敖立：光网络多维技术协同演进构建高品质的算力承载光底座

Ldquo最近举办的，2022中国光通信高质量发展论坛最后，中国信息通信研究院总工程师李敖发表了题为东算西算下智能光网络的发展与演进的演讲。

会上，李敖分享了数东数西在此背景下，智能光网络发展和演进的七个主要方向是:光缆网络优化，高速大容量，全光低时延，汇聚确定，智能管控，模块高度集成，光网络安全这七个方向分别描述

李敖指出，当前，世界已经进入数字经济时代数据作为整个生态发展中的重要资源，正在成为数字化转型的重要驱动力要让数据有价值，计算能力的支持必不可少从这个角度来看，未来的计算基础设施将是支撑中国数字经济的坚实基础

基于此，我国多项政策都提到计算基础设施是新兴技术设施的重要组成部分2022年2月，数东数西该项目正式全面启动，国家发改委等部门联合下发文件，同意启动京津冀，长三角，粤港澳大湾区，成渝，内蒙古，贵州，甘肃，宁夏国家计算枢纽节点建设，规划10个国家数据中心集群至此，数东数西8个计算枢纽和10个集群全部落地，国家综合大数据中心系统完成总体布局设计，数东数西该项目正式启动

用户和计算基础设施之间的大规模数据传输需要网络同时，基础计算基础设施也对网络提出了相应的要求高质量的传输网络是连接用户，计算设施和相关应用的桥梁李敖强调说

根据消息显示，不同计算基础设施的应用需求对网络提出了不同的要求在传输性能上，需要具备超大容量，低延迟，低抖动等明确的特性在差异化承载能力方面，不同计算能力应用场景的承载需求明显不同，敏捷性方面，需要满足应急通信，存储容灾等应用场景更重要的是，要安全可靠计算能力数据的安全需求至关重要，承载计算能力应用数据的网络安全需求也需要相应提高

李敖表示，从技术架构来看，光网络横向分为管道层，转发层和控制层，纵向还有光网络的安全性在光纤的通道层，需要进一步优化光纤网络的路由，同时部署新的光纤，提供更长距离，更大容量的传输性能在转发层，需要升级光网络，提供超大容量，全光低时延，低能耗，差分承载等能力，进一步提升模块的集成度在管控层，可以提供计算网络的一体化管控调度和智能运维能力，实现计算能力服务的敏捷提供

在他看来，在东算西算的需求下，中国智能光网络需要在以下七个方面进一步发展和演进:

第一，光缆网络的演进目前，通信光网络已经发展了近40年，现有的光缆网络在全国已经有了完整的布局，但只适用于传统的电信业务和互联网业务，无法满足计算力时代的需求因此，需要依托现有的光缆网络基础设施，增加骨干枢纽节点之间的连通性，确保网络重要节点之间可以到达多条路由，满足东西计算项目单向延时10—20ms的要求

同时，为了适应计算能力时代的到来，光缆网络的容量需要进一步提高运营商从2016年开始研究验证G.654E光纤的应用价值，目前已经进入工程应用阶段可以预见，东计数和西计数将推动G.654E光纤在骨干长途光网络中的部署同时，行业也在积极探索多芯光纤，少模光纤，空心光纤等新型光纤和传输技术的研究和测试，整体处于行业起步阶段

第二，高速大容量众所周知，东西方计算需要高速运输大动脉:它包括八个节点和十个DC集群，集群之间需要进行计算能力调度，因此需要根据计算能力调度优化承载网络，实现大规模计算数据的运输

目前在国内，400G应用已经逐步推广，800G应用也已经起步据预测，未来几年，400G应用将进入大规模部署阶段

另一方面，扩频和空分复用技术仍然需要不断发展目前行业重点是C+L扩张商用系统使用C频段，支持80波/96波，占用4THz左右的频谱C波段扩展和C+L波段扩展目前行业正在进行标准化研究c波段120波系统已商用，容量提升50%，C+L波段扩展有望实现总频谱带宽12THz，容量相对于100G的80波为* 3，同时也可以看到业界正在进行S+C+L等针对更宽频谱的波段扩展研究

SDM应用试点主要关注多核复用基于模式复用和多核复用的SDM成为未来容量危机的潜在解决方案基于多芯复用的SDM技术已经小规模应用于海底光缆通信系统基于模式复用和模式复用+多核复用的SDM关键技术还处于研究阶段

第三，全光低延迟如今千业务云化趋势驱动网络架构扁平化发展因此，骨干光网络需要满足枢纽节点互联，大容量传输和交换的要求具体来说，要满足大容量，长距离，连接的要求达到20ms/10ms的跨区域/区域内时延循环，同时，要充分利用现有网络/新技术降低成本因此，区域/区域网络需要实现城域接入的扁平化整合，从而实现高效，泛在的全光接入能力，以及面向区域的DC扁平直连，降低网络的端到端时延

此外，还涉及多维光交叉技术基于现有电气交叉技术的OTN设备单机容量不断演进，单机容量的进一步提升面临着槽数，容量和功耗的限制全光交换已经成为解决超大容量的主要方式同时，对于多区域数据中心节点，部署ROADM/OXC全光网络可以实现一跳直达业务光层，无需多次落地中转，降低云侧互联时延

第四是确定性的整合计算时代的到来，需要确定性的时间延迟，保证是固定的从这个角度来说，几十年的TDM技术可以提供确定性的时延，但是在分组时代，时延是不确定的未来需要将TDM技术和分组技术融合发展，推动确定性承载能力的发展

目前确定性网络的关键技术分为网络切片，资源预留，资源调度，保护和恢复，网络同步这些技术交叉融合，从不同层面为网络提供确定性的承载能力

五是协同智能控制一方面，面对实时性和突发性的计算能力需求，承载网需要支持端到端的快速服务提供另一方面，还涉及到多级计算能力调度的需求跨区域计算能力网络范围大，层次多，传统的分段管理模式难以为继，这就要求承载网支持多层次，分层级，一体化的管控和运维能力

其未来发展有两个方面要做:在技术层面，网络模型和光接口的标准化非常重要进一步完善模型，规范接口，实现接入网，城域网和干线传输网的资源信息采集和资源配置同时，接口模型的标准化需要考虑传输网，IP网等其他网络技术的协同管控，实现业务模型和管控数据的融合

在管理层面，打破以省为单位的网络运维管理体系，形成以计算力网络为中心的运营体系部署8个计算中心的管控系统，优化现有运营架构采用SDN管控技术，通过多级管控协调，实现光网络的灵活组网和统一调度

同时，协同智能管控也需要优化承载路由一方面，需要承载计算能力服务光网络和IP网络需要支持计算网络的协同布置和运营系统之间的协同，实现面向业务的计算能力和网络资源分配的自动化和智能化，实现计算能力路由的优化另一方面，光网络检测承载计算网络业务的管道的流量，为紧急业务保障，业务潮汐流量调整等需求实现快速业务提供和灵活的带宽调整

因此，光网络的管理和控制需要提供统一的北向接口，实现对网络资源和业务的感知支持承载网络能力信息的上报和计算网络资源的调度支持网络需求分布，分析服务SLA资源调度需求是的，管控系统需要提供计算资源的调度策略和最优的计算路线支持多因素路由，满足灵活的业务需求，支持网络时延图，基于网络时延，带宽等信息生成计算负载路由

最后是人工智能的引入伴随着AI智能的进一步引入，它可以帮助快速提供端到端的服务，预测业务流量，评估和优化健康，快速定位故障等，增强网络运维的自动化和自智能化，进一步提高承载网的运维效率

李敖认为，人工智能的引入对运营商来说是一个很大的挑战:一方面需要打通运营系统，设备厂商管控系统和网络设备之间的全流程智能运维在此基础上，AI数据模型和数据采集接口的标准化也非常重要

第六，模块高度集成数据中心光模块的发展趋势是高速，低成本，低功耗和智能化扩容方面，高速率体现在2023年数据中心交换芯片吞吐量有望达到51.2Tb/s，ICP网络架构整体向400G演进

目前，业界正在积极探索通过降低对温度和长期可靠性的要求来降低成本的方法伴随着速度的不断提升，相关方案明显趋于下沉同时，业界期望通过用交换芯片密封光引擎来降低互连SerDes的功耗和成本因此，光电密封技术已成为研究热点of CP最早的影响力结构会在2024年左右此外，伴随着光模块数量的快速增加，OTT开始注重光模块运维能力的增强和质量的提升

目前，DCI正专注于400ZR模块数据中心互联的应用需求强烈推动OIF 400ZR成为互联的典型接口在2022年3月的OFC会议上，OIF组织了涉及多个产业链的数据互联展示此外，IEEE，OIF，IPEC，CCSA等组织目前正在加速800G标准的开发

另一个特点是光电封装正成为绿色集成模块的重要发展方向现在数据中心内部流量快速增长，对交换机的功耗，端口密度，速度都提出了挑战因此，CPO成为一个重要的发展方向据计算，在25.6 Tb/s和51.2 Tb/s交换速率下，CPO技术可以减少50%的空间和15—20%的功耗，能效明显提高

七是光网络的安全性光网络安全主要体现在两个方面，一是计算数据的安全政务，金融，医疗等数据涉及国家和个人的敏感数据，企业的核心生产数据等，这对计算能力数据的安全承载提出了很高的要求另一方面，在承载网络安全方面，计算能力的调度需要收集大量的网络信息和计算能力信息，数据集中增加了敏感信息泄露或被篡改的风险对于跨系统，跨域甚至跨境的多场景点对点网络连接和动态连接机制，计算能力感知和计算能力承载会增加网络安全风险

李敖指出，可以在管控层，传输层和光缆层完善光网络的安全机制:在管控层，SDN集中管控架构对管控系统的安全要求更高，需要提供系统级的安全保护措施同时，将DCN网络与互联网隔离，通过运维手段降低外部攻击风险，引入IP网络安全机制保护DCN网络在光传输层，通过网络切片技术，隔离重要行业客户，企业生产业务和普通用户还可以考虑灵活选择L1/L2/l3管道加密技术对网络数据进行加密保护，提高承载网络的安全性在光缆层，通过非法窃听手段窃取网络信息或干扰网络，可以探索光纤网络的窃听防御机制和应用还可以引入AI技术来检测光纤信号，准确了解光纤网络的进展，及时预警异常情况，增加网络的安全性