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光通信
2022/5/20 10:48

信通院张海懿:云网/算网融合驱动光传送网向高速率、融合承载演进

C114通信网  水易

C114讯 5月20日消息(水易)近日,在2022年世界电信和信息社会日大会上,中国信息通信研究院技术与标准研究所所长张海懿发表《光传送网技术热点及发展趋势》的主旨演讲。

张海懿指出,数字经济时代下,光传送网不仅为固定通信提供网络连接,也是5G、数据中心、物联网等新型基础设施的“承载底座”,并形成打通“算力”和“数据”的基础网络支撑,是支撑社会经济发展的基石,在拉动有效投资、促进信息消费、赋能千行百业等方面具有重要作用。

光传送网向高速率、融合承载演进

张海懿表示,正是在新基建、数字经济、“东数西算”等战略和产业数字化转型的时代背景下,为了适应承载新需求,光传送网在超高速大容量、支撑数据中心互联、多维融合承载、智能协同管控等方面不断革新发展。

超高速大容量方面,基于QPSK的单载波400Gb/s将成为下一代长距离WDM的主流速率,相关标准日渐完善。同时800Gb/s关注度进一步提升,国内三大运营商均已完成现网试点,后续的发展还要依赖高波特率芯片和器件等。

除了单波速率的提升,容量扩充方面,业界正在有序推进频谱扩展和空分复用。频谱扩展产业关注点以C+L扩展为主,C+L波段扩展预期可实现总频谱带宽12THz(C波段和L波段各6THz),相对于80波100G,容量×3。同时,继续向S/E/U等波段扩展成为扩容演进探索新方向。此外,基于模式复用和多芯复用的SDM成为未来解决容量危机的潜在方案,目前基于多芯复用的SDM已在海缆系统中得以应用。

另外,新型光纤的研究也在助力光传送网的超高速大容量演进。研究表明,光在空气或真空核心中的传播速度比在固体玻璃中快约30%,空芯光纤可以实现接近极限的低延迟、极低的非线性、低而平坦的色散、以及更宽的传输带宽窗口。近两年空心光纤损耗降低明显,C波段衰耗已降至0.174dB/Km,O波段衰耗为0.22dB/Km。

支撑数据中心互联方面,随着“东数西算”工程的正式启动,构建以数据中心为中心的光网络需求迫切。目前业界大力推动光网开放解耦、云光融合等创新应用。例如,随着解耦型CPE OTN灵活开放式组网能力不断增强,其应用部署逐步扩大;支持WDM开放解耦组网的DCI设备,互联网市场应用广泛,运营商市场逐步评估引入。

多维融合承载方面,云网融合和算网融合推动融合承载技术的发展,从技术发展方向来看,TDM以太网IP融合借鉴,而确定性承载指标成为业界关注焦点。为此,IMT-2020(5G)推进组5G承载工作组提出确定性承载的两大类核心能力指标的8个SLA指标分级体系,确保确定性的性能和体验。

智能协同管控方面,光网络SDN管控接口标准化基本完成,切片管控、OSU设备解耦管控等标准持续推进,传接融合、云网/算网融合也在推动协同管控持续发展。另外,智能化分级成为智能管控的热点,目前关于智能化分级的测评方法正在研究,下一步重点围绕对智能运维管控接口,数据采集接口实现标准化。

光模块器件高速率、集成化趋势明显

光模块芯片器件作为光传送网系统的“心脏”,呈现高速率、集成化的发展趋势。

高速率方面,800Gb/s光模块相关产品研发及标准化推进成为业界研究热点,国内外标准化组织竞相开展,业界提出多种直调直检和相干技术方案;其中,直调直检方案预计2025年走向规模应用。另外,对于800G光模块,硅光和III-V族也会处于并行发展的阶段。

集成化方面,硅光技术能够助力模块尺寸和成本降低,相关研究正在积极推进。

分应用场景来看,相干光模块方面,相干调制及合分波器件高度集成化,透镜等分立元件数大量减少,同时可采用非气密BGA接口,封装尺寸小、成本低。硅光集成芯片的规模商用有望使相干技术向更短距离应用下沉。

数据中心可插拔光模块方面,围绕100G和400G以上速率的光模块,硅光方案具备较大优势。目前在500米数据中心互联的100G QSFP28 PSM4光模块产品市场,硅光混合集成方案份额超过传统分立器件方案;到了400G及以上速率,传统直调接近带宽极限,EML成本又比较高,而硅基器件不仅调制带宽高(>30GHz),在器件尺寸、集成规模和成本方面也具有优势,400G硅光模块类型主要为DR4。

数据中心CPO方面,传统的分立封装架构、调制器和PD异质异构设计无法满足大容量小型化的光引擎设计需求,硅光集成技术在近年来成为CPO光引擎的主要方案。据了解,在56GBaud速率,还没有稳定可靠的大规模集成VCSEL阵列,硅光方案成为主流。

海缆及空间光通信应用场景加速扩展

海缆光通信作为光传送网的一个重要分支,承载着全球95%以上跨洋国际数据通信流量。近年来随着云计算、人工智能、大数据的发展,对带宽需求激增,同时,已部署的海底光缆逐渐进入退网高峰期,未来几年全球对海底光缆的新需求逐渐提高。

从海缆光通信的技术演进路径来看,更大带宽、更灵活是主要方向。

更大带宽方面,超100Gb/s线路技术、C+L双波段技术等,进一步提升海缆光通信系统带宽。空分复用(SDM)技术传输能力持续提升,在海缆光通信系统中已实现一定规模的应用。基于多芯复用技术的研究持续推进,可率先在海缆光通信的短距系统中应用。

更灵活方面,基于波长选择开关(WSS)的ROADM网络,提升海缆光通信系统的频谱效率和业务调度灵活性。基于多芯选择开关(CSS)的光纤交换网络,可进一步提升基于SDM技术的海缆光通信系统的调度灵活性。

此外,海缆光通信系统不仅仅可以用于通信,目前已具备海洋气候和海底环境监测以及海洋灾害预警的能力,服务于整个海洋观测网。

空间光通信是一个多学科交叉的热点研究领域,正在加速发展。美欧日等国家从上世纪六、七十年代起,通过长期的科研与实践积累,占据主导地位,大型研究机构技术路线规划详。空间光通信技术的应用场景向空、天、地、海范围延伸,形成一体化、多用途组网。

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