華為&中國移動：算力時代城域STAR OTN技術白皮書（2022）（14頁）.pdf

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1、算力時代技術白皮書華為技術有限公司|中國移動研究院2022年12月目 錄前言01城域光傳送網發展趨勢與挑戰022.1 OTN全光運力底座是提供一流連接服務的基礎022.2 算力時代城域OTN面臨挑戰03城域STAR OTN設計理念與技術架構043.1 新一代城域OTN網絡設計理念043.2 城域STAR OTN技術架構04城域STAR OTN關鍵技術064.1 新型城域ROADM技術064.2 基于硅光技術的新型城域相干模塊技術074.3 基于類MCM的光層數字化標簽技術07城域STAR OTN組網場景分析08總結與倡議10縮略語11010203040506算力時代城域STAR OTN技術白皮

2、書0101 前言近年來，我國深入實施網絡強國戰略、國家大數據戰略，先后印發數字經濟發展戰略、“十四五”數字經濟發展規劃，有關部門認真落實各項部署，加快新型基礎設施建設，加快建設高速泛在、天地一體、云網融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數字信息基礎設施，打通經濟社會發展的信息“大動脈”。隨著算力網絡等新業務的蓬勃發展，流量快速增長，城域匯聚、接入開始大量部署OTN/WDM（Optical transport network/Wavelength-division multiplexing,光傳送網/波分復用）網絡。但光網絡底層傳輸仍然是光模擬信號，存在較高的復雜性。某種程度上說，城

3、域部署OTN/WDM的復雜程度一點不亞于干線部署，亟需升級轉型以適配新業務發展。本白皮書面向算力網絡發展新需求并結合運營商城域光傳送網技術發展，開創性提出新一代城域STAR OTN技術架構，通過波長資源池化、多環共享大幅減少OTN/WDM在城域匯聚和接入層的部署難度和成本，降低機房配套資源訴求，并通過引入數字化波長技術實現波長遠程可監、可視、可管，構建網絡自動化能力。本白皮書旨在通過構建城域光傳送網新型技術架構，推動產業鏈共同努力，建設更簡、更易、更快、更優的城域光傳送網，為網絡強國貢獻力量。本白皮書的版權歸華為和中國移動所有，未經授權，任何單位或個人不得復制或拷貝本白皮書之部分或全部內容。0

4、202 城域光傳送網發展趨勢與挑戰02 城域光傳送網發展趨勢與挑戰2.1 OTN全光運力底座是提供一流連接服務的基礎面對新形勢，中國運營商紛紛提出建設先進算力網絡基礎設施的構想，如中國移動提出“創建世界一流信息服務科技創新公司”的新定位，全力構建基于5G+算力網絡+智慧中臺的“連接+算力+能力”新型信息服務體系。一是打造品質一流的“連接服務”，促進數據高效流通；二是打造泛在融合的“算力服務”，加速數據深度運用；三是打造開放共享的“能力服務”，推動數據注智賦能。面向“算力網絡”、“東數西算”樞紐算力連接，華為和中國移動創新提出構建基于OXC（Optical cross-connect，全光交叉連

5、接）的光電聯動新型全光網架構。與此同時，城域網絡為千行百業提供品質算力時，需要提供低時延、高靈活性、高可靠等入算能力，華為聯合中國移動結合中國運營商面對算力時代新的網絡定位和升級轉型，深入展開了新型城域光傳送網組網架構和技術研究。OTN全光運力底座能夠提供確定性承載能力，是一流連接服務的基礎。業務升級對網絡提出了更高帶寬、更低時延、更高可用率、更廣覆蓋等需求。如VR（Virtual reality，虛擬現實）游戲的端到端時延至少需小于10ms，醫療影像系統上云，需要確保GB級的CT（Computed tomography，電子計算機斷層掃描）影像在毫秒內上傳到云端，同時有數據指出1%的誤碼可能

6、造成90%算力的損失。OTN網絡具備確定性大帶寬、低時延、高可靠、架構穩定、綠色節能等特點，可以提供硬管道、TDM（Time-divisionmultiplexing，時分復用）機制、高可靠性、零丟包、安全隔離、穩定時延、零抖動等能力，使網絡從原先的“盡力而為”轉變為“確定性”的網絡聯接，不斷提升各類政務、金融、醫療、教育等行業的聯接品質。面對算力網絡在架構、帶寬、時延等方面對光網絡提出的新需求，OTN光網絡需要按需持續向城域接入節點延伸，轉型升級構建承載算力的基礎網絡底座，需要以光筑底，以算為核構建新一代的扁平化、大帶寬、低時延網絡以支撐算力網絡演進。03算力時代城域STAR OTN技術白皮

7、書2.2 算力時代城域OTN面臨挑戰算力網絡需要構建提供確定性運力的OTN全光運力底座，據不完全統計，中國運營商網絡的城域匯聚接入站點數量在30萬站以上，城域OTN在逐步下沉進行深度廣覆蓋的過程中，需要實現更經濟高效的組網，向低成本、低復雜和高靈活、高智能的“兩低”“兩高”的方向發展。低成本：緊湊的設計、高資源利用率。如果繼續采用獨立多環的組網方式，環間完全獨立，每個環按照滿波40波系統容量設計，這樣接入環的平均波道利用率只有20%左右，導致資源浪費。匯聚站點到每個接入環每個光方向必須要一套獨立的光層，部署一個獨立的子架，會占用一定的機房空間。城域OTN下沉到匯聚接入層級站點數量將呈現10倍以

8、上增加，以某地市城域網為例，共有5個城域核心、52個市區匯聚匯聚站點，而匯聚接入站點數量則達到492個。站點數量如此龐大，城域OTN需要考慮采用更緊湊的設計和更高資源利用率的方案。低復雜：簡便的規劃、設計和交付。波分系統設計階段需要分析線路插損、光功率預算、入纖光功率、濾波代價、色散、PMD（Polarization mode dispersion，偏振模色散）容限和非線性效應等多個參數。每光方向基本由分合波板、光監控信道板和光放單板等獨立單板組成，需要大量的人工連纖，必須由專業人員進行交付。為了更好地滿足快速部署，需要考慮如何簡化規劃、設計和交付流程，縮短業務上線時間，同時站點配置最好是可以

9、歸一，這樣可以減少備件數量、降低站點維護難度。高靈活：更高的靈活性和更好的長期演進能力。采用FOADM（Fixed optical add-dropmultiplexer，固定光分插復用器），部署后每個端口接入的波長是固定的，無法根據后續流量和流向需求進行波道動態調整。如果前期出現規劃設計錯誤，就需要重新上站更換單板、進行人工跳纖等操作，整體操作周期可能需要以天級計算。隨著流量的增加，為了持續降低單bit成本，需要考慮采用更高的單波速率，更高的單波速率如400G+要求光層支持更寬和可調的波道間隔。為了更好地適配新技術發展，城域OTN需要具備更高的靈活性和長期持續演進的能力。高智能：資源自動分配

10、、自動調測和智能故障定位等能力。當前波分網絡基本上采用的是離線規劃的方式，規劃和部署并非實時無縫銜接的。如果交付過程中出現業務調整，就需要重新人工錄入規劃工具，可能需要花費數天才能完成調整。在光電協同方面，如果可以直接檢測識別波長信號的各種關鍵特征信息，這樣光層就可以與電層形成聯動，光電資源可以實現更高效的融合。同時需要考慮不斷提升故障定位效率，改變被動運維的方式，實現對光纖質量、業務健康度無法提前預測。0403 城域STAR OTN設計理念與技術架構03 城域STAR OTN設計理念與技術架構3.1 新一代城域OTN網絡設計理念3.2 城域STAR OTN技術架構算力網絡中，業務將由原來的固

11、定/半固定式點對點連接走向靈活的任務式調度連接，業務需求時間不確定，業務顆粒大小不確定，業務源宿方向不確定。因此，傳送網將從純電層OTN固定式組網走向光電聯動靈活組網。面向城域網絡，為提供一流的入算連接服務，實現廣闊的用戶快速接入，下一代城域OTN網絡需要具備如下特征。更低的建網成本。在滿足業務發展需求，保障承載底座品質的前提下，通過組網架構創新、站點模型創新、以及光/電器件創新釋放創新紅利，實現更低的成本。更靈活的調度能力。具備全顆粒電層/光層交叉調度能力，支持OTN一跳入算的能力，小顆粒業務采用電層調度，大顆粒業務采用波長調度，相互協調，高效運作。更簡易的運維。傳送網絡逐步走向自動化、自智

12、化，通過推進光層數字化和引入AI（Artificialintelligence，人工智能）技術，增強網絡自運維、自優化的能力，降低運維人員的技能要求，實現便捷運維。更快捷的部署。通過站點模型、單板部件歸一，簡化配置模型、單板種類，免除對專業網絡設計的依賴，減少流程，實現網絡快速部署。面對新的業務發展需求，華為聯合中國移動深入研究城域網絡發展與變化趨勢，從技術架構、城域演進、網絡自動化和可重構等四個維度出發，基于共享式理念提出了全新一代城域STAR OTN技術架構，全面提升網絡資源利用效率。05算力時代城域STAR OTN技術白皮書Sharing多環共享新架構面向城域光底座運維自動化核心匯聚接入

13、核心網絡可配置Targetting MetroTARSAutomationReconfigurable圖1城域STAR OTN技術架構S:Sharing;網絡級資源共享，實現更低成本建網。根據城域網絡傳送帶寬呈現非對稱分布、逐層匯聚的特點，提出創新型多環共享網絡架構，以提升資源利用效率和實現更低的建網成本。匯聚站點由每方向獨占一套光層升級為多個方向共享一套ROADM（Reconfigurable optical add-dropmultiplexer，可重構光分插復用器）光層，大幅節省機房空間，降低設備成本和能耗。頻譜資源由每個方向獨占96波演進到多個匯聚環共享96波，大幅度提升波長利用率。T

14、:Targetting Metro;面向城域的低成本相干組網，全業務承載，支撐帶寬/業務長期演進。采用OTN和ROADM作為全光網絡基礎技術，既支持電層2M100G帶寬的匯聚和靈活調度，也可面向百G及以上帶寬提供光層波長級動態調度能力，滿足ToC/ToB/ToH全業務、全帶寬的綜合承載。面向城域推動低成本相干技術，免DCM配置，實現傳統10G非相干網絡升級，可向100G/200G/400G演進，滿足帶寬長期演進訴求。A:Automation;自動波長分配，自動光層調測，自動業務發放，逐步邁向自動駕駛網絡。支持全網波長的自動分配，網元自動上線，并引入數字光標簽技術實現光層自動調節，構建網元和網絡

15、級的自動化軟能力。無需波長人工規劃設計環節，開局時不需要軟調工程師進站操作。支持遠程故障快速定界和處理，全面提升網絡運維效率。并通過管控層面進一步智能化，支持光電聯動和智能算路，實現業務的端到端自動發放。R:Reconfigurable;光層ROADM化，連接可重構，波長無感知，站點典配實現去專業化，快速部署。光層由FOADM升級為ROADM，支持光層Colorless和Flexgrid。其中，光層Colorless支持上下波端口波長可調，站點波長配置無感知，光層配置標準化，大幅降低交付人員專業化技能要求。同時可采用光層集成設計實現極簡典配，支持光層1板1方向?！靶恰毙图軜?，筑基強算0604

16、城域STAR OTN關鍵技術04 城域STAR OTN關鍵技術4.1 新型城域ROADM技術1.基于多環共享架構的新型WSS技術2.基于多器件合封的邊緣極簡ROADM技術面對城域算力網絡新需求新挑戰，結合城域網絡多環少波的特點，下一代STAR OTN需要從組網技術、線路技術、網絡數字化等方面針對城域場景進行相關的技術研究和創新，構建低成本、靈活調度、簡易運維的OTN網絡。城域匯聚以下網絡當前以FOADM組網方式為主，需要采用ROADM組網方式滿足未來算力網絡靈活調度新需求。傳統ROADM應用于城域網面臨成本較高、空間較大、功耗較高等挑戰，需要在多環匯聚節點和環上接入節點引入新的技術方案。WSS

17、（Wavelength Selective Switching，波長選擇開關）是實現ROADM波長調度等功能的關鍵器件。傳統的WSS為1*N維度，即接收一個方向的線路合波光信號，把合波光信號按波長調度到N個方向。針對城域多環匯聚到一組匯聚節點的組網方式，在匯聚節點將1*N WSS改進為新型M*NWSS，即一組WSS支持多環接入，接收多個方向的線路合波光信號，實現多環共享一組WSS，從而節省空間，降低功耗和成本。通過光學架構和LCos算法優化實現M*N WSS多端口。由于WSS端口數量的增加，在隔離度/插損等方面存在挑戰，通過高精度的LCoS底層物理模型，與創新的優化算法，從而大幅提升WSS相鄰

18、/非相鄰端口隔離度。傳統ROADM面向2維以上場景，例如4維/9維/20維/32維的ROADM，實現復雜，成本較高。面向城域接入環2維的典型組網方式，采用新型極簡ROADM技術，基于光分路器、耦合器和相干接收器，無需WSS器件，保留ROADM的Colorless/Flexgrid（無色/柔性波長通道）等關鍵特性的基礎上實現波長路由功能。同時，利用光電器件合封技術，大幅提高光電芯片的集成度，降低復雜度、成本和功耗，匹配接入節點組網方式。另外，基于數字化光標簽技術實現波長資源可視和分配，滿足光網絡管理和運維的智能化。算力時代城域STAR OTN技術白皮書074.2 基于硅光技術的新型城域相干模塊技

19、術4.3 基于類MCM的光層數字化標簽技術隨著各種新型業務的發展，城域接入容量不斷增長，城域大帶寬需求急需解決。當前業界大容量傳輸方案有相干100G/200G技術，非相干100G技術，點到多點（P2MP）相干技術等。采用53GBaud PAM4調制格式的O波段非相干100G技術，由于傳輸距離短（10km40km）無法全覆蓋城域傳輸場景，當前主要應用在客戶端連接；點到多點（P2MP）相干技術當前正處于研究階段，短期內無法達到成熟，需要產業鏈長期共同培育。相干100G/200G技術具有傳輸距離長、容量大、產業成熟等特點，主要針對干線場景設計，滿足干線長距離傳輸，但成本較高。針對城域網絡場景的450

20、600km傳輸需求，對傳統相干光模塊的關鍵組件進行優化設計，優化FEC（Forward error-correction，前向糾錯）算法降低oDSP（Opticaldigital signal processing，光數字信號處理）芯片的復雜度，采用硅光技術小型化光模塊降低功耗等?；?00G/200G相干光模塊業界可在短時間內快速推出適合城域網絡使用的低功耗、低成本、高容量的新型城域相干100G/200G光模塊。傳統光層OAM（Operation administration and maintenance，操作維護管理）信息通過外置高速VOA（Variable optical attenu

21、ator，可調光衰減器）調節單波光功率實現模擬信號承載，對單波信號性能影響比較大。光層數字標簽通過類MCM（Multi-carrier modulation，多載波調制）調制方式將高速數字信號做載波，疊加多載波低速調制信息，在oDSP內部直接對碼流電信號調制，調節深度可精確控制；收端通過相關技術將子載分離進行單獨監控，可以消除相互干擾，碼間串擾，發揮數字信號糾錯能力，獲得長距離多載波并行傳輸，對信號影響小，是實現OAM信息承載的優選技術方案。光層數字標簽信息包括波長值、發端光功率、編制碼型、通道帶寬、源宿站點等。在每一個監測點，實現對每個波長“光標簽”的檢測，識別不同波長業務的中心波長、業務速

22、率、源節點信息等，并根據識別出的信息，實現波長資源可視化、單波功率檢測功能，提升業務規劃透明度和便利性，提升網絡的智能化運維水平。0805 城域STAR OTN組網場景分析05 城域STAR OTN組網場景分析面向算力時代，為提供一流的連接服務，打造全生命周期高效網絡，全光運力底座已成為行業共識。以OXC、400G為代表的新技術蓬勃發展，推動光傳送網向光電聯動、扁平化、低時延的智慧全光網發展。當前骨干網和城域核心層正基于光電聯動OTN和OXC技術進行新一輪的網絡架構演進，實現高效的算力互聯。為提供高質量入算服務，滿足泛在接入的需求，城域匯聚將向靈活調度、低成本、低功耗演進。城域STAR OTN

23、匹配接入環和縣鄉波分新一代網絡的需求。以某城域網絡A為例，核心層由4個節點構成，其中樞紐一/樞紐三兩個核心節點下掛8個匯聚環，每個匯聚環上有13個業務接入點，單個匯聚節點需求24個波長，8個匯聚環共約30波。該網絡可通過城域STAR OTN實現樞紐一/樞紐三兩個核心節點共享同一個ROADM單板，完成8個匯聚環接入；匯聚節點采用極簡ROADM實現業務上下，基于數字化標簽實現100G/200G波長自動分配。圖2城域網絡A架構樞紐一樞紐二樞紐三樞紐四09算力時代城域STAR OTN技術白皮書環1環2環3環4匯聚一匯聚二城域郊縣網絡B當前以FOADM組網，匯聚一和匯聚二兩個核心節點下掛4個縣鄉匯聚環，

24、為典型多環少波系統。城域STAR OTN通過在匯聚一和匯聚二兩個核心節點采用共享式ROADM單板，完成4個匯聚環接入；匯聚節點采用極簡ROADM實現業務上下，基于數字化標簽實現100G/200G波長自動分配。上述兩個網絡可以通過采用STAR OTN方案，全網實現ROADM功能，增強智慧運維能力，滿足算力網絡靈活調度的需求，支持網絡長期演進。初步估算，基于STAR OTN方案，建網帶寬提升，單Bit成本下降。波長資源共享提升波長利用效率，促使平臺成本下降。端到端ROADM化帶來空間、功耗約下降?；趧撔鹿鈽撕瀸崿F運維自動化，降低OPEX開銷。圖3 城域郊縣網絡B架構06 總結與倡議1006 總結

25、與倡議華為和中國移動面向算力網絡不斷推進光傳送網發展和升級轉型，持續開展技術研究和創新，在骨干網方面提出基于OXC的光電聯動新型全光網絡架構，在城域網方面，結合城域匯聚環特點提出了STAR OTN組網架構，具有更低的組網成本、更靈活的調度能力、更簡易的運維和更快捷的部署特征，全面滿足算力用戶高品質需求。當前面向算力網絡的光傳送網在標準路線、體系架構等方面仍處于起步階段，一批重大原創成果和關鍵核心技術亟待突破，原創性技術創新的緊迫性與日俱增。為了加快推動面向算力網絡的光傳送網成熟發展，需要在更高層次、更大范圍、更深程度上凝聚產業力量，華為和中國移動愿與社會各界一道，共同開展OTN技術研究，大力推

26、進低時延、高靈活的城域全光運力底座。算力時代城域STAR OTN技術白皮書11縮略語AAI人工智能CCT電子計算機斷層掃描FFEC前向糾錯FOADM固定光分插復用器MMCM多載波復用OOAM操作管理維護oDSP光數字信號處理OTN光傳送網OXC全光交叉連接PPMD偏振模色散RROADM可重構光分插復用器TTDM時分復用VVOA可調光衰減器VR虛擬現實WWDM波分復用WSS波長選擇開關免責聲明本文檔可能含有預測信息，包括但不限于有關未來的財務、運營、產品系列、新技術等信息。由于實踐中存在很多不確定因素，可能導致實際結果與預測信息有很大的差別。因此，本文的信息僅供參考，不構成任何要約或承諾，主編不對您在本文檔基礎上做出的任何行為承擔責任。主編可能不經通知修改上述信息，怒不另行通知。主編保留對本文檔的最終解釋權。