光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢預(yù)測：高速靈活開放協(xié)同，未來可期

  2020年是不平凡的一年，新冠肺炎疫情給社會帶來了很大改變，在抗疫過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(chǔ)設(shè)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、線上教學(xué)、線上辦公等新的場景都有賴于信息網(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)來看其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

  光網(wǎng)絡(luò)支撐了信息社會的發(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的長期戰(zhàn)略部署是分不開的，“寬帶中國”戰(zhàn)略從2013年公布以來，設(shè)置了2013年、2015年和2020年應(yīng)達(dá)到的量化目標(biāo)，截至2020年第三季度，“寬帶中國”戰(zhàn)略目標(biāo)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)基本實現(xiàn)“全光化”，F(xiàn)TTH覆蓋城鄉(xiāng)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(xù)發(fā)展奠定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。FTTH接入用戶滲透率超過93%，位居全球前列，其中百兆以上用戶滲透率達(dá)到88.2%，根據(jù)寬帶發(fā)展聯(lián)盟監(jiān)測數(shù)據(jù)，截至2020年第三季度，我國寬帶用戶接入速率平均已超過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戶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(chǔ)設(shè)施的高速公路，是支撐整個信息網(wǎng)絡(luò)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)底座。傳送網(wǎng)要為上層的一系列業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用提供基礎(chǔ)承載的通道，面對信息網(wǎng)絡(luò)與5G承載、云網(wǎng)融合和數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相關(guān)的三重需求，傳送網(wǎng)也在組網(wǎng)架構(gòu)、技術(shù)迭代和標(biāo)準(zhǔn)研究等方面開展了一系列研究，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線提供高品質(zhì)的解決方案，針對數(shù)據(jù)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)向高速靈活開放協(xié)同發(fā)展

  2021年是“十四五”的開局之年，信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也在與時俱進(jìn)，作為其中基礎(chǔ)底座的光網(wǎng)絡(luò)依然會圍繞高速率、大容量、靈活高效、開放綠色的方向進(jìn)一步發(fā)展，在技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用部署等多個方面發(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是干線和城域網(wǎng)等的主流傳輸速率，200Gbit/s部署也已經(jīng)開展了初步的規(guī)模部署，基于單通路400Gbit/s的WDM系統(tǒng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)在ITU-T、IEEE、OIF和國內(nèi)的CCSA都已經(jīng)基本完成，預(yù)期將會逐步在區(qū)域干線、城域、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等場景規(guī)模商用，與100Gbit/s、200Gbit/s速率系統(tǒng)共同解決長距傳輸?shù)膯栴}。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等多個可選的速率。從目前的發(fā)展來看，業(yè)界對于800Gbit/s的發(fā)展呈現(xiàn)出特別的興趣，華為、中興通訊、Ciena、Infinera等國內(nèi)外傳輸設(shè)備商和運(yùn)營商合作不斷推出800G現(xiàn)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等組織已啟動或準(zhǔn)備啟動800Gbit/s標(biāo)準(zhǔn)化研究，預(yù)計以800Gbit/s為典型的超400Gbit/s速率將是未來幾年產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點。無論是短距互聯(lián)還是長距傳輸場景，業(yè)界均將關(guān)注和推動800Gbit/s速率量級的關(guān)鍵技術(shù)可行性驗證、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定等工作。

  光網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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(kuò)展通路數(shù)和擴(kuò)展波段。從擴(kuò)展波段的角度來看，未來面向120波100Gbit/s或者80波200Gbit/s的C波段擴(kuò)展(約6THz帶寬)和更多波長通路的C+L波段擴(kuò)展(約9.6THz帶寬)將逐漸在器件功能特性逐步完善、標(biāo)準(zhǔn)制定完善的支撐下步入商用，O波段大容量傳輸未來有可能獲得突破，而基于S波段的擴(kuò)展將會持續(xù)研究，短期內(nèi)不會商用，另外也有可能基于技術(shù)創(chuàng)新嘗試擴(kuò)展更寬的傳輸波段。

  從空分復(fù)用的未來應(yīng)用及發(fā)展來看，由于單通路速率提升、傳輸波段擴(kuò)展等方式可在一定時期內(nèi)滿足流量傳輸?shù)男枨?，SDM技術(shù)距離商用化尚有明顯距離，預(yù)計未來5年左右，空分復(fù)用SDM仍以試驗研究為重點目標(biāo)進(jìn)行開展相關(guān)工作，繼續(xù)探索多空間維度復(fù)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.開放解耦是多種業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求

  光網(wǎng)絡(luò)的開放解耦包括硬件的通用化以及控制平面和數(shù)據(jù)平面的解耦等，結(jié)合應(yīng)用需求，傳送設(shè)備開放解耦模式將持續(xù)探索。數(shù)據(jù)中心互聯(lián)應(yīng)用規(guī)模的逐步增加，會進(jìn)一步推動光層設(shè)備和管控模式的開放解耦應(yīng)用，而面向?qū)＞€、5G等典型應(yīng)用時需要進(jìn)一步推動基于南向接口管控模式的開放解耦應(yīng)用，DCI和傳送網(wǎng)接入層未來規(guī)模引入開放解耦組網(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5G、云網(wǎng)融合等的規(guī)模部署和發(fā)展，5G的一個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)可以通過專用或共享的硬隔離通道資源、軟隔離隧道資源，及其內(nèi)部的QoS優(yōu)先級調(diào)度機(jī)制來提供SLA指標(biāo)保障，包括帶寬、時延和抖動、丟包和可靠性指標(biāo)，但為了提供端到端的網(wǎng)絡(luò)切片，多專業(yè)的協(xié)同就非常必要。這需要無線、承載和核心網(wǎng)等多專業(yè)聯(lián)合進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片的跨域?qū)訕?biāo)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)同開展工作。面向云網(wǎng)融合等應(yīng)用需求，通過云網(wǎng)之間的跨專業(yè)協(xié)同管控來為用戶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)需求有可能又會展現(xiàn)出新的生命力或者是出現(xiàn)更新的技術(shù)演進(jìn)。云化應(yīng)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，以滿足小顆粒業(yè)務(wù)的承載，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)在國際和國內(nèi)持續(xù)展開，進(jìn)一步推動OTN技術(shù)的加速演進(jìn)。ROADM近年來已經(jīng)在國內(nèi)多家運(yùn)營商骨干網(wǎng)絡(luò)中部署，其超大容量、低時延和低能耗等特點受到業(yè)界的廣泛關(guān)注，更高維度ROADM加速應(yīng)用未來可期。

  速率、集成度、功耗和成本等關(guān)鍵需求推動光傳送技術(shù)持續(xù)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(guī)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。隨著數(shù)據(jù)中心內(nèi)部流量快速增長，交換機(jī)容量、端口密度及速率、功耗等均面臨挑戰(zhàn)，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(yù)計在800Gbit/s及以下速率，傳統(tǒng)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，也是各類新型基礎(chǔ)設(shè)施的重要基礎(chǔ)支撐。下一步，國家將推動千兆網(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(shè)奠定了技術(shù)方面的基礎(chǔ)。接入網(wǎng)云化也是未來的發(fā)展趨勢，基于廣義SDN概念構(gòu)建新一代接入網(wǎng)架構(gòu)，OLT功能模塊分解重構(gòu)奠定接入網(wǎng)云化基礎(chǔ)，通過內(nèi)置計算存儲支持網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)虛擬化，這些都能更好地滿足高效解耦、新業(yè)務(wù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，而未來千兆接入網(wǎng)絡(luò)逐步從家庭寬帶接入向智慧園區(qū)、智慧城市、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域擴(kuò)展。

  作者：中國信通院 張海懿