2月23日，在中国光电博览会主办的“全光城市研讨会”上，中国移动研究院基础网络技术研究所副所长张德朝发表了“基于OXC的光电联动型全光网赋能智慧城市”主题演讲，分享了全光网络赋能智慧城市的实践应用与思考。
专家介绍
张德朝
中国移动研究院基础网络技术研究所副所长
长期从事OTN/WDM骨干传送、PTN/SPN城域传送、有线宽带接入、数据中心网络、时间同步等领域研究工作，有丰富的光通信从业经验。担任多项ITU-T标准编辑人，发表论文20余篇，多次获得中国专利优秀奖、CCSA科学技术奖、中国通信学会科学技术奖等省部级以上奖项。
01、数字化转型挑战催生新型全光网
全光网络深入应用于行业，推动千行百业的数字化转型。作为承载业务的基石，光网络赋能智慧城市。随着CHBN全业务高质量发展，智慧城市对光网络提出了更高要求。在算力网络、5G+垂直行业、政企专线等新业务场景，光网络主要面临着网络架构、传输能力和业务承载能力三个方面的挑战。
➢网络架构
带宽增长、灵活组网催生大颗粒光层波长调度、电层小颗粒调度需求。此外，算力网络提出了低时延、业务感知等新需求，需要构建新一代基于OXC的光电联动型全光网。
➢传输能力
网络单节点容量需求已达到520T，单方向带宽需求已达到134T，单个OTN设备交叉能力已达到64T。这要求网络在光层节点引入OXC技术，在线路侧实现400G和800G高速传输。
➢业务承载能力
面向高价值、多颗粒度专线需求，ODU0带宽利用率不足，需要引入OSU高效承载小颗粒业务。同时，OTN设备部署位置正在逐步下沉，这对网络组网的开放灵活性提出了更高的要求，需要在转发面和管控面实现CPE OTN解耦。
目前中国移动已建成全球最大的100G OTN网络，部分区域部署200G。OTN传送网应对新挑战，驱动光网络技术变革。张德朝表示，我们将立足网络基础能力提升，围绕优化网络架构、提升网络带宽、实现灵活开放组网，构建新一代基于OXC的光电联动型全光网。
02、新型网络架构提升OXC容量和性能
基于OXC的新型光电联动型全光网具有三大技术特征，第一是组大网能力，具备长距离、大容量的400G/800G传输技术，以及具有灵活调度能力的集成式光交叉OXC；第二是光电联动，在光层制定OAM机制来拉通光电管控，同时电层多颗粒度调度和光层波长级调度协同；第三是智能管控，基于SOTN集中式管控系统做进一步延伸，对光电协同和资源配置进行统一的管理和调度。
对于光电联动型全光网，主要从两个方面实现高效的光电联动：在转发面，引入光层OAM机制，定义开销帧格式，同时进一步拓展光层OAM功能，实现高效光电联动。在管控面，从存、算、配三个方面进一步融合：“存”即光电资源数据互通，“算”即多层协同资源调度和优化，“配”即统一配置光电两层资源。光层OAM可以与集中式管控系统配合，根据集中式管控系统下发的总体策略，依托光层OAM随路特性，实现了业务开通、协同算路、波长配置、保护恢复、故障定位等光电联动高效运维能力，并纳入现网应用。
其中集中式管控系统和光层OAM机制是实现光电联动的关键。张德朝提到，在传送网领域我们已经实现了OTN的集中式SDN管控系统的应用，该系统能够收集全网光电两层的拓扑，并在光电两层资源数据之间建立关联关系，存储在统一的数据库中；同时，基于统一的资源数据和全局拓扑，管控系统在执行路由、资源分配等算法时，可以实现光电两层资源协同，从而达到全局资源最优的效果；最后，在配置下发时，管控系统可以实现光电两层配置统一下发，例如通过一条指令同时打通光层波长连接和电层ODU连接。
光层交叉容量和灵活调度的能力对于光电联动的效率非常重要，而其限制核心因素是集成式光交叉（OXC）性能。那么如何提升OXC的容量和性能，其中最核心的技术突破在哪？
张德朝介绍，OXC的关键技术包括WSS、全光背板、高密度光连接器、数字化光层。其中，WSS技术是提升OXC容量和性能的核心技术。WSS的维度和工作谱宽与OXC的容量相关，面向超400G，现有C+L波段将无法满足80波系统需求，WSS需支持新波段及提升谱宽。高效调度需提升切换时间，受LCoS刷新率、切换路径算法等限制，切换时间提升困难。此外，现有方案下路方向采用两级WSS实现N*M CDC功能的结构和成本需要进一步优化。
目前，WSS性能提升需要从高分辨率LCoS、LCoS相位控制算法、光路设计等方面进行突破。一是2k分辨率LCoS已无法满足维度进一步提升要求，需加快推动4k分辨率LCoS研制；二是通过优化LCoS控制算法，实现抑制边缘场效应等不利因素，并缩短切换时间；三是维度提升和光谱扩展对光路设计的集成度和光学特性提出了新的挑战，需要进一步优化光学设计。
03、超大容量挑战实现高速传输能力
在超大容量的400G超高速光互联方面，400G是业界关注焦点，CCSA已完成长距400G光模块、系统2大核心标准立项；同时中国移动已完成16QAM-PCS 400G实验室和现网试点，覆盖了G.652.D/G.654.E两种光纤以及EDFA放大/拉曼EDFA混合放大两种模式组合起来的4个模型。总体来说，16QAM-PCS 100GHz已可满足G.652.D 1000km需求，但面对更长距离传输性能略显不足；16QAM-PCS 100GHz采用G.654.E+EDFA可传输1700km；QPSK 150GHz理论上具备更好的B2B OSNR容限，5nm DSP和12THz C+L 80波系统亟需突破。
在超大容量的800G超高速光互联方面，有单载波和电域子载波两种方式。单载波优点是无需保护间隔，具有更好的频谱效率SE和更小的滤波损伤，更低的oDSP计算复杂度和可能更低的成本，对AD/DA的幅度采样动态范围要求低，更易实现；缺点是由于单体信号波特率高，会有更大的均衡增益相位噪声（EEPN）。电域子载波的优点是，不同的子载波可采用不同的调制格式和调制阶数，同时由于各子载波独立，可实现P2MP，而且EEPN较单载波小；缺点是具有更大的峰均功率比，对AD/DA的幅度采样动态范围要求高。
综合来看，优选单载波方案，相比于电域子载波方案，单载波具备B2B OSNR优势，RSOP容限好，DSP结构简单；基于~90GBd的800G系统仍不是理想方案，须采用更高波特率调制器来降低传输损伤。
04、深入业务单元技术研究支撑灵活接入部署
随着OTN逐步下沉到城域网和接入网，面临接入和承载高品质专线、高清视频等1G以下小颗粒业务的需求。光业务单元OSU(Optical Service Unit)继承了OTN高质量业务承载的优点，如：硬管道、TDM机制、高可靠性、零丢包、安全隔离、稳定时延、抖动等。同时也做了一些优化，提升了小颗粒业务承载的带宽利用率和支持数量，如：可高效承载2M-1G小颗粒客户信号，OTU每100G支持80个通道，OSU每100G单级映射理论支持4k条数业务。
张德朝希望国内协同一致推进OSU技术的国际标准化进程，加速标准制定和完善；另外一方面在该技术的产业链上联合开展设备和芯片研发，推动技术和产品成熟。
从OSU的标准化来看，OSU主要涉及到技术、设备、管控三大核心标准。
CCSA：技术、设备标准于2021年10月基本成稿，包含OSU00、OSU01两个版本；管控标准于2021年底立项；
ITU-T：技术标准于2020年初立项，开销功能等已经初步确定。
在组网思路上，城域汇聚及以上OSU设备采用统一方案，接入CPE/Hub OSU设备考虑灵活部署；在部署应用上，城域网采用OSU承载小颗粒业务，骨干网考虑采用ODU透传方式。
从产业进展看，构建了涵盖运营商、大型设备厂家、CPE设备厂家、芯片厂家的完整OSU产业链；业界已有OSU芯片完成流片，部分厂家支持OSU功能的OTN设备已具备测试验证条件。
面向接入设备CPE OTN的发展，张德朝认为有两方面需要进一步演进，一是末端接入设备需要引入OSU小颗粒度能力，实现业务端的灵活地承载和调度；二是面向算力协同，提升客户侧业务感知能力，实现业务快速响应。
05、三个核心方向争取全光网发展新突破
谈到接下来全光网的突破方向，张德朝提到将围绕组大网能力、光电联动和智能管控这三个方向进行。
一是组大网能力，需要长距离大容量400G/800G传输技术，以及具有灵活调度能力的集成式光交叉OXC技术。2021年已完成16QAM-PCS 400G实验室和现网试点，16QAM-PCS 100GHz可满足G.652.D 1000km需求，但面对更长距离传输性能略显不足；16QAM-PCS 100GHz采用G.654.E+EDFA可传输1700km。基于~90GBd的64QAM-PCS单载波800G，采用G.654.E+混合放大，实现了1000km+极限传输；基于~95GBd的64QAM-PCS 800G，采用G.654.E+纯拉曼放大，实现了2000km+极限传输。相关工作也在光通信领域学术顶级会议ECOC发表。但是，迫切需要推进400G/800G传输性能进一步提升，以满足1000km 80波系统组网能力要求。面向骨干网交叉容量提升，需进一步提升OXC容量和性能；面向智慧城市发展，城域低成本光底座灵活调度能力有待提升。
二是为实现光电联动，需要在光层制定OAM机制拉通光电管控，定义新的光层OAM开销帧格式，实现光电两层高效协同；在电层多颗粒度调度和光层波长级调度协同，推动OSU技术和产品成熟。
三是在智能管控方面，基于SOTN集中式管控系统，实现光电协同管理和资源配置。
