邁向全光網(wǎng)：大連接時(shí)代的光通信進(jìn)階之路

全光網(wǎng)成為大連接時(shí)代的大勢所趨。我國全光網(wǎng)建設(shè)即將進(jìn)入最終演進(jìn)階段，三大運(yùn)營商加速接入網(wǎng)光纖化，將在交換層引入ROADM，從而邁向全光網(wǎng)時(shí)代。

從1966年被稱為“光通信之父”的高錕博士提出光纖通信概念開始，光纖通信發(fā)展已過去近半世紀(jì)。50年間，隨著光纖與光傳輸技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)也經(jīng)歷了飛速發(fā)展的過程。而伴隨著萬物互聯(lián)時(shí)代的到來，為了適應(yīng)爆炸式增長的通信業(yè)務(wù)需求，全光網(wǎng)（AON）的概念也應(yīng)運(yùn)而生。

而隨著光網(wǎng)城市建設(shè)在我國的推進(jìn)，“全光網(wǎng)”概念也逐漸進(jìn)入公眾視野，我國全光網(wǎng)將如何發(fā)展，何時(shí)能完全實(shí)現(xiàn)，也已成為通信行業(yè)近幾年熱議的話題。

從運(yùn)營商角度來看，我們的業(yè)務(wù)對(duì)象規(guī)模從數(shù)百上千億，產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)擴(kuò)展到數(shù)百上千億，網(wǎng)絡(luò)連接建立的速度、性能、可靠性、成本都有一個(gè)很大的提升，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了從各種無線到各種有線的全連接全覆蓋，在帶寬層面從3G發(fā)展到了4G乃至5G無線信道乃至光波道，管道上也從純比特管道發(fā)展到了具備更高價(jià)值的業(yè)務(wù)管道。在這個(gè)背景下，邁向全光網(wǎng)時(shí)代的條件已經(jīng)成熟。

全光網(wǎng)進(jìn)入最終演進(jìn)階段

萬物互聯(lián)的大連接時(shí)代無疑將會(huì)催生對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬容量和延時(shí)的巨大需求，因此，全光網(wǎng)成為大連接時(shí)代的大勢所趨。但是，只有當(dāng)傳輸和接入都實(shí)現(xiàn)光纖化，交換層也引入ROADM和OXC后才能構(gòu)成所謂嚴(yán)格意義上的全光網(wǎng)。而實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)需要三個(gè)步驟，第一步是骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)中傳輸鏈路的光纖化。第二步是接入網(wǎng)光纖化，目前接入網(wǎng)中饋線段基本實(shí)現(xiàn)光化，全網(wǎng)已部署1.7億芯公里，但仍有3.5億線對(duì)公里銅線的部署量，光進(jìn)銅退依然路很長。第三步是傳輸節(jié)點(diǎn)引入光交換，目前上海已經(jīng)部署了ROADM，初步形成了光網(wǎng)城市。

我國全光網(wǎng)最終演進(jìn)階段即將開始，運(yùn)營商中國電信牽頭，將在交換層引入ROADM，從而邁向嚴(yán)格意義上的全光網(wǎng)。

但是，鑒于目前國內(nèi)光網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀，2018年國內(nèi)90%以上家庭寬帶用戶達(dá)到100M到戶、2020年經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市地區(qū)具備提供千兆到戶的能力，是比較現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)。目前頻頻見諸于媒體的“全光網(wǎng)”并不是真正意義上的全光網(wǎng)，全行業(yè)必須認(rèn)清光網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)實(shí)。我國距離真正實(shí)現(xiàn)“全光網(wǎng)”，仍有10-20年的歷程。

實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)關(guān)鍵在于接入網(wǎng)

全光網(wǎng)的關(guān)鍵是第二步接入網(wǎng)。接入網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)中技術(shù)進(jìn)步相對(duì)最慢、投資最大、維護(hù)成本最高，實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)最費(fèi)力的部分。

中國電信是目前接入網(wǎng)光纖化速度最快，F(xiàn)TTH規(guī)模最大的運(yùn)營商（FTTH用戶已超過1億），正在引領(lǐng)全球的光纖化進(jìn)程。中國電信的目標(biāo)是2018年前為90%以上家庭寬帶用戶提供至少100M到戶的能力；2020年前在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市地區(qū)基本具備提供千兆到戶的能力；2025年全網(wǎng)具備規(guī)模提供千兆以上到戶的能力。

接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢主要有六個(gè)方面。第一，面向4K/8K/VR的大視頻將是未來主要業(yè)務(wù)，也是最大的趨勢。第二，F(xiàn)TTH進(jìn)一步向全網(wǎng)擴(kuò)展的重點(diǎn)是向偏遠(yuǎn)和農(nóng)村延伸，同時(shí)成本和難度攀升。第三，接入網(wǎng)將具有快、更靈活、更經(jīng)濟(jì)的傳送承載能力，也就是更高的接入速率（10G/N·10G）、更廣的覆蓋和更少的局所及有源接入點(diǎn)、更便捷的接入方式。第四，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)將貫穿在接入網(wǎng)甚至全光網(wǎng)的整個(gè)發(fā)展態(tài)勢當(dāng)中，對(duì)于接入網(wǎng)來說主要的目的在于業(yè)務(wù)創(chuàng)新和降低成本，同時(shí)將逐步開啟SDN/NFV化，即采用先OLT后ONT的策略。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已是大勢所趨，運(yùn)營商以及設(shè)備廠商只有順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，才能適應(yīng)時(shí)代需求。第五，多種接入手段的無縫融合接入。想要實(shí)現(xiàn)多種接入手段的無縫融合接入，有線、無線、移動(dòng)的無縫融合和一致體驗(yàn)是重中之重。以前要談一致體驗(yàn)很困難，但隨著4G的大規(guī)模使用和5G的快速發(fā)展，使無縫融合和一致體驗(yàn)成為可能。第六，智能化的邊緣計(jì)算，將實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)處理更加敏捷、延時(shí)最小、成本最優(yōu)。

全光節(jié)點(diǎn)是全光網(wǎng)歸宿

全光節(jié)點(diǎn)是全光網(wǎng)的歸宿。其中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以說是組網(wǎng)靈活性的靈魂，目前，由于傳統(tǒng)靜態(tài)調(diào)度的靈活性已不能滿足互聯(lián)網(wǎng)的需要。同時(shí)，光層組網(wǎng)靈活性的關(guān)鍵是引入全光交換節(jié)點(diǎn)，目前的現(xiàn)狀是電層節(jié)點(diǎn)盡管靈活性足夠，但是透明性不足、容量擴(kuò)展性不夠。

光波長通道有望在節(jié)點(diǎn)處按流量流向?qū)崿F(xiàn)無需人工介入的全自動(dòng)化靈活調(diào)度，最終實(shí)現(xiàn)無色、無方向、無沖突的三無（CDC）透明光節(jié)點(diǎn)。但對(duì)于全光節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)仍然存在，目前組網(wǎng)范圍受限于1200公里，只能在中國實(shí)現(xiàn)局部組網(wǎng)，而中小顆粒調(diào)度浪費(fèi)情況也急需解決。

現(xiàn)在的信號(hào)調(diào)度方法演進(jìn)分成三個(gè)階段，2012年之前基本上依靠人工調(diào)度，2012年以后，引入OTN電層調(diào)度速度提高，但容量較小，資源利用率較低。2016年后，開始引入ROADM光層調(diào)度，這么做出于如下原因：第一是業(yè)務(wù)需求。目前，我們業(yè)務(wù)顆粒帶寬已經(jīng)達(dá)到100G，而我們中下游的大部分網(wǎng)絡(luò)連接也都已經(jīng)達(dá)到100G，這時(shí)候光層調(diào)度肯定是最經(jīng)濟(jì)的；第二是聯(lián)網(wǎng)需求，從點(diǎn)到點(diǎn)演進(jìn)到網(wǎng)狀，可以提升靈活調(diào)度能力、業(yè)務(wù)管理能力、可用性和恢復(fù)效率；第三，消除電設(shè)備的帶寬瓶頸，確保容量的可擴(kuò)展性；第四是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的透明性，即與客戶層信號(hào)格式速率解耦；第五是簡化和加快高速電路的指配和業(yè)務(wù)提供速度，快速實(shí)現(xiàn)任意波長的靈活、動(dòng)態(tài)上下路；第六是降低建網(wǎng)費(fèi)用和運(yùn)維成本。減少了網(wǎng)元數(shù)和光/電轉(zhuǎn)換器，簡化了網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)劃和運(yùn)行；第七，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)代價(jià)低，未用容量可作為恢復(fù)資源用；第八，ROADM光層調(diào)度能耗和占用空間均低50%左右。通過ROADM光層調(diào)度，將使得全光網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)速度進(jìn)一步加快。

硅光集成技術(shù)助力全光網(wǎng)實(shí)現(xiàn)

全光網(wǎng)的關(guān)鍵就是實(shí)現(xiàn)全光節(jié)點(diǎn)，而全光節(jié)點(diǎn)特征包括三個(gè)。第一是全光，消除了電節(jié)點(diǎn)帶來的容量限制和光電轉(zhuǎn)換成本。第二是實(shí)現(xiàn)三無，即無色、無方向、無沖突，具備三無的波長交換和匯聚節(jié)點(diǎn)，具有很高的靈活性。第三個(gè)是靈活格柵，根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)帶寬靈活分配信號(hào)譜寬，最終形成一個(gè)靈活適應(yīng)不同傳輸距離和容量的可編程光網(wǎng)。

不過，最終要能夠大規(guī)模使用全光網(wǎng)，還需要硅光集成技術(shù)。只有硅光集成可望在成本、功耗和集成度上帶來根本性的突破，從而在全網(wǎng)范圍推進(jìn)全光網(wǎng)。目前，我國實(shí)現(xiàn)光接入的成本越來越高，要求越來越嚴(yán)格，而在所有的常規(guī)技術(shù)與光技術(shù)中，只有硅光技術(shù)能做到根本性的突破，實(shí)現(xiàn)功耗、成本、集成度上下降2/3，其他技術(shù)沒有一個(gè)能做到這一點(diǎn)。所以硅光技術(shù)一直被業(yè)界所看好，從運(yùn)營的角度來說，硅光集成技術(shù)一定會(huì)是發(fā)展方向。（本文根據(jù)韋樂平在2016中國通信產(chǎn)業(yè)大會(huì)暨第十一屆中國通信技術(shù)年會(huì)講話整理，有刪改，標(biāo)題為編者所加。）