2023年光網(wǎng)絡(luò)趨勢：全光運力多維演進提升，千兆光網(wǎng)應(yīng)用持續(xù)推進

  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  伴隨著國家“十四五”規(guī)劃、《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》、《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等相繼實施，作為信息基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵承載底座，光網(wǎng)絡(luò)承擔著用戶、數(shù)據(jù)、算力和應(yīng)用之間信息交互的橋梁連接角色，尤其是隨著國家“東數(shù)西算”工程的啟動，算力及相關(guān)應(yīng)用日趨豐富，光網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量運力將成為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)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(xù)面向算力等需求優(yōu)化部署，千兆光網(wǎng)應(yīng)用逐步提速，目前已涉及國民經(jīng)濟領(lǐng)域約56%的大類。展望2023年，光網(wǎng)絡(luò)將圍繞容量提升、品質(zhì)承載、自智開放、多維協(xié)同、光子集成等熱點革新演進，逐步強化提升全光運力，持續(xù)助推千兆光網(wǎng)多樣化落地應(yīng)用。

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

  在算力時代，伴隨著諸多新型業(yè)務(wù)和應(yīng)用的強力驅(qū)動，信號速率、可用譜寬、復(fù)用方式、新型傳輸介質(zhì)等多維容量提升技術(shù)持續(xù)革新發(fā)展。

  首先，從接口或通路信號速率提升來看，接入網(wǎng)10G PON部署規(guī)模進一步擴大，50G PON技術(shù)標準整體趨于穩(wěn)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(xù)擴容，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部或外部互聯(lián)400G速率占比預(yù)計將顯性提升，同時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，預(yù)計更多國外光通信頭部廠商將發(fā)布1.2T或更高速率相干DSP處理芯片產(chǎn)品或公開研制計劃。

  其次，從傳輸可用頻譜來看，商用C波段逐步擴展為C+L波段成為業(yè)界趨同方案，預(yù)計年內(nèi)實驗室傳輸性能持續(xù)改善，同時繼續(xù)開展面向S+C+L波段等更寬頻譜的研究。

  再次，從信號復(fù)用方式來看，空分復(fù)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(fù)用的海纜系統(tǒng)將持續(xù)部署擴容，基于模式復(fù)用和(或)多芯復(fù)用的技術(shù)將繼續(xù)深入研究，重點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)來看，G.654E超低損光纖將成為干線網(wǎng)絡(luò)首選并加強部署，面向空分復(fù)用光纖(纜)持續(xù)研究，而近年來興起的空芯光纖，因其具備寬譜、低時延、低非線性效應(yīng)、低色散等多重優(yōu)勢，成為業(yè)界焦點，同時傳輸損耗、拉制工藝等進一步優(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)注度等方面來看，預(yù)計國內(nèi)運營商2023年將啟動DP-QPSK 400G長距性能、50G PON 雙模共存與對稱傳輸能力等高速系統(tǒng)的現(xiàn)網(wǎng)試驗驗證工作，進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(chǔ)。

  算力時代應(yīng)用驅(qū)動光網(wǎng)絡(luò)演進，品質(zhì)化傳送和接入亮點紛呈

  算力時代的典型應(yīng)用類型包括超算和大數(shù)據(jù)、實時采集決策、AI機器視覺、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、低時延/低抖動、高可靠、低能耗等多個維度。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等熱點持續(xù)革新演進，提升傳送和接入承載服務(wù)品質(zhì)。

  首先，面向“東數(shù)西算”等應(yīng)用需求，以ROADM/OXC技術(shù)為核心的全光網(wǎng)絡(luò)規(guī)模進一步擴大，結(jié)合光纖拓撲路由規(guī)劃優(yōu)化等措施，進一步支持超大帶寬、低時延應(yīng)用并顯著降低能耗。

  其次，OTN/WDM應(yīng)用持續(xù)向城域邊緣側(cè)下沉，基于OSU的小顆粒技術(shù)研究持續(xù)推動，年內(nèi)OSU技術(shù)方案和國內(nèi)外標準內(nèi)容有望達成共識。

  再次，隨著相干技術(shù)成熟應(yīng)用，近年來聚焦低時延、低能耗和低成本的點到多點相干光學技術(shù)方案(P2MP)引起業(yè)界關(guān)注，應(yīng)用場景分析、技術(shù)局限性評估、標準化研究等工作年內(nèi)仍將延續(xù)。

  最后，F(xiàn)TTR助力全光網(wǎng)絡(luò)進一步向用戶側(cè)延伸，通過光無線協(xié)同、低時延、鏈路管理和無縫切換等關(guān)鍵技術(shù)，提升面向算網(wǎng)服務(wù)的端到端體驗，預(yù)計年內(nèi)的實際部署規(guī)模將顯性增加。

  自智開放與多維協(xié)同持續(xù)推進，智能化分級與測評多方開展

  隨著AI技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)結(jié)合AI逐步提升自智化能力成為目前業(yè)界關(guān)注的熱點，同時數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、邊緣側(cè)靈活接入等應(yīng)用逐步推動網(wǎng)絡(luò)開放解耦，面向算力應(yīng)用的差異化需求推動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，重點聚焦網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和應(yīng)用智能化、運維智能化等方面，關(guān)注熱點側(cè)重網(wǎng)絡(luò)智能化分級及其對應(yīng)能力的提升，輔助支撐的數(shù)字孿生和大數(shù)據(jù)分析、小顆粒業(yè)務(wù)控制協(xié)議等標準化工作逐步啟動。

  其次，在開放解耦方面，面向DCI和傳送接入層等場景將持續(xù)推動部署應(yīng)用，城域核心匯聚、干線網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用場景因涉及因素較多，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(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)資源信息協(xié)同感知、IP over WDM應(yīng)用探索等成為關(guān)注點，傳送與接入端到端協(xié)同組網(wǎng)進一步實踐，全光交叉和OTN電交叉按需協(xié)同組網(wǎng)，F(xiàn)TTR和WiFi協(xié)同提升寬帶速率和應(yīng)用質(zhì)量。另外，從推動網(wǎng)絡(luò)自智能力提升的產(chǎn)業(yè)實踐活動看，預(yù)計年內(nèi)除運營商繼續(xù)開展傳送和接入網(wǎng)絡(luò)智能化分級及評估工作之外，CCSA TC610也將繼續(xù)開展傳送和接入網(wǎng)絡(luò)智能化分級的規(guī)范制定及評估工作，IMT-2020(5G)推進組5G承載工作組也將面向5G承載的數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)需求和應(yīng)用方案研究等，多方協(xié)同推動光網(wǎng)絡(luò)智能化組網(wǎng)和應(yīng)用水平的提升。

  光模塊集成形態(tài)或?qū)⒐泊娓偁?，硅光技術(shù)發(fā)展前景持續(xù)看好

  隨著數(shù)據(jù)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(chǔ)單元光模塊的發(fā)展需求，尤其在典型的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場景，當交換機容量達到51.2Tbit/s及以上時，800Gbit/s及以上速率的光模塊的集成形態(tài)或?qū)⒚媾R可插拔和光電合封(CPO)兩種集成形態(tài)的共存性競爭，預(yù)計年內(nèi)除Intel、Broadcom、Ranovus等公司持續(xù)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)公司也將積極跟進研發(fā)或高度關(guān)注。

  另外，在以光模塊應(yīng)用為主的光子集成技術(shù)方面，硅光將與III-V族半導(dǎo)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(xiàn)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(yīng)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)的未來發(fā)展，其在光計算等領(lǐng)域的應(yīng)用探索也將同步開展。

  為推進國內(nèi)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，基于專項支持構(gòu)建了面向5G的光電子芯片與器件技術(shù)公共服務(wù)平臺，主要開展硅光、III-V族激光器等基礎(chǔ)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，隨著諸多新型寬帶業(yè)務(wù)和應(yīng)用的驅(qū)動，作為信息基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵承載底座，光網(wǎng)絡(luò)預(yù)計2023年發(fā)展勢頭良好，并圍繞容量提升、品質(zhì)承載、自智開放、多維協(xié)同、光子集成等維度持續(xù)革新演進，逐步提升全光運力品質(zhì)，助力推進千兆光網(wǎng)千行百業(yè)差異化應(yīng)用。同時，中國信通院將支撐舉辦第二屆“光華杯”千兆光網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽，協(xié)同業(yè)界聚力推進“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(yīng)用生態(tài)，助力數(shù)字經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。