2023年光网络趋势：全光运力多维演进提升，千兆光网应用持续推进
作者：中国信息通信研究院技术与标准研究所 赵文玉 张海懿
【慧聪通信网】伴随着国家“十四五”规划、《“十四五”数字经济发展规划》、《“十四五”信息通信行业发展规划》等相继实施，作为信息基础设施的关键承载底座，光网络承担着用户、数据、算力和应用之间信息交互的桥梁连接角色，尤其是随着国家“东数西算”工程的启动，算力及相关应用日趋丰富，光网络高质量运力将成为数字经济发展和产业数字化转型升级的重要支撑。
回顾2022年，多样传送技术协同创新，网络持续面向算力等需求优化部署，千兆光网应用逐步提速，目前已涉及国民经济领域约56%的大类。展望2023年，光网络将围绕容量提升、品质承载、自智开放、多维协同、光子集成等热点革新演进，逐步强化提升全光运力，持续助推千兆光网多样化落地应用。
光网络容量提升技术持续革新，典型高速率接口试点逐步启动
在算力时代，伴随着诸多新型业务和应用的强力驱动，信号速率、可用谱宽、复用方式、新型传输介质等多维容量提升技术持续革新发展。
首先，从接口或通路信号速率提升来看，接入网10G PON部署规模进一步扩大，50G PON技术标准整体趋于稳定，100G/200G PON技术方案竞争激烈；传送网以100G/200G速率为主持续扩容，数据中心内部或外部互联400G速率占比预计将显性提升，同时800G/1.2T/1.6T等更高速率产品研发和技术标准研究协同推进，预计更多国外光通信头部厂商将发布1.2T或更高速率相干DSP处理芯片产品或公开研制计划。
其次，从传输可用频谱来看，商用C波段逐步扩展为C+L波段成为业界趋同方案，预计年内实验室传输性能持续改善，同时继续开展面向S+C+L波段等更宽频谱的研究。
再次，从信号复用方式来看，空分复用技术将作为解决传送容量瓶颈的远期方案，基于光纤对复用的海缆系统将持续部署扩容，基于模式复用和（或）多芯复用的技术将继续深入研究，重点聚焦提升传输距离和改善传输性能。
最后，从新型传输介质来看，G.654E超低损光纤将成为干线网络首选并加强部署，面向空分复用光纤（缆）持续研究，而近年来兴起的空芯光纤，因其具备宽谱、低时延、低非线性效应、低色散等多重优势，成为业界焦点，同时传输损耗、拉制工艺等进一步优化。另外，从技术和产品成熟度验证、产业发展关注度等方面来看，预计国内运营商2023年将启动DP-QPSK 400G长距性能、50G PON 双模共存与对称传输能力等高速系统的现网试验验证工作，进一步验证典型高速率接口产品成熟度并为商用部署奠定基础。
算力时代应用驱动光网络演进，品质化传送和接入亮点纷呈
算力时代的典型应用类型包括超算和大数据、实时采集决策、AI机器视觉、AR/VR和视频渲染、工业控制等，基本承载需求聚焦在大宽带、低时延/低抖动、高可靠、低能耗等多个维度。作为承载网络的关键底座，光网络围绕全光组网、OSU小颗粒承载、P2MP传送、FTTR等热点持续革新演进，提升传送和接入承载服务品质。
首先，面向“东数西算”等应用需求，以ROADM/OXC技术为核心的全光网络规模进一步扩大，结合光纤拓扑路由规划优化等措施，进一步支持超大带宽、低时延应用并显著降低能耗。
其次，OTN/WDM应用持续向城域边缘侧下沉，基于OSU的小颗粒技术研究持续推动，年内OSU技术方案和国内外标准内容有望达成共识。
再次，随着相干技术成熟应用，近年来聚焦低时延、低能耗和低成本的点到多点相干光学技术方案（P2MP）引起业界关注，应用场景分析、技术局限性评估、标准化研究等工作年内仍将延续。
最后，FTTR助力全光网络进一步向用户侧延伸，通过光无线协同、低时延、链路管理和无缝切换等关键技术，提升面向算网服务的端到端体验，预计年内的实际部署规模将显性增加。
自智开放与多维协同持续推进，智能化分级与测评多方开展
随着AI技术与应用的发展，光网络结合AI逐步提升自智化能力成为目前业界关注的热点，同时数据中心互联、边缘侧灵活接入等应用逐步推动网络开放解耦，面向算力应用的差异化需求推动IP和光、传送和接入、光电交叉、光和Wi-Fi等多维协同发展。
首先，在自智和管控方面，重点聚焦网络组网和应用智能化、运维智能化等方面，关注热点侧重网络智能化分级及其对应能力的提升，辅助支撑的数字孪生和大数据分析、小颗粒业务控制协议等标准化工作逐步启动。
其次，在开放解耦方面，面向DCI和传送接入层等场景将持续推动部署应用，城域核心汇聚、干线网络等应用场景因涉及因素较多，尚待分析评估。
最后，在多维协同方面，IP和光在协同组网、面向算力应用的网络资源信息协同感知、IP over WDM应用探索等成为关注点，传送与接入端到端协同组网进一步实践，全光交叉和OTN电交叉按需协同组网，FTTR和WiFi协同提升宽带速率和应用质量。另外，从推动网络自智能力提升的产业实践活动看，预计年内除运营商继续开展传送和接入网络智能化分级及评估工作之外，CCSA TC610也将继续开展传送和接入网络智能化分级的规范制定及评估工作，IMT-2020(5G)推进组5G承载工作组也将面向5G承载的数字孪生网络需求和应用方案研究等，多方协同推动光网络智能化组网和应用水平的提升。
光模块集成形态或将共存竞争，硅光技术发展前景持续看好
随着数据接口速率和交换容量的提升，更高集成度和更低能耗等成为光通信基础单元光模块的发展需求，尤其在典型的数据中心应用场景，当交换机容量达到51.2Tbit/s及以上时，800Gbit/s及以上速率的光模块的集成形态或将面临可插拔和光电合封（CPO）两种集成形态的共存性竞争，预计年内除Intel、Broadcom、Ranovus等公司持续更新已有CPO产品及方案，并可能推出新型产品模型之外，其他硅光技术公司也将积极跟进研发或高度关注。
另外，在以光模块应用为主的光子集成技术方面，硅光将与III-V族半导体集成技术并存发展，鉴于硅光技术具备高集成度、高速率，以及与现有COMS工艺兼容性好等特性，硅光已在中短距可插拔光模块中逐步应用，并成为CPO集成形态首推探索方案，业界看好硅光技术的未来发展，其在光计算等领域的应用探索也将同步开展。
为推进国内硅光技术与产业发展，中国信通院联合上海新微、中科光芯、中兴光电子等单位，基于专项支持构建了面向5G的光电子芯片与器件技术公共服务平台，主要开展硅光、III-V族激光器等基础工艺和检测验证等共性技术研究并提供公共服务。
综上所述，随着诸多新型宽带业务和应用的驱动，作为信息基础设施的关键承载底座，光网络预计2023年发展势头良好，并围绕容量提升、品质承载、自智开放、多维协同、光子集成等维度持续革新演进，逐步提升全光运力品质，助力推进千兆光网千行百业差异化应用。同时，中国信通院将支撑举办第二届“光华杯”千兆光网应用创新大赛，协同业界聚力推进“追光计划”，积极打造光网络多样化技术、产业和应用生态，助力数字经济高质量发展。
