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

  作者：中國信息通信研究院技術與標準研究所 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，作為信息基礎設施的關鍵承載底座，光網(wǎng)絡承擔著用戶、數(shù)據(jù)、算力和應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，算力及相關應用日趨豐富，光網(wǎng)絡高質量運力將成為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展和產業(yè)數(shù)字化轉型升級的重要支撐。

  回顧2022年，多樣傳送技術協(xié)同創(chuàng)新，網(wǎng)絡持續(xù)面向算力等需求優(yōu)化部署，千兆光網(wǎng)應用逐步提速，目前已涉及國民經(jīng)濟領域約56%的大類。展望2023年，光網(wǎng)絡將圍繞容量提升、品質承載、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)多樣化落地應用。

  光網(wǎng)絡容量提升技術持續(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)務和應用的強力驅動，信號速率、可用譜寬、復用方式、新型傳輸介質等多維容量提升技術持續(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技術標準整體趨于穩(wěn)定，100G/200G PON技術方案競爭激烈;傳送網(wǎng)以100G/200G速率為主持續(xù)擴容，數(shù)據(jù)中心內部或外部互聯(lián)400G速率占比預計將顯性提升，同時800G/1.2T/1.6T等更高速率產品研發(fā)和技術標準研究協(xié)同推進，預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，預計年內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，從信號復用方式來看，空分復用技術將作為解決傳送容量瓶頸的遠期方案，基于光纖對復用的海纜系統(tǒng)將持續(xù)部署擴容，基于模式復用和(或)多芯復用的技術將繼續(xù)深入研究，重點聚焦提升傳輸距離和改善傳輸性能。

  最后，從新型傳輸介質來看，G.654E超低損光纖將成為干線網(wǎng)絡首選并加強部署，面向空分復用光纖(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、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，從技術和產品成熟度驗證、產業(yè)發(fā)展關注度等方面來看，預計國內運營商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品成熟度并為商用部署奠定基礎。

  算力時代應用驅動光網(wǎng)絡演進，品質化傳送和接入亮點紛呈

  算力時代的典型應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)絡的關鍵底座，光網(wǎng)絡圍繞全光組網(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品質。

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

  其次，OTN/WDM應用持續(xù)向城域邊緣側下沉，基于OSU的小顆粒技術研究持續(xù)推動，年內OSU技術方案和國內外標準內容有望達成共識。

  再次，隨著相干技術成熟應用，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方案(P2MP)引起業(yè)界關注，應用場景分析、技術局限性評估、標準化研究等工作年內仍將延續(xù)。

  最后，F(xiàn)TTR助力全光網(wǎng)絡進一步向用戶側延伸，通過光無線協(xié)同、低時延、鏈路管理和無縫切換等關鍵技術，提升面向算網(wǎng)服務的端到端體驗，預計年內的實際部署規(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技術與應用的發(fā)展，光網(wǎng)絡結合AI逐步提升自智化能力成為目前業(yè)界關注的熱點，同時數(shù)據(jù)中心互聯(lián)、邊緣側靈活接入等應用逐步推動網(wǎng)絡開放解耦，面向算力應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)絡組網(wǎng)和應用智能化、運維智能化等方面，關注熱點側重網(wǎng)絡智能化分級及其對應能力的提升，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)推動部署應用，城域核心匯聚、干線網(wǎng)絡等應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)、面向算力應用的網(wǎng)絡資源信息協(xié)同感知、IP over WDM應用探索等成為關注點，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用質量。另外，從推動網(wǎng)絡自智能力提升的產業(yè)實踐活動看，預計年內除運營商繼續(xù)開展傳送和接入網(wǎng)絡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)絡需求和應用方案研究等，多方協(xié)同推動光網(wǎng)絡智能化組網(wǎng)和應用水平的提升。

  光模塊集成形態(tài)或將共存競爭，硅光技術發(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單元光模塊的發(fā)展需求，尤其在典型的數(shù)據(jù)中心應用場景，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)或將面臨可插拔和光電合封(CPO)兩種集成形態(tài)的共存性競爭，預計年內除Intel、Broadcom、Ranovus等公司持續(xù)更新已有CPO產品及方案，并可能推出新型產品模型之外，其他硅光技術公司也將積極跟進研發(fā)或高度關注。

  另外，在以光模塊應用為主的光子集成技術方面，硅光將與III-V族半導體集成技術并存發(fā)展，鑒于硅光技術具備高集成度、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)界看好硅光技術的未來發(fā)展，其在光計算等領域的應用探索也將同步開展。

  為推進國內硅光技術與產業(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，基于專項支持構建了面向5G的光電子芯片與器件技術公共服務平臺，主要開展硅光、III-V族激光器等基礎工藝和檢測驗證等共性技術研究并提供公共服務。

  綜上所述，隨著諸多新型寬帶業(yè)務和應用的驅動，作為信息基礎設施的關鍵承載底座，光網(wǎng)絡預計2023年發(fā)展勢頭良好，并圍繞容量提升、品質承載、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，助力推進千兆光網(wǎng)千行百業(yè)差異化應用。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)絡多樣化技術、產業(yè)和應用生態(tài)，助力數(shù)字經(jīng)濟高質量發(fā)展。