光网络发展面临的挑战与对策

5G已来，家宽提速、政企专线客户对网络带宽、网速、可靠性提出紧迫性需求，在这些综合因素的驱使下，业务层面对光网络提出了全新的需求，最终反映到骨干网、城域网的带宽需求升级，全光网2.0应运而生。ROADM是全光网的核心使能技术和基石。全光网2.0将具备3个特征：其一，业务光层化，越来越多的业务可以直接在光层上处理；其二，全网一体化，骨干、城域、接入网层次融合为一体，实现端到端打通；其三，运维智能化。

目前，中国电信已经在6个区域部署ROADM网络，包括已建成的长江中下游、华南和华北3张网，以及正在建设的西南、西北、东北3张网，基本覆盖全国的主要网络节点和大型数据中心。从目前ROADM网络的应用情况来看，未来ROADM发展存在五大挑战。

（1）业务增长迅速，需要精准扩容

以长江中下游ROADM网络的业务为例，原先预期每年增长30%，实际上部分业务的增长达到140%，在过去两年整个波长利用率达到了80%，实际业务需求远超网络能力，如何精准高效扩容成为一大问题。

（2）跨区域、跨厂商的网络管控问题

目前，中国电信的6张ROADM网络各管一摊，只能在区域内实现调度，很难实现全网的调度。中国电信正在考虑做超级控制器，可以控制各区域的网络，从而实现不同厂商的互联，这是发展的重点也是难点。

（3）更高维度的要求

20维可以满足目前的业务需求，但是从长远来看需要往更高的维度发展。目前，已经有厂商往32维或者更高维度发展，提高了支路的上下路能力以及群路方向的支持能力。

（4）WSON保护时间

在数量庞大的节点下，恢复时间是否能够达到一个合理的程度成为一大挑战。目前，可通过预计算、针对部分的节点下发路由做好预配置，另外将部分节点虚拟化、云联网。在非常庞大的WSON网络里，必须要求特定时延可以支持QS5等级的恢复。

（5）将ROADM推向更大的范围（推向省网、城域）

ROADM在省内网用更合适。省内小范围的光电传输用ROADM组网非常容易，并且容易实现端到端调度。另外，在城域网方面，诸如北上广深等大城市用ROADM是很不错的核心方案。

光网络的开放和分解是指解耦，开放主要是指纵向，控制平面和数据平面的解耦；分解主要是指横向，数据平面的硬件解耦。

2.1   光网络的开放

开放是纵向的控制平面和数据平面的解耦，可以引入SDN理念实现光网络管控，达到软件开放源码、接口规范标准、数据模型统一、控制转发分离和网络能力开放的目的。纵向的开放使SDN理念得以引入光网络，同时也推动了设备的白盒化，因此可以认为白盒化与SDN是相伴相生的。

在传统模式下，厂商设备以黑盒的方式提供，完全封闭，由设备厂商提供设备，并由厂商私有网管控制设备，实现功能配置；接口私有化，设备的软硬件更新迭代依赖于主流设备厂商的研发能力和市场策略。

而在完全开放实现SDN管控的情况下，设备可以由设备厂商或光器件厂商提供，设备内部的光器件、模块均可以通过统一接口被纳管，控制粒度更细，需要针对主要器件的物理参数建立信息模型，并制定业界统一的接口规范，技术迭代也会更快。

传统方式已经受到挑战，而完全开放的SDN管控目前还不具备条件，从实现设备商开放能力和运营商管控需求两者匹配的角度而言，“灰盒”可能是目前的最佳选择，即能力“部分开放”，由设备厂商提供设备，并按标准化接口开放能力，允许跨厂商统一纳管。

2.2   光网络的分解

分解是横向的、数据平面硬件之间的解耦，可以达到硬件通用化和降低成本的目的，同时也可以避免厂商锁定。根据分解程度的不同，可以分为部分分解和完全分解两种方式。将电层的终端设备和光层的线路系统分解是部分分解；将网络中的各个功能模块均分解为独立的设备称之为完全分解。

从目前的商用情况来看，主要还是以部分分解为主，即实现了光层与电层的解耦。比起完全分解的方式，部分分解的方式难度相对较小，目前阶段可以作为传输系统分解的一种推荐方式，但是也需要解决诸如性能评估和运维管控等问题。从开放管控的角度来看，这种部分分解的设备形态，其实就是灰盒模式，所以无论从开放还是分解的角度来看，部分分解的灰盒模式更有利于商业化推动。

分解可以带来设备形态上的变化，使机架和设备完全解耦，允许设备容量按需配置。另外，传统通信机房的制冷系统能耗占比已经超过设备的能耗占比，在散热架构和冷却手段的应用上都落后于数据中心。

分解后的设备可设计为刀片式，这种方式风道简单、阻力小、能耗低、噪声小，能够更好地适应各种先进的数据中心冷却方案，同时供电方式也由直流改为交流，更好地适应数据中心机房的供电。此外，将光模块从板卡中分解出来，采用可插拔的方式设计，也属于分解的一种，可以驱动模块厂商专注于模块研发，减小模块体积、降低模块功耗，而设备厂商也可以减少整体研发投入，提升板卡集成度，降低板卡功耗。

2.3   中国电信在光网络开放和分解方面的实践

在光网络开放方面，中国电信已经实现了对不同厂商的客户端OTN设备进行管控，采用Netconf + YANG标准接口，并采用GCC实现客户端OTN与局端OTN的互通。中国电信采用的客户端OTN设备以灰盒形态提供，通过北向开放，由中国电信自研UMS统一管控。据了解，目前已在广东电信完成现网试点。接入型OTN统一管控是传送网新一代网管架构的重要组成部分，是CTNet 2025网络转型的需求，是行业发展的方向。中国电信已经开展了相应的开发和试点工作，并将进一步完善该管控系统，推动其在中国电信现网中的应用（见图1）。

图1   中国电信客户端OTN统一管控系统

2019年6月6日，工业和信息化部正式发放了5G商用牌照，我国正式进入5G商用元年；2019年9月9日，中国电信和中国联通联合发布《5G网络共建共享合作》，正式宣布两家运营商将在全国范围内合作共建一张5G接入网络；在2019年10月31日中国国际信息通信展期间，中国联通董事长王晓初表示，在共建共享之后，中国电信和中国联通已经在24个省开通了共建共享基站，部分基站客户可享受的上行网速已经可以达到2.5Gbit/s。

3.1   共建共享导致5G承载光缆需求的变化

5G共建共享之后，在一定程度上对光缆的需求产生了影响。

针对5G前传应用场景，共建共享后，光纤光缆总体需求相对于独立建网来说发生了变化。具体来说，5G前传每个AAU需要两个25G的带宽，相比4G，对光缆的需求将显著增加；共建共享后，平均每个基站对光缆的需求增加；另外，CRAN场景的比例将加大，增加了光缆的需求。

针对5G回传应用场景，共建共享总体对光缆的需求将减少。共建共享后，虽然平均每个基站的带宽增加1倍，但考虑到纤芯的平均利用率增加，总体对5G回传光缆的需求将减少；与此同时，共建共享后，DU/CU的局数量减少；另外，在引入50G和100G等高速率的接口和WDM技术，总体对5G回传光缆的需求将减少。

5G共建共享后，两家运营商将加快5G建设步伐，近期对光缆的需求加快。另外，光缆需求由分散变为相对集中，引入WDM的方案成为业界探讨的热点，会减少部分区域光缆的建设需求。

3.2   对光模块的需求

对于5G前传光模块的方案，目前主要有光纤直驱以及点对点或点对多的WDM方案。光纤直驱方案将建设大量接入光缆，运维简单不区分波长；WDM方案主要利用现有接入光缆，个别区域有少量新建光缆需求，但是运维复杂，需求分波长或可调谐光模块。

目前，25G光模块（灰光或CWDM/LWDM）产业链将快速成熟，并形成规模；与此同时，25G的产业基本形成，但在共建共享场景下，每个基站的纤芯资源消耗增大，将重点关注WDM方案。另外，5G对WDM彩光模块需求与接入光缆的需求，是“此消彼长”的关系，5G对光纤光缆的拉动更多表现在流量10倍以上的增长上，体现在城域网与骨干网。

标准CWDM的6波目前比较成熟，但是12波的方案目前都不成熟，其他技术方案如12波MWDM、LWDM，都有进度和不能再继续扩的问题，能支持更多波数DWDM方案更有优势。目前，CWDM 12波的方案有1271-1371 6波和1471-1571 6波，上海电信正在推进这种12波方案；有厂商支持，但是性能上还存在一些问题，比如后6波需要采用EML方案，成本更高，且色散代价较大，性能较差。

随着5G时代的到来，各种新兴业务的出现，给运营商的光网络提出了新的挑战和机遇。应对这些挑战，中国电信开始在骨干网络中大规模部署ROADM网络，ROADM是实现全光网络的基础，但是ROADM的部署也带来了如何实现精准扩容、跨区域管控、更低的保护时间和更大的管控范围等各种挑战；在网络设备层面，光网络设备也需要向开放和分解的方向发展，开放会带来灵活性，分解会降低成本，如何利用开放与分解的光网络来构建运营商的城域网络，正成为业内越来越受关注的技术方向；在5G承载光网络方面，5G的快速部署和共建共享的推进，使得光网络光缆和光模块的需求都发生了变化。总之，光缆的需求相对减少，且需求向前期集中；光模块则出现多种技术方案，并需要进一步深入研究。

本文刊于《信息通信技术与政策》2019年第12期

《信息通信技术与政策》是工业和信息化部主管、中国信息通信研究院主办的专业学术期刊。定位于“信息通信技术前沿的风向标，信息社会政策探究的思想库”，聚焦信息通信领域技术趋势、公共政策、 国家/产业/企业战略，发布前沿研究成果、焦点问题分析、热点政策解读等，推动5G、工业互联网、数字经济、人工智能、区块链、大数据、云计算等技术产业的创新与发展，引导国家技术战略选择与产业政策制定，搭建产、学、研、用的高端学术交流平台。