中国联通：池化波分打造城域全光底座白皮书（24页）.pdf

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1、池化波分打造城域全光底座白皮书中 国 联 通 研 究 院2 0 2 2 年 1 2 月中国联通结合自身战略和业务发展，推进CUBE-Net 3.0网络架构；以集团“1+9+3”战略规划为指引，主动支持算网融合发展的需求；面向算力时代，中国联通在2022年517电信日上基于ROADM+OTN全光网，发布了中国联通的算力时代全光底座；中国联通研究院随后在2022年5月30日发布了算力时代的全光底座白皮书。联通骨干网络是基于ROADM/OXC+OTN的全光运力统一架构，针对东数西算可实现一跳直达、通过多路由可以实现时延与可靠性提升、同时可以统一承载互联网业务、DC间业务和政企专线业务、并具有明显的架

2、构、技术和成本优势。将当前骨干网络的ROADM/OXC+OTN架构向城域网推进，构建中国联通统一的端到端全光运力网络，是实现联算、联云、联企、联家大连接战略的最优路线。目前中国联通已基本完成骨干ROADM/OXC+OTN建网，但在城域网内普遍采用传统的FOADM组网，波长调度需要到站点手工连纤，自动化程度低；综合业务接入点到汇聚站点灰光及光纤直连较多，光纤资源消耗多，可靠性低；以上城域特点难以满足算力时代灵活调度及快速TTM需求，结合业务与带宽增长趋势，现有建网模式也非成本与架构最优；城域需要借鉴骨干网的E2E ROADM/OXC+OTN综合承载模式。但城域网与骨干网的场景有显著的区别：站点数

3、量百倍增长、连接距离更短、波长数量需求比骨干少、机房条件更紧张；干线的ROADM和100G+技术都是基于长距技术，高性能高成本，经济性成为城域建设E2E ROADM+OTN的主要阻力。因此在城域建网中需要结合城域业务场景，推出经济性更好的技术和建网方案，实现城域E2E ROADM+OTN架构。在当前复杂多变的国际形势下，自主可控的国产化产业链是确保网络安全的底线要素，科技领域也成为大国竞争博弈的焦点，通信网络作为国家最重要的基础设施，持续安全稳定运行是第一考量点。2022年9月生效的美国芯片法案中包含对光芯片的补贴；2022年10月，美国进一步升级对中国获取美国半导体技术的限制，使美中科技战的

4、风险大增。因此在光技术和产业链的选择上，要保持底线思维，坚持核心技术可控，推进关键部件国产化，以确定性的国内产业链应对不确定性的国际形势变化；在最极端情况下，能保障中国联通光底座持续发展，这也是保障国家数字信息基础设施安全运营的基础。本白皮书结合联通城域的业务驱动，技术演进驱动，提出城域的目标网架构，同时结合国产化、自主可控的技术及架构创新的城域池化波分解决方案，以少空间，高自动化，经济的建网成本助力城域实现E2E ROADM+OTN建网，一张网络实现城域联家、联企、联算，一次建网，10年技术演进无忧，带宽增长无忧，实现城域运力网络的技术、架构、建网成本最优，同时实现产业链国产化自主可控。序

5、言目 录01 算力时代城域需要E2E ROADM+OTN的运力网络.11.1 算力时代城域网建设的关键驱动力.11.1.1 流量驱动，城域需要E2E大带宽能力.11.1.2 云-边-端协同驱动，城域需要E2E ROADM+OTN/OSU调度能力.21.2 算力时代城域网的架构及技术选择分析.41.2.1 综合业务接入点到汇聚站点建网模式.41.2.2 城域核心到汇聚站点建网模式分析.51.2.3 城域建网技术分析.51.3 算力时代城域目标网.71.3.1 城域目标网：落实CUBE-Net 3.0，打造行业领先的城域E2E ROADM+OTN目标网架构.71.3.2 城域目标网关键特征及价值总

6、结.802 城域池化波分助力城域目标网实现.102.1 建设E2E ROADM+OTN全光业务城域网的挑战.112.2 开创性的城域池化波分方案，打造最佳城域ROADM+OTN全光业务网底座.112.2.1 池化ROADM板卡：一板多功能，高集成度，资源共享.122.2.2 接入站点T-ROADM创新：FOADM投资实现ROADM价值，实现ROADM架构到边缘.132.2.3 城域100G/200G：降低电层成本，结合OSU提升带宽利用效率.132.2.4 光波长数字标签：打造ROADM网络数字化底座，自动驾驶能力提升.142.3 池化波分打造E2E ROADM+OTN全光业务城域网的价值.1

7、52.3.1 池化波分通过架构及技术创新，使能城域E2E部署 ROADM+OTN.152.3.2 池化波分实现城域运力网络TCO最优.1603 城域池化波分关键技术.183.1 全光交换.183.2 城域相干线路技术.193.3 光层数字化技术.193.4 OSU技术.193.5 网络安全与自主可控.19缩略语.201池化波分打造城域全光底座白皮书01算力时代城域需要E2EROADM+OTN的运力网络1.1 算力时代城域网建设的关键驱动力1.1.1 流量驱动，城域需要E2E大带宽能力 ToH：高速率用户持续提升，500M/1G用户逐步是主流，预计在2026年超过50%，中国千兆战略使得ToH用

8、户提速方面更是走在全球的前列。ToC：5G用户占比持续提升，5G带宽速率是4G 5-10倍，5G促进MBB带宽年增长60%以上。ToB：政企业务的持续云化，业务云化相当于企业局域网延伸，需要高品质的带宽连接企业与云中心，带来ToB专线带宽持续高速增长达20%+以上。以联通某城市为例，结合近几年不同业务的带宽实际增长，及未来业务趋势，预测未来3-5年城域带宽增长趋势如下：城域综合业务接入点带宽普遍超过100G，结合城域3类站点（综合业务接入点，汇聚，核心）目前典型带宽及未来预如下：图1 带宽增长趋势表1 不同类型流量增长比例100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0500.

9、0450.0400.0350.0300.0250.0200.0150.0100.050.00.020192020202120222023202420252026Subscriptions by speed（1000Mbps）Subscriptions by speed（31-100Mbps）Subscriptions by speed（501-1000Mbps）Subscriptions by speed（10-30Mbps）Subscriptions by speed（101-500Mbps）Subscriptions by speed（10Mbps）ChinaSouth Korea4G5G

10、增长带宽速率8.4ThailandPhilippinesSaudi ArabiaGermanyFinlandSwitzerlandFranceUKSpainItalyToHToCToB云端到2025年85%服务将部署在云上来源：OpenSignal&华为，2022Q3来源：Gartner来源：Omdia 20226.57.68.88.08.44.56.85.77.39.010.7类型年增长率ToH 用户流量30%左右ToC 移动互联网流量60%左右专线流量35%左右IDC 出口带宽30%左右综合业务接入点带宽目前达到100G左右需求，到2030年，普遍具备5倍带宽增长需求，城域需要E2E大带宽

11、能力。1.1.2 云-边-端协同驱动，城域需要E2E ROADM+OTN/OSU调度能力联通集团在CUBE-Net 3.0中提出，新一代数字基础设施需要联接、计算与数据融合，需要云-边-端提供“智能融合”服务。CUBE-Net 3.0结合业务变化趋势，关于业务流量变化及云-边-端协同的观点如下：1.产业互联是互联网的下半场（ToC是上半场），产业互联对网络品质要求更高。2.数据流量流向的变化：机器视觉，自动驾驶等AI业务场景主要是数据上行，不同于ToC的以下行为主。3.新业务的变化需要运营商提供”云-边-端协同的智能服务”，不同于ToC业务的云DC集中分发。OTT低时延业务驱动OTT部分业务下

12、沉边缘云；政企业务云化，驱动本地低时延业务落地本地边缘云、行业云；从边缘云实际增加情况看，业务年增长达80%以上。2第 1 章 算力时代城域需要E2E ROADM+OTN的运力网络表2 不同类型站点带宽需求分析图2 业务需求变化图3 边缘云增长趋势典型站点现在带宽2030带宽预测（增长3-5倍）综合业务接入点向上100-200G左右500G左右汇聚节点向下T级别，向上300-500G左右向下5T，向上2T核心节点向下2T级别，CR间T级别向下10T 级别，CR间5T级别2020-2022年中国边缘云市场规模预测趋势图2021年中国边缘云时长结构占比情况120100806040200202023

13、.4202150.4单位：亿元边缘公有云服务边缘云解决方案边缘专属云服务2022E制图：中商情报网（WWW.ASKCI.COM）制图：中商情报网（WWW.ASKCI.COM）数据来源：IDC、中商产业研究院整理9935.7%13.5%50.8%3池化波分打造城域全光底座白皮书国家双碳战略及东数西算战略，算力使用要考虑时延，碳排放，能耗成本，将进一步加速云-边-端算力协同发展。东数西算发改委规划期望，70%新增算力分布在集群，30%新增算力分布在城域，城域以低时延算力需求为主；算力需求主要来自于城域，但算力资源主要分布在集群，就需要云-边-端算力资源协同调度满足需求，实现体验无差异的情况下，算力

14、成本与碳排放最优；不同季节，西部的算力成本还有差异性，就需要网络提供大带宽，高品质，灵活调度的能力。云-边-端协同调度，城域需要端到端的OSU/L1+ROADM/L0调度能力。西南IDC集群10ms5ms1msPUE低，绿色节能（每T FLOPS算力成本0.8，雨季更低）每T FLOPS算力成本是：0.9终端需求政企需求每T FLOPS算力成本是：1PUE低，绿色节能(每T FLOPS算力成本0.8，冬季更低)算力使用要综合考虑：时延，碳排放，成本因素；带来算力云-边-端协同调度诉求12ms本地IDC集群本地城域IDC西北IDC集群图4 双碳战略下，不同DC协同，实现算力成本最优图5 云-边-

15、端协同边-边协同：资源互助云边协同：灵活弹性云边端调度：极致体验 边缘云双活热备，1ms保效率 边边算力，计算双活2ms时延 端-边，局域网延伸，OSU硬管道 跨域GPU算力协同，GE-100GL0/L1级带宽 ToH/ToC：云游戏/VR云端渲染，直播，企家协同，端-边-云高品质连接 ToB：算力业务，云-边-端协同调度，选择最优算力满足需求，端-边/云灵活选择L1/L0 硬管道连接 大型企业、OTT 云边资源协同调度，需要L0/L1硬管道保障连接 重算力协同，需要100G大带宽 高峰业务溢出，需要弹性OSU硬管道边缘云边缘云双活热备高峰算力溢出轻算力100M1G4ms100M1G重算力10

16、G100G算力协同边缘云政企边缘云边缘云边缘云边缘云中心云中心云三方云行业云工业设计云VR游戏双活需高可靠硬管道和大小灵活的云间直达连接（OSU+ROADM）云-边资源协同，需要硬管道连接，弹性带宽(OSU+ROADM)ToC/ToH 品质连接，端-边/云灵活选择资源，需要弹性硬管道连接（OSU）三方生态引入重算力协同4第 1 章 算力时代城域需要E2E ROADM+OTN的运力网络1.城域内部边-边协同：城域每个边缘DC算力资源有限（一般100G 容量10倍增长，OSU 提升带宽利用率10G传统OTN/ODU100G OSU+OSP灵活弹性管道10G100GAABBCC10G带宽空闲率：70

17、%带宽空闲率：30%100M-ODU0（GE）N*2M-ODU0（GE）100MOSU（N*2M）N*2MOSU（N*2M）安装自动上线自动配置远程业务开通TTM 小时级一次进站自动测试自动验收上电连纤图21 光数字标签在线监测，简化运维在线OSNR检测性能预警自动优化PowerBeforePowerAfter15池化波分打造城域全光底座白皮书2.3 池化波分打造E2E ROADM+OTN全光业务城域网的价值2.3.1 池化波分通过架构及技术创新，使能城域E2E部署 ROADM+OTN通过池化ROADM技术及架构创新，减少ROADM板卡需求，同时降低ROADM板卡维度需求，以实现光层成本的大幅

18、降低。图22 光层成本构成及不同维度ROADM板卡成本对比ROADM网络光层成本构成不同维度ROADM板卡成本对比80%20%ROADM板卡其他9维ROADM10.520维ROADM图23 池化ROADM通过技术及架构创新带来空间、成本、功耗下降传统方案池化ROADM方案20维ROADM9维ROADM20维ROADM20维ROADM20维ROADM20维ROADM9维ROADM20维ROADM9维ROADM20维ROADM9维ROADM20维ROADM20维ROADMMesh20维ROADM20维ROADM本地上下业务本地上下业务M*N ROADM5个接入环线路4个方向线路4个方向5个接入环（

19、最多可以支持9个）M*N ROADMROADM单板数量减少50%20维到9维ROADM，每单板成本大幅下降空间、成本、功耗都下降50%以上16第 2 章 城域池化波分助力城域目标网实现以图23网络模型对比，池化波分方案相对传统ROADM方案，通过技术及架构创新，从空间、功耗、成本方面大幅降低光层ROADM建设的难度。电层通过城域100G/200G板卡，结合OSU提升资源利用效率，大幅降低电层成本，结合大带宽每BIT成本更优，整个网络生命周期每BIT成本与功耗更优。综上所述，池化波分通过技术及架构创新，解决了城域E2E部署ROADM+OTN的部署难题，使得城域E2E部署ROADM+OTN网络成为

20、可能，城域网络将具备与骨干网同等的运力能力。2.3.2 池化波分实现城域运力网络TCO最优图24 城域池化方案满足城域关键诉求城域池化方案满足诉求城域部署E2E ROADM+OTN 关键诉求池化ROADM+T-ROADM实现E2E ROADM省空间、省功耗、省成本高集成度，低成本的ROADM解决方案创新的城域100G/200G相干板卡（支持OSU），多业务传送的经济型电层板卡满足城域传输距离的100G/200G电层经济方案汇聚与接入站点模型归一，结合数字标签技术，实现规划、配置、交付极简，运维自动化极简交付，快速业务开通的自动化能力图25 最优运力网络演进业务网络IP+WDM一网无忧多业务综合

21、承载光纤直驱多种业务，各个网络FOADM10GE到CO人工ROADM100G到CO自动化技术10GEADM100G17池化波分打造城域全光底座白皮书图26 E2E ROADM+OTN网络优势相比大量光纤直联，节省90%光纤资源，可靠性提升10倍，TTM效率提升70%一对光纤波分环统一承载中长距光模块（10km）变短距光模块(10-100m)，节省50%以上光模块投资所有业务就近接入CO 站点波分采用大带宽统一传送，每BIT成本与功耗更优通过100G/200G OTN统一承载E2E OSU提升电层利用效率与连接品质;SDH设备变单板，绿色节能品质业务OSU 直达，SDH改造ROADM+OTN统一

22、承载价值：架构稳定，带宽增长无忧，成本最优，性能最优，TTM效率提升，绿色节能。城域池化波分关键技术3.1 全光交换ROADM（reconfigurable optical add/drop multiplexer，可重构光分插复用器）可实现波长的动态灵活调度，增加了网络的弹性，简化了网络规划难度；ROADM节点的重构能力提升了工作效率及对客户新需求的反应速度，大大缩短业务开通时间，同时有效地降低运营和维护成本。当前ROADM主要部署在城域核心，需要不断的推进ROADM部署到城域的边缘，实现城域全光调度,让全光运力底座具备灵活调度的能力，更好的满足算力网络的要求。由于城域站点每下沉一层，站点数

23、量增加510倍，需要有创新的架构和技术来降低ROADM的部署成本。多维站点的池化共享WSS技术汇聚节点具备承上启下的作用，往上连接到核心，往下接多个接入环。由于常规的1*N WSS（wavelengthselective switching，波长选择开关）通常只能接1个线路方向，当汇聚点往下接多个接入环时，汇聚点为每一个接入环都需要用一组独立WSS来连接，使用多个子架，空间占用/成本/功耗也比较高。因此需要创新设计新型池化共享式的 WSS，扩展WSS的线路端口，多个接入环可以共享一组WSS，从而降低空间占用/功耗/成本。由于池化共享 WSS多线路端口的引入，对端口的隔离度提出了更高的要求，需要

24、在光学架构和LCoS（LiquidCrystal on Silicon，硅基液晶）算法进行创新设计，来降低串扰的代价，提升端口隔离度。2维站点的极简ROADM技术当前接入站点主要以2维组网为主，主要采用FOADM（Fixed Optical Add/Drop Multiplexer，静态光分插复用）光层，不同站点间波长必须不同，从而导致站点配置不归一，备件多，同时不支持往高速率持续演进。采用ROADM组网则可灵活配置每个站点的波长，但是传统ROADM技术成本相对较高，导致无法广泛部署至接入站点，因此需要针对接入层2维环网场景探索经济型的极简边缘ROADM技术，可采用创新的少端口WSS实现,或者

25、基于多功能混合集成技术实现片上光子系统，从而实现连纤、部署及运维的简化。3.2 城域相干线路技术当前相干线路光模块主要是基于干线网络的要求设计，性能相对于城域应用存在过剩，需要面向城域的场景对相干线路模块进行优化设计，来推进相干技术应用于城域边缘，从而获得更好速率演进能力，同时避免DCM补偿，简化站点的部署。相干模块主要由oDSP芯片、ICT（Integrated Coherent Transmitter、集成相干发射机）、ICR（Integrated coherent Transmit-Receive，集成相干收发器）、ITLA（Integrated Tunable LaserAssembl

26、y，集成可调谐激光器）、内置光放等部件组成。可以面向城域的场景对相干模块进行优化设计，oDSP芯片做针对性的设计，对FEC算法进行简化，从而降低oDSP的复杂度；通过组件集成来降低尺寸和连接损耗，例如在ICT 的基础上集成了相干接收机实现ICTR组件、或者发端驱动器、调制器和ICR集成实现COSA（Coherent Opitical Sub Assembly，相干光子组件）、在COSA的基础上集成相干光源实现TROSA(Coherent Transmit-Receive Optical Sub Assembly，相干收发光组件)等；通过提升收端的灵敏度来去除模块的内置光放从而降低功耗等。18第

27、 3 章 城域池化波分关键技术0319池化波分打造城域全光底座白皮书3.3 光层数字化技术对光层模拟系统实现数字化管理，可以降低光传送网络在规划、建网、运维、优化全生周期管理的复杂度，实现高效的波长资源实时监控、实时规划、波长路由可视可管、自动调测和优化等智能化能力。光层数字化可以通过调顶技术在波长插入随路开销的方式来实现，在高速信号光上加载低频调顶信号，注入波道信息（波长、网元、槽位、码型、频宽、速度、FEC等等），不同波长的调顶信号频率不同，且与波长一一对应，实现波长唯一身份随路标签，系统光路上对随路标签进行多通道并行检测，实现光波长功率检测和波长注入信息的随路在线监测，从而实现对波长端到

28、端的有效管理。通过随路标签信息采集，动态获取准确波长路由，实时获取波长分布和各路径资源占用率，结合波长自动分配算法，选择波长空闲的路径进行扩容，使得波长分布更均衡。波长随路标签需要通过算法解决并行检测的效率问题、功率检测精度的问题和随路标签信息检测的准确度问题等。3.4 OSU技术政务、金融、大企业客户，对于高物理安全的网络诉求强烈，甚至希望自主运营网络，因此高品质OTN网络应具备切片能力，将网络资源硬切片出多个资源，并开放网络能力给行业客户自主管控。基于传统OTN技术基于时隙实现业务硬隔离，天然就支持切片，但承载切片颗粒度较大、连接数少、时延较大和带宽调整不灵活等问题，主要用于承载大于1Gb

29、it/s速率业务，对现网大量的STM-1/4等低速业务承载存在带宽浪费。面对专线、视频等新业务对灵活带宽承载的需求，OSU技术应运而生。OSU新增OSUflex（Optical Service Unit）容器，采用定长帧灵活复接，将ODU划分成更小的带宽颗粒。与传统OTN相比，实现网络硬切片的颗粒度达到2Mbit/s，网络连接数提升12.5倍；大幅简化网络传输层次，降低单站时延，灵活适配各类对时延敏感的业务场景；支持2M100G无损带宽调整，支持在同一个高阶ODUk通道内的原路径带宽调整。OSU通道感知业务带宽需求，按需自动调整带宽。ONT/OLT识别应用类型，确定所需要的带宽，OLT通过协议

30、通告OSU带宽需求，接收到带宽服务请求，自动完成OSU管道带宽的调整。OSU基于带宽扩容、缩容门限动态调整带宽，在对应的管道上配置带宽扩容和缩容的流量门限，实时监控OSU管道入口的流量，根据实际流量是否达到了扩容门限和缩容门限，来确定是否调大或调小OSU管道的带宽。3.5 网络安全与自主可控光产业网络安全与自主可控是全光网络亟需应对的问题，中国联通CUBE-Net 3.0网络创新体系白皮书指出“从国际局势看，大国间的竞争博弈将很大程度体现在科技领域，地缘政治对于通信产业发展的影响深远，给企业在技术路线和产业生态决策方面带来诸多不确定性因素。”通信网络作为国家最重要的基础设施，持续安全稳定运行将

31、永远是第一考量，核心技术自主可控的重要性和紧迫性日趋上升。网络安全需要从产业链供应安全、光纤层安全、设备侧安全、网络层安全和管控层安全等维度进行研究。对城域相干和池化ROADM方案进行针对性的设计来匹配城域的场景，通过技术与架构创新牵引产业链实现国产化和自主可控。20附录 缩略语AASON自动交换光网络CCDN内容分发网络CO中心局，一般指运营商的综合业务机房COSA相干光子组件CR核心路由器DDC数据中心DCI数据中心互联EE2E端到端FFEC前向纠错FOADM静态光分插复用器IICR集成相干收发器ICT集成相干发射机ITLA集成可调谐激光器LLCoS硅基液晶OoDSP光数字信号处理ONT光

32、网络终端OPEX运营支出OSNR光信噪比OSU光业务单元OTTOver the top，是指通过互联网向用户提供各种应用服务OXC光交叉连接PP2P点到点PAYG按使用增量付费PUE能源利用效率RROADM动态光分插复用RTU需要时才购买和激活硬件LicenseSSDH同步数字体系TToB企业业务ToC个人业务ToH家庭业务TROSA相干收发光组件TTM上市时间WWSON波长交换光网络WSS波长交换开关免责声明本文档可能含有预测信息，包括但不限于有关未来的财务、运营、产品系列、新技术等信息。由于实践中存在很多不确定因素，可能导致实际结果与预测信息有很大的差别。因此，本文的信息仅供参考，不构成任何要约或承诺，主编不对您在本文档基础上做出的任何行为承担责任。主编可能不经通知修改上述信息，怒不另行通知。主编保留对本文档的最终解释权。