敖立：光網絡多維技術協同演進 構建高品質的算力承載光底座

  在近日召開的“2022中國光通信高質量發展論壇”上，中國信息通信研究院總工程師敖立發表了題為《東數西算下的智能光網絡的發展及演進》的演講。

  會上，敖立分享了“東數西算”背景下智能光網絡發展及演進的七個主要方向，分別為：光纜網優化、高速大容量、全光低時延、融合確定性、智能化管控、模塊高集成、光網絡安全，并分別對這七個方向進行了闡述。

  敖立指出，目前，全球已經進入了數字經濟時代，數據作為整個生態發展中的重要資源，正成為數字化轉型的重要驅動力。而要想讓數據有價值，算力的支撐必不可少。從這個角度來看，未來算力基礎設施將是支撐我國數字化經濟的的堅實基礎。

  基于此，我國在很多政策中都提及算力基礎設施是新興技術設施中很重要的組成部分。2022年2月，“東數西算”工程正式全面啟動，國家發改委等部門聯合印發文件，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏啟動建設國家算力樞紐節點，并規劃10個國家數據中心集群。至此，“東數西算”8大算力樞紐和10個集群全部落地，全國一體化大數據中心體系完成總體布局設計，“東數西算”工程正式拉開帷幕。

  “在用戶和算力基礎設施之間需要網絡進行大規模數據的傳輸，同時，基礎算力設施對網絡也提出了相應的要求。而高質量的傳送網絡是連接用戶、算力設施以及相關應用的橋梁?！? 敖立強調。

  據悉，不同算力基礎設施的應用需求對網絡提出了不同的需求。在傳輸性能方面，需要超大容量、低時延、低抖動等特征明確;在差異化承載方面，不同算力應用場景承載需求差異明顯;在敏捷性方面，需要滿足適配應急通信，存儲災備等應用場景。更重要的是，還要做到安全可靠，算力數據安全性要求至關重要，對承載算力應用數據的網絡安全需求也相應需要提升。

  敖立表示，從技術架構上來看，光網絡在橫向分為管道層、轉發層和管控層，縱向還有光網絡的安全。在光纖的通道層，需要進一步優化光纜網絡由，同時部署新型光纖以提供更長距離更大容量傳輸性能。在轉發層，需要光網絡升級提供超大容量、全光低時延、低能耗、差異性承載等能力，以及進一步提升模塊集成度。在管控層，能夠提供算網一體化管控調度、智能化運維能力，實現算力服務的敏捷提供。

  在他看來，在東數西算的需求下，我國智能光網絡需要在以下七個方面進一步發展及演進：

  一是光纜網演進。目前，通信光網絡的發展已經有近四十余年，現有的光纜網在全國布局完整，但其只適用于傳統的電信業務和互聯網業務，不能滿足算力時代的需求。因此要依托現有光纜網絡基礎設施，增加骨干樞紐節點之間的連通度，保障網絡重要節點之間多路由的可達;支撐實現東數西算工程單向時延10-20ms要求。

  同時，為了適應算力時代的到來，光纜網的容量需要進一步提升。運營商從2016年開始研究驗證G.654E光纖的應用價值，目前已經進入工程應用階段?？梢灶A見，東數西算將推動G.654E光纖在骨干長途光網絡的部署。同時，業界也在積極探索多芯光纖(MCF)、少模光纖(FMF)、空芯光纖等新型光纖及傳輸技術研究和試驗，整體處于產業初期。

  二是高速大容量。眾所周知，東數西算需要高速運力大動脈:包括八個節點，十大DC集群,集群之間需要算力的調度，這就需要根據算力調度優化承載網實現大規模計算數據的運輸。

  目前在國內，400G應用逐步提升，800G應用也開始啟動。據預測，未來幾年，400G應用將進入大規模部署階段。

  另一方面而言，頻譜擴展和空分復用技術仍需持續演進?，F在產業關注點以C+L擴展為主。已商用系統使用C波段，支持80波/96波，占用頻譜4THz左右。C波段拓展以及C+L波段拓展，目前產業正在開展標準化研究。C波段120波系統已可商用，容量提升50%(相對于80波);C+L頻段擴展預期可實現總頻譜帶寬12THz，相對于80波100G，容量*3;同時也能看到，業界正在開展面向更寬頻譜的S+C+L等波段擴展研究。

  SDM應用試點主要聚焦多芯復用?；谀Ｊ綇陀煤投嘈緩陀玫腟DM成為未來解決容量危機的潛在方案?；诙嘈緩陀玫腟DM技術已在海纜通信系統小規模應用，基于模式復用、以及模式復用+多芯復用的SDM關鍵技術目前還處于研究階段。

  三是全光低時延?，F如今，千行百業云化的趨勢驅動著網絡架構扁平化發展。因此，骨干光網需要滿足樞紐節點互聯、大容量傳輸與交換。具體而言要滿足大容量、長距離、滿足連接需求;要達到20ms/10ms跨區/區域內時延圈;同時也要充分利用現網/新技術降低成本。因此，地域/區域網絡需要實現城域接入扁平化融合，這樣才能實現高效泛在的全光接入能力，以及面向區域的DC扁平直連，降低網絡端到端時延。

  此外，還涉及到多維光交叉技術?；诂F有電交叉技術的OTN設備單機容量持續演進，單機容量的進一步提升面臨著槽位數量、容量以及功耗等的限制，全光交換成為解決超大容量的主要途徑。同時，面向多區域數據中心節點，部署ROADM/OXC全光網絡，可實現業務光層一跳直達，無需多次落地轉接，降低云邊互聯時延。

  四是融合確定性。算力時代的到來需要確定性的時延，保證時延是固定的。從這個角度來看，幾十年的TDM技術能夠提供確定性的時延，而在分組時代，時延是不確定的，未來TDM技術和分組技術需要融合發展，推動確定性承載能力發展。

  目前來看，確定性網絡關鍵技術分為，網絡切片、資源預留、資源調度、保護和恢復、以及網絡同步。這些技術交叉融合，從不同的層面為網絡提供確定性的承載能力。

  五是協同智能管控。一方面面向實時及突發性的算力需求，要求承載網絡支持端到端的快速服務提供。另一方面也涉及到多層級算力調度需求，跨地域算力網絡范圍大、層級多、傳統分段式管理方式難以為繼，這就要求承載網絡支持多級、層次化、一體化管控及運維能力。

  它的未來發展有兩個方面工作要做：在技術層面，網絡模型、光口接口標準化工作至關重要。進一步完善模型、接口標準化、實現接入網、城域和干線傳送網的資源信息收集及資源編排。同時，接口模型標準化需要考慮傳送網和IP網絡等其他網絡技術的協同管控，實現業務模型及管控數據的融合。

  在管理層面，打破以省為單位的網絡運維管理體系，形成以算力網絡為中心的運作體系。面向8大算力樞紐，部署管控系統，同時優化現有運營架構。以及，采用SDN管控技術，通過多層次管控協同，實現光網絡的靈活組網和統一調度。

  同時協同智能管控還需做到承載路由最優化。一方面需要實現算力業務承載。光網絡和IP網絡需支持和算網協同編排運營系統的協同，實現面向業務的算力和網絡資源分配自動化及智能化，實現算力路由最優化。另一方面，光網絡對算網業務承載管道流量進行檢測，實現面向應急突發業務保障、業務潮汐流量調整等需求的快速業務提供和靈活帶寬調整。

  因此，光網絡的管控需要提供統一北向接口，實現算網資源及業務感知。支持承載網絡能力信息的上報，支撐算網資源調度。支持算網需求下發，解析業務SLA資源調度需求。對下，管控系統需要提供算力資源調度策略，提供最優算力路由。支持多因子算路，滿足業務靈活需求支持網絡時延地圖，基于網絡時延、帶寬等信息生成算力承載路由。

  最后是人工智能的引入。隨著AI智能化的進一步引入，能夠幫助端到端的業務快速提供，業務流量預測、健康度評估和優化、快速故障定位等能力，增強網絡的運維自動化和自智化，進一步提升承載網絡運維效能。

  敖立認為，人工智能的引入對運營商來說是一大挑戰：一方面要打通運營系統，設備商管控系統、網絡設備之間全流程智能化運維。在此基礎之上，AI數據模型及數據集采接口標準化也至關重要。

  六是模塊高集成。數據中心內部光模塊發展趨勢是高速低成本、低功耗以及智能化。展開來看，高速率體現在數據中心交換芯片吞吐量預計在2023年達到51.2Tb/s，ICP網絡架構整體向400G演進。

  目前，業界正積極探索通過降低溫度和長期可靠性等要求來降低成本，隨著速率不斷提升，相關方案下沉趨勢明顯。同時，業界期望通過將光引擎與交換芯片合封來降低互聯SerDes功耗及成本，因此，光電合封技術成為研究熱點。CPO最早將在2024年左右較為明顯的影響架構。此外，隨著光模塊數量的急劇增加，OTT開始關注光模塊的運維能力增強和質量提升。

  現在，DCI正在把400ZR模塊當作關注的熱點。數據中心互聯應用需求強力推動OIF 400ZR成為互聯的典型接口。在2022年3月的OFC會議上，OIF組織了數據涉及多產業鏈環節的互聯展示。此外，IEEE、OIF、IPEC、CCSA等組織目前正在加速推進800G標準研制工作。

  另外一個特點是光電合封正成為綠色集成模塊重要的發展方向。如今，數據中心內部流量快速增長，對交換機功耗、端口密度、速率等均面臨挑戰，因此，CPO成為重要發展方向。據測算，在25.6 Tb/s和51.2 Tb/s交換速率下，利用CPO技術，可減少50%空間，以及15-20%的功耗，能量效率明顯改善。

  七是光網絡的安全。光網絡安全主要體現在兩個方面，一是算力數據安全。政務、金融、醫療等數據涉及國家及個人敏感數據，企業核心生產數據等，對算力數據安全承載提出很高的要求。另一方面是承載網絡安全方面，算力的調度需要收集大量網絡信息及算力信息，數據集中增加了敏感信息泄露或被篡改的風險，算力感知及算力承載對跨系統、跨域甚至是跨境的多場景點對點網絡連接以及動態連接機制，增加網絡安全風險。

  敖立指出，可以在管控層、傳送層、光纖光纜層共同提升光網絡的安全機制：在管控層，SDN集中式的管控架構，對管控系統安全性要求提升，需提供系統級的安全防護手段。同時，DCN網絡和互聯網應隔離，通過運維手段，減少外部攻擊風險，引入IP網絡安全機制對DCN網絡進行防護。在光傳送層，通過網絡切片技術，對重要行業客戶、企業生產業務和普通用戶進行隔離。也可考慮靈活選擇L1/L2/l3層管道加密技術，對網絡數據進行加密保護，提升承載網絡的安全性。在光纖光纜層，通過非法竊聽手段竊取網絡信息或者干擾網絡，可探索光纖網絡的竊聽防御機制及應用。也可引入AI技術對光纖信號進行探測，準確了解光纖網絡進行狀況，及時預警異常情況，增加網絡的安全性。