C114讯 4月26日消息（乐思）在今天举办的“2022中国光通信高质量发展论坛 - 网络智能化专场”论坛上，北京邮电大学信息与工程学院教授、博士生导师顾仁涛发表了题为《智能化宽谱域光网络》的演讲。
顾仁涛指出，以器件为基础，以感知为关键，以调度为核心，才能构建智能宽谱域光网络。同时，智能宽谱域光网络管控架构需要感知、调度和优化三大模块共同作用，这样才能解决未来光网络发展的一些核心难题。但在新型光器件、新感知机制，新调度算法方面还面临着诸多挑战，需要各界通力协作，解决宽谱域光网络面临的难题，推动产业应用。
智能宽谱域面临的新挑战
目前，全球通信网络发展呈现大连接、大流量两大趋势。大连接主要体现在用户、业务、流量指数增长。有报告指出，2018-2023年，通信网络中的数据连接增长3倍，网络设备接入数增长三倍。流量方面，现在的5G以及未来的6G通信对承载提供新挑战，6G的峰值速率达到Tbps，延迟0.1ms，届时业务流量增长一万倍。与此同时，在后疫情时代，网络连接愈发重要，远程医疗、在线课堂、应急通讯等对承载网络提出广泛和严苛的技术要求。
国家各级部门对光网络的发展高度重视。2021年3月，国家《第十四个五年规划和2035年愿景目标纲要》，提出推广升级千兆网络；建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的信息基础设施。同年11月份，工信部《“十四五“信息通信行业发展规划》中指出，要打造P比特级骨干网传输能力，同时引导100G及更高速率光传输系统向城域网下沉，提高网络资源智能化调度能力和资源利用效能。
顾仁涛表示，自20世纪70年代以来，光通信系统与网络先后经历了多个容量发展阶段。首先是1970年代，使用了单波长进行传输，成为了光通信技术元年；在2000年代，波分复用WDM技术的使用增加了波长数目，大幅提高了传输容量；而2008年弹性光网络EON概念的提出，提升了光网络频谱利用效率；2010年代，空分复用SDM则从空间域进一步提高了光网络的容量。回顾光通信的历史不难看出，光通信的历史就是网络流量飞速增长的历史也是光通信资源维度不断扩展的历史。
如今，C波段和L波段都出现了频谱资源紧张的局面，因此行业开始研究使用其它扩展波段的宽谱域多波段传输技术。它的好处在于不需要重新铺设新的光纤，但是可将将频谱拓展5-11倍，网络容量可增加约8倍。因此，宽谱域技术正成为一个新兴研究热点。
然而，大规模宽谱域光网络也带来了新的挑战：业务间复杂效应难以忽略、信道状态与业务紧密耦合；各波段信道特性差异大。顾仁涛认为，这将对光网络的管控和控制带来极大挑战，主要体现在：一是变量状态巨空间，导致网络无法高效管理；二是人工管控低效能，导致业务无法快速部署。
宽谱域光网络对器件提出新需求
在光网络发展过程中，宽谱域光网络中“宽谱域”对器件提出了新的需求。
目前，有很多研究人员探讨宽谱域光网络典型系统的典型结构，但是这些结构都离不开新型光器件的支撑，对从发射端到接收端的多类光器件提出了新的要求。顾仁涛指出，对于宽谱域发射器而言，需要能够发射宽谱域信号，实现高容量、高效率、低功耗；同样在调制器和复用器，需要处理宽谱域信号，并具有高调制效率；在波长选择开关上，需要全波段的交换能力，实现高消光比、低串扰；对解调器和解复用器，要求实现宽谱域光信号准确解调，低误码率；特别是光放大器，需要实现全频段光信号的放大，也是实现宽谱域光网络的关键器件。
针对宽谱域光网络所需要的放大器，有两种技术思路：
一是分波段优化：考虑在不同波段使用不同类型的放大器，比如：掺镨光纤放大器(PDFA)——O波段；掺铋光纤放大器(BDFA)——E波段；掺铥光纤放大器(TDFA)-S波段；掺铒光纤放大器(EDFA)—C+L波段等，当然也可以联合不同类型光纤实现混合方法，比如今年OFC有报道掺铋光纤与掺铒光纤配合使用，实现E+S波段放大。
二是直接采用宽频带优化方式，比如，使用半导体光放大器(SOA)，能够瞄准850nm到1700nm的任何波段；集总拉曼放大器(RA)，基于非线性光学效应，能够达到很大的连续带宽，噪声指数很低，具有可编程性，有利于实现宽谱域光网络的智能管控；而光参量放大器(OPAs)也是一种重要的候选技术。
宽谱域光网络需要感知新机制以及调控新方法
顾仁涛指出，影响宽谱域光网络信号质量的关键因素，在于光信号在宽谱域光网络中传输所产生复杂的物理层损伤，比如：光纤损耗、色散、ASE噪声等，这些效应在不同光纤和波段上还存在明显差异；而自相位调制SPM、四波混频FWM、交叉相位调制XPM、受激拉曼散射SRS等更是变得不可忽略；因此需要一些新的物理层信号质量评估模型来解决上述问题。同时，宽谱域光网络参量感知开放化也很重要。如果能实现参数接口的开放标准化，就可以实现物理层的实时感知和抽象，利于实现对宽谱域光网络传输质量的整体管控和有效的资源分配。
宽谱域光网络波段间的强干扰性、宽谱域光网络波段的非均匀性、宽谱域光网络资源分配与QoT之间的强关联性是制约宽谱域光网络资源调度的重要瓶颈。典型的宽谱域光网络调控方法有两类：一是启发式算法的思路，对宽谱域光网络中的各种资源（波段、路由、频谱、调制方式等）进行联合优化建模，借此解决多谱波段光网业务间的耦合问题，实现宽谱域光网络较高的资源利用率、较低的阻塞率以及有保证的传输质量。二是AI使能的宽谱域光网络资源调度，引入机器学习算法，实现网络表示模型的简化，克服波段数剧增带来的扩展性挑战，提升算法速度。
针对波段非均匀性实施光功率优化，也是实现宽谱域光网络调控的重要手段。利用搜索、遗传算法、模拟退火等方法，根据不同波段的光纤特性和信号状态，确定不同波段的光功率大小，也能够在一定程度上提高整个系统的传输容量。
顾仁涛表示，宽谱域光网络的强耦合性、非均匀性、强关联性构成了网络级调控的难点，在新型器件装置的基础上，还需要新的感知和调控手段，进而构建“感知—调度-优化”一体化管控架构，实现面向“自智”需求的智能化宽谱域光网络。 
