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長文干貨:光通信的最新技術趨勢

鮮棗課堂 2021/5/16 21:26:33 責編:姜戈

大家好,我是小棗君。

上周,我參加了“2021 中國光通信高質量發(fā)展論壇”,有一些收獲與思考。特此撰文,與大家分享。

光通信的發(fā)展現(xiàn)狀

1966 年,華裔科學家高錕博士發(fā)表了那篇劃時代的經(jīng)典論文 ——《光頻率介質纖維表面波導》,奠定了光纖通信的理論基礎,也開啟了偉大的光通信時代。

▲ 高錕(1933-2018)

如今,光纖通信已經(jīng)走過了半個多世紀的發(fā)展歷程。它徹底改變了人類通信技術的發(fā)展軌跡,也改變了我們每一個人的生活。

我們現(xiàn)在之所以能夠享受高速且低價的網(wǎng)絡連接服務,很大程度上要歸功于光纖通信的貢獻。

▲ 光纖(光導纖維)

如今,光纖通信已然成為整個通信網(wǎng)絡的支柱和底座。全網(wǎng)超過 98% 以上的信息,都是通過光纖通信傳遞的。

▲ 《光纖通信 55 年的發(fā)展》,毛謙,中國信科

在產(chǎn)業(yè)方面,光通信作為承載網(wǎng)(傳送網(wǎng))和數(shù)據(jù)中心的關鍵技術,支撐了規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。根據(jù)研究機構的數(shù)據(jù),2020 年全球光通信下游市場收入規(guī)模達到 1.4 萬億元。

中國企業(yè)在光通信產(chǎn)業(yè)鏈中,占據(jù)較高的比例:

▲ 《光纖通信 55 年的發(fā)展》,毛謙,中國信科

面向未來的光通信,還有很大的發(fā)展空間?,F(xiàn)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)流量,正在按照每年 30%~40% 的速度增長。從整體來看,技術變革仍然跟不上業(yè)務流量的增長速度。

▲ 流量增長>單光纖流量>端口速率>電子波特率,需要新技術《超 100G 高速智能光網(wǎng)絡關鍵技術探討》,張德朝,中國移動

在“云 - 管 - 端”架構下,光通信的業(yè)務流量壓力,一方面來自用戶端,另一方面來自云端

用戶端這邊很明顯。隨著 5G(蜂窩 5G)、F5G(固網(wǎng) 5G)的持續(xù)發(fā)展,4K/8K 超高清視頻的普及,用戶側終端的帶寬在不斷增加,承載網(wǎng)(傳送網(wǎng))的帶寬也必須緊密跟進。

云端的帶寬增長需求,更多是來自云業(yè)務的增長

云業(yè)務具有橫向流量(東西向流量)大的特點,分布式部署的方式,也加劇了這一類型的流量。

云業(yè)務、云服務的增長,刺激了數(shù)據(jù)中心(DC,Data Center)的建設熱潮。

▲ 《高速光模塊發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)》,張金雙,新易盛

數(shù)據(jù)中心之間的連接 ——DCI(DC Interconnect,數(shù)據(jù)中心互聯(lián)),帶寬需求明顯增加,成為一個重要的增長點。

光通信的技術發(fā)展路線

如何才能解決光通信網(wǎng)絡帶寬不足的問題呢?

從總體來看,還是兩個思路。

  • 一,是通過更先進的技術,把傳輸網(wǎng)網(wǎng)絡的物理帶寬變得更大。

  • 二,是加強網(wǎng)絡的調度能力,提升效率。

這就好比是我們的城市交通。一方面,要把路修得更寬,單車道變雙車道、四車道甚至八車道。另一方面,設立更多、更智能的紅綠燈,安排更多的交警,進行合理調度。

我們先看看底層的帶寬提升技術。

目前,光纖通信的單波 100G 已經(jīng)廣泛商用。200G、400G 的光模塊光通道,基本上都是基于單波 100G。

▲ 單波:100G > 200G;光口:400G > 800G > 1.2T > 1.6T《高速光模塊發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)》,張金雙,新易盛

400G 光模塊在 2019 年左右就已經(jīng)成熟商用,主要是國外 Google、Facebook 等公司的數(shù)據(jù)中心在普及。國內并沒有廣泛采用 400G,一方面是因為要循序漸進(考慮成本),另一方面是基于網(wǎng)絡架構的需求。也就是說,如果運營商的網(wǎng)絡架構,設計接口是需要 200G,那就是用 200G,沒有必要強行上 400G。

未來,單波 400G 將是下一代 OTN 技術的基礎傳輸速率。

從底層技術來看,提升帶寬的主要手段,還是離不開最基礎的通信原理。

方法一,采用更先進的調制技術

▲ 《超 100G 高速智能光網(wǎng)絡關鍵技術探討》,張德朝,中國移動

方法二,使用更大的頻譜帶寬。

一般情況下,波道采用 C 波段,頻譜資源是 4THz。擴展為 CE 波段后,頻譜資源增加 20%,為 4.8THz。如果采用 C++ 波段,是 6THz。如果采用 C+L 波段,是 11THz,相比 C 波段提升了 175%。

▲ 《智能新光網(wǎng),鑄就 5G 新基建》,劉哲,中興通訊

毫無疑問,這可以顯著提升光纖資源的利用率。

方法三,在芯片和算法上做文章

▲ 《超 100G 高速智能光網(wǎng)絡關鍵技術探討》,張德朝,中國移動

方法四,研發(fā)新型光纖,提高單根光纖中的纖芯數(shù),或引入材料學技術,降低光纖傳輸過程中的損耗。

▲ 新型光纖《超 100G 高速智能光網(wǎng)絡關鍵技術探討》,張德朝,中國移動

除了載波帶寬之外,節(jié)點的能力提升也是光網(wǎng)絡的關注重點。

通過 ROADM、OXC 等技術,將節(jié)點全光化,避免光電交叉轉換,減少環(huán)節(jié),提升帶寬,降低時延。

▲ OXC《超 100G 高速智能光網(wǎng)絡關鍵技術探討》,張德朝,中國移動

目前,骨干網(wǎng)的全光化已經(jīng)很大程度完成。后續(xù)就是城域網(wǎng)(先城域核心,再匯聚、接入)的全光化。

OTN/WDM 的下沉,也是專家們關注的重點,一方面可以支撐帶寬增長需求,另一方面可以大幅節(jié)約光纖資源。

▲ 《加速千兆光網(wǎng)建設,打造全光智慧城市》,王金輝,華為

看完物理帶寬的提升,我們再重點看看網(wǎng)絡調度的演進。

這條路線,目前仍然是集中在 SDN 思路上。簡而言之,還是開放和解耦。

運營商希望光通信網(wǎng)絡進一步解耦,控制平面和數(shù)據(jù)平臺進一步分離,廠商將控制面開放給運營商,運營商自己開發(fā)平臺,對整個網(wǎng)絡進行調度和管理。

▲ 《光網(wǎng)絡的開放與解耦》,張成良,中國電信

毫無疑問,設備商是不太愿意這么做的。(會場上,能明顯感覺到運營商對設備商的抱怨和不滿。)

不愿意也沒辦法,開放是大勢所趨。如果不能做到一步到位的開放,那么就一步一步開放。

▲ 《智能時代的開放光網(wǎng)絡》,張寒崢,上海諾基亞貝爾

目前,在黑盒和白盒之間,有一個灰盒過渡,也就是“部分解耦”。

▲ 《光網(wǎng)絡的開放與解耦》,張成良,中國電信

總之,運營商對于解耦的需求是非常迫切的。目前通信行業(yè)市場的寡頭格局,對于運營商來說越來越不利。如果不通過解耦進一步推動技術開放,那么以后運營商的局面會變得更加被動。

在加強網(wǎng)絡調度方面,還有一個概念被參會專家們反復提及,那就是 OSU。這個概念后續(xù)小棗君會專門開專題介紹。

▲ OSU《超 100G 高速智能光網(wǎng)絡關鍵技術探討》,張德朝,中國移動

最后說一下人工智能(AI)。

人工智能是全行業(yè)關注的重點,通信行業(yè)也不例外。會場上,多位專家針對人工智能與通信的結合落地,發(fā)表了觀點。

總的來說,大部分專家都比較謹慎和務實,沒有瞎吹。

人工智能如何改變通信,是一個非常龐大且長期的話題。

有的專家認為,人工智能 + 通信,目前還處于早期的階段,不能指望短期內 AI 可以接管通信網(wǎng)絡的運維工作。也有的專家認為,人工智能賦能通信網(wǎng)絡,究竟是以平臺的方式,還是以模塊的方式,尚未確定

很多專家都提到了數(shù)據(jù)的問題。人工智能離不開算法和算力,算力還好說,算法模型比較麻煩。

一方面,現(xiàn)有的人工智能算法模型,基本上都不適合通信領域的場景。另一方面,想要做到算法模型,就需要大量的數(shù)據(jù)。目前數(shù)據(jù)只掌握在運營商手里,即便是主流設備商,也無法掌握足夠的數(shù)據(jù)。

研究算法模型,對數(shù)據(jù)也是有要求的。常規(guī)的數(shù)據(jù)(正常運行的數(shù)據(jù),也可以稱為“負樣本”)并沒有多大價值,異常情況(特殊情況)發(fā)生時的數(shù)據(jù)(也可以稱為“正樣本”)才有真正的價值。而這樣的數(shù)據(jù),往往更加敏感,客戶更不愿意開放。

▲ 沒有數(shù)據(jù),連第一步都難《智能時代的開放光網(wǎng)絡》,張寒崢,上海諾基亞貝爾

數(shù)據(jù)的獲取、清洗問題(技術上或法律上),將會持續(xù)困擾人工智能與通信技術的結合。

不過,目前仍有設備商和運營商,開發(fā)出了少量的算法模型和場景,并進行了驗證。千里之行,始于足下。

▲ 《智能時代的開放光網(wǎng)絡》,張寒崢,上海諾基亞貝爾

好了,以上就是今天文章的全部內容,感謝大家的耐心觀看。

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關鍵詞:光通信,運營商,通信光纖,網(wǎng)絡

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