Optinet2020韦乐平谈干线光通信的发展 容量危机终将出现
发布时间：2020-09-01 01:26:28 热度：4947
8/31/2020，光纤在线讯，日前在北京成功举办的2020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 “干线光通信的发展趋势与思考”的主题演讲，韦总称全光网最大的驱动力便是容量，容量的需求和提升永无止境。
“容量危机”终将出现
韦总首先回顾过去50年来容量增长的趋势：
1970年代中到2000年代，容量每年增长高达78%，超过摩尔定律；然而，近十几年单纤容量的年增长速度已经放缓到20%以下。
1990年代中至今，互联网流量每年增长40%，于是有人在2010年预测2020年将超越单纤容量香农极限，以现有技术难以应对，可能出现容量危机，然而十年后这个预测并没有成真。
韦乐平认为没有出现“容量危机”主要有三方面原因：
一是需求放缓。根据思科VNI的统计，近十年来全球互联网流量增速从原来预期的40%降至24%，一定程度上缓解了网络扩容压力。
二是供给侧（技术）的进步。DWDM方向，从目前的C波段80波可以以很小的成本代价扩展至C波段96波，取得20%的扩容增益；同时进一步扩展至超宽带C波段120波，乃至C+L波段的192波并没有不可逾越的技术障碍，但需要生态系统的支持，包括激光器、新掺杂光纤放大器；后两步的技术改进尚需要有经济可行性的支撑、符合每比特成本明显降低的规律才能推广；TDM方向——从PDH制式起，TDM方向始终在按照速率提高4倍，成本仅提高2.5倍的规律发展，即每次速率升级4倍应使单比特传输成本下降约35%；采用新型oDSP后能将单波400Gbps传输距离从600公里扩展至1000公里以上，符合干线应用要求。
三是我国干线的近中期扩容策略抉择。为规避干线网的频繁升级扩容，干线系统原则上应继续遵循4倍的容量台阶为主体的扩容节奏，即从目前的N*100Gbps直接升级至N*400Gbps系统；在局部拥塞路段中，可先行升级至N*200Gbps系统。
韦乐平认为“容量危机”终将出现。首先为我们构建了一份扩容路径的全视图：光通信扩容的基本维度资源包括幅度、相位、频率/波长、偏振、时间、空域六个维度，前面所说的WDM维度的扩展和TDM维度的技术选择进展终究潜力有限，难以应对长期容量压力。其次，目前唯一未被充分开发利用的只剩下空域资源，即靠增加空间并行传输信道数来扩容。从中长期来看，使用更多光纤、特别是路由光纤紧缺区域；从长期来看，开发多芯少模光纤乃至角动量复用技术，但仍在早期研究阶段，其经济性也不清楚，还有应用层面的容量节制和编码进步依然是必须的。
全光节点的容量演进
而从中国电信传送网最大节点容量趋势来看，2008-2018年实际传送网最大节点容量年均增长40%；2018-2023年的增长率仍然可能达到20%，但增速减半；2019年最大容量突破300Tb/s；2023年最大容量突破600Tb/s。
从全光节点的容量演进来看，ROADM/OXC的容量演进，每维度容量为96波*100G/波=9.6T。2017年20维WSS，2019年32维WSS，2023年有可能做出64维WSS。现有的技术至少能满足3年左右的节点容量需求，但3年之后尚不明朗！
应对全光网2.0挑战的建议
去年，韦总提出我国已经开始迈向全光网2.0的新时代，基于ROADM的全光网也将向基于OXC全光网演进。但全光网依然面临一些挑战，韦总给出如下建议：
第一，降低全光网的恢复时间。目前全光网恢复时间几分钟，希望降至10秒级乃至秒级。降低网络恢复时间他提出四种思路：一是要根据业务价值实施业务分级，确保高价值业务的恢复时间，甚至可以提前下发保护路由链路表；二是集中算路+分布控制架构，引入集中算路PCE，有效避免重路由的波长冲突，减少恢复时间；三是引入SDN，可望最佳地利用全网带宽资源，缩短收敛速度，减低时延，SDN还可根据上报链路情况，获取时延最短业务路径；四是引入ML，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主动重路由。
第二，降低全光网的成本。ROADM能否进一步向网络边缘扩展的关键是成本，而降低成本的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功能和不必要温度要求等，放松器件要求、省掉加热器和致冷器等，二是创新设计新一代光交换器件；网络层创新方面，走向SDN控制的、软硬解耦的“灰盒”乃至“白盒”，接口开放和标准化，数据面互操作，从而推动光网络的开放生态；规范统一F5G方面，为获取全球蜂窝那样的巨大经济规模好处，减少碎片化私有规范，有必要规范一个具有统一定义、架构、功能、容量和性能的F5G。
第三，全光网还需要实现可编程，要求分钟级完成速率、调制格式和波长间隔的设置。
第四，全光网要迈向开放生态。为了应对日益严峻的行业发展乏力、外部竞争压力增大的局面，降低成本、创新更健康活跃的产业生态，成为行业可持续发展的关键。虽然目前对于开放无线接入网业界还存在一定争议，但在韦乐平看来：“从无线接入网开始，网络的各个领域都将逐步走向开放，接口标准化、软硬件解耦、硬件白盒化、软件开源化，基于全光的传送网也不会例外，全光网也要迈向开放生态。”例如，AT&T开通全球首个ROADM商用化白盒系统，2019年实现了从亚特兰大到达拉斯，全长1300公里，速率为400Gbps，SDN控制的灵活低成本的光连接，该系统基于Open ROADM规范的解耦的分布式（DDC）白盒设计。
最后，全光网需要人工智能赋能，从算法、算力和数据三方面推动全光网发展。
中国电信全光骨干网2.0进展
韦总介绍，中国电信全光骨干网覆盖和规模全球最大，五大区域，系统总长22万公里，470个ROADM节点，2357个OA节点，网络总容量590T。建立了5039条100G，实现区域WSON控制，恢复时间小于2分钟。同时基于20维WSS的CD主导；光层直达，时延最小。
韦乐平最后表示：中国电信全光骨干网2.0的目标是，实现分钟级分发、秒级优先恢复、30毫秒时延，拓扑自动发现和选路。
“容量危机”终将出现
韦总首先回顾过去50年来容量增长的趋势：
1970年代中到2000年代，容量每年增长高达78%，超过摩尔定律；然而，近十几年单纤容量的年增长速度已经放缓到20%以下。
1990年代中至今，互联网流量每年增长40%，于是有人在2010年预测2020年将超越单纤容量香农极限，以现有技术难以应对，可能出现容量危机，然而十年后这个预测并没有成真。
韦乐平认为没有出现“容量危机”主要有三方面原因：
一是需求放缓。根据思科VNI的统计，近十年来全球互联网流量增速从原来预期的40%降至24%，一定程度上缓解了网络扩容压力。
二是供给侧（技术）的进步。DWDM方向，从目前的C波段80波可以以很小的成本代价扩展至C波段96波，取得20%的扩容增益；同时进一步扩展至超宽带C波段120波，乃至C+L波段的192波并没有不可逾越的技术障碍，但需要生态系统的支持，包括激光器、新掺杂光纤放大器；后两步的技术改进尚需要有经济可行性的支撑、符合每比特成本明显降低的规律才能推广；TDM方向——从PDH制式起，TDM方向始终在按照速率提高4倍，成本仅提高2.5倍的规律发展，即每次速率升级4倍应使单比特传输成本下降约35%；采用新型oDSP后能将单波400Gbps传输距离从600公里扩展至1000公里以上，符合干线应用要求。
三是我国干线的近中期扩容策略抉择。为规避干线网的频繁升级扩容，干线系统原则上应继续遵循4倍的容量台阶为主体的扩容节奏，即从目前的N*100Gbps直接升级至N*400Gbps系统；在局部拥塞路段中，可先行升级至N*200Gbps系统。
韦乐平认为“容量危机”终将出现。首先为我们构建了一份扩容路径的全视图：光通信扩容的基本维度资源包括幅度、相位、频率/波长、偏振、时间、空域六个维度，前面所说的WDM维度的扩展和TDM维度的技术选择进展终究潜力有限，难以应对长期容量压力。其次，目前唯一未被充分开发利用的只剩下空域资源，即靠增加空间并行传输信道数来扩容。从中长期来看，使用更多光纤、特别是路由光纤紧缺区域；从长期来看，开发多芯少模光纤乃至角动量复用技术，但仍在早期研究阶段，其经济性也不清楚，还有应用层面的容量节制和编码进步依然是必须的。
全光节点的容量演进
而从中国电信传送网最大节点容量趋势来看，2008-2018年实际传送网最大节点容量年均增长40%；2018-2023年的增长率仍然可能达到20%，但增速减半；2019年最大容量突破300Tb/s；2023年最大容量突破600Tb/s。
从全光节点的容量演进来看，ROADM/OXC的容量演进，每维度容量为96波*100G/波=9.6T。2017年20维WSS，2019年32维WSS，2023年有可能做出64维WSS。现有的技术至少能满足3年左右的节点容量需求，但3年之后尚不明朗！
应对全光网2.0挑战的建议
去年，韦总提出我国已经开始迈向全光网2.0的新时代，基于ROADM的全光网也将向基于OXC全光网演进。但全光网依然面临一些挑战，韦总给出如下建议：
第一，降低全光网的恢复时间。目前全光网恢复时间几分钟，希望降至10秒级乃至秒级。降低网络恢复时间他提出四种思路：一是要根据业务价值实施业务分级，确保高价值业务的恢复时间，甚至可以提前下发保护路由链路表；二是集中算路+分布控制架构，引入集中算路PCE，有效避免重路由的波长冲突，减少恢复时间；三是引入SDN，可望最佳地利用全网带宽资源，缩短收敛速度，减低时延，SDN还可根据上报链路情况，获取时延最短业务路径；四是引入ML，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主动重路由。
第二，降低全光网的成本。ROADM能否进一步向网络边缘扩展的关键是成本，而降低成本的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功能和不必要温度要求等，放松器件要求、省掉加热器和致冷器等，二是创新设计新一代光交换器件；网络层创新方面，走向SDN控制的、软硬解耦的“灰盒”乃至“白盒”，接口开放和标准化，数据面互操作，从而推动光网络的开放生态；规范统一F5G方面，为获取全球蜂窝那样的巨大经济规模好处，减少碎片化私有规范，有必要规范一个具有统一定义、架构、功能、容量和性能的F5G。
第三，全光网还需要实现可编程，要求分钟级完成速率、调制格式和波长间隔的设置。
第四，全光网要迈向开放生态。为了应对日益严峻的行业发展乏力、外部竞争压力增大的局面，降低成本、创新更健康活跃的产业生态，成为行业可持续发展的关键。虽然目前对于开放无线接入网业界还存在一定争议，但在韦乐平看来：“从无线接入网开始，网络的各个领域都将逐步走向开放，接口标准化、软硬件解耦、硬件白盒化、软件开源化，基于全光的传送网也不会例外，全光网也要迈向开放生态。”例如，AT&T开通全球首个ROADM商用化白盒系统，2019年实现了从亚特兰大到达拉斯，全长1300公里，速率为400Gbps，SDN控制的灵活低成本的光连接，该系统基于Open ROADM规范的解耦的分布式（DDC）白盒设计。
最后，全光网需要人工智能赋能，从算法、算力和数据三方面推动全光网发展。
中国电信全光骨干网2.0进展
韦总介绍，中国电信全光骨干网覆盖和规模全球最大，五大区域，系统总长22万公里，470个ROADM节点，2357个OA节点，网络总容量590T。建立了5039条100G，实现区域WSON控制，恢复时间小于2分钟。同时基于20维WSS的CD主导；光层直达，时延最小。
韦乐平最后表示：中国电信全光骨干网2.0的目标是，实现分钟级分发、秒级优先恢复、30毫秒时延，拓扑自动发现和选路。
