光網(wǎng)絡發(fā)展趨勢預測：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)絡作為網(wǎng)絡基礎設施，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)絡支撐，居家辦公、線上教學、線上辦公等新的場景都有賴于信息網(wǎng)絡提供的有效支撐，我們從信息網(wǎng)絡中的光網(wǎng)絡來看其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

  光網(wǎng)絡支撐了信息社會的發(fā)展

  我國光網(wǎng)絡產(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(zhàn)略目標均提前完成，我國寬帶網(wǎng)絡發(fā)展水平不斷提升。固定接入網(wǎng)絡基本實現(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%，在全球領先，為持續(xù)發(fā)展奠定網(wǎng)絡基礎。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)絡是連接一系列信息基礎設施的高速公路，是支撐整個信息網(wǎng)絡高速運轉(zhuǎn)的重要基礎底座。傳送網(wǎng)要為上層的一系列業(yè)務網(wǎng)絡和應用提供基礎承載的通道，面對信息網(wǎng)絡與5G承載、云網(wǎng)融合和數(shù)據(jù)中心等新型基礎設施建設相關的三重需求，傳送網(wǎng)也在組網(wǎng)架構(gòu)、技術迭代和標準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)絡的發(fā)展提供了良好的支撐。

  光網(wǎng)絡向高速靈活開放協(xié)同發(fā)展

  2021年是“十四五”的開局之年，信息網(wǎng)絡的發(fā)展也在與時俱進，作為其中基礎底座的光網(wǎng)絡依然會圍繞高速率、大容量、靈活高效、開放綠色的方向進一步發(fā)展，在技術發(fā)展和應用部署等多個方面發(fā)展演進。

  1.高速依然是光網(wǎng)絡發(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)相關的標準在ITU-T、IEEE、OIF和國內(nèi)的CCSA都已經(jīng)基本完成，預期將會逐步在區(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)外傳輸設備商和運營商合作不斷推出800G現(xiàn)網(wǎng)試驗，競相驗證800G技術可行性，IEEE、OIF、以太網(wǎng)聯(lián)盟、CCSA等組織已啟動或準備啟動800Gbit/s標準化研究，預計以800Gbit/s為典型的超400Gbit/s速率將是未來幾年產(chǎn)業(yè)界關注的焦點。無論是短距互聯(lián)還是長距傳輸場景，業(yè)界均將關注和推動800Gbit/s速率量級的關鍵技術可行性驗證、標準規(guī)范制定等工作。

  光網(wǎng)絡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(shù)和擴展波段。從擴展波段的角度來看，未來面向120波100Gbit/s或者80波200Gbit/s的C波段擴展(約6THz帶寬)和更多波長通路的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有可能獲得突破，而基于S波段的擴展將會持續(xù)研究，短期內(nèi)不會商用，另外也有可能基于技術創(chuàng)新嘗試擴展更寬的傳輸波段。

  從空分復用的未來應用及發(fā)展來看，由于單通路速率提升、傳輸波段擴展等方式可在一定時期內(nèi)滿足流量傳輸?shù)男枨?，SDM技術距離商用化尚有明顯距離，預計未來5年左右，空分復用SDM仍以試驗研究為重點目標進行開展相關工作，繼續(xù)探索多空間維度復用的傳輸能力極限突破并逐步完善關鍵單元器件的功能性能。

  2.開放解耦是多種業(yè)務的應用需求

  光網(wǎng)絡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)合應用需求，傳送設備開放解耦模式將持續(xù)探索。數(shù)據(jù)中心互聯(lián)應用規(guī)模的逐步增加，會進一步推動光層設備和管控模式的開放解耦應用，而面向?qū)＞€、5G等典型應用時需要進一步推動基于南向接口管控模式的開放解耦應用，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)絡切片，為支撐垂直行業(yè)的業(yè)務提供良好的業(yè)務支撐。承載網(wǎng)絡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)度機制來提供SLA指標保障，包括帶寬、時延和抖動、丟包和可靠性指標，但為了提供端到端的網(wǎng)絡切片，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)合進行網(wǎng)絡切片的跨域?qū)訕俗R方案和端到端網(wǎng)絡切片業(yè)務的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。

  4.靈活低成本是網(wǎng)絡技術的發(fā)展方向

  OTN技術已經(jīng)在網(wǎng)絡中廣泛采用，面向靈活高效的業(yè)務需求有可能又會展現(xiàn)出新的生命力或者是出現(xiàn)更新的技術演進。云化應用下的小顆粒帶寬靈活傳送需求，OTN等技術將增加OSU等新的特性，以滿足小顆粒業(yè)務的承載，相關標準化工作已經(jīng)在國際和國內(nèi)持續(xù)展開，進一步推動OTN技術的加速演進。ROADM近年來已經(jīng)在國內(nèi)多家運營商骨干網(wǎng)絡中部署，其超大容量、低時延和低能耗等特點受到業(yè)界的廣泛關注，更高維度ROADM加速應用未來可期。

  速率、集成度、功耗和成本等關鍵需求推動光傳送技術持續(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(OBO)和共封裝光學(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(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)絡為用戶提供高速寬帶服務

  千兆網(wǎng)絡是接入網(wǎng)絡演進趨勢，是新一代信息通信網(wǎng)絡的重要一環(huán)和“新基建”的重要組成部分，也是各類新型基礎設施的重要基礎支撐。下一步，國家將推動千兆網(wǎng)絡加快發(fā)展。目前XGPON技術已經(jīng)成熟，為千兆網(wǎng)絡的建設奠定了技術方面的基礎。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，通過內(nèi)置計算存儲支持網(wǎng)絡和業(yè)務虛擬化，這些都能更好地滿足高效解耦、新業(yè)務發(fā)展和網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型，而未來千兆接入網(wǎng)絡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)等領域擴展。

  作者：中國信通院 張海懿