服务热线:027-88114880
欢迎光临奥锐通信官方网站

武汉奥锐通信技术有限公司

光通信的五年回顾与未来发展展望
来源:今日头条--光电汇 | 作者:唐雄燕 | 发布时间: 2021-07-02 | 1375 次浏览 | 分享到:

引言

随着数字经济的蓬勃发展,2019年我国数字经济规模达到35.8万亿元,占GDP比重为36.2%,增幅达16.2%。预测2020年我国数字经济规模将达到41.6万亿元,占GDP比重达到41.5%。我国“十四五”规划建议明确提出要加快数字化发展,推进数字产业化和产业数字化,推动数字经济和实体经济深度融合。


“新基建”作为支撑经济社会数字化转型的基础设施,是发展数字经济的重要引擎。“新基建”有别于“铁路、公路、机场”等传统基建,是以ICT和数字化为特征的新型基础设施。2020年4月国家发改委明确了“新基建”的内涵,包括三类基础设施。


一是信息基础设施。主要是指基于新一代信息技术演化生成的基础设施,包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施,以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施,以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。


二是融合基础设施。主要是指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术,支撑传统基础设施转型升级,进而形成的融合基础设施,如智能交通基础设施、智慧能源基础设施等。


三是创新基础设施。主要是指支撑科学研究、技术开发、产品研制的具有公益属性的基础设施,如重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施等。


新基建将驱动信息通信网络的升级换代,从而为光通信的发展创造新的机遇。光通信作为推动和支撑信息通信业务和数字化发展的基础,必将顺应业务需求的新变革而获得发展新动能。


如为支撑5G发展,需要构建新一代的5G传送承载网络;为满足视频驱动的流量增长,需要建设超高速传送与接入网络;为更好地服务产业互联,需要打造能承载低时延/高质量专线业务的政企光业务网;为了适应ICT云化转型趋势,需要新一代的数据中心光互联技术和产品,并需要发展SDN与AI使能的智能光网络以更好地服务云计算;为激发产业活力,需要推动光网络开放,构建开放产业生态。


“十三五”期间我国光通信发展回顾


过去5年我国信息通信业的高速发展举世瞩目,无论是通信网络规模、通信用户数还是通信设备制造规模都稳居全球第一。光网络作为信息通信发展和经济社会数字化转型的基础支撑,更是取得了长足进步。


1)全光接入网全面建成

过去5年,在“宽带中国”战略的指引下,我国大力推进光进铜退,光纤接入网迅猛发展,全光接入网全面建成,固定宽带接入速率不断提升。光纤接入(FTTH/O)在固定宽带接入中的占比由2015年的不到60%多提升到2020年的近94%,光纤接入端口达到8.8亿个,在全球一枝独秀。


固定宽带接入速率由以10 M以下为主提升到以100M以上为主。2015年,8M以上宽带用户占比不到70%,到2020年,100Mbps及以上接入速率的宽带用户占比达到近90%。千兆接入开始启航,2020年我国1000Mbps及以上接入速率的用户数达640万户,比上年末净增553万户。


2)全光网和移动网建设带动光纤光缆产业大发展

2015年,全国光缆线路总长度为2487万公里;到2020年,全国光缆线路总长度达到5169万公里,翻了一番多。尤其是随着全光接入网和4G的大规模建设以及2020年5G的规模发展,接入与本地光缆增速迅猛,接入光缆占比超过62%。


在需求增长的刺激下,各大光纤光缆厂商竞先扩大产能,并加大技术创新,很好地满足了我国信息通信业发展需要,我国也成为了光纤光缆光棒产能占全球半壁江山的制造大国。但随着光纤光缆产能的扩大,供需关系局部失衡,集采价格下降,市场竞争更加激烈。


3)100G光传输网大规模部署,并由长途走向本地

100G系统是“十三五”期间光传输网建设的主力军。过去5年100G光传输系统不但在长途骨干网得到大规模商用,并拓展到本地网层面。以中国联通为例,2014年启动100G系统的大规模商用。今天100G WDM已成为一、二干通信业务的主要承载平台,实现了全国覆盖,并扩展到本地网。


中国联通于2016年开始进行本地网层面的100G规模部署,目前100G OTN系统已覆盖全国300多个本地网。并推动波分系统下沉县乡,2015年覆盖乡镇5千多个,2020年预计覆盖1.2万多个,乡镇波分覆盖率达到37%,其中联通作为主体运营商的北方10省乡镇波分覆盖率达到72%。


4)ROADM组网进入规模商用

随着传输速率不断增长,对节点交叉能力的要求也越来越高。大容量电交叉的功耗问题愈加突出,全光组网受到更大重视,基于OTN/WDM/ROADM技术的智能光电混合组网成为组网趋势。利用波长级光层路由、子波长级电层调度、光电协同组网,再加上SDN和WSON的智能控制功能,可以大大提升光网络效率、品质和服务能力。


2017年,中国电信开始长三角ROADM网建设,拉开了我国ROADM全光组网的大幕。2018年,中国联通启动京津冀ROADM网建设。中国联通京津冀ROADM网络共有31个ROADM主节点与6个局间延伸节点,采用了CD-ROADM(20维WSS),现已全面投入运行。2019年,中国联通又开始建设长三角ROADM区域网和珠三角ROADM区域网,这几张ROADM网将构建起中国联通东部ROADM区域网。近年,中国联通还在部分省干和重点城市核心汇聚层部署了多个ROADM网络。


5)政企专线业务增长驱动OTN光业务网发展

长期以来,光传送网主要是作为支撑运营商电话与数据业务的基础网络而存在,是运营商业务网的配套。但随着云服务和产业互联网的发展,政企专线业务快速增长,光传送网作为直接服务于客户的专线业务网络的作用凸显。


我们将基于光传送网的资源出租(专线,VPN/切片)网络定义为光业务网。基于传输网络承载专线的光业务网在业务隔离性、安全性、低时延、低抖动、高可靠等方面具有天然优势。随着MSTP逐步退网,OTN成为运营商面向大带宽及硬管道需求的专线业务的最佳承载手段。


2016年中国联通推出了基于OTN和SDN技术建设的SD-OTN金融专网,受到了金融、证券等高端客户的欢迎。并于2019年将其扩展为中国联通全球政企精品网,面向政企客户量身定制高带宽(10M-100G)、高可靠、高安全、高私密性的专属智能专线产品。中国移动和中国电信也先后于2018年和2019年发布了OTN政企专网。


光通信发展趋势展望


2020年,在抗击新冠疫情的同时,5G开始规模建设并将成为未来几年信息通信行业的焦点。5G也是我国“新基建”的龙头,对经济社会发展和科技竞争有着重大影响。


2020年我国新建5G基站60万个, 5G基站数累计超过71.8万,其中中国电信和中国联通共建共享5G基站超33万个,5G网络已覆盖全国地级以上城市及重点县市,5G终端连接数超过2亿,占全球的85%。


2021年,我国将继续积极稳健地推进5G发展,拟新建60万5G基站。从流量看,由于新冠疫情影响,线上生活、学习和工作成为了新常态,短视频、直播等大流量应用场景拉动移动互联网流量迅猛增长。2020年,移动互联网接入流量消费达1656亿GB,比上年增长35.7%。2020年全年移动互联网月户均流量(DOU)达10.35GB,而5年前的2015年仅为0.38GB。未来5G及其带动的视频业务必将驱动网络流量的进一步增长,为光通信增添更强劲的发展动力。


1)5G传送承载

5G基站理论峰值约为4G的25倍,理论均值约为4G的15倍,必然带来更高带宽的传送承载要求。5G前传接口速率以25 Gbps为主,对于100 MHz频谱,每个基站需要6个25G光模块;对于中国联通与中国电信共建共享下的200 MHz频谱,每个基站站需要12个25G光模块;未来还要进行4G频率(2.1 GHz频段)重耕,进一步增加对前传接口的需求。


如果采用光纤直驱,将消耗巨量光纤资源。因此,WDM成为提高纤芯利用率、缓解光纤资源消耗的必然选择。但是具体采用什么WDM技术,是目前业界研究和讨论的热点。成本与可维护性是两大关键技术决策要素,需要统筹考虑网络建设成本和整个生命周期中的维护成本。CWDM价格低廉,初期被大量采用,但只有6波,且可维性差,难以满足5G前传长远发展要求。


中国电信和中国移动分别提出12波的LAN-WDM和MWDM方案;中国联通推动面向低成本城域DWDM的G.metro(G.698.4)前传方案,采用波长可调谐DWDM光模块,具备端口无关、波长自适应特性,系统容量大,且极大简化了网络建设和运维,但近期成本还较高。从部署方式看,为便于建设和维护管理,前传WDM将采用DU侧有源、AAU侧无源的半有源方式。


对于5G回传,三层IP技术是基础,SR、IPv6、FlexE硬切片、确定性网络成为5G回传网络的技术关键,且IP技术与传统光网络技术在理念和技术上互相参考和借鉴,SRv6是未来承载网技术重要方向。


2)超高速传送与接入

骨干、城域、DC内部以及接入网的带宽不断提升,对更高传送速率的追求是光通信发展的永恒动力。


一是可以通过扩展光纤传输频谱、增加波道数来提升容量,可以从传统的C波段扩展到C+L波段,并进一步向全波段拓展。


二是提升单波的传输速率,在100G广泛部署的基础上,基于保持中继距离不变的要求,200G成为长途干线传输的现实选择和新趋势,而对于距离较短的城域传送则可逐步引入400G以上的更高速率。


中国联通2017年开始200G DWDM系统试点,2019年率先在骨干网部署商用,包括32G波特率的16QAM系统和64G波特率的QPSK系统。而城域网为应对网络云化和数据中心互联带来的容量快速增长,需要逐步引入400G/600G/800G等更高速系统,并倾向采用可插拔光模块,以获得更高集成度和更低功耗。


光纤非线性效应和链路损耗成为400G及以上超高速长距离传输的主要限制因素,为此需要部署低损耗、大有效面积的新型光纤G.654.E,其可提升200G/400G骨干线路传输距离50%以上。


近年中国联通联合光纤光缆厂商积极推进G.654.E光纤的标准化并开展技术试验,取得了可喜进展。中国联通2017年建成全球首个G.654E试验网,验证了复杂陆地环境(管道与架空)下G.654.E光纤光缆性能以及超100G传输能力。目前国内外多个光纤公司均已可规模提供G.654.E光纤,中国联通、中国电信、中国移动及部分海外运营商,已开始G.654.E光纤光缆网络的商用部署。


在追求高速传输的同时,如何降低设备成本也成为重要的考量因素,尤其是对于城域边缘接入层及县乡网络环境,需要引入低成本100G技术以及低成本低维度的边缘ROADM技术(以3-4维为主),实现简单灵活组网。


千兆接入成为FTTH宽带用户发展趋势。2020年,中国联通向用户推出了包括千兆5G、千兆WiFi和千兆FTTH的 “三千兆”业务,服务经济社会数字化转型。10G PON是今天光纤接入的主流技术手段,为顺应用户接入速率进一步提升的要求和使PON在5G小基站接入中发挥作用,产业链正在共同推动50G TDM PON标准化和技术发展。


3)光网络的智能化与服务化

本世纪初就开始了智能光网络(ASON)实践,但主要是依赖传统网管和分布式控制技术。近年来软件定义网络SDN的兴起为网络智能化提供了有力手段,成为了网络转型新趋势,软件定义光网络SD-OTN也推动智能光网络迈向新台阶。


SDN实现了网络转发与控制分离,并实现集中控制。随着企业上云和高品质政企专线业务需求的持续快速增长,光传送网将越来越多直接面向用户提供专线业务,因此对网络服务的灵活性和敏捷性要求越来越高。


通过引入SDN技术将有效提升OTN的服务能力,可快速开通电路并能灵活调整带宽、时延,还能提供用户自助服务。鉴于目前OTN设备开放性不够,设备管控系统通常由设备厂家提供,实现对本厂家设备组成的子网管控,运营商自主研制OTN协同器,实现多厂商环境下的自动业务编排和协同。


随着人工智能(AI)发展,引入AI技术将能够进一步增强光网络智能化,可以利用机器学习进行光网络的性能优化以及故障自动诊断和处理,如基于智能规则分析和挖掘,可以实现光传送网的告警根因溯源,对网络维护和规划有很好的支撑作用。


产业互联网发展对网络确定性、可靠性和高质量的要求加大,光业务网的重要性凸显。光网络通常适合提供高速专线业务,为适应产业互联网对各类带宽的灵活需求,可以通过光业务单元(OSU)技术实现基于2 Mbit/s颗粒度的灵活高效承载。为增强光网络的弹性,还需要发展面向全光业务网的新型智能控制协议来适应云光一体服务的新要求。


4)开放光网络

长期以来,通信设备体系较为封闭,尤其是光网络设备都是由传统设备商研发和集成,不利于产业生态繁荣和开放创新。通信设备开放和解耦成为促进产业创新、降低设备成本的重要趋势。尤其是在云服务商的推动下,数据中心互联率先采用了开放光网络技术。


开放光网络基于模块化设计,各个功能模块可以独立发展和升级,便于更快地引入新技术和促进产业竞争,从而降低设备成本。运营商和用户对网络可以有更强的控制,有助于加速网络服务创新。开放光网络尤其适用于城域组网的低成本、低功耗、高集成度、易扩展的服务器式设备形态。


中国联通已启动模块化WDM设备商用,完成了多个厂家的设备测试评估,验证了多个厂家的光层/电层解耦可行性。开放光网络不但可以避免厂商锁定,增强产业活力,降低网络成本,加速业务创新,也顺应了网络云化的大趋势。


光通信的进一步发展离不开光纤、光电子等基础技术的进步,硅光技术为降低器件成本提供了重要手段,已显示了良好的市场前景。作为新一代传输媒介技术,多芯少模光纤成为了研究热点,有望为光通信开辟新的发展空间。在新形势下,更需要产业链各个环节协同创新,实现我国光通信科技的自立自强,为数字经济腾飞打造自主可控的全光底座,赋能千行百业、千家万户的高质量联接。


作者简介:

唐雄燕,中国联通研究院首席科学家,兼任北京邮电大学兼职教授、博士生导师,20余年的电信新技术新业务研发与技术管理经验,主要专业领域为宽带通信、光纤传输、互联网、物联网与新一代网络等。