张德朝：千兆光接入网技术进展

千兆光接入网技术进展 张德朝 中国移动研究院基础网络技术研究所2023年6月 目录 1总体 50GPON技术及进展 2 FTTR技术发展及实践 3 2 中国移动光宽带服务于全球最多的用户，面向千兆提速和体验保障持续演进，打造家宽/企宽光底座，促进千兆光纤宽带网业协同发展 中国移动光宽带总体情况 光纤网络宽带协同建设 FTTH千兆宽带快速发展 46% 行业份额 47% 全国占比 5000万+ 新业务驱动光宽带差异体验 GPON 农村100 千兆用户 Mbps 1000+ Mbps 10GPON Combo 郊区 2.8亿+ 城区宽带用户 <10个>100个 >100<20 msms 3 面向算力网络构建全光底座 面向算力网络赋予“双千兆”的新内涵，构建基于400G和OXC的新一代光电联动全光网；同时，面向泛在算力接入，实现PON+FTTR协同等多种异构方式的敏捷接入 1ms时延圈 5ms时延圈 20ms时延圈 接入 PON OTN/OXC OTN/OXC OTN/OXC PON+FTTR OTN/SPN 400G 地市省域/区域骨干 光网络是算力网络的重要基础和坚实底座 以光为锚泛在入算 以入算光锚点为依托，打造资源池化能力，分场景差异化接入PON+FTTR协同等 时延圈 打造骨干20ms、省域/区域5ms、城市1ms三级时延圈网络 光接入网决定了入口时延 东数西算大动脉 打造中心节点间全光高速直连链路枢纽节点间带宽向400G演进 光接入网向50GPON演进4 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、时延和确定性等网络基础能力，并融合网络感知和网络切片能力，支撑面向服务的差异化承载 面向算力网络光接入网技术发展趋势 未来趋势和挑战 千兆光网带宽提速换挡 10G->50G 千兆到家->千兆到房间 场景拓展使能行业应用 NGOAN下一代光接入网 设计中心 算网大脑能力开放中心 算网编排中心 算网调度中心 算网智慧中心 算网感知中心 算网大脑 网络遥测 E2E切片 … vOMCI 短中长期闭环 实时感知 家庭 企业 OLT 行业 FTTR 50GPON 算网资源拉通、控制命令下发、状态交互、API原子能力开放 管控析层 关键技术能力 提升全光接入能力 •大带宽+低时延 •综合业务接入 增强全光千兆覆盖 •光Wi-Fi组网 •强管控 家庭->中小微、行业用户 底座 算力网络加速智能演进全光 泛在接入->感知业务+智能调度 •端到端电信级网络 引入智能协同 •PON+FTTR协同 •Telemetry秒采 •感知网络+业务 5 目录 1总体 250GPON技术及进展 3FTTR技术发展及实践 6 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标准化与产业进展 随着对称速率50GPON标准22年底在ITU-T获得通过，标志着50GPON国际标准体系基本建立 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 •于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 •当前样机已初步具备大带宽、低时延特性，为产业发展注入信心 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 •验证50GPON样机多业务综合承载能力 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 •受限于光器件及DSP性能，下行50G功率预算远低于N1等级，上行25G未未达到C+等级 多速率兼容 •当前样机上行方向不支持兼容25G/50G的TDM多速率接收 多代共存 •当前样机暂不支持MPM，且波长方案为1300nm，不支持三代共存 50GPON关键技术：多代共存 中国移动已部署全球最大GPON网络和网关，GPON短时期内不会退网，50GPON部署需考虑三代PON同ODN共存，因此，未来部署50GPON重点考虑采用上行波长1286±2nm选项 支持三代共存的上行波长 三代共存波长规划 1286nm上行DML激光器 当前问题： 三模ComboMPM光模块 当前问题： 1.样机所使用的DML激光器均为1300nm波段，且采用宽带波长选项 解决方案： 开发1286nm中心波长激光器，同时在ONU发射机中加入TEC制冷，控制激光器输出波长范围在4nm以内 1.波长间隔仅为2nm，对滤波器斜率要求非常高 2.对于MPM封装方式，将6波长滤波器封装进QSFP光模块难度较大 解决途径： 优化光模块内WDM波分复用器件结构，提升性能同时减小体积 OLTMAC XGS-PONTROSA50GPONTROSA WDM GPONTROSA 8 50GPON关键技术：oDSP技术需求 50GPON应用至少支持25G和50G两种上行速率，但各个ONU传纤距离不等，需引入动态自适应的oDSP技术，实现不同上行速率、不同距离ONU信号的自适应均衡，满足C+等级32dB功率预算收发 需求分析 技术可行性分析 oDSP技术需求 业务需求分析 •后续25G上行将主要面向传统宽带场景，50G上行将主要面向高价值场景，二者均有需求 50/50GONU •OFC2023文献：离线测试结果表明，采用动态自适应均衡DSP技术，可有效控制不同规格ONU上行色散代价TDEC在3.2dB以内，满足标准要求（不大于5dB） 25Gb/s上行50Gb/s上行 技术需求： •面向25G和50G上行速率，不同传纤距离下ONU，均能满足接收灵敏度要求，从而保证最低32dB功率预算系统部署要求 50GPONOLT 技术需求分析 50/25GONU 控制信号 50GPONOLT 光模块 OLT MAC 9 APD BMTIA DSP 芯片 ⋮ 50/25GONU 关键攻关点：如何通过动态自适应oDSP优化每个上行突发信号的均衡收敛时间达到最短 •利用来自MAC的突发先验信息辅助DSP内均衡模块的收敛 •现网中需要解决高速信号带来的色散代价，而光纤色散代价取决于传输速率和传纤长度 NRZReceiverDSP Errorcounting FECdecoding MLSE Filtering Equalization ClockRecovery Down-sampling •为满足上述需求，需要引入多速率自适应oDSP，实现现网多速率信号兼容且满足C+功率预算 存在问题： WDM •采用非协同DSP均衡每个突发信号收敛时间长（~40ns)，增加了额外上行突发开销 •多模DSP中均衡器收敛应不对系统传输性能带来影响，例如吞吐量、时延/抖动等 目录 1总体 50GPON技术及进展 2 FTTR技术发展及实践 3 10 FTTR技术发展需求 为实现千兆连接提速和千兆服务体验保障，光接入网需通过延伸光网能力与Wi-Fi体验保障并举，面向最后一百米打造端到端千兆固网 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 千兆固网端到端体验面临挑战基于光层OAM的FTTR网络架构 家庭网络用户投诉原因 7% 8% 12% 53% 20% 家庭网络问题光缆线路问题传输链路问题内容源问题其他问题 具备电信级管控能力 •EMS运维能力可延伸至从设备 •RMS运维能力可延伸至从设备 •网络遥测—》网络智能 具备电信级网络能力 •千兆无缝覆盖 •快速漫游 •低时延承载 根据信通院数据显示运营商用户投诉原因分布： 53%的投诉和家庭网络质量相关 •网络遥测 FTTR架构FTTR物理层FTTR协议层 11 FTTR网络架构发展考虑 面向2H/2B千兆宽带室内无缝覆盖，推进FTTH向FTTR演进，进一步延伸电信级千兆光接入网能力，需统筹考虑两级P2MP架构的新型光接入网的数据面和管控面方案 光接入网从1级P2MP衍生为2级 光层OAM 传统集中 管控管控 OLT PON侧DBA FTTR 主设备 FTTR侧DBA DatatoMFUDatatoMFU DatatoOLT DatatoOLT 第1级P2MP •须加速第2级P2MP(FTTR)技术方案收敛和标准化 •两级P2MP链路资源独立，DBA可两级分立，流量逐级统计复用 FTTR 从设备 第2级P2MP 两级网络须端到端光层集中管控 •独立的管控通道，与数据通道隔离 •光纤接通即具备对两级光链路及对FTTR网元基本管理 •具备创建/设置/备份上层管理通道能力 •奠定PON+FTTR协同支持端到端网络切片基础 12 关键技术1：FTTR光层OAM需求及设计原则 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电信级的光接入网端到端管控能力 FTTR光层OAM是基于P2MP光网络接口，实现电信级管控能力由FTTH向FTTR延伸的关键 原生管控通道 从设备光层OAM管理主设备光层OAM管理 光层OAM技术需求 光层OAM设计原则 光层OAM管理对象 构建电信级的光接入网端到端原生管控能力： 光纤接通即具备光链路及FTTR网元基本管理能力 两级P2MP网络需集中管控和调度 独立的管控通道，与数据通道隔离 管控接口需网络原生，高可靠性 FTTR主从设备的管理支持直管和代管相结合 PON+FTTR协同调度，支持接入端到端网络切片 FTTR网络光链路 FTTR主设备 FTTR从设备 千兆光网端到端切片 13 关键技术1：FTTR光层OAM技术及产业进展 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 光层OAM技术方案架构技术研究及产业进展 FTTR光层OAM纳管SFU技术要求： OLT直管SFU：可基于OMCI演进实现，直管消息需增加SFU的ID等信息，MFU可识别SFU直管消息，并可基于光层OAM消息寻址信息完成中继转发 OLT通过MFU建立直管SFU能力：可基于OMCI扩展实现，增加MFU下行光口、下挂从设备信息等管理实体 •22年联合华为/中兴/烽火基于光层OAM架构完成原型系统开发 •在北京、广东等4省份完成FTTR新技术现网试点测试，FTTR光层OAM架构及接口功能得到验证，技术方案效果符合预期 •FTTR光层OAM架构及技术方案发表在光通信顶级期刊/会议 （JOCN2023/OFC2023），相关研究得到学术界认可 后续推进 •Me接口纳管ComboFTTR/ONU，满足工作模式按需灵活可管可控 •协同推进光层OAM技术完善及标准化，开展协议一致性验证 [1]DechaoZhang,JinglongZhu,etal.,Fiber-to-the-Room(FTTR):AKeyTechnologyforF5GandBeyond,vol.15issue.9,JOCN2023. [2]JinglongZhu,JunweiLi,etal.,FirstFieldTrialofFTTRBasedonNativeManagementandControlArchitecturefor5GSmallCellBackhaul,OFC2023,PaperW2A.1314 FTTR主设备 电芯片 BOSA 功率预算Ra/Rb BOSA FTTR从设备 电芯片 TIA BMTIA DRV LD PD BMLA LA PD LD DRV MAC MAC 2.5GR