“九州”算力光网目标网架构白皮书

本白皮书的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本白皮书之部分或全部内容。 中国移动通信集团有限公司2023年6月 目录 前言01 “九州”算力光网目标网驱动力01 1.1政策驱动01 1.2战略驱动02 1.3业务驱动03 在数字经济成为当前各国推动经济复苏的关键举措和抢占经济发展的制高点的背景下，算力作为数字经济的关键生产要素，已成为新的全球竞争比拼点，并开启了算力网络新赛道。美国于2020年11月发布《引领未来先 进计算生态系统战略计划》，计划构建覆盖政产学研的国家级算力体系。欧盟于2021年3月发布《2030数字指 南针计划》，计划部署1万个边缘计算节点，让所有欧盟家庭实现千兆连接。党的二十大报告提出“开辟发展新领 域新赛道，不断塑造发展新动能新优势”，为我国新一轮科技革命和产业变革指明了战略方向，并于2022年2 月全面启动“东数西算”工程，启动8个全国一体化算力网络国家枢纽节点建设，构建国家级算力网络体系。 算力网络的蓬勃发展带来的新业务、新应用、新技术、新模式如雨后春笋般规模涌现，对底层网络的架构、容量、速率、时延、能效、智能、安全性等提出了一系列的新要求。以网络为桥梁，使算力成为继水、电之后的新型社会基础性服务，为数字化转型业务提供更加经济、高效、泛在的算力供给方案。 本白皮书结合算力光网的业务和技术发展，在“高效算间智联、泛在灵活入算”的建设理念指引下，提出“九州”算力光网的“六光六极”目标愿景，勾画出具有划时代特征的“九州”算力光网目标网架构，并围绕算力集群打造具备400G联算、光电协同、汇接融通、智能管控、绿色节能、稳定可靠为关键技术特征的算间互联网络，以及万兆入算、入算锚点、业算感知、差异承载为关键技术特征的灵活入算网络，持续突破算力光网核心技术、端到端锻造网络能力。本白皮书旨在通过构建“九州”算力光网目标网架构，推动产业链共同努力，加速推进“九州”算力光网所涉及的新技术和产业成熟、携手共筑面向算力应用的高品质算力光网的坚实底座，全力建设技术领先光网络，为网络强国、“东数西算”国家战略贡献力量。 02“九州”算力光网目标网规划05 2.1算力网络总体规划05 2.2“九州”算力光网目标愿景06 2.3“九州”算力光网网络架构07 2.3.1算间智联08 2.3.2灵活入算09 03“九州”算力光网关键技术10 3.1全光骨干网技术10 3.2全光城域网技术12 3.2.1fgOTN12 3.2.2星环OTN13 3.2.3SPN14 3.3全光接入网技术15 3.3.1宽带接入网15 3.3.2半有源Open-WDM17 3.4智能化光网管控18 3.4.1OTN网络管控19 3.4.2SPN网络管控20 3.4.3PON网络管控23 3.5绿色节能24 04未来展望与倡议25 05缩略语26 01“九州”算力光网目标网驱动力 部关键信息基础设施安全保护国家标准《信息安全技术关键信息基础设施安全保护要求》正式实施，明确指出“关键信息基础设施是国家网络安全保护的重中之重”。光传送网既是业务网络的一部分，同时也是其它业务网络的承载网，是关键信息基础设施中的关键基础底座，承担着海量数据的传输、交换、调度，在保障网络安全、数据安全尤为重要。 1.2战略驱动 1.1政策驱动 党的十八大以来，党中央高度重视发展数字经济，将其上升为国家战略。习近平总书记始终高度重视数字中国建设，多次发表重要讲话、做出重要指示,强调要牵住数字关键核心技术自主创新这个“牛鼻子”，发挥我国社会主义制度优势、新型举国体制优势、超大规模市场优势，提高数字技术基础研发能力，打好关键核心技术攻坚战，尽快实现高水平自立自强，把发展数字经济自主权牢牢掌握在自己手中；同时，要加快新型基础设施建设，加强战略布局，加快建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施，打通经济社会发展的信息“大动脉”。 《2021年政府工作报告》强调加大 5G网络和千兆光网建设力度，丰富应用场景 《信息通信行业发展规划（2021-2025年）》《信息安全技术关键信息基础设施安全保护要 到2025年，基本建成高速泛在、集成互联、智能求》正式实施，明确指出“关键信息基础设施绿色、安全可靠的新型数字基础设施是国家网络安全保护的重中之重” 2021.03.05 2021.03.24 2021.11 2022.01 2023.01 《“双干兆”网络协同发展行动计划 （2021-2023年）》网络做广、做深，建设千兆城市 《“十四五”数字经济发展规划》 快建设信息网络基础设施，有序推进基础设施智能升级；加快实施“东数西算”工程 党中央国务院高度重视千兆光网的发展。2021年3月5日，《政府工作报告》中提出：加大5G和千兆光网建设力度，丰富应用场景。 2021年3月工信部出台《“双千兆”网络协同发展行动计划》提出：固移协同，优势互补。发挥千兆光网在室内和复杂环境下传输带宽大、抗干扰性强、微秒级连接的优势，发挥5G网络灵活性高、移动增强、大连接的优势，适度超前部署“双千兆”网络，同时工信部发起了百城千兆建设工程以点带面融合创新，充分促进千兆网络赋能经济社会高质量发展，将千兆光网和5G协同发展作为数字中国建设发展的重点工作。以千兆光网为代表的光传送网建设发展实现全球领先。光传送网作为衡量国家信息基础设施水平的关键，既是跨区域算力、互联网等数据流的主动脉，也是千行百业、千家万户接入网络的毛细血管。光传送网发展水平直接关乎国家信息基础设施长远发展速度和质量，身为服务大众数字生活，赋能传统产业数字生产以及实现数字政府高效治理的重要基石，光传送网将持续发展并进一步向万兆光网迈进。 2022年1月，国务院印发《“十四五”数字经济发展规划》（以下简称《规划》），《规划》中提出加快建设信息网络基础设施，有序推进基础设施智能升级；加快实施“东数西算”工程，推进云网协同发展，提升数据中心跨网络、跨地域数据交互能力，建设面向特定场景的边缘计算能力，强化算力统筹和智能调度。2023年5月1日，我国首 发展数字经济是顺应新一轮科技革命和产业变革的战略选择，新基建、新要素、新动能为各行各业转型发展带来难得机遇。中国移动以国家政策+行业需求为牵引，积极构建“连接+算力+能力”的新型信息服务体系，制定了算力网络总体发展策略。中国移动董事长杨杰表示，中国移动将深入落实国家“东数西算”工程部署，科学合理布局数据中心，发挥既有的通信网络优势，全面推进算力网络技术、产业、生态、商业模式成熟，推动网络从连接算力到感知、承载、调配算力，实现算力泛在、算网共生。构建算网大脑，实现算网资源、能力的智能编排、统一管理。融合要素、整合算力，提供从“资源式”向“任务式”转变的一体化服务。通过算力网络，进一步推动信息服务能力升级、供给升级，推进算力网络在国家治理、社会民生、传统产业升级改造、国内国际市场拓展等更多领域落地应用，使算力成为像水、电一样，可“一点接入、即取即用”的社会级服务。 进入算力时代，为更好地支撑算力网络发展，中国移动结合国家政策和公司战略，面向算力资源布局，以“算网融合统一”为发展目标，统筹规划网络基础设施建设，提出“高效算间智联、泛在灵活入算”的光传送网建设理念，为此中国移动全面引领光传送技术升级，助力核心产业领先。在算间智联部分：率先打造基于OXC的光电联动新型全光网，为算力网络业务提供扁平化组网和一跳直达连接，骨干传送网开展400GOTN技术攻关，明确QPSK作为骨干长距技术方案，验证基于G.652D光纤+EDFA放大方式实现1500km传输，并推进C6T+L6T产业发展，积极部署现网测试；在灵活入算部分：主导推动细颗粒光传送网（fgOTN，原标准名称为G.OSU）研究范畴、架构和关键技术的重新定义，提出的帧结构和帧长优化、简化的映射和复用机制等技术路线和核心机制获得共识，成为了后续技术国际标准化的基础；构建SPN2.0网络技术架构，打造细粒度切片、业算感知、灵活连接、泛在接入、智能运维、绿色节能的综合业务传送平台；在光接入领域持续推进50GPON和FTTR技术创新、标准和产业发展，全面提升光接入网的带宽、时延以及千兆覆盖能力，同步推进PON的光层OAM向FTTR延伸、构建PON+FTTR集中管控型网络，推进PON+FTTR智能协同、实现具备网络切片能力的端到端智能化千兆光接入网；在5G前传领域提出开放式波分复用（Open-WDM）技术体系及核心技术，创新半有源架构、物理层MWDM、调顶OAM和管控SDN等多项技术，引领国际、国内标准，有力支撑5G前传规模部署商用。随着算网应用的加速，中国移动将持续深化光传送网创新引领和建设理念，引领光传送网全面升级演进。 12 1.3业务驱动 算力网络聚焦数字化转型，面向生活、行业和社会新兴业务场景赋能千行百业。光传送网作为重要的新型信息基础设施，构成了经济社会发展的信息大动脉，在赋能数字经济发展，助力千行百业数字化转型中具有重要支撑作用。同时，工信部也在光传送网的龙头千兆光网赋能行业应用方面启动“追光计划行动”，将持续深化“千兆光网+行业融合应用”作为当前的重要目标。从产业演进的角度看，光传送网需要应对如下挑战： 超高清沉浸式体验，需要更大带宽更低时延的网络：随着技术的发展演进，元宇宙应用的兴起，极大地促进了VR/AR/XR、光场显示等高清视频产业的发展。根据第三方咨询报告，2030年将有超10亿用户通过XR体验“身临其境”的全新虚拟世界，并实现和物理世界的交互。以远程办公为代表的多方视频通话、虚拟会议等将成为常态，构建沉浸式体验的虚拟世界，实现自然的交互体验，需要1Gbps~10Gbps大带宽、20ms~5ms的低时延，同时为保障家庭、企业多用户并发体验，需要带宽10倍提升，对现有光传送网能力提出了新的挑战。 制造、能源、交通等行业数字化转型加速，需要网络进一步提升实时性和可靠性：光传送网开始进入工业领域，随着产业数字化、智能化升级加速，机器视觉等超高清视频回传、虚拟化PLC控制等应用规模发展，需要us级时延、ns级抖动和99.9999%业务可用性联接（摘自中国信息通信研究院2023年2月发布《工业制造企业千兆光网业务体验分级白皮书》）。而当前的串行总线时延大，时延、抖动逐站累加，难以满足要求，需要新型现场总线满足工业控制的苛刻要求。能源、交通生产网对网络的安全可靠、低时延有很高要求，随着高清视频回传等大带宽业务需求的发展，需要提供每个站点GE带宽、1ms低时延、99.99%以上高可靠的硬管道联接、承载并使能OT的自动化、智能化升级，加速行业生产网络的数字化转型。 算力生态持续发展，需要网络构建灵活获取的接入能力：随着算力网络时代的到来，数据的产生和处理越来越多地依赖于分布式的计算资源。分布式的泛在的算力资源，依赖广覆盖的泛在网络，提供高效、可靠、安全和低成本的计算服务，以满足各种应用场景的需求，如大数据分析、人工智能、区块链、云游戏等。一是数据量的爆炸性增长。随着物联网、社交媒体、电子商务等领域的快速发展，每天都有海量的数据产生，并进行存储、传输和处理，而传统的中心化的数据中心已经难以承载这样的压力，需要利用分布式的算力资源来实现数据的价值。二是计算能力的不断提升。随着芯片技术、软件技术和网络技术的进步，算力不断提升，催生如人工智能、虚拟现实、增强现实等应用场景，广泛的算力需求，依赖于算力泛在的网络来提供支持。三是计算成本的不断降低。随着算力资源的供给增加，计算成本不断降低，使得一些以前不划算或者无法承担的计算任务变得可行，如云游戏、云办公、云教育等，这些应用场景对算力的需求非常灵活，需要依赖于算力泛在的网络来提供按需灵活付费的服务。 表1东数西算四大类业务场景 业务场景 场景特点 典型业务 东数西“算” 通用算力西迁，将公有云业务、时延不敏感的生产业务搬迁到西部，有一定可靠性要求 OA办公系统、Web前端、开发测试类业务 东数西“训”