2月23日，在中國(guó)光電博覽會(huì)主辦的“全光城市研討會(huì)”上，中國(guó)移動(dòng)研究院基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所副所長(zhǎng)張德朝發(fā)表了“基于OXC的光電聯(lián)動(dòng)型全光網(wǎng)賦能智慧城市”主題演講，分享了全光網(wǎng)絡(luò)賦能智慧城市的實(shí)踐應(yīng)用與思考。
專家介紹
張德朝
中國(guó)移動(dòng)研究院基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所副所長(zhǎng)
長(zhǎng)期從事OTN/WDM骨干傳送、PTN/SPN城域傳送、有線寬帶接入、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、時(shí)間同步等領(lǐng)域研究工作，有豐富的光通信從業(yè)經(jīng)驗(yàn)。擔(dān)任多項(xiàng)ITU-T標(biāo)準(zhǔn)編輯人，發(fā)表論文20余篇，多次獲得中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)、CCSA科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)、中國(guó)通信學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)等省部級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)。
01、數(shù)字化轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)催生新型全光網(wǎng)
全光網(wǎng)絡(luò)深入應(yīng)用于行業(yè)，推動(dòng)千行百業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。作為承載業(yè)務(wù)的基石，光網(wǎng)絡(luò)賦能智慧城市。隨著CHBN全業(yè)務(wù)高質(zhì)量發(fā)展，智慧城市對(duì)光網(wǎng)絡(luò)提出了更高要求。在算力網(wǎng)絡(luò)、5G+垂直行業(yè)、政企專線等新業(yè)務(wù)場(chǎng)景，光網(wǎng)絡(luò)主要面臨著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、傳輸能力和業(yè)務(wù)承載能力三個(gè)方面的挑戰(zhàn)。
?網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
帶寬增長(zhǎng)、靈活組網(wǎng)催生大顆粒光層波長(zhǎng)調(diào)度、電層小顆粒調(diào)度需求。此外，算力網(wǎng)絡(luò)提出了低時(shí)延、業(yè)務(wù)感知等新需求，需要構(gòu)建新一代基于OXC的光電聯(lián)動(dòng)型全光網(wǎng)。
?傳輸能力
網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點(diǎn)容量需求已達(dá)到520T，單方向帶寬需求已達(dá)到134T，單個(gè)OTN設(shè)備交叉能力已達(dá)到64T。這要求網(wǎng)絡(luò)在光層節(jié)點(diǎn)引入OXC技術(shù)，在線路側(cè)實(shí)現(xiàn)400G和800G高速傳輸。
?業(yè)務(wù)承載能力
面向高價(jià)值、多顆粒度專線需求，ODU0帶寬利用率不足，需要引入OSU高效承載小顆粒業(yè)務(wù)。同時(shí)，OTN設(shè)備部署位置正在逐步下沉，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的開放靈活性提出了更高的要求，需要在轉(zhuǎn)發(fā)面和管控面實(shí)現(xiàn)CPE OTN解耦。
目前中國(guó)移動(dòng)已建成全球最大的100G OTN網(wǎng)絡(luò)，部分區(qū)域部署200G。OTN傳送網(wǎng)應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)，驅(qū)動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)變革。張德朝表示，我們將立足網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力提升，圍繞優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、提升網(wǎng)絡(luò)帶寬、實(shí)現(xiàn)靈活開放組網(wǎng)，構(gòu)建新一代基于OXC的光電聯(lián)動(dòng)型全光網(wǎng)。
02、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提升OXC容量和性能
基于OXC的新型光電聯(lián)動(dòng)型全光網(wǎng)具有三大技術(shù)特征，第一是組大網(wǎng)能力，具備長(zhǎng)距離、大容量的400G/800G傳輸技術(shù)，以及具有靈活調(diào)度能力的集成式光交叉OXC；第二是光電聯(lián)動(dòng)，在光層制定OAM機(jī)制來(lái)拉通光電管控，同時(shí)電層多顆粒度調(diào)度和光層波長(zhǎng)級(jí)調(diào)度協(xié)同；第三是智能管控，基于SOTN集中式管控系統(tǒng)做進(jìn)一步延伸，對(duì)光電協(xié)同和資源配置進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度。
對(duì)于光電聯(lián)動(dòng)型全光網(wǎng)，主要從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)高效的光電聯(lián)動(dòng)：在轉(zhuǎn)發(fā)面，引入光層OAM機(jī)制，定義開銷幀格式，同時(shí)進(jìn)一步拓展光層OAM功能，實(shí)現(xiàn)高效光電聯(lián)動(dòng)。在管控面，從存、算、配三個(gè)方面進(jìn)一步融合：“存”即光電資源數(shù)據(jù)互通，“算”即多層協(xié)同資源調(diào)度和優(yōu)化，“配”即統(tǒng)一配置光電兩層資源。光層OAM可以與集中式管控系統(tǒng)配合，根據(jù)集中式管控系統(tǒng)下發(fā)的總體策略，依托光層OAM隨路特性，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)開通、協(xié)同算路、波長(zhǎng)配置、保護(hù)恢復(fù)、故障定位等光電聯(lián)動(dòng)高效運(yùn)維能力，并納入現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用。
其中集中式管控系統(tǒng)和光層OAM機(jī)制是實(shí)現(xiàn)光電聯(lián)動(dòng)的關(guān)鍵。張德朝提到，在傳送網(wǎng)領(lǐng)域我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了OTN的集中式SDN管控系統(tǒng)的應(yīng)用，該系統(tǒng)能夠收集全網(wǎng)光電兩層的拓?fù)?，并在光電兩層資源數(shù)據(jù)之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，存儲(chǔ)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)中；同時(shí)，基于統(tǒng)一的資源數(shù)據(jù)和全局拓?fù)洌芸叵到y(tǒng)在執(zhí)行路由、資源分配等算法時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)光電兩層資源協(xié)同，從而達(dá)到全局資源最優(yōu)的效果；最后，在配置下發(fā)時(shí)，管控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)光電兩層配置統(tǒng)一下發(fā)，例如通過(guò)一條指令同時(shí)打通光層波長(zhǎng)連接和電層ODU連接。
光層交叉容量和靈活調(diào)度的能力對(duì)于光電聯(lián)動(dòng)的效率非常重要，而其限制核心因素是集成式光交叉（OXC）性能。那么如何提升OXC的容量和性能，其中最核心的技術(shù)突破在哪？
張德朝介紹，OXC的關(guān)鍵技術(shù)包括WSS、全光背板、高密度光連接器、數(shù)字化光層。其中，WSS技術(shù)是提升OXC容量和性能的核心技術(shù)。WSS的維度和工作譜寬與OXC的容量相關(guān)，面向超400G，現(xiàn)有C+L波段將無(wú)法滿足80波系統(tǒng)需求，WSS需支持新波段及提升譜寬。高效調(diào)度需提升切換時(shí)間，受LCoS刷新率、切換路徑算法等限制，切換時(shí)間提升困難。此外，現(xiàn)有方案下路方向采用兩級(jí)WSS實(shí)現(xiàn)N*M CDC功能的結(jié)構(gòu)和成本需要進(jìn)一步優(yōu)化。
目前，WSS性能提升需要從高分辨率LCoS、LCoS相位控制算法、光路設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行突破。一是2k分辨率LCoS已無(wú)法滿足維度進(jìn)一步提升要求，需加快推動(dòng)4k分辨率LCoS研制；二是通過(guò)優(yōu)化LCoS控制算法，實(shí)現(xiàn)抑制邊緣場(chǎng)效應(yīng)等不利因素，并縮短切換時(shí)間；三是維度提升和光譜擴(kuò)展對(duì)光路設(shè)計(jì)的集成度和光學(xué)特性提出了新的挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步優(yōu)化光學(xué)設(shè)計(jì)。
03、超大容量挑戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)高速傳輸能力
在超大容量的400G超高速光互聯(lián)方面，400G是業(yè)界關(guān)注焦點(diǎn)，CCSA已完成長(zhǎng)距400G光模塊、系統(tǒng)2大核心標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)；同時(shí)中國(guó)移動(dòng)已完成16QAM-PCS 400G實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)，覆蓋了G.652.D/G.654.E兩種光纖以及EDFA放大/拉曼EDFA混合放大兩種模式組合起來(lái)的4個(gè)模型?？傮w來(lái)說(shuō)，16QAM-PCS 100GHz已可滿足G.652.D 1000km需求，但面對(duì)更長(zhǎng)距離傳輸性能略顯不足；16QAM-PCS 100GHz采用G.654.E+EDFA可傳輸1700km；QPSK 150GHz理論上具備更好的B2B OSNR容限，5nm DSP和12THz C+L 80波系統(tǒng)亟需突破。
在超大容量的800G超高速光互聯(lián)方面，有單載波和電域子載波兩種方式。單載波優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需保護(hù)間隔，具有更好的頻譜效率SE和更小的濾波損傷，更低的oDSP計(jì)算復(fù)雜度和可能更低的成本，對(duì)AD/DA的幅度采樣動(dòng)態(tài)范圍要求低，更易實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是由于單體信號(hào)波特率高，會(huì)有更大的均衡增益相位噪聲（EEPN）。電域子載波的優(yōu)點(diǎn)是，不同的子載波可采用不同的調(diào)制格式和調(diào)制階數(shù)，同時(shí)由于各子載波獨(dú)立，可實(shí)現(xiàn)P2MP，而且EEPN較單載波??；缺點(diǎn)是具有更大的峰均功率比，對(duì)AD/DA的幅度采樣動(dòng)態(tài)范圍要求高。
綜合來(lái)看，優(yōu)選單載波方案，相比于電域子載波方案，單載波具備B2B OSNR優(yōu)勢(shì)，RSOP容限好，DSP結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；基于~90GBd的800G系統(tǒng)仍不是理想方案，須采用更高波特率調(diào)制器來(lái)降低傳輸損傷。
04、深入業(yè)務(wù)單元技術(shù)研究支撐靈活接入部署
隨著OTN逐步下沉到城域網(wǎng)和接入網(wǎng)，面臨接入和承載高品質(zhì)專線、高清視頻等1G以下小顆粒業(yè)務(wù)的需求。光業(yè)務(wù)單元OSU(Optical Service Unit)繼承了OTN高質(zhì)量業(yè)務(wù)承載的優(yōu)點(diǎn)，如：硬管道、TDM機(jī)制、高可靠性、零丟包、安全隔離、穩(wěn)定時(shí)延、抖動(dòng)等。同時(shí)也做了一些優(yōu)化，提升了小顆粒業(yè)務(wù)承載的帶寬利用率和支持?jǐn)?shù)量，如：可高效承載2M-1G小顆?？蛻粜盘?hào)，OTU每100G支持80個(gè)通道，OSU每100G單級(jí)映射理論支持4k條數(shù)業(yè)務(wù)。
張德朝希望國(guó)內(nèi)協(xié)同一致推進(jìn)OSU技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，加速標(biāo)準(zhǔn)制定和完善；另外一方面在該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈上聯(lián)合開展設(shè)備和芯片研發(fā)，推動(dòng)技術(shù)和產(chǎn)品成熟。
從OSU的標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)看，OSU主要涉及到技術(shù)、設(shè)備、管控三大核心標(biāo)準(zhǔn)。
CCSA：技術(shù)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)于2021年10月基本成稿，包含OSU00、OSU01兩個(gè)版本；管控標(biāo)準(zhǔn)于2021年底立項(xiàng)；
ITU-T：技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)于2020年初立項(xiàng)，開銷功能等已經(jīng)初步確定。
在組網(wǎng)思路上，城域匯聚及以上OSU設(shè)備采用統(tǒng)一方案，接入CPE/Hub OSU設(shè)備考慮靈活部署；在部署應(yīng)用上，城域網(wǎng)采用OSU承載小顆粒業(yè)務(wù)，骨干網(wǎng)考慮采用ODU透?jìng)鞣绞健?/p>
從產(chǎn)業(yè)進(jìn)展看，構(gòu)建了涵蓋運(yùn)營(yíng)商、大型設(shè)備廠家、CPE設(shè)備廠家、芯片廠家的完整OSU產(chǎn)業(yè)鏈；業(yè)界已有OSU芯片完成流片，部分廠家支持OSU功能的OTN設(shè)備已具備測(cè)試驗(yàn)證條件。
面向接入設(shè)備CPE OTN的發(fā)展，張德朝認(rèn)為有兩方面需要進(jìn)一步演進(jìn)，一是末端接入設(shè)備需要引入OSU小顆粒度能力，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)端的靈活地承載和調(diào)度；二是面向算力協(xié)同，提升客戶側(cè)業(yè)務(wù)感知能力，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)快速響應(yīng)。
05、三個(gè)核心方向爭(zhēng)取全光網(wǎng)發(fā)展新突破
談到接下來(lái)全光網(wǎng)的突破方向，張德朝提到將圍繞組大網(wǎng)能力、光電聯(lián)動(dòng)和智能管控這三個(gè)方向進(jìn)行。
一是組大網(wǎng)能力，需要長(zhǎng)距離大容量400G/800G傳輸技術(shù)，以及具有靈活調(diào)度能力的集成式光交叉OXC技術(shù)。2021年已完成16QAM-PCS 400G實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)，16QAM-PCS 100GHz可滿足G.652.D 1000km需求，但面對(duì)更長(zhǎng)距離傳輸性能略顯不足；16QAM-PCS 100GHz采用G.654.E+EDFA可傳輸1700km。基于~90GBd的64QAM-PCS單載波800G，采用G.654.E+混合放大，實(shí)現(xiàn)了1000km+極限傳輸；基于~95GBd的64QAM-PCS 800G，采用G.654.E+純拉曼放大，實(shí)現(xiàn)了2000km+極限傳輸。相關(guān)工作也在光通信領(lǐng)域?qū)W術(shù)頂級(jí)會(huì)議ECOC發(fā)表。但是，迫切需要推進(jìn)400G/800G傳輸性能進(jìn)一步提升，以滿足1000km 80波系統(tǒng)組網(wǎng)能力要求。面向骨干網(wǎng)交叉容量提升，需進(jìn)一步提升OXC容量和性能；面向智慧城市發(fā)展，城域低成本光底座靈活調(diào)度能力有待提升。
二是為實(shí)現(xiàn)光電聯(lián)動(dòng)，需要在光層制定OAM機(jī)制拉通光電管控，定義新的光層OAM開銷幀格式，實(shí)現(xiàn)光電兩層高效協(xié)同；在電層多顆粒度調(diào)度和光層波長(zhǎng)級(jí)調(diào)度協(xié)同，推動(dòng)OSU技術(shù)和產(chǎn)品成熟。
三是在智能管控方面，基于SOTN集中式管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光電協(xié)同管理和資源配置。
