STAR OTN：破局算力時代城域OTN新挑戰(zhàn)，鑄就確定性運力底座

1月18日專稿（蔣均牧）算力的高水平發(fā)展，離不開“算”與“網(wǎng)”的深度融合。“算力網(wǎng)絡(luò)”這個發(fā)端于通信界的概念近年來被頻繁提及，更隨著2022年“東數(shù)西算”工程的啟航而光速“出圈”。

加快建設(shè)算力網(wǎng)絡(luò)，使得“用算”如用水、用電，不僅代表著我們對未來的美好期許，更是千行百業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的迫切訴求，乃至構(gòu)筑新時期國際競爭力的必然之舉。

中國移動作為率先發(fā)布算力網(wǎng)絡(luò)、身體力行耕耘這一新賽道的先行者，已經(jīng)在算力網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施構(gòu)建、技術(shù)攻關(guān)、產(chǎn)品服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)開源、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等方面取得了豐碩成果，并形成一系列白皮書向全行業(yè)輸出。

面向城域領(lǐng)域的確定性運力升級，華為日前與中國移動正式發(fā)布《算力時代城域STAR OTN技術(shù)白皮書》。該白皮書首次提出了STAR OTN架構(gòu)和理念，并系統(tǒng)性地介紹了STAR OTN新技術(shù)如何構(gòu)筑更簡、更易、更快、更優(yōu)的光電聯(lián)動新型城域光網(wǎng)。

STAR OTN：破局算力時代城域OTN新挑戰(zhàn)

算力網(wǎng)絡(luò)作為中國移動“力量大廈”戰(zhàn)略的新臺基，是組成“連接+算力+能力”新型信息服務(wù)體系的重要一環(huán)。與此同時，算力網(wǎng)絡(luò)在帶寬、時延、可靠性等方面均提出了更高的要求，傳統(tǒng)“盡力而為”的網(wǎng)絡(luò)亟需迭代升級以提供確定性體驗。中國移動已創(chuàng)新提出基于OXC的光電聯(lián)動新型全光網(wǎng)架構(gòu)，憑借全光互聯(lián)、高速傳輸、低時延和算光協(xié)同四大特性，打造品質(zhì)運力底座。

而如果將干線網(wǎng)絡(luò)比作人體主動脈，城域的匯聚接入就相當(dāng)于支脈和毛細(xì)血管，是算力需求的主要來源地，其重要性一點不亞于前者。以“東數(shù)西算”為例，針對時延就要求打造骨干<20ms、省內(nèi)/區(qū)域<5ms、城域<1ms的三級時延圈。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)運營商網(wǎng)絡(luò)的城域匯聚接入站點數(shù)量在30萬站以上，城域OTN在逐步下沉進行深度廣覆蓋的過程中，需要實現(xiàn)更經(jīng)濟高效的組網(wǎng)，向低成本、低復(fù)雜和高靈活、高智能的“兩低”“兩高”的方向發(fā)展。

比如城域OTN下沉到匯聚接入層級站點數(shù)量將呈現(xiàn)十倍以上增加，建網(wǎng)便捷性和網(wǎng)絡(luò)靈活性是關(guān)鍵的考量因素；傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)90%流量為南北向，波分通常采用FOADM架構(gòu)，隨著算力時代到來，端、邊、云協(xié)同訴求的增加，東西向流量持續(xù)提升，需要增強網(wǎng)絡(luò)調(diào)度靈活性；波分網(wǎng)絡(luò)基本上采用離線規(guī)劃方式，規(guī)劃和部署并非實時無縫銜接，沒有演進性、人工介入多，帶來大量的開通和維護成本。

“城域匯聚層及以下，光交叉節(jié)點維度數(shù)較少，采用傳統(tǒng)OXC架構(gòu)相對‘高配’，存在設(shè)備過配、資源利用率低、運維復(fù)雜的挑戰(zhàn)。如何基于現(xiàn)有技術(shù)創(chuàng)新解決這個問題，是城域OTN很重要的一個命題。”中國移動研究院基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所副所長張德朝告訴C114。

為此，華為與中國移動深入研究城域網(wǎng)絡(luò)特點與發(fā)展趨勢，從技術(shù)架構(gòu)、長期演進、網(wǎng)絡(luò)自動化和算網(wǎng)協(xié)同等四個維度出發(fā)，提出了全新一代城域STAR OTN技術(shù)架構(gòu)。之所以命名為“STAR”，一方面其網(wǎng)絡(luò)形態(tài)單節(jié)點向下呈星型發(fā)散結(jié)構(gòu)；另一方面每一個字母代表了其某項特征，組合起來就是新架構(gòu)的主要優(yōu)勢所在。

“S”即Sharing，網(wǎng)絡(luò)級資源共享，大幅度提升波長利用率，實現(xiàn)更低成本建網(wǎng)；“T”即Targetting Metro，面向城域，優(yōu)化模塊、協(xié)議，支撐城域全業(yè)務(wù)長期演進；“A”即Automation，波長自動分配，光層自動調(diào)測，業(yè)務(wù)自動發(fā)放，逐步邁向自動駕駛網(wǎng)絡(luò)；“R”即Reconfigurable，光層靈活可配置，連接可重構(gòu)，波長無感知，站點典配實現(xiàn)去專業(yè)化，快速部署。

四大關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新：鑄就城域確定性運力

架構(gòu)上的創(chuàng)新有賴于技術(shù)上的創(chuàng)新來實現(xiàn)。面對城域算力網(wǎng)絡(luò)新需求和新挑戰(zhàn)，結(jié)合城域網(wǎng)絡(luò)多環(huán)少波的特點，《算力時代城域STAR OTN技術(shù)白皮書》重點介紹了四個方面的技術(shù)創(chuàng)新。

首先是基于多環(huán)共享架構(gòu)的新型WSS技術(shù)。WSS是實現(xiàn)ROADM波長調(diào)度等功能的關(guān)鍵器件，傳統(tǒng)的WSS為1*N結(jié)構(gòu)，即接收一個方向的合波光信號，把合波光信號按波長調(diào)度到N個方向。針對城域多環(huán)匯聚到一組匯聚節(jié)點的組網(wǎng)方式，在匯聚節(jié)點將1*N WSS改進為新型M*N WSS，即一組WSS支持多環(huán)接入，實現(xiàn)多環(huán)共享一組WSS，從而節(jié)省空間，降低功耗和成本。張德朝表示，這是STAR OTN非常核心的一個技術(shù)特征。

其次是基于多器件合封的邊緣極簡ROADM技術(shù)。傳統(tǒng)ROADM主要面向2維以上場景，例如4維/9維/20維/32維ROADM，實現(xiàn)復(fù)雜，成本較高。面向城域接入環(huán)典型的2維場景，采用新型極簡ROADM技術(shù)，基于光分路器、耦合器和相干接收器，無需WSS器件即可保留ROADM的Colorless/Flexgrid（無色/柔性波長通道）等關(guān)鍵特性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)波長路由功能；同時，利用光電器件合封技術(shù)，可大幅提高光電芯片的集成度，降低復(fù)雜度、成本和功耗，匹配接入節(jié)點組網(wǎng)方式；

第三是基于硅光技術(shù)的新型城域相干模塊技術(shù)。以往較低網(wǎng)絡(luò)層面上多采用10G非相干技術(shù)，進一步提升性能時面臨色散、PMD等補償問題，相干及oDSP的引入就變得至關(guān)重要。相干100G/200G技術(shù)傳輸距離長、容量大、產(chǎn)業(yè)成熟，前期主要針對干線長距場景設(shè)計。針對城域網(wǎng)絡(luò)場景的150~300km傳輸需求，《白皮書》提出對傳統(tǒng)相干光模塊的關(guān)鍵組件進行優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化FEC算法以降低oDSP芯片復(fù)雜度、采用硅光技術(shù)小型化光模塊降低功耗等。在傳統(tǒng)100G/200G相干光模塊技術(shù)基礎(chǔ)上可在短時間內(nèi)快速推出適合城域網(wǎng)絡(luò)使用的低功耗、低成本、高容量的新型城域相干100G/200G光模塊。

最后是基于類MCM的光層數(shù)字化標(biāo)簽技術(shù)。光層數(shù)字標(biāo)簽通過類MCM調(diào)制方式將高速數(shù)字信號做載波，疊加多載波低速調(diào)制信息，在oDSP內(nèi)部直接對碼流電信號調(diào)制，調(diào)節(jié)深度可精確控制；收端通過相關(guān)技術(shù)將子載分離進行單獨監(jiān)控，可消除相互干擾、碼間串?dāng)_，發(fā)揮數(shù)字信號糾錯能力，獲得長距離多載波并行傳輸，對信號影響小，是實現(xiàn)光層OAM信息承載的優(yōu)選技術(shù)方案。2021年，中國移動提出光層OAM技術(shù)，定義了波長資源可視化、單波功率檢測等特性，已進行現(xiàn)網(wǎng)實踐。面向城域網(wǎng)絡(luò)進一步增強波長自動分配、檢測和校驗等功能，可大幅提升網(wǎng)絡(luò)自動駕駛水平。

值得一提的是，《白皮書》還提供了城域STAR OTN組網(wǎng)場景分析，幫助業(yè)界更好認(rèn)知和理解如何基于新架構(gòu)組建城域OTN網(wǎng)絡(luò)，以及由此帶來的諸多收益。

預(yù)計到2030年，全球通用算力需求將增長10倍以上，AI算力需求將增長500倍以上。承載著新時期“均有無而通萬物”使命的算力網(wǎng)絡(luò)，前景廣闊且利在長遠(yuǎn)。中國移動已通過高維OXC和大容量OTN解決了城域核心及以上網(wǎng)層大容量靈活調(diào)度，通過OTN CPE解決了城域邊緣及用戶的高等級業(yè)務(wù)泛在接入，此次《算力時代城域STAR OTN技術(shù)白皮書》的發(fā)布補足了中間環(huán)節(jié)，是城域匯聚層以下光傳送網(wǎng)面向算力網(wǎng)絡(luò)需求的全新技術(shù)探索，無疑對打造算力時代的光電協(xié)同底座具有重大指導(dǎo)意義。

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