韦乐平把脉“全光网发展的十大趋势与挑战”

弥敦道

在“2021中国光网络研讨会”上，工信部通信科技委常务副主任、中国电信集团公司科技委主任、中国光网络研讨会大会主席韦乐平发表了题为“全光网发展的十大趋势与挑战”的演讲。

韦乐平表示：当前，全网的光化正从1.0阶段迈向2.0的真正全光化新阶段，全光网发展呈现以下十大趋势：

趋势1：网络的全光化趋势

韦乐平指出，需求侧，微处理器从单核发展到数千核的Tera级计算；超算机能力十年增长千倍，2025年可达每秒千亿亿次；视频成第一驱动力，流量接近网络2/3，AR/VR将加剧容量需求；物联网高端机器的超强感知和反应需更高速率带宽和低时延连接；其他新应用需求方面，低时延/抖动，确定性、高可用性等。

供给侧方面，传输链路的光纤化趋近100％，接入网的光纤化已高达93％，标志着网络侧传输和接入的全光化（全光网1.0阶段）接近尾声。而网络干线传输交换节点的光化即将完成，正向城域接入网拓展。可见，全网的光化正从1.0阶段迈向2.0的真正全光化新阶段。

趋势2：全光网传输链路的高容量趋势

DWDM方向来看，从传统C波段80波可以以很小的代价和技术改造扩展至C波段96波和扩展C+波段120波，可分别获取20％和50％的扩容增益。最新趋势是扩展C+波段120波加L+波段120波共240波，扩容增益可望高达200％，主要挑战是权衡奈奎斯特滤波补偿和放大器性能。

TDM方向来看，利用新型oDSP，基于130G波特的QPSK单波400Gbps传输距离可从600公里扩至1500公里（2023年后），可覆盖99％的干线复用段距离。

谈及我国干线的近中期扩容策略抉择，韦乐平认为：理论上，应继续遵循4倍容量台阶为主体的节本扩容节奏；实际上，为应付扩容压力，先升级至N*200Gps是现实的过渡方案。

趋势3：全光网交换节点的高容量趋势

据韦乐平介绍，基于波长交换方式的扩容趋势，目前以20维为主；32维ROADM的300T能够满足目前最大节点容量的需求；64维ROADM的600T可满足2023年最大节点容量的需求；128维ROADM方面，由于波长交换架构方式中不同波长系统间不能无约束交换，阻塞率随端口非线性增长，阻塞率将远高于阻塞率随端口线性增长的空分交换架构方式，其扩容空间受限。

基于传统物理隔离的多光纤空分复用和交换方式的扩容阻塞率低，增长慢，光的透明性好，扩容潜力大。因此，近中期节点容量可以继续依靠波长交换方式的ROADM扩容；中长期节点和链路将不得不依靠多光纤空分复用和交换技术。

趋势4：全光网恢复时间的持续优化趋势

硬件层面的优化方面，典型WSS倒换时间是1秒左右，改进空间较小；OTU倒换时间的关键是激光器波长的倒换，有实验室通过控制和算法的优化，已能将OTU倒换时间降至3秒之内。

软件层面的优化方面，通过引入“集中路由计算＋分布式控制”替代“分布式计算＋分布式控制”，可以规避波长、中继和路由的冲突，减少恢复时间。通过PCE和SDN的全网拓扑抽象，利用CPU空闲时间可以进行故障恢复预计算，从而减少恢复路由的计算时间。引入机器学习，实现光性能劣化、光纤或设备故障的预测，节省业务调测和恢复时间乃至实现主动重路由，大幅减少恢复时间。韦乐平认为将恢复时间控制在秒级是可望且可行的奋斗目标。

趋势5：全光网的云化趋势

当前，网随云动是网络云化的外在驱动力。

市场研究机构IDC预测，到2025年中国90％以上的应用将迁移到云上，DC将全面云化。

在韦乐平看来，作为支撑应用的网络实现网随云动是云化的最大驱动力，除了高实时性、高敏感性和本地性应用外，网络各领域都将全面云化。而传统封闭刚性的网络本身正从硬件为主体的架构向软件化、虚拟化、云化、智能化、服务化的深度转型方向发展，全光网也不例外。

韦乐平认为，通过引入SDN首先实现全光网的软件化是实现云化的前提。有了SDN意味着全光网的软硬解耦，连接和功能将仅仅由软件灵活决定，才便于后续向云化、智能化、服务化方向演进，实现网络和业务的快速自动化、智能化部署和持续演进、升级和创新。

趋势6：全光网的智能化趋势

实现集中管控的SDN后，可以大幅提高运维效率，但光路的建立/拆除还得依靠人工指令，难以实现主动网络重构和主动运维。

据韦乐平介绍，认知光网络（CON）是一种基于机器学习的新一代智能光网络，能自动感知、理解和学习外部环境，实时调整网络配置，智能的适应外部环境的变化，核心是认知决策系统，负责管理传输要求和网络事件。控制和管理系统则负责控制和传播相关信令。认知光网络不仅可以自动优化光网络配置，还可以快速故障检测和定位、实时光路性能监测和质量预判、自动优化传输参数、实现流量预测和路由规划、进行故障寻根、减少光层恢复时间等，提高全光网的整体质量。

趋势7：全光网的开放化趋势

韦乐平指出，为了应对行业发展乏力的严峻局面，借鉴IT业的发展经验和引入SDN/NFV/Cloud的契机，实现层间和层内的功能解耦、降低成本、创建开放的产业生态成为电信业维系可持续发展的关键和共识。

在韦乐平看来，SDN意味着软硬解耦和网络功能软件化，是网络开放化的基础。而从无线接入网开始，网络的各个领域都在逐步走向开放，如接口标准化、软硬件解耦、光电解耦、硬件白盒化、软件开源化等，全光网也不例外，反而是走的较快的领域之一（OpenROADM）。开放步骤主要包括开放光线路系统、开放光交换节点、开放功能块等。

趋势8：全光网的泛在化趋势

随着需求侧应用的持续发展和供给侧设备成本的持续下降，全光网正开始向网络边缘扩展，迈向端到端的泛在化全光网络。

网络传送侧，全光链路OTN/WDM正向网络边缘不断延伸并引入小颗粒OSU，全光节点ROADM开始向城域接入网拓展并引入边缘WSS。

网络接入侧，FTTH正向FTTR（光纤到屋）乃至FTTD（光纤到桌面）和FTTT（光纤到终端）拓展。

韦乐平表示：全光网的长远目标是成为像今天电插座那样无处不在的光插座。

趋势9：全光网成本的优化趋势

韦乐平指出，网络传送侧，关键是技术创新和规模经济。物理层创新方面，一是去掉网络边缘不必要的功能和放松不必要的严酷温度要求等，二是研发新一代光交换器件。网络层创新是走向SDN控制的、软硬件解耦和光电解耦的“灰盒”乃至“白盒”系统，推动全光网生态的开放和繁荣。架构创新方面要结合边缘云的部署引入融合承载的新型城域网架构。边缘DCI等设备的IT化方面，包括架构开放、接口标准、软硬解耦、光电解耦、协议减少、软件开源、灰盒/白盒、可管可控等。

韦乐平认为，网络接入侧，关键依然是技术创新和规模经济。类似的思路和不同的具体创新技术，高度敏感的成本是挑战。同时，要规范统一F5G，为获取蜂窝通信那样的巨大经济规模好处所必须。

趋势10：全光接入与5G/6G的统筹发展趋势

韦乐平指出，全光网既是5G/6G的最佳承载，其光接入段又是5G/6G的竞争者，两者唯有统筹协同，各取所长，不可偏废。韦乐平从以下几个维度进行了比较：

业务应用方面，5G/6G侧重中小屏慕、中等带宽和质量的数据业务和短视频，光接入侧重大屏幕、高带宽和高质量的数据业务和视频。

商业模式方面，光接入对流量不敏感，通常采用包月制；5G/6G对流量敏感，侧重流量受限的阶梯流量制。

接入速率方面，5G侧重50Mb/s以下速率更经济；千兆光接入网对速率不敏感，侧重50Mb/s以上速率。两者交叉点在50Mb/s左右。

固移融合方面，将从传统并不成功的固移融合（FMC）逐步迈向5GC单栈协议下的有线无线融合（WWC）新阶段。

谈及产业互联网场景，韦乐平认为两者应分别侧重和聚焦移动和固定场景，不打乱仗。