光网络技术创新助力算力时代发展2023

中国移动 ChinaMobile 光网络技术创新，助力算力时代发展 中国移动研究院韩柳燕 2023年3月 www.10086.cn 目录 中国移动 ChinaMobile 面向算力时代的光网络发展策略 nd和2面向算力时代的光网络关键能力和技术发展 3总结 中国移动算力网络整体发展 中国移动 ChinaMobile 中国移动积极响应国家“十四五”规划、东数西算等战略，提出“算力网络”全新理念，全力推进算力网络发展 系统打造以“5G+算力网络+智慧中台”为重点的新型信息基础设施，创新构建“连接+算力+能力”新型信息 服务体系 新型信息基础设施新型信息服务体系 5G+算力网络+智慧中台连接+算力+能力 融入新战略 开创新方向厂迈向新征程 发布新理念发布《算力网络技术白皮 CFITI试验网与中国算力网、信 提出新概念 发布中国移动《算力网络 成为“5G+算力网络+智慧中台” 书》，提出十大技术方向 息高铁三方互联，打造科学装置 杨杰董事长提出“算 力网络”概念与愿录 白皮书》和发展倡议 新型信息基础设施的关键一环合 2022.12 2021.8 2021.11 2022.1 2022.6 算力时代网为根基 中国移动 ChinaMobile 传送网是算力网络的重要基础和坚实底座，算力时代以网为根基，需要发挥网络系统化领先优势，实现算网共生 运营服务层可信共享的算网服务绿色安全 编排管理层融数注智的算网大脑 中国移动算力网络泛在智能新型算 确定性IP网络算空天地一体星云 核心技术体系 算网基础 力多样性计算架构 网深度融合算网 设施层 PON全光接入端到端绿色能力内生新 光电联动 SPN切片承载 OTN灵活光电联动 低碳安全 全光网400G/800G全光高速互联 CPEOTN刚性管道 以网连算以网强算算网一体 网络连接云边端泛在的算力资源，满足突破后摩尔定律时代单点算力极限，实网络感知算力、承载算力，实现网在算 新型业务需求现算力集群优势中，算在网中 目录 中国移动 ChinaMobile 面向算力时代的光网络发展策略 nd和2面向算力时代的光网络关键能力和技术发展 以网连算、以网强算、算网一体 3总结 ChinaMobile 以网连算：面向东数西算需求，构建OXC全光网络中国移动 光网连接能力提升： 面向东数西算枢纽连接，以光筑底，以算为核构建新一代的扁平化、大带宽、低时延网络以支撑算力网络演进 分布式算力（边）分布式算力（边）CPU PON/SPN分布式算力（中心）分布式算力（中心）PON/SPN 承载网切片随流检测 100G/200G/400GOTN/OXC100G/200G/400G OTN基于OXC的光电联动全光网OTN 低时延、无丢包超大带宽、超长距传输 基于OXC的全光组网400G长距传输 提出新一代基于OXC的光电联动型全光网架构随着波长资源利用率提高，需要提升单载波速率 干线mesh化组网，降低业务端到端传输时延和传输距离，推动下一代骨干网向400G发展 以网连算：基于OXC构造传送网三级时延圈 中国移动 ChinaMobile 基于OC技术推进光网络扁平化演进，规划基础网络骨干（枢纽节点间）、省域/区域和城市三级时延圈，构建 低时延和差异化算网能力 基于oxc的mesh化组网光层一跳直达，减少绕转光电协同高效调度 枢纽算力 内蒙 宁夏京津翼 成渝骨干 长三角东西部枢纽、重要城市与枢纽之间快速连接，实现算力枢纽间的分布式协同 贵州珠三角 省级算力区域算力 E地市B 20ms 省域/区域省数据中心灵活选址，省内及经济带内各地市互访一 3~5ms跳直达 地市算力城市A地市算力 边缘边缘城市 综区CO边缘1ms泛在算力接入，用户快速获取到云端算力 家庭园区企业 以网连算：基于OXC的光电联动全光网关键技术 中国移动 ChinaMobile 集成式光交叉（OC）性能是限制光层交叉容量和灵活调度能力提升的核心因素在交叉维度年扩展频谱、灵活 调度方面续进一步提升 LCoS 折叠式反 衍射光栅 透镜和偏 C4.8T4.8THz C++6THz C6T+L6T6THz6THz 电层开销，子波长管理功能丰富 电层开锁销 光晨调顶 SOTN管控系统 总体策路控制 进出光纤漆振分集光信号写入 阵列学阵列 光监控信道（OSC)光5信号业 2KLCoS4KLCoS在光、电节点之间逐段传递管控信令 链路级光层监控无调度功能 WSS维度是提高全光节点容量的关键OXC需扩展波段满足长距400G80波需求调顶OAM机制是实现光电联动的关键 ·2k分辨率LCoS无法满足维度提升要求面对基于130GBdQPSK的400G长距传·引入光层OAM机制，定义开销顿格式 需推动4k分辨率LCoS研制输系统，需扩展OXC频谱✯持80波系统·拓展光层OAM功能，实现光电联动高效 ：优化LCoS控制算法，降低更高维度串扰·针对C(6T)+L(6T）频谱扩展方案，应推动运维能力，纳入集采规模应用 ：优化光学设计，提高集成度 关键器件✯持，形成产业链合力。 8 ChinaMobile 以网连算：400G高速传输攻关进展中国移动 400G是继100G后的下一代代际技术达成共识，400G是影响未来十年的基础技术 中国移动已就400G进行持续性的系统研究和攻关，首次实现了5616km宁波-贵安-宁波实时400GQPSK系 统现网传输验证，创世界纪录 400G16QAM400G16QAM-PCS400GQPSK 5616km后光谱 2018现网：2021现网/实验室2021实验室 1333km@G.654.E+EDFA2000km@G.652.D+EDFA 600km@G.654.E+EDFA 2022实验室：1077km@G.652.D+EDFA 2022实验室 3038km@G.652.D+EDFA/Raman 640km@G.652.D+EDFA 2022实验室（C6T+L6TC4T+L4T）2023现网 ~1000km@G.652.D+EDFA业界首次实现了5616km全G.652.D宁波-贵安-宁波实时400GQPSK现 网传输验证 [2]DongWang,etal.,"Uitra-Low-LossandLarge-Effective-AreaFiberfor100Gbit/sandBeyond100Gbit/sCoherentLong-HaulTerrestrialTransmissionSystems,ScientificReports,9(17162),2019 [3]MingqingZuo,etal.,"32-A×400Gb/sSingle-carrier120-GBaudQPSKCoherentTransmissionover3075-kmG.652.DFiberLinkUsingOE-MCMPrototypeunderField-deployedConfiguration,OFC2023,W2B.16,Poster. ChinaMobile 以网连算：明确400GQPSK为长距骨干技术方案中国移动 针对16QAM、16QAM-PCS、QPSK等多种码型竞争，在充分考虑性能、产业链等关✃因素后，解决130GBd技 术难点，QPSK将是更好的长距骨千方案，推进面向长距场景的400G调制格式技术路线收敛 16QAM16QAM-PCS400GQPSK 波特率：~60GBd波特率：~90GBd波特率：~130GBd 波道间隔：75GHz波道间隔：100GHz波道间隔：150GHz 波段：C6T波段：C4T+L4T波段：C6T+L6T OSNR容限：20.0~22.0dB 产业情况：主流设备商、光模块商、DSPOSNR容限：~17.0dBOSNR容限：~16.0dB 芯片商、光电器件商均✯持，产业成熟度传输距离：~1000km传输距离：>1500km 相对较高 传输距离：小于600km 中短距场景：城域及部分省干长距场景：长距骨干 10 以网连算：400GC6T+L6T波段扩展 中国移动 ChinaMobile 为满足代际单纤容量翻番✁基本需求，采用400GQPSK，意味着光纤波段必须从C波段扩展至全新✁C+L波段且总宽度不小于12THz，面临诸多技术挑战 宽谱器件 推进研发全新L6TEDFA，改进纤掺杂与工艺，提升Er+浓度并抑制激发态吸收，改善增益带宽、饱和功率与噪声系数，缩小EDFA体积 980nm发 自发期制1550nm放大 功率转移均衡 C6T+L6T后，受激拉曼散射效应（SRS）带来✁功率转移问题凸显。提升智能规划及自动化均衡能力，克服SRS带来✁功率转移影响 1590.160016101624 ChinaMobile 以网强算：增强传送网硬切片和感知能力中国移动 传送网如何对算力业务✁增强与赋能 增强算网切片差异化承载、智能化感知调度能力。 SDN管控系统统一管控 A 城域➓入层...城域汇聚层城域核心层 Open-WDMAPTN/SPN➓入层PTN/SPN网络平面 前传 基站核心TICEPC CPEOTN➓入层 集客OTN网络平面 BRASCR PON网络POLT 家宽WiFiOL FTTH IDC 业务➓入网络转发业务处理 ➶颗粒硬切片能力业务感知能力提升 面向城域5G等业务增强，引入MTNFGU➶颗粒技术，提升硬切片 灵活性，满足算力差异化承载需求 面向政企专网等场景，引入OSU➶颗粒度技术，满足高价值用户灵 活入算需求，高效利用网络资源 传送网未端设备提升业务感知能力，实现算力业务“即➓即用 通过识别业务SLA需求，实现差异化服务，匹配不同等级用户需求提升切片资源调度灵活性，进一步提升传送网切片分级调度能力 ChinaMobile 以网强算：SPN➶颗粒硬切片性能中国移动 SPN➶颗粒技术（FGU，FineGranularityUnit）将SPN硬切片粒度由5Gbps降至1OMbps，提供N*1oMbps 硬切片，构建端到端高效、无损、灵活、可靠✁通道和承载方式，为算力提供业界领先✁灵活颗粒度硬切片能力 SPNFGU选择1OM颗粒，并与总线带宽匹配，性能业界领先 》》TDM时延取决于通道带宽：P节点时延~交织单元长度/通道带宽 ?采用1OM（大）容器承载2M，P节点转发相比SDH时延低5倍平衡点 业务需求10M芯片设计 ●2M业务进10M通道采用4进1 8×66B交织粒度与数据总线位宽保持匹配，避免等待总线“拼车”时延充分调研行业用户带宽需求综合考虑芯片设计复杂度、大➶ ·FGU通过入和出时隙相位对齐进一步优化了时延最➶兆级别（2M）成本、功耗、时版轮循等 》SPN性能测试结果 单节点转发时延切片抖动时间同步精度 500 单节点转发时延（us） 加载背景流✁时延变化(us) 20 20 分SPN组 单节点时阅国步精度（单位：ns） SPN PTN 260 1510 10.77OYN 2.02 MTNFGU10MSDH2M 19.7210 n0.277 0 SPNFGU较传统2M通道✁P节点转发时延降低5倍SPN硬切片抖动是分组切片✁1/100?SPN单节点时间同步精度➶于5ns 时延确定性和业务隔离性高达到业界领先水平 FGU选择10Mbps颗粒，P节点转发时延较传统2M降低5倍，抖动较分组切片降低99%同步精度达到5ns，性能达到业界领先 13 ChinaMobile 以网强算：SPN➶颗粒硬切片关✃技术中国移动 FGUOAM机制采用66B控制码块和替换IDLE方案，不占用业务额外带宽，为每条➶颗粒提供✃立完善✁OAM。 在线带宽无损调整功能采用➴跳方案，可为算网等各类业务提供按需、无损、快速带宽调整。 FGU顿结构和OAM方案 构建容器：与以太网PCS兼容✁"S+D+T”码块序列1OMbps容器100元550x550x550x550x550x55OxD55 设计顿结构：采用64/66B编码格式，将开销和净荷编码后封装到定长✁:01OH(7bytes)D 01D "S+D+T”序列中01 Payload(Sub-