFP-DD、OSFP等多源協(xié)議組織(MSA)討論制定;部分高性能領(lǐng)域仍采用不可插拔形式。隨著(zhù)數據中心內部流量快速增長(cháng)，交換機容量、端口密度及速率、功耗等均面臨挑戰，集成化的板上光學(xué)(OBO)和共封裝光學(xué)(CPO)成為光模塊封裝的重要發(fā)展方向。預計在800Gbit/s及以下速率，傳統可插拔形式仍將是光模塊封裝的優(yōu)先選項，在800Gbit/s及以上速率的短距模塊，OBO/CPO等片上集成或光電混合集成趨勢明顯。

  5.千兆網(wǎng)絡(luò )為用戶(hù)提供高速寬帶服務(wù)

  千兆網(wǎng)絡(luò )是接入網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)趨勢，是新一代信息通信網(wǎng)絡(luò )的重要一環(huán)和“新基建”的重要組成部分，也是各類(lèi)新型基礎設施的重要基礎支撐。下一步，國家將推動(dòng)千兆網(wǎng)絡(luò )加快發(fā)展。目前XGPON技術(shù)已經(jīng)成熟，為千兆網(wǎng)絡(luò )的建設奠定了技術(shù)方面的基礎。接入網(wǎng)云化也是未來(lái)的發(fā)展趨勢，基于廣義SDN概念構建新一代接入網(wǎng)架構，OLT功能模塊分解重構奠定接入網(wǎng)云化基礎，通過(guò)內置計算存儲支持網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)虛擬化，這些都能更好地滿(mǎn)足高效解耦、新業(yè)務(wù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò )轉型，而未來(lái)千兆接入網(wǎng)絡(luò )逐步從家庭寬帶接入向智慧園區、智慧城市、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域擴展。

  作者：中國信通院 張海懿