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2023/1/18 11:06

STAR OTN:破局算力时代城域OTN新挑战,铸就确定性运力底座

C114通信网  蒋均牧

C114讯 1月18日专稿(蒋均牧)算力的高水平发展,离不开“算”与“网”的深度融合。“算力网络”这个发端于通信界的概念近年来被频繁提及,更随着2022年“东数西算”工程的启航而光速“出圈”。

加快建设算力网络,使得“用算”如用水、用电,不仅代表着我们对未来的美好期许,更是千行百业数字化转型的迫切诉求,乃至构筑新时期国际竞争力的必然之举。

中国移动作为率先发布算力网络、身体力行耕耘这一新赛道的先行者,已经在算力网络的设施构建、技术攻关、产品服务、标准开源、产业生态等方面取得了丰硕成果,并形成一系列白皮书向全行业输出。

面向城域领域的确定性运力升级,华为日前与中国移动正式发布《算力时代城域STAR OTN技术白皮书》。该白皮书首次提出了STAR OTN架构和理念,并系统性地介绍了STAR OTN新技术如何构筑更简、更易、更快、更优的光电联动新型城域光网。

STAR OTN:破局算力时代城域OTN新挑战

算力网络作为中国移动“力量大厦”战略的新台基,是组成“连接+算力+能力”新型信息服务体系的重要一环。与此同时,算力网络在带宽、时延、可靠性等方面均提出了更高的要求,传统“尽力而为”的网络亟需迭代升级以提供确定性体验。中国移动已创新提出基于OXC的光电联动新型全光网架构,凭借全光互联、高速传输、低时延和算光协同四大特性,打造品质运力底座。

而如果将干线网络比作人体主动脉,城域的汇聚接入就相当于支脉和毛细血管,是算力需求的主要来源地,其重要性一点不亚于前者。以“东数西算”为例,针对时延就要求打造骨干<20ms、省内/区域<5ms、城域<1ms的三级时延圈。据不完全统计,国内运营商网络的城域汇聚接入站点数量在30万站以上,城域OTN在逐步下沉进行深度广覆盖的过程中,需要实现更经济高效的组网,向低成本、低复杂和高灵活、高智能的“两低”“两高”的方向发展。

比如城域OTN下沉到汇聚接入层级站点数量将呈现十倍以上增加,建网便捷性和网络灵活性是关键的考量因素;传统网络90%流量为南北向,波分通常采用FOADM架构,随着算力时代到来,端、边、云协同诉求的增加,东西向流量持续提升,需要增强网络调度灵活性;波分网络基本上采用离线规划方式,规划和部署并非实时无缝衔接,没有演进性、人工介入多,带来大量的开通和维护成本。

“城域汇聚层及以下,光交叉节点维度数较少,采用传统OXC架构相对‘高配’,存在设备过配、资源利用率低、运维复杂的挑战。如何基于现有技术创新解决这个问题,是城域OTN很重要的一个命题。”中国移动研究院基础网络技术研究所副所长张德朝告诉C114。

为此,华为与中国移动深入研究城域网络特点与发展趋势,从技术架构、长期演进、网络自动化和算网协同等四个维度出发,提出了全新一代城域STAR OTN技术架构。之所以命名为“STAR”,一方面其网络形态单节点向下呈星型发散结构;另一方面每一个字母代表了其某项特征,组合起来就是新架构的主要优势所在。

“S”即Sharing,网络级资源共享,大幅度提升波长利用率,实现更低成本建网;“T”即Targetting Metro,面向城域,优化模块、协议,支撑城域全业务长期演进;“A”即Automation,波长自动分配,光层自动调测,业务自动发放,逐步迈向自动驾驶网络;“R”即Reconfigurable,光层灵活可配置,连接可重构,波长无感知,站点典配实现去专业化,快速部署。

四大关键技术创新:铸就城域确定性运力

架构上的创新有赖于技术上的创新来实现。面对城域算力网络新需求和新挑战,结合城域网络多环少波的特点,《算力时代城域STAR OTN技术白皮书》重点介绍了四个方面的技术创新。

首先是基于多环共享架构的新型WSS技术。WSS是实现ROADM波长调度等功能的关键器件,传统的WSS为1*N结构,即接收一个方向的合波光信号,把合波光信号按波长调度到N个方向。针对城域多环汇聚到一组汇聚节点的组网方式,在汇聚节点将1*N WSS改进为新型M*N WSS,即一组WSS支持多环接入,实现多环共享一组WSS,从而节省空间,降低功耗和成本。张德朝表示,这是STAR OTN非常核心的一个技术特征。

其次是基于多器件合封的边缘极简ROADM技术。传统ROADM主要面向2维以上场景,例如4维/9维/20维/32维ROADM,实现复杂,成本较高。面向城域接入环典型的2维场景,采用新型极简ROADM技术,基于光分路器、耦合器和相干接收器,无需WSS器件即可保留ROADM的Colorless/Flexgrid(无色/柔性波长通道)等关键特性的基础上实现波长路由功能;同时,利用光电器件合封技术,可大幅提高光电芯片的集成度,降低复杂度、成本和功耗,匹配接入节点组网方式。

第三是基于硅光技术的新型城域相干模块技术。以往较低网络层面上多采用10G非相干技术,进一步提升性能时面临色散、PMD等补偿问题,相干及oDSP的引入就变得至关重要。相干100G/200G技术传输距离长、容量大、产业成熟,前期主要针对干线长距场景设计。针对城域网络场景的150~300km传输需求,《白皮书》提出对传统相干光模块的关键组件进行优化设计,优化FEC算法以降低oDSP芯片复杂度、采用硅光技术小型化光模块降低功耗等。在传统100G/200G相干光模块技术基础上可在短时间内快速推出适合城域网络使用的低功耗、低成本、高容量的新型城域相干100G/200G光模块。

最后是基于类MCM的光层数字化标签技术。光层数字标签通过类MCM调制方式将高速数字信号做载波,叠加多载波低速调制信息,在oDSP内部直接对码流电信号调制,调节深度可精确控制;收端通过相关技术将子载分离进行单独监控,可消除相互干扰、码间串扰,发挥数字信号纠错能力,获得长距离多载波并行传输,对信号影响小,是实现光层OAM信息承载的优选技术方案。2021年,中国移动提出光层OAM技术,定义了波长资源可视化、单波功率检测等特性,已进行现网实践。面向城域网络进一步增强波长自动分配、检测和校验等功能,可大幅提升网络自动驾驶水平。

值得一提的是,《白皮书》还提供了城域STAR OTN组网场景分析,帮助业界更好认知和理解如何基于新架构组建城域OTN网络,以及由此带来的诸多收益。

预计到2030年,全球通用算力需求将增长10倍以上,AI算力需求将增长500倍以上。承载着新时期“均有无而通万物”使命的算力网络,前景广阔且利在长远。中国移动已通过高维OXC和大容量OTN解决了城域核心及以上网层大容量灵活调度,通过OTN CPE解决了城域边缘及用户的高等级业务泛在接入,此次《算力时代城域STAR OTN技术白皮书》的发布补足了中间环节,是城域汇聚层以下光传送网面向算力网络需求的全新技术探索,无疑对打造算力时代的光电协同底座具有重大指导意义。

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