算力网络时代新一代光接入网技术演进

算力网络时代新一代光接入网技术演进 李俊玮 中国移动研究院基础网络技术研究所2023年9月 中国移动千兆固网发展大数据 随着宽带普及率的提高和宽带提速的深入，千兆光网网络和用户高速增长，光网支撑作用逐步显现，千兆固网正在从带宽的“千兆”连接能力向带宽+体验的“千兆”服务能力转变 网络能力 HDICT智家新场景 智慧社区健康养老 智家业务 智能组网，家庭安防语音遥控、家庭IOT 高清视频 高清用户规模近2亿 大屏点播业务发展迅速 业务发展 集中管控 FTTR原生支持感知网络业务KPI Telemetry 秒级高精度感知网络KPI 21年集采PON设备全面支持遥测能力进一步下沉到网关侧 网关软探针 宽带测速、业务拨测等家庭侧网络环境感知 质量保障 FTTR 2H/2B的全光千兆组网业务 垂直行业 工业PON 极简架构、电信级可靠性大带宽、低时延 企宽、互联网专线 沿街商铺、商业 小微企业（固定IP） 场景拓展 2.88亿+ 截止2023年8月 中国移动有线宽带用户总数 城区OLT全面千兆 已全面转向10GGPON建设 ComboPON 当前Combo以两模为主三模Combo是归一化方向 FTTH占比>99% 网关全智能化 千兆宽带用户>6000w加大千兆网关引入 3 算力网络光网先行支撑经济社会数字化转型 核心要求 超大带宽 中国移动锚定“世界一流信息服务科技创新公司”新定位，系统打造“5G+算力网络+智慧中台”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，力争实现“网络无所不达、算力无所不在、智能无所不及”，助力全社会提升运用新一代信息技术的效益和效率 关键技术 400G 灵活调度 OXC+ODU+fgOTN 光底座是算力网络的重要组成 泛在接入 50GPON+FTTR 推动光网络核心技术创新，打造算力网络坚实底座 4 千兆光接入网技术发展趋势 千兆光接入网作为“连接+算力+能力”的第一跳入口，需全面提升光接入网络的带宽、时延和覆盖等网络基础能力，并融合网络感知和网络切片能力，构建面向算网服务的千兆入算光猫点 提速：基础连接 万兆 接入 云 提质：极致体验 千兆 覆盖 提值：智能应用 端 50GPON FTTR 应用 PON+FTTR+X 千兆加速普及，有线宽带用户已超2.8亿 •21年起全面转向10GPON建设 •演进：持续推动50GPON技术产业成熟 千兆宽带用户数已超5000w，行业占比超40% 千兆光网+X，赋能新应用和垂直行业千兆入算光猫点，算网服务泛在接入 1（高品质底座）+X（场景化服务） 1+X 10G PON OLT PON 智能网关 打造家庭和小微企业全光千兆覆盖 •23年首次集采引 入智能板 •演进：构建网络业务感知能力 •23年首次集采智能企业网关 . •逐步加大千兆智能网关占比 •基于C-WAN的全光Wi-Fi组网 •基于光层OAM集中化原生管控 •PON+FTTR协同端到端切片 5 目录 1总体发展趋势 50GPON筑牢基础能力 2 FTTR提升千兆宽带覆盖 3 6 50GPON技术发展 50GPON国际标准体系已基本建立，当前正处于样机研发阶段 50GPON系统相比10GGPON，需采取多项全新技术方案，以满足系统各项指标要求 ITU-TG.9804 系列标准立项 第一版G.9804国际标准发布，研发原型机并测试 开展非对称样机实验室测试与现网试点测试 开发对称型样机并开展现网试点测试 持续完善系统性能，满足商用要求 商用试点 20192021 20222023 2024? 10GGPON ONU侧为宽带激光器，无需制冷路直调直检，无DSP处理芯片 发射光功率较低，无需光放大器路 采用RSFEC码型，纠错容限为1E-3路 50GPON TEC：为实现三模波分共存，上行波长为窄带选项，ONU发射机需添加TEC oDSP：50G速率信号对传输损伤更敏感，需采用数字信号处理技术 SOA：EML/DML存在饱和输出瓶颈，需集成SOA光放大器 LDPC：为进一步提升接收灵敏度，选用纠错能力为1E-2的LDPCFEC码型 提升功率预算 至32dB 7 50GPON关键技术：三模共存，ONU侧需引入TEC GPON短时期内不会完全退网，50GPON部署需考虑三代PON同ODN共存，上行1286±2nm波长成为未来50GPON部署的重要选项 三代共存的上行波长 三代共存 波长规划 新器件：DML+TEC 挑战 传统ONU侧使用的DML激光器均为20nm宽带波长 方案 在ONU发射机中加入TEC温控，控制激光器输出波长范围在4nm以内 新线路：六波长WDM 挑战 支持6波长复用解复用，MPM封装对器件体积要求高 上行相邻波段间隔仅为2nm，对滤波器斜率要求很高 进展 已有6波长合分波器样品，但隔离度不足 50GPON关键技术：DSP技术使能25G/50G多速率兼容 50GPON应用须支持25G和50G两种上行速率，考虑到各个ONU传纤距离不等，DSP需实现对不同上行速率、不同距离ONU信号损伤的快速均衡，以满足32dB功率预算需求 FECdecoding MLSE Filtering Equalization ClockRecovery Down-sampling NRZReceiverDSP Errorcounting 50GPONOLT 10km ⋮ 50/50GONU 20km 50/25GONU 50/25GONU 50/50GONU 下行方向上行方向 •50GPON信号速率提升5倍，高速信号导致光纤色散损伤对信号的影响激增，引入DSP均衡高速信号带来的色散代价 •下行50Gbps为连续信号，ONU侧只需通过轻量化DSP即可实现静态信号的色散均衡 •50GPON上行存在两种速率ONU，不同传输速率和传纤距离的ONU信号带来的损伤大小各异，且上行是突发动态大小光接收 •单一模式的DSP无法针对不同ONU信号进行差异化补偿 •OLT侧DSP需要支持动态多模，满足对不同速率ONU信号损伤的动态自适应均衡 9 ITU-T50GPON 标准体系 推进50GPON 技术和产业成熟 当前样机主要问题 50GPON技术产业进展 50GPON产业链已取得长足进展，但系统关键指标尚无法完全满足商用要求，呼吁产业界针对核心光电器件及系统关键技术共同攻关，促进技术和产业进一步成熟 总体要求G.9804.1 物理层要求G.9804.3 协议层要求G.9804.2 G.sup.PONslicing G.sup.PONlatency 联合样机研发 •2021年、2022年持续联合华为、中兴、烽火完成非对称50GPON样机研发和完善 •23年起，推进对称样机研发，加速攻关核心光电器件成熟 现网试验 •业界率先完成现网环境下的50GPON样机承载5G一体化小基站回传试验 •研究成果在OFC2022和2023、OECC2023发表 吞吐量 •受限于突发电器件性能，上行25G速率吞吐量尚低于理论值20.5Gb/s 功率预算 •受限光器件及DSP性能，下行50G/上行25G功率预算初步满足N1等级，未达C+ 多速率兼容 •当前样机上行方向尚不能支持兼容25G/50G的TDM多速率接收 多代共存 •1286nm产业链尚不成熟，三模MPM样品隔离度还有较大提升空间 目录 1总体发展趋势 50GPON筑牢基础能力 2 FTTR提升千兆宽带覆盖 3 11 FTTR总体需求及关键技术 集中管控、千兆无缝覆盖、协同组网是FTTR三大核心要求，需进一步推进基于光层OAM网络架构和协议层等关键技术攻关和标准化 FTTR网络架构 Me Mf 延伸FTTH光底座能力 •PON的光层OAM管控能力延伸到家庭内部 MfMe •通过光纤延伸实现千兆网络能力无缝覆盖 协同组网提升体验 •PON+FTTR协同，实现固网端到端切片 •光+WLAN协同，实现WiFi组网可调度，增强千兆Wi-Fi体验 FTTR架构FTTR物理层FTTR协议层智能协同 12 FTTR标准进展 FTTR架构标准已进入发布流程，业界正在协同加速推进FTTR物理层、协议层和光层OAM标准研制 G.FIN-SA G.FIN-PHY G.FIN-DLL G.FIN-MN 总体 物理层 数据链路层 管理 光层OAM CCSA：FTTR ITU-T：G.FIN 国际标准G.FIN-SA和行标FTTR总体待发布 FTTR物理层和数据链路层重要内容基本达成一致，有望今年完成，国际标准同步推动 FTTR光层OAM机制已在SG15Q2和Q3热烈讨论当中，OLT协同管控FTTR技术方案成为技术发展热点 ITU-T 2023年3月 G.FIN-SA 预计2023年底 G.FIN-PHY/DLL 预计2024年底 CCSA FTTR总体 2023年4月 FTTR物理层FTTR数据链路层 预计2024年中旬 FTTR光层OAM 13 关键技术1：FTTR光层OAM需求 FTTR推动光接入网向两级P2MP架构演进，需围绕光接入网新架构构建光接入网端到端集中管控能力 OAM协议 FTTR光层OAM是基于P2MP光网络接口，实现管控能力由FTTH向FTTR延伸的关键 OAM通道 OAM通道由OLT-MFU-SFU两段组成，应隔离于数据通道，并具备最高优先级 OLT与MFU之间，可复用OMCC通道，或1:1/1:N创建新的xGEM-Port。前者更节约PON链路层资源 MFU与SFU之间，可复用OMCC通道，或参考/复用FTTRC-WAN架构引入的WMCC通道。前者更利于OLT与MFU对SFU的协同管控 基于OMCI协议演进，最大化复用MEs，简化OLT-FTTR的OAM协议互通性 考虑在OMCI消息头中引入SFU端口信息，OLT可复用MEs采用类ONU方式直接管控到SFU MFU针对OLT与SFU之间的OAM消息，在两段OAM通道间做中继转发 OLT侧基于MFU和SFU的MIB，可还原出FTTRMIB，简化OLT-FTTR的 OAM互通14 关键技术1：FTTR光层OAM技术/产业/标准进展 FTTR光层OAM技术方案已在22年完成原型系统验证，相关技术要求已在22年底完成CCSA标准立项，ITU-TSG15Q2和Q3也在热烈讨论当中，需业界共同协同，推进技术、标准和产业发展 OMCIServer SFUMIB OMCI Client OMCI Server OMCIClient OLT •光层OAM架构及接口协议设计已基本完成，并制定企业标准 •已启动光层OAM二阶段技术研究，进一步丰富接口功能 •22年联合华为/中兴/烽火/诺基亚等厂商开发光层OAM原型系统，完成实验室及现网试点测试，功能符合预期 •23年OLT与FTTR基本实现光层OAM接口互通解耦 •22年完成光层OAM行标立项 •联合业界加速光层OAM行标制定 •推动光层OAM技术方案在ITU-T标准化 技术产业标准 MFU SFU [1]DechaoZhang,JinglongZhu,etal.,Fiber-to-the-Room(FTTR):AKeyTechnologyforF5GandBeyond,vol.15issue.9,JOCN2023 [2]JinglongZhu,JunweiLi,etal.,FirstFieldTrialofFTTRBasedonNativeManagementandControlArchitecturefor5GSmallCellBackhaul,OFC2023,PaperW2A.13 15 关键技术2：FTTR物理层和多速率共存 面向新业务新场景的提速需求，FTTR可针对不同场景制定相应的速率升级方案，持续提升用户体验 ToH：主要考虑FTTR系统整体速率升级，保障Wi-Fi组