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1、中國信息通信研究院技術與標準研究所2022年12月全全光光運運力力研研究究報報告告(2 20 02 22 2 年年)版權聲明版權聲明本報告版權屬于中國信息通信研究院，并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，應注明“來源：中國信息通信研究院”。違反上述聲明者，編者將追究其相關法律責任。本報告版權屬于中國信息通信研究院，并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，應注明“來源：中國信息通信研究院”。違反上述聲明者，編者將追究其相關法律責任。前 言前 言我國國民經濟和社會發展“十四五”規劃和 2035 遠景目標綱要指出，要布局建設信息基礎設施、融合基礎設施

2、、創新基礎設施等新型基礎設施。以千兆光網和 5G 網絡為代表的網絡基礎設施是信息基礎設施的重要組成部分，其提供的強大數據運送能力，即運力，成為支撐數字經濟發展的關鍵要素之一。以 OTN 技術為支撐的全光運力具備超大帶寬、超低時延、安全可靠等原生技術優勢，在新一輪數字經濟發展中成為提供運力的堅實底座。本研究報告立足數字經濟發展對運力的需求以及全光運力在其中發揮的核心作用等，研判全光運力算間互聯、用戶入算、運力管控等三個方面需求，探討全光運力未來目標架構，在此基礎上剖析面向超大帶寬、超低時延、安全可靠、泛在覆蓋、靈活敏捷、智能管控、綠色節能等七大典型特征的關鍵技術，初步構建全光運力評估指數。建議產

3、業各方協同推進全光運力技術、標準化及產業多維合作，助力數字經濟高質量發展。目錄一、全光運力發展背景.1(一)運力協同支撐數字經濟加速發展.1(二)OTN 全光技術構筑運力堅實底座.2二、全光運力需求特性.3(一)算間互聯：超大帶寬、超低時延、高效協同.3(二)用戶入算：便捷接入、安全可靠、靈活敏捷.7(三)運力管控：跨域大網管控、算網協同、資源智管.9三、全光運力目標架構.10四、全光運力關鍵技術.11(一)超大帶寬.11(二)超低時延.14(三)安全可靠.16(四)泛在覆蓋.18(五)靈活敏捷.20(六)智能管控.22(七)綠色節能.24五、全光運力評估指數.25六、全光運力未來展望.27圖

4、 目 錄圖 目 錄圖 1 信息基礎設施提供算力和運力.2圖 2“冷、溫、熱”數據業務時延需求.5圖 3 云、邊數據中心互聯需求.6圖 4 全光運力目標架構.11圖 5 高速線路技術方案.12圖 6 頻譜擴展技術線路.13圖 7 全光運力時延優化規劃.15圖 8 全光交叉 OXC 系統.16圖 9 光電切片隔離.17圖 10 單節點光電保護協同.18圖 11 OTN P2MP 組網技術架構.19圖 12 波長數擴展技術.20圖 13 全光運力多維靈活感知.21圖 14 光電協同調度.22圖 15 多因子算路技術.23圖 16 光纖鏈路質量檢測系統.24圖 17 全光運力多層次節能技術.25圖 1

5、8 全光運力指數 1.0.26表 目 錄表 目 錄表 1 各省數據中心規劃及出局帶寬預估.4表 2 新型光纖 G.654.E 與 G.652.D 典型參數對比.13表 3 全光運力指數.27全光運力研究報告（2022 年）1一、全光運力發展背景(一)運力協同支撐數字經濟加速發展(一)運力協同支撐數字經濟加速發展新一輪科技革命和產業變革正在席卷全球，產業數字化深入發展，數字經濟成為支撐經濟增長的重要引擎。在數字經濟時代，大數據的運送、計算、加工產生新動能，賦能行業新應用、催生新業態、推動生產力發展。數據要素的往復循環，支撐了各種不同場景的創新應用和數字化轉型，帶來了全新的發展模式。信息基礎設施提

6、供蓬勃的算力和運力，成為數字經濟發展的堅實基礎。圍繞加強數字化轉型，我國國民經濟和社會發展“十四五”規劃和 2035 遠景目標綱要指出，要布局建設信息基礎設施、融合基礎設施、創新基礎設施等新型基礎設施，其中信息基礎設施包括以千兆光網、5G 為代表的通信網絡基礎設施，以人工智能、云計算等為代表的新技術基礎設施，以數據中心、智能計算中心為代表的算力基礎設施，見圖 1。算力基礎設施提供超強算力，通信網基礎設施提供強大數據運力，算力和運力賦能千行百業，成為支撐數字經濟發展的關鍵能力。全光運力研究報告（2022 年）2來源：中國信息通信研究院圖 1 信息基礎設施提供算力和運力(二)(二)OTN 全光技術

7、構筑運力堅實底座全光技術構筑運力堅實底座政務、醫療、金融、教育等行業數字化加速轉型帶來算力的旺盛需求，對運力相應也提出了高效、可靠和確定性等高品質要求，以光傳送網絡（OTN）技術為主要支撐的全光運力具備超大帶寬、超低時延、安全可靠等原生技術優勢，使其在新一輪數字經濟發展中的價值日益凸顯，成為運力的核心和堅實底座。加快發展和建設全光運力，已成為業界多方關注焦點。2022 年2 月，國家發改委、中央網信辦、工業和信息化部、國家能源局聯合印發通知，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等 8 地啟動建設國家算力樞紐節點，“東數西算”工程正式全面啟動，優化東西部間互聯網絡和

8、樞紐節點間直連網絡是其中一項重要的任務。國家“十四五”規劃提出發展“千兆光網”，工業和信息化部信息通信業十四五規劃進一步對全光運全光運力研究報告（2022 年）3力的發展提出了明確的要求和目標，“部署骨干網 200G/400G 超大容量光傳輸系統，打造 P 比特級骨干網傳輸能力，引導 100G 及更高速率光傳輸系統向城域網下沉，加快光傳送網（OTN）設備向綜合接入節點和用戶側延伸部署?！钡胤秸哺叨戎匾?OTN 全光運力的發展，山東、湖北、陜西、廣西、云南、安徽等地的雙千兆協同發展行動計劃中，相繼提出“推廣部署全光交叉（OXC）”、“加速100G/200Gbps 及以上超高速光傳輸系統向城域

9、網下沉，光傳送（OTN）節點進一步向網絡邊緣延伸”等要求。2021 年 11 月，中國電信發布全光網 2.0 技術白皮書，指出建設云網融合的新型信息基礎設施，全光網是新型信息基礎設施的基石。2021 年 11 月，中國移動發布算力網絡白皮書，提出網絡基于全光底座和統一 IP承載技術，實現云邊端高速互聯，滿足數據高效、無損傳輸需求。2022 年 5 月，中國聯通發布算力時代的全光底座白皮書，提出數字經濟的發展依賴運力和算力，對全光底座的發展進行了系統闡述。二、全光運力需求分析產業數字化正在成為數字經濟發展的重要引擎，千行百業加速上云，其中具備大帶寬、低時延、安全可靠等內生特性的全光運力不可或缺，

10、同時在算間互聯、用戶入算、運力管控等方面提出了新的需求。(一)算間互聯：超大帶寬、超低時延、高效協同(一)算間互聯：超大帶寬、超低時延、高效協同1.樞紐間互聯提升超大帶寬需求全光運力研究報告（2022 年）4數據中心帶寬大幅增長，對運力樞紐出口帶寬帶來巨大挑戰?！皷|數西算”工程將在全國設立 8 個算力樞紐、十大數據中心集群，將東部算力需求有序引導到西部，促進東西部之間算力高效互補和協同聯動。受新基建、數字化轉型等國家政策推動以及企業降本增效需求驅動，我國數據中心近年來發展迅速，截至 2022 年 6 月底，全國在用數據中心機架總規模超過 590 萬，服務器規模近 2000 萬臺，近五年年均復合

11、增速超過 30%。其中，大型數據中心機架規模增長更為迅速，占比達到 80%1。根據部分省市發布的樞紐集群建設規劃，預計十大集群節點規劃規?？傆嫵?500 萬機架，到 2025 年單個樞紐節點的出局帶寬將超過百 T（見表 1）。2021 年各省市互聯網省際出口帶寬統計中廣東達到 100Tbps 量級，其余省市均為幾十 Tbps 量級，西部地區的寧夏則僅有 9.62Tbps，各省市現有省際出口帶寬無法滿足未來運力樞紐節點的出局帶寬需求。另一方面，西部樞紐以服務全國算力需求為主，出省帶寬預計超 70%，當完成規劃的機架數時，預計骨干網帶寬將增加 1000T 以上，對樞紐之間運力帶寬同樣提出了巨大挑戰

12、。表 1 各省數據中心規劃及出局帶寬預估樞紐2025 年機架規劃（萬架）每機架帶寬（Mbps）2025 年出局帶寬預估（Tbps）2021 年互聯網省際出口帶寬現狀（Tbps）樞紐2025 年機架規劃（萬架）每機架帶寬（Mbps）2025 年出局帶寬預估（Tbps）2021 年互聯網省際出口帶寬現狀（Tbps）廣東韶關5050018097.1（廣東）長三角上海2850010067.2（上海）寧夏中衛665002309.62（寧夏）甘肅慶陽3050011023.4（甘肅）貴州貴安8050028031.5（貴州）1數據來源：中國信息通信研究院數據中心白皮書 2022全光運力研究報告（2022 年）

13、5來源：工業和信息化部2021 年通信業年度統計數據2.算間互聯催生確定性低時延需求數據中心互聯需要穩定與可靠的低時延。按照業務對時延的敏感性差異，可劃分為熱業務、溫業務和冷業務，三類業務調度需求不同，如數據中心雙活的熱業務時延要求 1ms2ms，而 AI 訓練、異地災備等冷業務時延需求不敏感，見圖 2。網絡時延越低，可牽引更多的業務到西部集群。全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案中明確提出，樞紐之間數據中心端到端單向網絡時延原則上應在 20ms 范圍內。來源：中國信息通信研究院圖 2“冷、溫、熱”數據業務時延需求全光運力需面向數據中心布局優化端到端時延。部分樞紐集群所在地，不是傳

14、統的中心城市，網絡層級較低、使得樞紐間的互聯還存在路由繞行等情況。據全球互聯網網絡感知平臺統計數據，我國骨干網絡網內平均時延為 32.97ms，骨干網絡網間平均時延為37.14ms，與東數西算樞紐之間的時延要求存在較大差距。全光運力亟需對東西部樞紐節點之間及地市數據中心的互聯路由進行優化，完善樞紐及地市數據中心直連網絡，通過光纜拓撲優化及光層交叉全光運力研究報告（2022 年）6調度，減少路由繞行，彌補時延短板。3.算間高效協同催生組網架構優化云、邊多數據中心協同，要求全光運力進一步優化組網架構。隨著邊緣計算在智慧交通、安防監控、工業互聯網等場景中的應用越來越廣泛，大量經過處理的數據需要從邊緣

15、節點匯集到數據中心云，以完成進一步的大數據分析挖掘、數據共享和算法模型的訓練。同時，邊緣節點存儲的大量數據，也需要備份到云端，防止邊緣節點故障導致數據丟失。全光運力作為連接云、邊數據中心的紐帶和橋梁，需要提供靈活調度能力，如圖 3 所示，以匹配云與云、云與邊、邊與邊之間存在高效協同需求。隨著數據中心間東西向互聯流量持續增大，全光運力迫切需要圍繞數據中心布局進行網絡重構，增強東西向流量業務疏導能力，由“南北向”為主向“南北向+東西向”轉變，逐步向網狀化、立體化組網方式演進。來源：中國信息通信研究院圖 3 云、邊數據中心互聯需求全光運力研究報告（2022 年）7(二)用戶入算：便捷接入、安全可靠、

16、靈活敏捷(二)用戶入算：便捷接入、安全可靠、靈活敏捷1.用戶便捷接入催生網絡泛在覆蓋需求用戶實現便捷接入算力需要運力實現泛在覆蓋，支撐業務快速開通。受疫情影響，居家辦公、遠程教育、遠程考試已經逐漸成為生活常態，個人用戶及政府、金融、教育等機構用戶廣泛分布在城市內不同地理位置，需要快速接入網絡獲取算力服務以滿足差異化的應用需求。以廣東省某市的政務外網建設為例，其目標是實現市-鎮-村三級全覆蓋，總計有超過 1400 個政務部門需要接入網絡，從而實現政務各部門的“網”通、“數”通、應用“融”通，為企業、群眾提供豐富的政務應用服務。為滿足泛在覆蓋需求，全光運力應進一步向城市邊緣延伸，提高覆蓋能力，在滿

17、足家庭、企業高品質服務需求的同時為用戶提供便捷全光運力接入能力。2.政企核心業務急需高安全、低時延保障數字政府要求網絡安全可靠?！笆奈濉币巹潖娬{，要提高數字政府建設水平，推動政務信息化共建共享，完善國家電子政務網絡，集約建設政務云平臺和數據中心體系，推進政務信息系統云遷移。數字政府服務涉及到的部門眾多、數據量龐大，如何保障業務的安全可靠性，成為首要問題。企業核心業務需要大帶寬、低時延、高安全的網絡承載。金融企業要求極致低時延并確保數據安全。金融系統高頻交易要求極致低時延。根據市場研究公司 TABB Group 評估，在金融電子交易中，交易處理時間（包括電腦系統處理及網絡傳輸時間）比競爭對手慢

18、 5ms，將損失 1%的利潤，慢 10ms 則損失擴大到全光運力研究報告（2022 年）810%。同時，為保證金融信息系統的數據免受網絡攻擊，其核心交易數據需要確保數據安全。智慧醫療需要大帶寬低時延高安全保障。智慧醫療將醫療影像系統（PACS）部署在云端，單個患者的 CT 影像數據通常包含 500 張左右圖片，資料大小高達 GB 量級，醫生閱片要求秒級打開，要保證這些數據在云和各種終端之間流暢轉移，需要大帶寬、低時延、高安全的網絡給予保障。全光運力面向企業核心業務，可利用大顆粒波長管道、全光轉發、業務硬隔離、豐富的保護恢復機制等特性，滿足大帶寬、低時延、高安全承載需求。3.新型應用助推網絡靈活

19、敏捷能力提升大數據分析和科學計算等新型業務要求運力能夠靈活調整。隨著大數據的應用和人工智能的發展，新型業務對網絡的需求正在發生變化，呈現顯著的動態性特點。如汽車原型車碰撞試驗每秒產生的幾十 EB 數據在傳輸到超算中心過程中需要大帶寬以實現數據快速搬運，而在后續的數據分析期間對運力需求很小，具備典型的動態突發型業務特征。各類科學計算存在超大數據量及顯著的動態突發性特征，如中國天眼 FAST 天文觀測每秒產生 6GB 數據，對觀測數據的計算分析要求高速傳輸，便于更快發現科學目標，避免因堆積的數據得不到及時處理，造成觀測任務等待。全光運力需要提供超大帶寬承載能力，縮短數據傳到數據中心或超算中心的時間

20、，同時具備靈活敏捷的調整能力，滿足新型業務的動態突發特點要求，快速響應客戶需求變化，及時匹配資源和釋放資源。全光運力研究報告（2022 年）9(三)運力管控：跨域大網管控、算網協同、資源智管全國范圍內實現跨區域一體化大網調度管控能力?？缬騾f同管控能力要求對目前按照分省、分市分級管理的方式提出了挑戰。具不完全統計和估算，各運營商在大規模省份平均約 1.52 萬臺 OTN設備，中等規模省份平均約 7 千臺，小規模省份平均約 3 千臺。全光運力管控系統要具備跨域大規模網絡的管控能力，實現端到端的運力調度，同時可融合 AI 與數字孿生等新技術解決網絡規模變大后帶來的告警管理分析復雜、定界定位和隱患分析

21、困難等網絡運維挑戰。用戶一跳入算要求全光運力管控具備算網協同能力。樞紐算力、省級算力、地市邊緣算力分級部署，用戶算力需求可由不同的算力資源進行響應，算網資源協同編排需要綜合考慮時延、帶寬運送能力和算力資源使用因素做出判斷和選擇。全光運力管控系統應向開放可編程方向發展，支撐與算網資源編排系統高效協同，統籌算力資源選擇和網絡連接的建立，實現只需用戶一次性選擇算網服務即可同時開通所需的網絡業務和算力服務。全光運力安全運行需要提高光纖層面管理能力。光纖作為全光運力的傳輸媒介，其性能和實際路由決定了承載業務的質量、時延等，光纖故障是網絡故障發生的最主要原因之一，對其進行管理、進行隱患的提前識別和排除，對

22、于保障網絡的安全運轉至關重要。全光運力管控應針對光纖“啞資源”的無源物理特征，著力解決性能劣化、業務主備光纖同路由等隱患難以提前識別的問題，提升光全光運力研究報告（2022 年）10纖“啞資源”層面的管理能力。三、全光運力目標架構面向算間互聯帶來的大容量、低時延及云邊協同需求，用戶入算帶來的便捷接入、安全可靠及靈活敏捷需求，一體化算力調度帶來的大網管控、算網協同及資源智管需求，現有傳送網絡應面向超大帶寬、超低時延、安全可靠、泛在覆蓋、靈活敏捷、智能管控和綠色節能等方向發展，全面升級網絡架構和傳輸能力，構建泛在覆蓋的全光運力，基于“三類功能節點+三級時延圈”的光/電協同全光運力目標架構見圖 4。

23、光網關是算力資源接入全光運力的入口，一般部署在城域和干線 OTN 網絡的入云節點，可以通過光網配置將不同的光網關進行連接，實現算力資源的互聯。光調度節點用于在全光網絡中實現無阻塞的靈活調度業務流量，可包含為“光電混合調度節點”和“全光調度節點”，完成光層連接的快速端到端配置。光錨點是接入全光運力的入口節點，可以通過光網配置一跳直達光網關，支持用戶實現對算力節點的訪問?！肮饩W關”、“光調度節點”和“光錨點”三類功能節點通過網狀互聯，構建覆蓋全國的“1ms”、“5ms”、“20ms”三級時延圈架構，實現各級算力資源的靈活互聯和用戶高品質應用入算。SDN 化的全光運力管控系統通過標準北向接口對接算網

24、協同編排系統，并與算力管理平臺協同，實現網隨算動、算網一體的自動化能力。全光運力研究報告（2022 年）11來源：中國信息通信研究院圖 4 全光運力目標架構四、全光運力關鍵技術(一)超大帶寬(一)超大帶寬1.高速線路傳輸單波速率逐步提升，400Gbps 長距傳輸系統逐步試用，800Gbps穩步推進。目前，面向城域內中短距傳輸場景的 400Gbps 傳輸技術已基本成熟；面向骨干網長距離傳輸場景，400Gbps 需要在光電器件、調制格式、頻譜、傳輸媒質等多方面進行技術革新，針對 PCS-16QAM 和 PM-QPSK 兩種技術方案，業界正在進行試驗驗證和評估。同時，超 400Gbps 傳輸如 80

25、0Gbps、1.2Tbps 等也在持續發展，相關標準化工作正在推進當中。隨著高帶寬芯片與器件及算法技術的演進，結合頻譜擴展以及先進的鏈路技術實現大容量長距離的傳輸，預計超 400Gbps 系統傳輸距離將從短距發展到長距/超長距，應用場全光運力研究報告（2022 年）12景也將從數據中心互聯應用逐漸擴展到城域網及干線網絡。來源：中國信息通信研究院圖 5 高速線路技術方案2.頻譜多維擴展頻譜擴展成為 400Gbps 及更高速率光傳輸系統重點關注的技術方向。在頻譜擴展技術方面，將頻譜從傳統 C 波段（4THz）、擴展到Super C（6THz）、再擴展到 Super C+L（12THz）是提升單纖傳

26、輸容量的一個重要方向，其中 C 波段擴展技術成熟，L 波段擴展成為當前技術主流方向，但還需相關光模塊、無源器件、光放大器、算法、芯片等的技術突破，涉及到整個產業鏈端到端的技術創新，基于新型增益材料與摻雜工藝的 L 波段 EDFA 技術是實現 L 波段長距應用的關鍵。目前國內產業界已經規模商用 Super C 波段擴展傳輸系統。近期看，產業界需要聚焦到 L 波段 EDFA 的技術實現和性能優化。長期看，需要新的技術突破將光傳輸系統的工作波長范圍進一步拓展至 S/U/O 波段甚至全波段，通過開展光電核心芯片、器件和模塊的研制，實現 Pbps 級光纖傳輸系統。全光運力研究報告（2022 年）13來源

27、：中國信息通信研究院圖 6 頻譜擴展技術線路3.新型光纖探索新型光纖成為超大容量傳輸的重要支撐。對于單模光纖傳輸系統，更低的損耗系數或更大的有效面積有利于實現光通信系統超高速、超大容量和超長距離傳輸。相較于常規的 G.652 光纖，G.654.E低損耗大有效面積光纖通過增大模場面積降低高速信號傳輸的非線性效應,是一種可滿足目前與未來光傳輸發展趨勢的新型單模光纖。隨著低損耗光纖制備技術的成熟，目前國內外多個公司已實現低損耗光纖的規?；a。國內三大運營商也正在積極推進 G.654.E 的應用，并已完成部分 G.654.E 鏈路的建設工作。表 2 新型光纖 G.654.E 與 G.652.D 典型

28、參數對比光線參數單位G.652DG.654E光線參數單位G.652DG.654E有效截面積 Aeff280112/130截止波長12601530典型衰減系數/0.20.17色散系數/D/()155016.8921.5來源：中國信息通信研究院空分復用光纖（SDM）、空芯光纖等新型光纖及其應用前景引全光運力研究報告（2022 年）14起業界關注?？辗謴陀眉夹g可以從空間維度進一步提升單纖傳輸容量，基于光纖對的空分復用技術已經在海纜通信系統中獲得應用，多芯復用光纖系統、模式復用光纖系統也在持續研究當中，仍有一些問題亟待解決，包括關鍵器件如低插損高穩定性的復用器/解復用器、空分復用放大器以及熔接、成纜等

29、技術的成熟性和穩定性都有待進一步規模驗證?？招竟饫w經過多年的發展，目前實驗室內已經實現 0.174dB/km 衰耗系數，在低延遲、低非線性以及更大的傳輸帶寬等方面的巨大優勢為其在高速光通信領域的應用開辟了可能性，運營商也正在開展新型光纖傳輸系統的測試驗證?？偟膩砜?，新型光纖相關技術和特性仍需進一步研究，與之配套的光纖制備技術、光電器件還未達到成熟和產業化階段，需要產業界持續開展技術研究和應用探索。(二)超低時延(二)超低時延1.時延規劃優化時延規劃優化技術通過時延測量及基于時延的路由，滿足業務端到端低時延需求。時延規劃優化首先通過基于 ODUk 開銷的電層時延測量技術和基于 OTS 的光層時延

30、測量技術，獲取所有光層鏈路和路徑的時延，見圖 7。時延規劃優化不僅只考慮支持光層和電層時延測量，還需光電協同，將光層時延信息同步到電層，基于業務時延約束要求綜合考慮鏈路成本、波長利用率等計算端到端的光層和電層路徑，最終由管控系統驅動創建滿足要求的光層和電層鏈路，滿足復雜場景下的時延要求。全光運力研究報告（2022 年）15來源：中國信息通信研究院圖 7 全光運力時延優化規劃2.高維全光交叉光交叉連接技術向更高交換容量和調度方向持續提升?；谌獗嘲寤ヂ摰?ROADM（可重構光分插復用）/OXC（光交叉連接）系統包括“全光背板”、“高維度波長選擇開關（WSS）”和“數字化光層”三大核心技術，見圖

31、 8。全光背板采用高精度自動布纖機，集成 3D 點陣算法，將光纖印刷到背板上，實現業務單板間全光互聯。高維度 WSS 具備至少 32 維度無阻塞交換。數字化光層利用光模塊調頂、高精度波長監控等技術，實現光纖質量、波長資源和性能可視化。目前網絡干線和城域核心已經規模部署高維度 ROADM/OXC 設備，應持續加大高維度 OXC 部署規模，提升業務流量全光調度的比例，優化光層路由，減少鏈路繞行，降低光/電信號轉接時延。隨著寬譜高分辨率交叉技術的更新和網絡應用需求的驅動，OXC 的交換容量全光運力研究報告（2022 年）16和調度方向維度將持續提升，向“C+L”全波段調度、48 維和 64+維光調度

32、方向演進。來源：中國信息通信研究院圖 8 全光交叉 OXC 系統全光交換向城域進一步延伸需要低維度、低成本全光交換技術。隨著城域匯聚層速率的逐步提升，全光交換能力向城域匯聚層進一步延伸，可為業務提供端到端的超低時延體驗。城域傳送距離近，主城區覆蓋約百公里，通過適度降低 WSS 插損、帶寬和隔離度等性能指標，可以做到既滿足城域應用要求，同時實現成本降低。為實現低成本規模部署的目標，需設備架構和底層技術持續創新與突破，例如采用“Splitter+Single WSS”方式使光信號僅經過一半濾波次數，濾波代價相對更小，維度以 24 維為主，適合大部分城市末端接入層光交換業務場景，成本優勢較為明顯。(

33、三)安全可靠(三)安全可靠1.全光切片隔離全光運力研究報告（2022 年）17波長級和電層時隙級硬管道切片滿足不同業務的承載需求。全光切片分為基于光層 L0 的波長級硬管道和基于電層 L1 的 ODUk/OSU硬管道，具備鏈路端到端無擁塞、零丟包、低時延抖動、業務物理隔離互不影響等特性，保障算網業務 SLA 承諾品質。對于帶寬需求為百 G 級大顆粒業務，優選大容量的波長級 L0 切片技術，對于帶寬需求小于 100G 的業務，可靈活選擇 ODUk/OSU L1 層時隙切片技術。來源：中國信息通信研究院圖 9 光電切片隔離2.光電保護協同協同電層保護機制和光層動態恢復機制，同等網絡資源可提供更高的

34、網絡可靠性。光電保護協同技術在電層配置 1+1 保護技術，在光層配置 ASON 動態恢復技術，光層 ASON 重路由后需要將新路由的鏈路代價、SRLG、時延等信息同步到電層。通過電層保護實現小于 50ms 業務倒換，結合光層 ASON 動態恢復機制，可以抗多次光纖故障，滿足算網業務 99.999%的可靠性要求。相比在光層或者電層配置單層保護方案，在消耗同等網絡資源的情況下，提高了業務可靠性等級。全光運力研究報告（2022 年）18來源：中國信息通信研究院圖 10 單節點光電保護協同(四)泛在覆蓋(四)泛在覆蓋1.OTN 全光接入OTN 點到多點（P2MP）全光接入技術融合 OTN 和家庭接入網

35、絡廣覆蓋優勢，實現企業客戶的快速接入。OTN P2MP 技術基于星型組網的 OTN 泛在接入熱點技術，其核心是利舊 ODN 接入光纜作為接入層物理介質，以點到多點方式快速接入用戶業務。P2MP 技術當前存在三種實現模式，一是保持現有 PON 設備部署方式，終端 CPE 采用 ETH 封裝，局端采用固定時隙分配技術，通過城域 OTN 回傳接入算力資源；二是在方案一基礎上，將 OSU 技術延伸到終端 CPE；三是末端 CPE 采用子載波接入，實現從末端用戶至算力資源的大顆粒業務承載。方案一在 PON 網絡基礎上采用固定時隙分配方式保障用戶獨立承載，保障了帶寬并提高時延性能，已在運營商現網小規模試商

36、用；方案二在末端 CPE 引入 OSU 機制，滿足幾十 M 到數百 M 小顆粒業務全光運力研究報告（2022 年）19承載需求，需要進一步的技術與標準化研究；方案三基于波分子載波實現的 P2MP 技術，適用于幾十 G 到數百 G 大顆粒業務承載，依賴相干模塊標準成熟，目前處于技術研究階段，已在 ITU-T Q6 中開展相干子載波的技術及應用場景研究。來源：中國信息通信研究院圖 11 OTN P2MP 組網技術架構2.低成本波分接入低成本波分接入技術解決城域內波長泛在部署需求。隨著接入用戶數和帶寬的不斷增加，WDM 技術成為提供高帶寬低時延連接的重要使能技術，并正在從城域核心向邊緣接入層持續下沉

37、。城市內全光運力研究報告（2022 年）20傳送距離相對較短，對傳輸性能要求不高，可以通過高階調制方式提升頻譜效率，實現相同頻譜下獲取更多波長接入能力，支撐全光運力的泛在部署。如圖 12 所示，以 100Gbps 速率為例，若將信道譜寬 50GHz 壓縮到 20GHz30GHz，C 波段最多可支持 200 個波長資源，滿足末端用戶波長租用需求。此外，也可通過頻譜擴展技術（如使用 O 波段、L 波段等）獲取更多波長資源。低成本波分接入技術能夠與現有城域波分技術共存或替換，兼容現有城域波分網絡，可靈活部署在城域接入層。但關鍵技術如多波長光源、密集波分復用器解復用器、高效光電集成器件等的產業化還存在

38、挑戰，需要產業界協同推進。來源：中國信息通信研究院圖 12 波長數擴展技術(五)靈活敏捷(五)靈活敏捷1.靈活多維感知用戶業務流感知和算力資源感知滿足用戶差異化靈活入算需求。全光運力管控系統從算網編排系統獲取算力資源信息和業務識別信息，具備感知用戶業務流量特征和算力資源的能力。光錨點可感知全光運力研究報告（2022 年）21用戶業務流，根據從算網編排系統獲取的業務識別與分流策略，全光運力管控系統可配置光錨點感知用戶業務流特征策略，如基于報文特殊字段對業務進行區分和識別，將不同類型的業務流，如 VR 渲染、AI 訓練等，映射到不同品質光網鏈路。算網編排系統感知算力資源，及時獲取算力資源信息，如總

39、算力規模、算力類型、算力使用量、空閑算力等。當算力資源不足時，算網編排系統觸發算力節點遷移，同步通知到全光運力管控系統，由其提供新的運力鏈路。來源：中國信息通信研究院圖 13 全光運力多維靈活感知2.光電靈活調度通過光層和電層線路資源的池化，實現光電資源隨需隨取。光電協同調度核心技術是光層和電層線路資源的池化技術。通過在關鍵區域預部署線路端口資源、波長轉換資源和中繼資源，全光運力具備光電資源池化能力，資源池內波長級大顆粒和子波長級（含OSU）小顆粒光/電線路資源隨需隨取、協同調度。全光運力研究報告（2022 年）22來源：中國信息通信研究院圖 14 光電協同調度通過光層波長鏈路動態拆建滿足算網

40、業務動態部署需求。通過基于波長鏈路最優規劃算法綜合評估所有備選路由的質量與線路速率、碼型、譜寬等參數匹配度，規劃出業務源/宿節點間的最優波長鏈路。同時對光系統進行全網數字化建模，通過全網光纖路徑連通可達性探測和光電協同自動調測能力實現波長鏈路的自動化開通。在業務創建前，光層線路資源處于未連接狀態，對外體現為算網資源池里的空閑光線路資源，當動態部署的電層業務需要光層連接時，管控系統可在業務的源/宿節點間快速打通波長鏈路，滿足業務的快速部署和動態調整需求。(六)智能管控(六)智能管控1.多因子算路綜合考慮多種算路因子，實現全光運力資源最優利用。算力業務的多樣性要求全光運力規劃時不僅要考慮帶寬、時延

41、、可靠性等基本算路因子，還應考慮諸如能耗、鏈路利用率、算力資源等算網場景下特有的算路因子。不同業務因 SLA 不同，對算路因子類型需全光運力研究報告（2022 年）23求不同，需要用到多種算路因子。需要持續探索基于多種算路因子的網絡規劃算法技術，在滿足算力業務差異化承載需求的同時，實現全光運力資源的最優利用。面向未來，全光運力基于多因子算路技術，引入 AI 智能，使能對網絡資源狀態和使用狀況進行歷史分析和預測，從而更加精準高效地使用網絡資源。來源：中國信息通信研究院圖 15 多因子算路技術2.光纜網數字化光纜網數字化技術識別光纜資源狀態，助力全光運力安全運轉。光纖質量劣化引起的衰減增大、路由同

42、溝同纜等情況，會造成業務路由計算和規劃風險。光纜網數字化技術通過引入 AI 建模和大數據分析技術，實現光纖光纜質量實時可視、可預測、可追溯，支持識別同溝同纜路由風險，掌握光纖啞資源可用現狀，確保上層 OTN 網絡的智能調度特性充分發揮其性能，并在網絡需要新增物理鏈路時，快速識別和鎖定可用光纖資源。全光運力研究報告（2022 年）24來源：中國信息通信研究院圖 16 光纖鏈路質量檢測系統(七)綠色節能(七)綠色節能基于設備、機房和網絡多層次立體化節能降耗技術，使能全光運力綠色運轉，實現全網能耗可視可管可優。設備級節能基于對設備和網絡業務監控，實現“空閑端口/光模塊關閉節能”、“空閑鏈路通道關閉節

43、能”，基于鏈路流量負載率驅動動態節能，實現設備高集成度、高速率、光電融合一體化架構節能，降低單個設備的能耗。機房級節能充分利用好數據中心機房的低 PUE 優勢，研究新一代光網絡設備在數據中心機房的最佳部署方式，例如前進后出風、冷熱區隔離、高壓直流供電等，實現機房級的節能。網絡級節能通過全網能耗預測技術，基于管控系統構建全網能耗地圖，將能耗作為約束因子引入網絡調優、鏈路計算的過程，優先選擇全光波長鏈路，降低電層轉發板卡能耗，實現網絡級的節能。全光運力研究報告（2022 年）25來源：中國信息通信研究院圖 17 全光運力多層次節能技術五、全光運力評估指數全光運力面向未來演進和轉型，需要光纜層、設備

44、層、網絡層、管控層一系列技術支撐，為了更好的引導網絡的發展建設，有必要建立一套評估體系，從全光運力規模、全光運力覆蓋、全光運力質量、全光運力效能等多個維度對全光運力進行評估，促進全光運力向超大帶寬、超低時延、安全可靠、泛在覆蓋、靈活敏捷、智能管控、綠色節能方向發展。全光運力規模：超大寬寬是全光運力的核心特征，對全光運力的整體帶寬能力進行評估，并通過不同時期的縱向比較，可以判斷運力規模的發展狀況和發展速度，此為依據可以科學指導網絡適度超前建設，使之與數字經濟的發展需求保持匹配。全光運力研究報告（2022 年）26全光運力覆蓋：全光運力不斷向城域邊緣延伸部署，通過全光交叉節點部署率、重要場所覆蓋率

45、等維度可以對一個區域內全光運力泛在覆蓋的情況進行評估。全光運力質量：全光運力依據時延測量技術構建分級時延圈，滿足運力業務超低時延的需求。通過定義全光運力質量指標，對全光運力的傳輸時延、業務帶寬等服務質量進行考察，助力全光運力高品質承載。全光運力效能：全光運力通過品質專線用戶數指標體現了全光運力的服務能力。綠色節能是未來網絡發展的重要方向，系統評估網絡的整體能效水平，對于牽引網絡實現能耗優化也是非常重要的維度。從規模、覆蓋、質量、效能不同維度對全光運力發展情況進行評估的全光運力指數如圖 18 所示。來源：中國信息通信研究院圖 18 全光運力指數 1.0全光運力評價指數定義如表 3 所示。全光運力

46、研究報告（2022 年）27表 3 全光運力指數編號指標分類指標涵義單位編號指標分類指標涵義單位一級指標二級指標三級指標1光網絡規模光纜里程光纜總里程區域內的光纜總里程皮長公里2連接帶寬傳送網絡連接帶寬區域內傳送網（WDM/OTN）線路側鏈路帶寬總和Tbps3傳送網省際出口帶寬省內干線傳送網系統出省帶寬之和Tbps4光網絡覆蓋連接覆蓋率全光波長調度站點部署率區域內核心層部署波長調度OXC 或 ROADM 的傳送站點數/傳送站點總數%5重點場所的OTN 覆蓋率區域內重點場所部署 OTN 設備的站點數目/區域內重點場所站點總數%6光網絡質量時延核心節點間連接時延區域內面向算力中心、數據中心核心光網

47、絡節點間的連接傳輸時延ms7連接速率核心節點間傳送連接帶寬區域內面向算力中心、數據中心核心光網絡節點之間的連接傳輸帶寬Tbps8光網絡效益專線數量政企 OTN 專線用戶數量區域內政企專線總數量萬個9連接能耗核心站點傳輸設備單位帶寬能耗區域內光網絡核心站點單位帶寬的綜合耗電量kW/Gbps來源：中國信息通信研究院六、全光運力未來展望在以萬物感知、萬物互聯、萬物智能為特征的數字經濟時代背景下，算力作為新生產力，是產業數字化穩增長的關鍵引擎，是推動數字經濟發展的核心力量。算力的供給和使用，數據的采集、處理和使用，用戶服務的申請、獲取和使用均以可靠的網絡連接為基礎，作為連接用戶、應用、數據和算力的橋梁

48、，運力是算力服務乃至數字經濟的關鍵承載底座。以 OTN 技術為核心的全光運力具備超大帶寬、超低時延、安全可靠等技術原生優勢，未來將通過泛在接入、波長擴展等實現泛在全光運力研究報告（2022 年）28覆蓋，支持 OTN 網絡能力向客戶的延伸，同時進一步增強靈活感知、光電協同、綠色低碳、智能管控等能力。全光運力作為千行百業數字化轉型的關鍵支撐，宜以數字經濟和產業數字化轉型未來需求目標為指引和方向，有步驟、有節奏、適度超前開展建設。一是夯實全光運力底座，引導基礎設施布局。圍繞強化數字轉型，堅持適度超前原則，加快以全光網為代表的通信網絡基礎設施建設，以建帶用，以用促建，推動運力基礎設施水平的持續提升。

49、著力構建以 OTN 全光組網為基礎，融合超大帶寬、超低時延、安全可靠、泛在覆蓋、靈活敏捷、智能管控及綠色節能特性的全光運力底座。引導全國范圍內的全光運力建設布局，完善國家樞紐算力節點和大數據中心集群間的直連光纖路由，推動傳統光網絡基礎設施綠色化升級，加快打造滿足算間品質互聯、用戶靈活入算、運力協同管控的新型運力基礎設施體系。二是堅持創新驅動，促進核心技術研發。充分發揮我國超大規模市場和新型舉國體制優勢，緊扣科技自立自強的要求，打造全光運力軟硬件協同創新生態體系，以多元化、系統化創新帶動全光運力產品鏈條升級。加強全光運力核心技術創新，推動超大帶寬、泛在接入、靈活感知、網絡節能等關鍵技術攻關、產品

50、研發及標準化布局，著重彌補關鍵光芯片器件模塊的短板薄弱環節。加強產學研用協同機制，引導運營商、設備商、芯片器件廠商及科研院所廣泛協作，共同推動光電協同、智能管控、綠色節能等領域的研發和實踐，推動全光運力關鍵技術加速發展。全光運力研究報告（2022 年）29三是豐富全光運力應用，強化行業賦能。深入挖掘全光運力在智能制造、智慧城市、智慧礦山、智慧醫療等場景的融合新型應用，完善運力供需對接。培育孵化全光運力典型應用，通過創新應用大賽、示范工程等形式推動全光運力在垂直行業的應用創新和試點推廣，打造行業應用標桿，充分發揮對制造、金融、教育、醫療、能源等千行百業的賦能作用，加快傳統行業數字化轉型。充分利用

51、產業發展聯盟等組織形式協同產業鏈各關鍵主體，實現資源優勢互補，引導中小企業向“專精特新”發展，構建大中小企業融通發展、產業鏈上下游協同創新的行業發展新格局。四是持續完善評價體系，促進全光運力高質量發展。持續完善健全全光運力評估評價體系，從全光運力的規模、覆蓋、網絡質量、效能及賦能行業應用能力等多個維度進行優化評估，及時掌握全光運力的現狀和差距，更好的指引全光運力的建設和發展。推動構建全光運力技術創新應用公共服務平臺，聯合產業各方積極開展全光運力新型技術及質量標準等驗證評估，加速構建全國性和區域性的全光運力服務質量監測體系，以“測”促“建”，以“測”促“用”，有效推動全光運力的高質量發展。算力時代全光運力承擔了重要的數據“運力”功能，面臨著多方面的挑戰，也迎來了歷史性的發展機遇，我們呼吁產業鏈各環節凝心聚力、共同行動，推動全光運力技術產業良性演進，助力數字經濟高質量發展。中國信息通信研究院 技術與標準研究所中國信息通信研究院 技術與標準研究所地址：北京市海淀區花園北路地址：北京市海淀區花園北路 52 號郵編：號郵編：100191電話：電話：010-62300112傳真：傳真：010-62300123網址：網址：