2月23日，在中國光電博覽會主辦的“全光城市研討會”上，中國移動研究院基礎網(wǎng)絡技術研究所副所長張德朝發(fā)表了“基于OXC的光電聯(lián)動型全光網(wǎng)賦能智慧城市”主題演講，分享了全光網(wǎng)絡賦能智慧城市的實踐應用與思考。
專家介紹
張德朝
中國移動研究院基礎網(wǎng)絡技術研究所副所長
長期從事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、時間同步等領域研究工作，有豐富的光通信從業(yè)經(jīng)驗。擔任多項ITU-T標準編輯人，發(fā)表論文20余篇，多次獲得中國專利優(yōu)秀獎、CCSA科學技術獎、中國通信學會科學技術獎等省部級以上獎項。
01、數(shù)字化轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)催生新型全光網(wǎng)
全光網(wǎng)絡深入應用于行業(yè)，推動千行百業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。作為承載業(yè)務的基石，光網(wǎng)絡賦能智慧城市。隨著CHBN全業(yè)務高質(zhì)量發(fā)展，智慧城市對光網(wǎng)絡提出了更高要求。在算力網(wǎng)絡、5G+垂直行業(yè)、政企專線等新業(yè)務場景，光網(wǎng)絡主要面臨著網(wǎng)絡架構、傳輸能力和業(yè)務承載能力三個方面的挑戰(zhàn)。
?網(wǎng)絡架構
帶寬增長、靈活組網(wǎng)催生大顆粒光層波長調(diào)度、電層小顆粒調(diào)度需求。此外，算力網(wǎng)絡提出了低時延、業(yè)務感知等新需求，需要構建新一代基于OXC的光電聯(lián)動型全光網(wǎng)。
?傳輸能力
網(wǎng)絡單節(jié)點容量需求已達到520T，單方向帶寬需求已達到134T，單個OTN設備交叉能力已達到64T。這要求網(wǎng)絡在光層節(jié)點引入OXC技術，在線路側(cè)實現(xiàn)400G和800G高速傳輸。
?業(yè)務承載能力
面向高價值、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。同時，OTN設備部署位置正在逐步下沉，這對網(wǎng)絡組網(wǎng)的開放靈活性提出了更高的要求，需要在轉(zhuǎn)發(fā)面和管控面實現(xiàn)CPE OTN解耦。
目前中國移動已建成全球最大的100G OTN網(wǎng)絡，部分區(qū)域部署200G。OTN傳送網(wǎng)應對新挑戰(zhàn)，驅(qū)動光網(wǎng)絡技術變革。張德朝表示，我們將立足網(wǎng)絡基礎能力提升，圍繞優(yōu)化網(wǎng)絡架構、提升網(wǎng)絡帶寬、實現(xiàn)靈活開放組網(wǎng)，構建新一代基于OXC的光電聯(lián)動型全光網(wǎng)。
02、新型網(wǎng)絡架構提升OXC容量和性能
基于OXC的新型光電聯(lián)動型全光網(wǎng)具有三大技術特征，第一是組大網(wǎng)能力，具備長距離、大容量的400G/800G傳輸技術，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，在光層制定OAM機制來拉通光電管控，同時電層多顆粒度調(diào)度和光層波長級調(diào)度協(xié)同；第三是智能管控，基于SOTN集中式管控系統(tǒng)做進一步延伸，對光電協(xié)同和資源配置進行統(tǒng)一的管理和調(diào)度。
對于光電聯(lián)動型全光網(wǎng)，主要從兩個方面實現(xiàn)高效的光電聯(lián)動：在轉(zhuǎn)發(fā)面，引入光層OAM機制，定義開銷幀格式，同時進一步拓展光層OAM功能，實現(xiàn)高效光電聯(lián)動。在管控面，從存、算、配三個方面進一步融合：“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，實現(xiàn)了業(yè)務開通、協(xié)同算路、波長配置、保護恢復、故障定位等光電聯(lián)動高效運維能力，并納入現(xiàn)網(wǎng)應用。
其中集中式管控系統(tǒng)和光層OAM機制是實現(xiàn)光電聯(lián)動的關鍵。張德朝提到，在傳送網(wǎng)領域我們已經(jīng)實現(xiàn)了OTN的集中式SDN管控系統(tǒng)的應用，該系統(tǒng)能夠收集全網(wǎng)光電兩層的拓撲，并在光電兩層資源數(shù)據(jù)之間建立關聯(lián)關系，存儲在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中；同時，基于統(tǒng)一的資源數(shù)據(jù)和全局拓撲，管控系統(tǒng)在執(zhí)行路由、資源分配等算法時，可以實現(xiàn)光電兩層資源協(xié)同，從而達到全局資源最優(yōu)的效果；最后，在配置下發(fā)時，管控系統(tǒng)可以實現(xiàn)光電兩層配置統(tǒng)一下發(fā)，例如通過一條指令同時打通光層波長連接和電層ODU連接。
光層交叉容量和靈活調(diào)度的能力對于光電聯(lián)動的效率非常重要，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，其中最核心的技術突破在哪？
張德朝介紹，OXC的關鍵技術包括WSS、全光背板、高密度光連接器、數(shù)字化光層。其中，WSS技術是提升OXC容量和性能的核心技術。WSS的維度和工作譜寬與OXC的容量相關，面向超400G，現(xiàn)有C+L波段將無法滿足80波系統(tǒng)需求，WSS需支持新波段及提升譜寬。高效調(diào)度需提升切換時間，受LCoS刷新率、切換路徑算法等限制，切換時間提升困難。此外，現(xiàn)有方案下路方向采用兩級WSS實現(xiàn)N*M CDC功能的結構和成本需要進一步優(yōu)化。
目前，WSS性能提升需要從高分辨率LCoS、LCoS相位控制算法、光路設計等方面進行突破。一是2k分辨率LCoS已無法滿足維度進一步提升要求，需加快推動4k分辨率LCoS研制；二是通過優(yōu)化LCoS控制算法，實現(xiàn)抑制邊緣場效應等不利因素，并縮短切換時間；三是維度提升和光譜擴展對光路設計的集成度和光學特性提出了新的挑戰(zhàn)，需要進一步優(yōu)化光學設計。
03、超大容量挑戰(zhàn)實現(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)界關注焦點，CCSA已完成長距400G光模塊、系統(tǒng)2大核心標準立項；同時中國移動已完成16QAM-PCS 400G實驗室和現(xiàn)網(wǎng)試點，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的4個模型。總體來說，16QAM-PCS 100GHz已可滿足G.652.D 1000km需求，但面對更長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)點是無需保護間隔，具有更好的頻譜效率SE和更小的濾波損傷，更低的oDSP計算復雜度和可能更低的成本，對AD/DA的幅度采樣動態(tài)范圍要求低，更易實現(xiàn)；缺點是由于單體信號波特率高，會有更大的均衡增益相位噪聲（EEPN）。電域子載波的優(yōu)點是，不同的子載波可采用不同的調(diào)制格式和調(diào)制階數(shù)，同時由于各子載波獨立，可實現(xiàn)P2MP，而且EEPN較單載波?。蝗秉c是具有更大的峰均功率比，對AD/DA的幅度采樣動態(tài)范圍要求高。
綜合來看，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，RSOP容限好，DSP結構簡單；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)制器來降低傳輸損傷。
04、深入業(yè)務單元技術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)務的需求。光業(yè)務單元OSU(Optical Service Unit)繼承了OTN高質(zhì)量業(yè)務承載的優(yōu)點，如：硬管道、TDM機制、高可靠性、零丟包、安全隔離、穩(wěn)定時延、抖動等。同時也做了一些優(yōu)化，提升了小顆粒業(yè)務承載的帶寬利用率和支持數(shù)量，如：可高效承載2M-1G小顆?？蛻粜盘枺琌TU每100G支持80個通道，OSU每100G單級映射理論支持4k條數(shù)業(yè)務。
張德朝希望國內(nèi)協(xié)同一致推進OSU技術的國際標準化進程，加速標準制定和完善；另外一方面在該技術的產(chǎn)業(yè)鏈上聯(lián)合開展設備和芯片研發(fā)，推動技術和產(chǎn)品成熟。
從OSU的標準化來看，OSU主要涉及到技術、設備、管控三大核心標準。
CCSA：技術、設備標準于2021年10月基本成稿，包含OSU00、OSU01兩個版本；管控標準于2021年底立項；
ITU-T：技術標準于2020年初立項，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設備采用統(tǒng)一方案，接入CPE/Hub OSU設備考慮靈活部署；在部署應用上，城域網(wǎng)采用OSU承載小顆粒業(yè)務，骨干網(wǎng)考慮采用ODU透傳方式。
從產(chǎn)業(yè)進展看，構建了涵蓋運營商、大型設備廠家、CPE設備廠家、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設備已具備測試驗證條件。
面向接入設備CPE OTN的發(fā)展，張德朝認為有兩方面需要進一步演進，一是末端接入設備需要引入OSU小顆粒度能力，實現(xiàn)業(yè)務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)務感知能力，實現(xiàn)業(yè)務快速響應。
05、三個核心方向爭取全光網(wǎng)發(fā)展新突破
談到接下來全光網(wǎng)的突破方向，張德朝提到將圍繞組大網(wǎng)能力、光電聯(lián)動和智能管控這三個方向進行。
一是組大網(wǎng)能力，需要長距離大容量400G/800G傳輸技術，以及具有靈活調(diào)度能力的集成式光交叉OXC技術。2021年已完成16QAM-PCS 400G實驗室和現(xiàn)網(wǎng)試點，16QAM-PCS 100GHz可滿足G.652.D 1000km需求，但面對更長距離傳輸性能略顯不足；16QAM-PCS 100GHz采用G.654.E+EDFA可傳輸1700km?；趡90GBd的64QAM-PCS單載波800G，采用G.654.E+混合放大，實現(xiàn)了1000km+極限傳輸；基于~95GBd的64QAM-PCS 800G，采用G.654.E+純拉曼放大，實現(xiàn)了2000km+極限傳輸。相關工作也在光通信領域?qū)W術頂級會議ECOC發(fā)表。但是，迫切需要推進400G/800G傳輸性能進一步提升，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。
二是為實現(xiàn)光電聯(lián)動，需要在光層制定OAM機制拉通光電管控，定義新的光層OAM開銷幀格式，實現(xiàn)光電兩層高效協(xié)同；在電層多顆粒度調(diào)度和光層波長級調(diào)度協(xié)同，推動OSU技術和產(chǎn)品成熟。
三是在智能管控方面，基于SOTN集中式管控系統(tǒng)，實現(xiàn)光電協(xié)同管理和資源配置。
