李俊伟：新一代光接入网助力算力网络发展

新一代光接入网助力算力网络发展 李俊玮 中国移动研究院基础网络技术研究所2023年6月 目录 2 3 1总体背景和趋势PON技术发展和应用 FTTH向FTTR演进趋势 2 算为中心，网为根基，筑牢数智化转型坚实底座 国家政策+移动战略牵引：加快新型基础设施建设，发展全新算力网络，助力国家数字经济 国家政策牵引：千兆光网助力国家数字经济发展 •十四五新基建规划：推动国家骨干网和城域网协同发展，开展千兆光网提速改造 •十四五数字经济规划：协同推进千兆光纤网络和5G网络基础设施建设 •二十大报告：加快发展数字经济，促进数字经济和实体经济深度融合，打造具有国际竞争力的数字产业集群 •2023年政府工作报告：所有地级市实现千兆光网覆盖，所有行政村实现通宽带 --数据摘自2023年《中国数字经济发展研究报告》、中商产业研究院 移动战略驱动：网络无所不达，算力无处不在 •中国移动深化创世界一流“力量大厦”战略，全力构建基于5G+算力网络+智慧中台的“连接+算力+能力”的新型信息服务体系 •明确了算网基础设施层，光网络作为算网基础设施层的底座 ++ 连接 算力 能力 网络作为连接用户、数据和算力的桥梁，需要与算力深度融合，形成算网一体化新型基础设施，为用户提供低时延、高可靠、端到端的算力连接 3 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，千兆固网需从带宽的“千兆”连接能力向带宽+体验的“千兆”服务能力转变，满足数字化时代千兆业务发展需求 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 2.8亿+ 截止2023年5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>5000w 持续加大WiFi6千兆网关引入 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 面向算力网络千兆光接入网技术发展趋势 OMC/RMS （含FTTR管理模块） EdgeONU EdgeONU 管理 控制 分析 EdgeONU Room3 Room2 Room1 1:4/1:8 ONU/HGW… 10GPON IP承载网 EdgeONU Informationbox … 50GPON Room4 Home OLT 城域传送网 FTTR全光家庭网络/全光局域网 PON光接入网 CloudVR等算力服务 增强全光千兆覆盖提升全光接入能力引入全光智能感知 FTTH向FTTR演进，基于强管控维的FTTR创新架构支撑光接入网服务能力向客户侧延伸，对运营商算网服务能力直达用户提供保障 全面部署10GPON，未来适时向50GPON升级实现带宽倍增 推进构建PON+FTTR协同的新一代光接入网架构 引入Telemetry秒级采集机制，实现业务感知和网络质量可视、分析和调优 创新跨层协同DBA调度、DAW、队列调度等机制构建确定性低时延光接入网 5 目录 1总体背景和趋势 3 2PON技术发展和应用FTTH向FTTR演进趋势 6 持续提升光宽带网络能力，打造“端到端千兆”固网 千兆宽带已逐步普及，超200兆带宽已成为主流，中国移动已全面转向10GPON系统能力建设，并基于“10GGPON+千兆网关+WiFi6”，实现“端到端千兆固网”能力 3 2网关 1 OLT CMnet/OTN 云/管控平台 千兆网关 家庭网络侧 PON接入网 传送/承载网 内容源 1 2 3 全千兆接入网 •全网OLT具备10GGPON能力 •持续加大10GGPON千兆网关引入 •企业网关23年首次集中采购 全千兆智能网关 •Wi-Fi6频宽从80MHz向160MHz演进 •具备千兆Wi-Fi空口 全千兆Wi-Fi •支持两模或三模Combo，平滑升级万兆接入能力 •向三模Combo归一化演进 7 Telemetry+智能板构建接入网智能化大数据底座 面向体验经营，10GPON系统全面要求支持Telemetry，OLT按需引入智能板增强智能感知，构建针对网络性能、业务及质量感知的大数据底座，实现网络感知能力开放 当前家宽系统难以支撑体验经营的要求，千兆体验经营需要确定性抓手 •宽带质量评估侧重于网络KPI，宽带用户业务质量无法感知和测量 •故障难识别，整治靠投诉，缺乏定位到内容源、网络、家庭用户等环节，业务感知问题不能准确定界定位 •业务多元化，但体验保障手段同质化现象严重 保障诉求 良好的 网络KPI 家 良好的用宽 网 户体验离 20% 有投诉记录 80% 线上实时监控 •低时延 教育•低丢包 保障诉求 •低时延 用 户无投诉记录 运维人力大量被动响应 电竞•高网络速率 …… 2022 2023 10GPON系统全面要求支持Telemetry 标准化采集接口，实现网络KPI数据秒级采集 OLT按需部署智能板，识别业务类型并实时采集及上报分段业务KPI 通过网络KPI与业务KPI关联分析，实现精准故障定界定位，保障多种业务 引入Telemetry+智能板，构建接入网智能化大数据底座 8 接入网智能化关键技术进展及后续推进 面向网络业务的体验保障，持续推动接入网智能化关键技术研究，满足全千兆业务发展及多场景应用对接入网秒级监测和智能化演进的诉求，构建面向体验的下一代智能光接入网 OMC 控制/分析 Telemetry采集器 技术研究进展 立足接入网业务体验感知，推动OLTTelemetry技术能力及智能板采集上报能力标准化： •23年联合华为/中兴/烽火/诺基亚贝尔完成OLTTelemetry技术及智能板 OLT UDP/GRPC SNI NC/YANG UDP ODN ONU 主控板 智能板 UNI 实验室测试 •Telemetry数采能力、网元/光链路/业务流等数据上报格式符合要求 •智能板业务KPI分段感知功能得到验证，可实现基于应用的业务KPI采集与上报 PON板 接入网智能化技术后续推进 增强智能感知维度 •满足接入网智能化质差分析，推动智能板新增采集维度及采集指标，并定义统一的YANG模型 网络AI能力构建 •借助智能板能力，构建接入网AI大模型，实现面向业务及体验的深度感知及智能分析，增强接入网智能化能力 智能化能力向FTTR延伸 •Telemetry+MQTT数据协同，实现千兆光接入网端到端分段感知协同 9 中国移动下一代PON技术发展需求 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 ITU-T50GPON 标准体系 推进50GPON 技术和产业成熟 50GPON系统除带宽提升外，还需支持低时延和网络切片功能，满足综合业务接入需求 50GPON系统要求 速率 •非对称型25/50Gbps和对称型50/50Gbps两种速率更匹配未来网络和业务发展需求 波长和功率预算 •兼容现网ODN，多速率共存下的功率预算满足ClassC+32dB要求 •和10GGPON共存是基本要求，特殊场景下可能存在GPON、10GPON、50GPON三代共存需求 网络切片 •进一步优化调度机制，提升低时延性能，实现业务差异化承载 •支持高精度时间同步，满足5GFemeto小站场景需求 •端到端支持网络切片，从FTTH延伸到FTTR 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 国际标准凝聚产业共识 •21年、22年中国移动牵头完成50GPON物理层标准G.9804.3和G.9804.3amd1制定 白皮书牵引产业发展路径 •22年移动全球合作伙伴大会发布《NGOAN技术发展》白皮书，系统阐述了50GPON的场景需求、关键技术发展目标和路径 联合样机研发 •21年、22年持续联合华为、中兴、烽火完成非对称50GPON样机研发和完善，为产业发展注入信心 现网试验 •业界率先完成50GPON样机现网试验，研 究成果在OFC2022和OFC2023发表10 呼吁协同50GPON关键技术攻关及产业推进 50GPON产业链已取得长足进展，但物理层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 OLT侧光模块 ONU侧光模块 50GOLTMAC EML Drv. 50Gb/s CM-TIA ONUMAC 25/50Gb/s BM-TIA BMDrv. APD/PIN+SOA 25/50GDML 50GEML/EML+SOA 50GAPD ONUDSP/CDR OLTDSP/CDR 多代共存 当前存在问题： •部署50GPON需要考虑多代共存，当前样机上行波长为1300nm波段，无法实现三模Combo •暂无三模MPM共存型Combo光模块 后续要求及方案： 50GPON上行方向应采用1286±2nm窄带激光器波长 优化光模块内WDM器件结构，可采用空间光等新方案，缩小滤波器体积 高功率预算 当前存在问题： •50Gb/s速率下行和上行信号均未达到N1等级功率预算 •上行25Gb/s突发信号未达到C+等级功率预算 后续要求及方案： OLT发送端，进一步提升EML+SOA发送光功率 ONU发送端，提升DML激光器增益带宽积 OLT接收侧，采用足带宽高灵敏度APD或SOA预放大器，进一步提升接收灵敏度 兼容多速率 当前存在问题： •50GPON样机上行仅支持25Gb/s或50Gb/s单一速率信号收发 后续要求及方案： 局端PON口需兼容25G/50G上行多速率的归一化 研发用于多速率接收的大动态范围、高响应度的BM-TIA电芯片技术 攻关上行多速率动态自适应均衡DSP技术 11 50GPON物理层关键技术：高功率预算收发技术 50GPON传输带宽提升5倍，理论上将导致灵敏度劣化7dB左右，兼容现网C+等级ODN32dB功率预算难度较大，需进一步提升发射光功率，同时提升接收灵敏度 EML+SOA 当前问题：入纤光功率无法达到8.5dBm 后续要求：采用波导耦合等技术，优化SOA到光纤耦合效率 50GAPD 当前问题：接收灵敏度无法达到-24dBm 后续要求：通过优化锗硅APD的TO封装，进一步提升接收灵敏度 下行50G连续 光接口参数国际标准要求 下行50Gb/s上行50Gb/s +14dBm 上行25Gb/s +8.5dBm +11.8dBm? +6.8dBm? +9dBm +5dBm 上行25/50G突发 ClassC+32dB -24dBm ClassC+ 32dB -22.7dBm -25.7dBm? ClassC+32dB -27.5dBm DML 当前问题：50GDML输出光功率无法达到6.8dBm 后续要求：研发DBR等新型结构DML激光器，提升增益带宽积 BM-TIA 当前问题：当前尚无50G足带宽BM-TIA样品 后续要求：研发50G带宽BM-TIA芯片，同时兼容25/50G多速率接收，并压缩突发开销至40ns以内 12 50GPON关键技