韩柳燕：光网络技术创新，助力算力时代发展

光网络技术创新，助力算力时代发展 1/20 中国移动研究院韩柳燕2023年3月 目录 面向算力时代的光网络发展策略 1 面向算力时代的光网络关键能力和技术发展 总结 2 3 2/20 2 中国移动算力网络整体发展 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 新型信息服务体系 新型信息基础设施 5G+ 算力网络 +智慧中台 连接+算力 +能力 3/20 3 以网连算 算力时代网为根基 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 编排管理层 绿色 安全 融数注智的算网大脑 泛在智能新型算 算网基础设施层 力 多样性计算架构确定性IP网络算空天地一体星云 网深度融合 算网 光电联动全光网 PON全光接入 SPN切片承载 CPEOTN刚性管道 OTN灵活光电联动 400G/800G全光高速互联 端到端绿色能力内生新低碳安全 以网强算 算网一体 中国移动算力网络核心技术体系 4/20 网络连接云边端泛在的算力资源，满足新型业务需求 突破后摩尔定律时代单点算力极限，实现算力集群优势 网络感知算力、承载算力，实现网在算中，算在网中 4 目录 面向算力时代的光网络发展策略 1 面向算力时代的光网络关键能力和技术发展 2 以网连算、以网强算、算网一体 总结 3 5/20 5 一、以网连算：面向东数西算需求，构建OXC全光网络 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） PON/SPN 分布式算力（中心） 分布式算力（中心） 承载网切片随流检测 PON/SPN 100G/200G/400G 100G/200G/400G OTN OTN/OXC 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 6/20 基于OXC的全光组网 提出新一代基于OXC的光电联动型全光网架构，干线mesh化组网，降低业务端到端传输时延 400G长距传输 随着波长资源利用率提高，需要提升单载波速率和传输距离，推动下一代骨干网向400G发展 6 基于OXC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 一、以网连算：基于OXC构造传送网三级时延圈 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 甘肃 宁夏 成渝贵州 内蒙 京津冀 长三角 珠三角 骨干20ms 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 省级算力区域算力 地市B城市C 省域/区域3~5ms 省数据中心灵活选址，省内及经济带内各地市互访一跳直达 地市算力 边缘综区CO 家庭园区 城市A 边缘 企业 地市算力 边缘 城市 7/20 1ms泛在算力接入，用户快速获取到云端算力 7 一、以网连算：基于OXC的光电联动全光网关键技术 集成式光交叉（OXC）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、扩展频谱、灵活调度方面续进一步提升 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，需推动4k分辨率LCoS研制 •优化LCoS控制算法，降低更高维度串扰 •优化光学设计，提高集成度 •面对基于130GBdQPSK的400G长距传输系统，需扩展OXC频谱支持80波系统 •针对C(6T)+L(6T)频谱扩展方案，应推动关键器件支持，形成产业链合力。 •引入光层OAM机制，定义开销帧格式 8/20 •拓展光层OAM功能，实现光电联动高效运维能力，纳入集采规模应用 8 一、以网连算：400G高速传输攻关进展 •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 400G16QAM •2018现网: 600km@G.654.E+EDFA •2022实验室：640km@G.652.D+EDFA 400G16QAM-PCS •2021现网/实验室1333km@G.654.E+EDFA 1077km@G.652.D+EDFA •2022实验室（C6T+L6T、C4T+L4T） ~1000km@G.652.D+EDFA 400GQPSK 5616km后光谱 •2021实验室 2000km@G.652.D+EDFA •2022实验室3038km@G.652.D+EDFA/Raman •2023现网 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 9/20 [1]DongWang,etal.,“FIELDTRIALOFREAL-TIMESINGLE-CARRIERANDDUAL-CARRIER400GTERRESTRIALLONG-HAULTRANSMISSIONOVERG.654.EFIBER”,ECOC2019,W.1.A,2019. [2]DongWang,etal.,“Ultra-Low-LossandLarge-Effective-AreaFiberfor100Gbit/sandBeyond100Gbit/SCoherentLong-HaulTerrestrialTransmissionSystems”,ScientificReports,9(17162),2019. [3]MingqingZuo,etal.,“32-λ×400Gb/sSingle-carrier120-GBaudQPSKCoherentTransmissionover3075-kmG.652.DFiberLinkUsingOE-MCMPrototypeunderField-deployedConfiguration,”OFC2023,W2B.16,Poster.9 一、以网连算：明确400GQPSK为长距骨干技术方案 针对16QAM、16QAM-PCS、QPSK等多种码型竞争，在充分考虑性能、产业链等关键因素后，解决130GBd技术难点，QPSK将是更好的长距骨干方案，推进面向长距场景的400G调制格式技术路线收敛。 16QAM 波特率：~60GBd 波道间隔：75GHz 波段：C6T OSNR容限：20.0~22.0dB 产业情况：主流设备商、光模块商、DSP芯片商、光电器件商均支持，产业成熟度相对较高 传输距离：小于600km 16QAM-PCS 波特率：~90GBd 波道间隔：100GHz 波段：C4T+L4T OSNR容限：~17.0dB 传输距离：~1000km 400GQPSK 波特率：~130GBd 波道间隔：150GHz 波段：C6T+L6T OSNR容限：~16.0dB 传输距离：>1500km 中短距场景：城域及部分省干 长距场景：长距骨干 10/20 10 一、以网连算：400GC6T+L6T波段扩展 为满足代际单纤容量翻番的基本需求，采用400GQPSK，意味着光纤波段必须从C波段扩展至全新的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，改进铒纤掺杂与工艺，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激发 激发态吸收，抑制16xxnm放大 自发辐射1550nm放大 功率转移均衡 C6T+L6T后，受激拉曼散射效应（SRS）带来的功率转移问题凸显。提升智能规划及自动化均衡能力，克服SRS带来的功率转移影响 11/20 11 传送网如何对算力业务的增强与赋能： 增强算网切片差异化承载、智能化感知调度能力。 DU SDN管控系统 城域汇聚层 PTN/SPN网络平面 统一管控 城域核心层 Open-WDM前传 城域接入层 PTN/SPN接入层 基站 EPC CPEOTN接入层 核心TIC 集客 BRAS OTN网络平面 CR PON网络FTTH pOLT 家宽 WiFi 边缘TIC 业务接入 vOLT 网络转发 IDC 业务处理 二、以网强算：增强传送网硬切片和感知能力 12/20 小颗粒硬切片能力 •面向城域5G等业务增强，引入MTNFGU小颗粒技术，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小颗粒度技术，满足高价值用户灵活入算需求，高效利用网络资源 业务感知能力提升 •传送网末端设备提升业务感知能力，实现算力业务“即接即用” •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 12 SPN小颗粒技术（FGU，FineGranularityUnit）将SPN硬切片粒度由5Gbps降至10Mbps，提供N*10Mbps 硬切片，构建端到端高效、无损、灵活、可靠的通道和承载方式，为算力提供业界领先的灵活颗粒度硬切片能力 二、以网强算：SPN小颗粒硬切片性能 SPNFGU选择10M颗粒，并与总线带宽匹配，性能业界领先 充分调研行业用户带宽需求最小兆级别（2M） 综合考虑芯片设计复杂度、大小、成本、功耗、时隙轮循等 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10M（大）容器承载2M，P节点转发相比SDH时延低5倍 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 FGU通过入和出时隙相位对齐进一步优化了时延 SPN性能测试结果 单节点转发时延（us） 500 260 2.02 19.72 0 MTNFGU10MSDH2M 单节点转发时延 切片抖动时间同步精度 加载背景流的时延变化(us) SPNFGU较传统2M通道的P节点转发时延降低5倍SPN硬切片抖动是分组切片的1/100， 时延确定性和业务隔离性高 SPN单节点时间同步精度小于5ns，达到业界领先水平 13/20 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 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，为每条小颗粒提供独立完善的OAM。在线带宽无损调整功能采用逐跳方案，可为算网等各类业务提供按需、无损、快速带宽调整。 二、以网强算：SPN小颗粒硬切片关键技术 FGU帧结构和OAM方案 构建容器：与以太网PCS兼容的“S+D+T”码块序列10Mbps容器 设计帧结构：采用64/66B编码格式，将开销和净荷编码后封装到定长的“S+D+T”序列中 双层开销：业务开销+容器开销 重用SPN1.0随路OAM机制：替换业务流IPG的IDLE插入，不占用业务带宽，为每条小颗粒提供独立、完善的端到端/逐段OAM 在线带宽无损调整 过程最为平滑、机制最为简单的带宽无损调整功能：调整过程不丢失数据报文，不影响客户业务，带宽时隙资源分配更及时、更灵活 机制简化（四比特信令） 逐段独立调整方式调整步长灵活 只传递变化时隙信息 重用FlexE/MTN开销信令 14/20 C、CR、CA、S四比特用于调整 每相邻两节点逐段调整 不依赖于上下游调整时间