全光网络协同发展研究报告（2022年）

全光网络协同发展研究报告 (2022年) 中国信息通信研究院技术与标准研究所2022年12月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 前言 随着家庭娱乐品质的提升和在线教育的普及，超高清8K视频、强交互云游戏和VR教育等家庭高品质业务逐步涌现，更大带宽、更低时延和更高稳定性的网络承载需求迫切。另一方面，在云计算应用快速发展以及相应政策的大力推动下，企业业务迁移上云进程加速，企业多样化场景和差异化诉求对承载网络的带宽、时延、可靠性、安全性、管理运维便捷性等均提出更高要求。 “双千兆”网络作为新型的网络基础设施，有力的支撑了垂直行业市场应用，为赋能经济社会数字化专线注入了新的动力，工业和信息化部已于2021年初下发《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》作为未来三年内指导行业发展的政策性文件，为赋能经济社会数字化转型注入新动力。作为“双千兆”业务和应用的关键承载底座，光网络高品质服务的重要性日益凸显。构建光接入网与光传送网多维协同的端到端全光网络，借助PON接入网络的低成本、广覆盖以及OTN传送网络的确定性品质承载等关键特性，以助力家宽提质、企业差异化承载、一体化建设运维服务等全流程多样化的业务体验。 本研究报告在介绍全光网络协同典型应用场景的基础上，从推动全光网络协同发展的角度出发，提出了全光网络协同“三横四纵”总体架构并分析了相关的转发层、连接协议层、管控层等多层协同关键技术，并对全光网络协同的未来发展提出建议。 目前全光网络协同的诸多关键技术和应用验证仍处于探索阶段， 在设备形态、组网运营模式、控制协议实现等方面仍面临挑战。下一步的发展方向，将由“应用驱动、技术创新、运维支撑”三个方面来定义和牵引：在应用驱动方面，通过新的应用需求牵引技术落地；在技术创新方面，聚焦网络协同技术，推动标准化工作开展；在运维支撑方面，探索新的运维流程和模式，面向行业客户实现一体化的运维服务。全光网络协同未来发展需要业界产、学、研、用的共同参与，加速推动产业与生态走向成熟。 目录 一、概述1 二、全光网络协同应用场景1 (一)家宽业务提质提速，端到端高品质承载需求凸显2 (二)企业用户入云加速，差异化承载和一体化管控需求迫切4 三、全光网络协同总体架构7 四、全光网络协同关键技术11 (一)设备转发协同12 (二)连接协议协同18 (三)管理控制协同23 (四)策略编排协同25 五、总结与建议27 图目录 图1全光网协同架构9 图2全光锚点可能的部署方式12 图3入云节点与云网关对接方式13 图4全光网协同架构时延分段13 图5专网切片实现行业间的网络隔离15 图6业务切片实现业务级的差异化承载16 图7不同可靠性对应的端到端保护方案示意18 图8连接协议层协同架构18 图9基于日历按需调整带宽20 图10端到端OAM协议协同示意图23 图11管理控制层协同整体架构23 图12策略控制层协同架构26 表目录 表1VR教育体验指标2 表28K视频网络指标要求3 表3云游戏网络指标要求4 表4网络可靠性需求与保护模型的对应关系17 一、概述 随着家庭娱乐品质的提升和在线教育的普及，超高清8K视频、强交互云游戏和虚拟现实（VR）教育等家庭高品质业务逐步涌现，需要网络具备更大带宽、更低时延和更高稳定性。另一方面，不同企业的上云场景和诉求多样，对网络的带宽、时延、可靠性、安全性等提出较高要求。如何在以集中高效的方式管理企业网络的同时实现便捷安全的入云，是当前的网络诉求之一。 以千兆光纤网络与5G网络为代表的“双千兆”网络建设工作是近年来宽带网络建设的重点方向。党中央国务院高度重视该项工作，在国务院常委会上明确“大力推进5G和千兆光网建设应用”的工作任务。工业和信息化部已于2021年初下发《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》作为未来三年内指导行业发展的政策性文件，其中明确将千兆光网应用创新作为未来一段时间的行业重点任务。“双千兆”网络有力支撑制造、交通、医疗、教育、港口等垂直行业应用市场培育，给传统企业带来生产方式、经营管理的数字化变革，催生诸多新模式新生态，带动工业互联网、智能制造、智慧城市、智能家居等各个领域的创新创业，为赋能经济社会数字化转型注入新动力。 当前网络中接入网和传送网分段运维的体制，导致业务配置速度慢，故障定位和运维效率低，无法提供高品质的网络服务。面对家宽提质、企业入云的多样诉求，仅采用在接入侧增加带宽、设置服务质量等级（QoS）等方式无法保障业务端到端的服务体验，需要 打通接入侧和传送侧，实现端到端的服务提供。 全光网络协同是将光接入网络和光传送网络（OTN）在设备、管控、连接协议等多个方面进行协同，利用无源光网络（PON）的低成本和广覆盖以及OTN的确定性品质承载优势，实现构建高品质的全光入云网络，满足不断涌现的新业务、新场景的多样化诉求，全面提升家庭业务服务品质、赋能企业数字化转型，进一步推动双千兆网络的发展。 二、全光网络协同应用场景 (一)家宽业务提质提速，端到端高品质承载需求凸显 家庭场景下涌现出多样的新兴品质视频类应用，如VR教育、8K超高清视频、云游戏等，这些应用不仅需要稳定的网络带宽保障，还需要持续稳定的低时延和低丢包，对网络提出了更高的品质承载要求。 1.VR教育：网络稳定性至关重要 VR教育是家庭品质视频的典型应用场景，用户可通过交互设备与虚拟教学环境进行互动，虚拟空间图像需对交互行为做出实时响应，从而实现流畅的交互体验。VR教育的计算、渲染、编码均在云上，业务从云上通过网络实时传送到用户终端，对网络的带宽、时延、抖动敏感。网络一旦不稳定，易产生影响用户体验的卡顿、迟滞、黑边等情况。为保障VR教育的体验效果，需要网络满足如下 表1所示的各指标： 表1VR教育体验指标 阶段 终端单眼 分辨率 带宽 时延 丢包率 抖动 当前 2~4K ≥80Mbps/130Mbps ≤20ms ≤1.0E-5 ≤15ms 中期 8K ≥540Mbps ≤10ms ≤5.0E-6 ≤10ms 远期 16K ≥1540Mbps ≤8ms ≤1.0E-6 ≤7ms 来源：CCSA《基于电信网的云化虚拟现实网络技术要求》 2.8K视频：高带宽和高可靠性 2019年，工业和信息化部、国家广播电视总局、中央广播电视总台印发《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》的通知，按照“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线，大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用。业内逐步出现8K超高清应用，运营商也试点提供8K超高清业务。8K超高清业务对网络的带宽和可靠性提出更高要求：传输每秒传输帧数（FPS）为60的视频，需要至少百兆级带宽；传输120FPS的视频，需要至少千兆级带宽；在卡顿或者花屏的处理上，需要更低的网络丢包率。8K超高清视频业务需要网络满足如下表2所示指标： 表28K视频网络指标要求 类型 带宽 时延 丢包率 8K点播 ≥280Mbps ≤15ms ≤1.0E-5 8K直播 ≥150Mbps / ≤1.0E-6 来源：宽带发展联盟《千兆高质量业务体验与网络优化白皮书》 3.云游戏：时延和丢包高度敏感 网络游戏、云游戏和移动游戏由于具备交互性强、沉浸感高、趣味性足等特点，成为了家庭娱乐和社交的良好方式。大型游戏对响应延迟敏感，过大的传输延迟会影响服务器和玩家状态的同步过 程，游戏流畅度的下降会极大的影响用户体验。此外，云游戏通常采用云上渲染，渲染之后的视频数据通过网络传输，若传输过程中出现数据损伤或者丢失，云游戏画面将出现卡顿、跳帧等情况。为保证玩家体验，云游戏网络需要满足如下表3所示指标： 表3云游戏网络指标要求 分辨率 帧率 带宽 时延 丢包率 抖动 1080P 60FPS >=40Mbps <20ms <1.0E-5 <16ms 来源：顺网科技、华为《云游戏白皮书》 综上所述，面向家庭新兴的品质视频应用，最迫切的需求是以较短的时延将业务从云平台传输到客户端，网络在整个过程都需要保持稳定的低时延和低丢包率。新兴的品质应用和传统的家宽上网业务一般采用相同的网络承载，运营商在提供统一的家宽服务基础上，可以通过提供增值服务的方式，实现客户高品质业务的订购。因此，在规划网络时，需要全面考虑各类家庭应用场景，面向高品质的客户保障承载网络端到端的低时延、低抖动、高可靠性能。 (二)企业用户入云加速，差异化承载和一体化管控需 求迫切 由于企业种类繁多且发展规模不同，加之各类业务入云需求日益迫切，造成企业业务诉求多样，对网络的差异化承载需求明显。 1.商务楼宇：综合网络接入服务提供 商务楼宇是中小企业最为聚集的场景，既有大企业的分支机构，也有独立的中小微企业；各企业网络诉求多样，包括上网、高品质组网专线和入云等。据电信运营企业对某商务楼宇内50家中小企业 的调查显示，有54%以上的企业明确表示愿意为更好的体验和服务质量支付更多服务购买费用。 商务楼宇内网络需要提供广泛接入、大带宽、低时延、高可靠和高安全度的网络服务。商务楼宇内是一个多网融合系统，办公生产类业务包括文件、音视频的处理等，要求大带宽和低时延网络；物联网类业务包括监控安全行业应用等，要求网络提供广泛的接入能力；个人通信类业务包括通话、游戏等，要求网络全覆盖。另一方面，由于商务楼宇的建设年限差异大，部分商务楼宇没有机房，入楼光缆资源紧张，运营商迫切希望提升光缆利用率，减少业务开通的光缆消耗，在具备机房的条件下运营商也更倾向于利用无源方式部署网络，以减少机房供电等成本。 2.直播公司：差异化网络能力保障 随着网红直播的兴起，直播公司成为电商产业链的一环。国内观看直播的网民数已经超过4亿，直播类型涵盖电商、游戏等。随着大量的商家参与电商直播，直播带货逐渐形成一种新的商业模式，各种类型的直播公司蓬勃发展。与传统电商不同，主播对用户具有很强的影响力，直播效果的好坏直接影响销售量，因此直播网络性能需要得到保障。 直播公司内主播多、活动多，需要差异化的网络保障能力。同一直播公司内不同主播所用网络的服务级别协议（SLA）保障不同，一般优先保障大主播的直播体验，采用专线的方式将摄像头拍摄的视频推送到直播源站；对于小主播，一般采用低成本接入直播源站 的方式推流。 对于大型直播活动需要重点保障。例如热点直播活动需要保障数百万用户流畅观看。大型直播活动对网络的核心的诉求是稳定性，从主播到直播源站需要双备份的高可靠性承载方案，保证推送的视频流不受其他活动影响。 直播公司为了进一步优化直播的效果，开始尝试自由视角等新技术，对网络提出了更高的要求。直播方式由平面走向立体，利用多机位拍摄多角度视频信息，统一注入到直播源站中，再通过内容分发网络（CDN）推送到用户侧。在这一过程中，网络性能对用户体验的影响更加明显，不同视角下细微的同步差距，都可能影响用户体验。因此需要将不同视角间的时间误差缩小到1-2帧级别，网络抖动应在帧间隔以内：30帧视频约30ms，60帧视频约15ms。 3.企业园区：生产业务隔离和一体化运维 对于园区网络，传统的自建自维方式存在网络部署慢、运维难、效率低等问题。为使企业信息技术人员的工作聚焦于业务及生产系统，提升企业运行效率，需要引入新的商业模式和技术。企业园区网络由运营商提供一体化建设和运维服务，为企业提供稳定可靠的网络环境。 企业园区内业务诉求多样，需要大带宽、低时延、低丢包的入云承载方案。园区业务场景包括基础办公、入云业务（如桌面云、生产云等）、高清会议、视频安防等。不同业务场景诉求不同，如4K办公会议要求30Mbps带宽保障和30ms时延保障；视频监控则 需要6Mbps带宽保障等。 企业园区网络主要诉求包括三点：一是一张光纤网络承载多种业务，业务类型包括互联网访问、云桌面、语音、视频、无线