1、中国信息通信研究院技术与标准研究所2022年12月全全光光运运力力研研究究报报告告(2 20 02 22 2 年年)版权声明版权声明本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。前 言前 言我国国民经济和社会发展“十四五”规划和 2035 远景目标纲要指出，要布局建设信息基础设施、融合基础设施

2、、创新基础设施等新型基础设施。以千兆光网和 5G 网络为代表的网络基础设施是信息基础设施的重要组成部分，其提供的强大数据运送能力，即运力，成为支撑数字经济发展的关键要素之一。以 OTN 技术为支撑的全光运力具备超大带宽、超低时延、安全可靠等原生技术优势，在新一轮数字经济发展中成为提供运力的坚实底座。本研究报告立足数字经济发展对运力的需求以及全光运力在其中发挥的核心作用等，研判全光运力算间互联、用户入算、运力管控等三个方面需求，探讨全光运力未来目标架构，在此基础上剖析面向超大带宽、超低时延、安全可靠、泛在覆盖、灵活敏捷、智能管控、绿色节能等七大典型特征的关键技术，初步构建全光运力评估指数。建议产

3、业各方协同推进全光运力技术、标准化及产业多维合作，助力数字经济高质量发展。目录一、全光运力发展背景.1(一)运力协同支撑数字经济加速发展.1(二)OTN 全光技术构筑运力坚实底座.2二、全光运力需求特性.3(一)算间互联：超大带宽、超低时延、高效协同.3(二)用户入算：便捷接入、安全可靠、灵活敏捷.7(三)运力管控：跨域大网管控、算网协同、资源智管.9三、全光运力目标架构.10四、全光运力关键技术.11(一)超大带宽.11(二)超低时延.14(三)安全可靠.16(四)泛在覆盖.18(五)灵活敏捷.20(六)智能管控.22(七)绿色节能.24五、全光运力评估指数.25六、全光运力未来展望.27图

4、 目 录图 目 录图 1 信息基础设施提供算力和运力.2图 2“冷、温、热”数据业务时延需求.5图 3 云、边数据中心互联需求.6图 4 全光运力目标架构.11图 5 高速线路技术方案.12图 6 频谱扩展技术线路.13图 7 全光运力时延优化规划.15图 8 全光交叉 OXC 系统.16图 9 光电切片隔离.17图 10 单节点光电保护协同.18图 11 OTN P2MP 组网技术架构.19图 12 波长数扩展技术.20图 13 全光运力多维灵活感知.21图 14 光电协同调度.22图 15 多因子算路技术.23图 16 光纤链路质量检测系统.24图 17 全光运力多层次节能技术.25图 1

5、8 全光运力指数 1.0.26表 目 录表 目 录表 1 各省数据中心规划及出局带宽预估.4表 2 新型光纤 G.654.E 与 G.652.D 典型参数对比.13表 3 全光运力指数.27全光运力研究报告（2022 年）1一、全光运力发展背景(一)运力协同支撑数字经济加速发展(一)运力协同支撑数字经济加速发展新一轮科技革命和产业变革正在席卷全球，产业数字化深入发展，数字经济成为支撑经济增长的重要引擎。在数字经济时代，大数据的运送、计算、加工产生新动能，赋能行业新应用、催生新业态、推动生产力发展。数据要素的往复循环，支撑了各种不同场景的创新应用和数字化转型，带来了全新的发展模式。信息基础设施提

6、供蓬勃的算力和运力，成为数字经济发展的坚实基础。围绕加强数字化转型，我国国民经济和社会发展“十四五”规划和 2035 远景目标纲要指出，要布局建设信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施等新型基础设施，其中信息基础设施包括以千兆光网、5G 为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施，见图 1。算力基础设施提供超强算力，通信网基础设施提供强大数据运力，算力和运力赋能千行百业，成为支撑数字经济发展的关键能力。全光运力研究报告（2022 年）2来源：中国信息通信研究院图 1 信息基础设施提供算力和运力(二)(二)OTN 全光技术

7、构筑运力坚实底座全光技术构筑运力坚实底座政务、医疗、金融、教育等行业数字化加速转型带来算力的旺盛需求，对运力相应也提出了高效、可靠和确定性等高品质要求，以光传送网络（OTN）技术为主要支撑的全光运力具备超大带宽、超低时延、安全可靠等原生技术优势，使其在新一轮数字经济发展中的价值日益凸显，成为运力的核心和坚实底座。加快发展和建设全光运力，已成为业界多方关注焦点。2022 年2 月，国家发改委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等 8 地启动建设国家算力枢纽节点，“东数西算”工程正式全面启动，优化东西部间互联网络和

8、枢纽节点间直连网络是其中一项重要的任务。国家“十四五”规划提出发展“千兆光网”，工业和信息化部信息通信业十四五规划进一步对全光运全光运力研究报告（2022 年）3力的发展提出了明确的要求和目标，“部署骨干网 200G/400G 超大容量光传输系统，打造 P 比特级骨干网传输能力，引导 100G 及更高速率光传输系统向城域网下沉，加快光传送网（OTN）设备向综合接入节点和用户侧延伸部署。”地方政府也高度重视 OTN 全光运力的发展，山东、湖北、陕西、广西、云南、安徽等地的双千兆协同发展行动计划中，相继提出“推广部署全光交叉（OXC）”、“加速100G/200Gbps 及以上超高速光传输系统向城域

9、网下沉，光传送（OTN）节点进一步向网络边缘延伸”等要求。2021 年 11 月，中国电信发布全光网 2.0 技术白皮书，指出建设云网融合的新型信息基础设施，全光网是新型信息基础设施的基石。2021 年 11 月，中国移动发布算力网络白皮书，提出网络基于全光底座和统一 IP承载技术，实现云边端高速互联，满足数据高效、无损传输需求。2022 年 5 月，中国联通发布算力时代的全光底座白皮书，提出数字经济的发展依赖运力和算力，对全光底座的发展进行了系统阐述。二、全光运力需求分析产业数字化正在成为数字经济发展的重要引擎，千行百业加速上云，其中具备大带宽、低时延、安全可靠等内生特性的全光运力不可或缺，

10、同时在算间互联、用户入算、运力管控等方面提出了新的需求。(一)算间互联：超大带宽、超低时延、高效协同(一)算间互联：超大带宽、超低时延、高效协同1.枢纽间互联提升超大带宽需求全光运力研究报告（2022 年）4数据中心带宽大幅增长，对运力枢纽出口带宽带来巨大挑战。“东数西算”工程将在全国设立 8 个算力枢纽、十大数据中心集群，将东部算力需求有序引导到西部，促进东西部之间算力高效互补和协同联动。受新基建、数字化转型等国家政策推动以及企业降本增效需求驱动，我国数据中心近年来发展迅速，截至 2022 年 6 月底，全国在用数据中心机架总规模超过 590 万，服务器规模近 2000 万台，近五年年均复合

11、增速超过 30%。其中，大型数据中心机架规模增长更为迅速，占比达到 80%1。根据部分省市发布的枢纽集群建设规划，预计十大集群节点规划规模总计超 500 万机架，到 2025 年单个枢纽节点的出局带宽将超过百 T（见表 1）。2021 年各省市互联网省际出口带宽统计中广东达到 100Tbps 量级，其余省市均为几十 Tbps 量级，西部地区的宁夏则仅有 9.62Tbps，各省市现有省际出口带宽无法满足未来运力枢纽节点的出局带宽需求。另一方面，西部枢纽以服务全国算力需求为主，出省带宽预计超 70%，当完成规划的机架数时，预计骨干网带宽将增加 1000T 以上，对枢纽之间运力带宽同样提出了巨大挑战

12、。表 1 各省数据中心规划及出局带宽预估枢纽2025 年机架规划（万架）每机架带宽（Mbps）2025 年出局带宽预估（Tbps）2021 年互联网省际出口带宽现状（Tbps）枢纽2025 年机架规划（万架）每机架带宽（Mbps）2025 年出局带宽预估（Tbps）2021 年互联网省际出口带宽现状（Tbps）广东韶关5050018097.1（广东）长三角上海2850010067.2（上海）宁夏中卫665002309.62（宁夏）甘肃庆阳3050011023.4（甘肃）贵州贵安8050028031.5（贵州）1数据来源：中国信息通信研究院数据中心白皮书 2022全光运力研究报告（2022 年）

13、5来源：工业和信息化部2021 年通信业年度统计数据2.算间互联催生确定性低时延需求数据中心互联需要稳定与可靠的低时延。按照业务对时延的敏感性差异，可划分为热业务、温业务和冷业务，三类业务调度需求不同，如数据中心双活的热业务时延要求 1ms2ms，而 AI 训练、异地灾备等冷业务时延需求不敏感，见图 2。网络时延越低，可牵引更多的业务到西部集群。全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案中明确提出，枢纽之间数据中心端到端单向网络时延原则上应在 20ms 范围内。来源：中国信息通信研究院图 2“冷、温、热”数据业务时延需求全光运力需面向数据中心布局优化端到端时延。部分枢纽集群所在地，不是传

14、统的中心城市，网络层级较低、使得枢纽间的互联还存在路由绕行等情况。据全球互联网网络感知平台统计数据，我国骨干网络网内平均时延为 32.97ms，骨干网络网间平均时延为37.14ms，与东数西算枢纽之间的时延要求存在较大差距。全光运力亟需对东西部枢纽节点之间及地市数据中心的互联路由进行优化，完善枢纽及地市数据中心直连网络，通过光缆拓扑优化及光层交叉全光运力研究报告（2022 年）6调度，减少路由绕行，弥补时延短板。3.算间高效协同催生组网架构优化云、边多数据中心协同，要求全光运力进一步优化组网架构。随着边缘计算在智慧交通、安防监控、工业互联网等场景中的应用越来越广泛，大量经过处理的数据需要从边缘

15、节点汇集到数据中心云，以完成进一步的大数据分析挖掘、数据共享和算法模型的训练。同时，边缘节点存储的大量数据，也需要备份到云端，防止边缘节点故障导致数据丢失。全光运力作为连接云、边数据中心的纽带和桥梁，需要提供灵活调度能力，如图 3 所示，以匹配云与云、云与边、边与边之间存在高效协同需求。随着数据中心间东西向互联流量持续增大，全光运力迫切需要围绕数据中心布局进行网络重构，增强东西向流量业务疏导能力，由“南北向”为主向“南北向+东西向”转变，逐步向网状化、立体化组网方式演进。来源：中国信息通信研究院图 3 云、边数据中心互联需求全光运力研究报告（2022 年）7(二)用户入算：便捷接入、安全可靠、

16、灵活敏捷(二)用户入算：便捷接入、安全可靠、灵活敏捷1.用户便捷接入催生网络泛在覆盖需求用户实现便捷接入算力需要运力实现泛在覆盖，支撑业务快速开通。受疫情影响，居家办公、远程教育、远程考试已经逐渐成为生活常态，个人用户及政府、金融、教育等机构用户广泛分布在城市内不同地理位置，需要快速接入网络获取算力服务以满足差异化的应用需求。以广东省某市的政务外网建设为例，其目标是实现市-镇-村三级全覆盖，总计有超过 1400 个政务部门需要接入网络，从而实现政务各部门的“网”通、“数”通、应用“融”通，为企业、群众提供丰富的政务应用服务。为满足泛在覆盖需求，全光运力应进一步向城市边缘延伸，提高覆盖能力，在满

17、足家庭、企业高品质服务需求的同时为用户提供便捷全光运力接入能力。2.政企核心业务急需高安全、低时延保障数字政府要求网络安全可靠。“十四五”规划强调，要提高数字政府建设水平，推动政务信息化共建共享，完善国家电子政务网络，集约建设政务云平台和数据中心体系，推进政务信息系统云迁移。数字政府服务涉及到的部门众多、数据量庞大，如何保障业务的安全可靠性，成为首要问题。企业核心业务需要大带宽、低时延、高安全的网络承载。金融企业要求极致低时延并确保数据安全。金融系统高频交易要求极致低时延。根据市场研究公司 TABB Group 评估，在金融电子交易中，交易处理时间（包括电脑系统处理及网络传输时间）比竞争对手慢

18、 5ms，将损失 1%的利润，慢 10ms 则损失扩大到全光运力研究报告（2022 年）810%。同时，为保证金融信息系统的数据免受网络攻击，其核心交易数据需要确保数据安全。智慧医疗需要大带宽低时延高安全保障。智慧医疗将医疗影像系统（PACS）部署在云端，单个患者的 CT 影像数据通常包含 500 张左右图片，资料大小高达 GB 量级，医生阅片要求秒级打开，要保证这些数据在云和各种终端之间流畅转移，需要大带宽、低时延、高安全的网络给予保障。全光运力面向企业核心业务，可利用大颗粒波长管道、全光转发、业务硬隔离、丰富的保护恢复机制等特性，满足大带宽、低时延、高安全承载需求。3.新型应用助推网络灵活

19、敏捷能力提升大数据分析和科学计算等新型业务要求运力能够灵活调整。随着大数据的应用和人工智能的发展，新型业务对网络的需求正在发生变化，呈现显著的动态性特点。如汽车原型车碰撞试验每秒产生的几十 EB 数据在传输到超算中心过程中需要大带宽以实现数据快速搬运，而在后续的数据分析期间对运力需求很小，具备典型的动态突发型业务特征。各类科学计算存在超大数据量及显著的动态突发性特征，如中国天眼 FAST 天文观测每秒产生 6GB 数据，对观测数据的计算分析要求高速传输，便于更快发现科学目标，避免因堆积的数据得不到及时处理，造成观测任务等待。全光运力需要提供超大带宽承载能力，缩短数据传到数据中心或超算中心的时间

20、，同时具备灵活敏捷的调整能力，满足新型业务的动态突发特点要求，快速响应客户需求变化，及时匹配资源和释放资源。全光运力研究报告（2022 年）9(三)运力管控：跨域大网管控、算网协同、资源智管全国范围内实现跨区域一体化大网调度管控能力。跨域协同管控能力要求对目前按照分省、分市分级管理的方式提出了挑战。具不完全统计和估算，各运营商在大规模省份平均约 1.52 万台 OTN设备，中等规模省份平均约 7 千台，小规模省份平均约 3 千台。全光运力管控系统要具备跨域大规模网络的管控能力，实现端到端的运力调度，同时可融合 AI 与数字孪生等新技术解决网络规模变大后带来的告警管理分析复杂、定界定位和隐患分析

21、困难等网络运维挑战。用户一跳入算要求全光运力管控具备算网协同能力。枢纽算力、省级算力、地市边缘算力分级部署，用户算力需求可由不同的算力资源进行响应，算网资源协同编排需要综合考虑时延、带宽运送能力和算力资源使用因素做出判断和选择。全光运力管控系统应向开放可编程方向发展，支撑与算网资源编排系统高效协同，统筹算力资源选择和网络连接的建立，实现只需用户一次性选择算网服务即可同时开通所需的网络业务和算力服务。全光运力安全运行需要提高光纤层面管理能力。光纤作为全光运力的传输媒介，其性能和实际路由决定了承载业务的质量、时延等，光纤故障是网络故障发生的最主要原因之一，对其进行管理、进行隐患的提前识别和排除，对

22、于保障网络的安全运转至关重要。全光运力管控应针对光纤“哑资源”的无源物理特征，着力解决性能劣化、业务主备光纤同路由等隐患难以提前识别的问题，提升光全光运力研究报告（2022 年）10纤“哑资源”层面的管理能力。三、全光运力目标架构面向算间互联带来的大容量、低时延及云边协同需求，用户入算带来的便捷接入、安全可靠及灵活敏捷需求，一体化算力调度带来的大网管控、算网协同及资源智管需求，现有传送网络应面向超大带宽、超低时延、安全可靠、泛在覆盖、灵活敏捷、智能管控和绿色节能等方向发展，全面升级网络架构和传输能力，构建泛在覆盖的全光运力，基于“三类功能节点+三级时延圈”的光/电协同全光运力目标架构见图 4。

23、光网关是算力资源接入全光运力的入口，一般部署在城域和干线 OTN 网络的入云节点，可以通过光网配置将不同的光网关进行连接，实现算力资源的互联。光调度节点用于在全光网络中实现无阻塞的灵活调度业务流量，可包含为“光电混合调度节点”和“全光调度节点”，完成光层连接的快速端到端配置。光锚点是接入全光运力的入口节点，可以通过光网配置一跳直达光网关，支持用户实现对算力节点的访问。“光网关”、“光调度节点”和“光锚点”三类功能节点通过网状互联，构建覆盖全国的“1ms”、“5ms”、“20ms”三级时延圈架构，实现各级算力资源的灵活互联和用户高品质应用入算。SDN 化的全光运力管控系统通过标准北向接口对接算网

24、协同编排系统，并与算力管理平台协同，实现网随算动、算网一体的自动化能力。全光运力研究报告（2022 年）11来源：中国信息通信研究院图 4 全光运力目标架构四、全光运力关键技术(一)超大带宽(一)超大带宽1.高速线路传输单波速率逐步提升，400Gbps 长距传输系统逐步试用，800Gbps稳步推进。目前，面向城域内中短距传输场景的 400Gbps 传输技术已基本成熟；面向骨干网长距离传输场景，400Gbps 需要在光电器件、调制格式、频谱、传输媒质等多方面进行技术革新，针对 PCS-16QAM 和 PM-QPSK 两种技术方案，业界正在进行试验验证和评估。同时，超 400Gbps 传输如 80

25、0Gbps、1.2Tbps 等也在持续发展，相关标准化工作正在推进当中。随着高带宽芯片与器件及算法技术的演进，结合频谱扩展以及先进的链路技术实现大容量长距离的传输，预计超 400Gbps 系统传输距离将从短距发展到长距/超长距，应用场全光运力研究报告（2022 年）12景也将从数据中心互联应用逐渐扩展到城域网及干线网络。来源：中国信息通信研究院图 5 高速线路技术方案2.频谱多维扩展频谱扩展成为 400Gbps 及更高速率光传输系统重点关注的技术方向。在频谱扩展技术方面，将频谱从传统 C 波段（4THz）、扩展到Super C（6THz）、再扩展到 Super C+L（12THz）是提升单纤传

26、输容量的一个重要方向，其中 C 波段扩展技术成熟，L 波段扩展成为当前技术主流方向，但还需相关光模块、无源器件、光放大器、算法、芯片等的技术突破，涉及到整个产业链端到端的技术创新，基于新型增益材料与掺杂工艺的 L 波段 EDFA 技术是实现 L 波段长距应用的关键。目前国内产业界已经规模商用 Super C 波段扩展传输系统。近期看，产业界需要聚焦到 L 波段 EDFA 的技术实现和性能优化。长期看，需要新的技术突破将光传输系统的工作波长范围进一步拓展至 S/U/O 波段甚至全波段，通过开展光电核心芯片、器件和模块的研制，实现 Pbps 级光纤传输系统。全光运力研究报告（2022 年）13来源

27、：中国信息通信研究院图 6 频谱扩展技术线路3.新型光纤探索新型光纤成为超大容量传输的重要支撑。对于单模光纤传输系统，更低的损耗系数或更大的有效面积有利于实现光通信系统超高速、超大容量和超长距离传输。相较于常规的 G.652 光纤，G.654.E低损耗大有效面积光纤通过增大模场面积降低高速信号传输的非线性效应,是一种可满足目前与未来光传输发展趋势的新型单模光纤。随着低损耗光纤制备技术的成熟，目前国内外多个公司已实现低损耗光纤的规模化生产。国内三大运营商也正在积极推进 G.654.E 的应用，并已完成部分 G.654.E 链路的建设工作。表 2 新型光纤 G.654.E 与 G.652.D 典型

28、参数对比光线参数单位G.652DG.654E光线参数单位G.652DG.654E有效截面积 Aeff280112/130截止波长12601530典型衰减系数/0.20.17色散系数/D/()155016.8921.5来源：中国信息通信研究院空分复用光纤（SDM）、空芯光纤等新型光纤及其应用前景引全光运力研究报告（2022 年）14起业界关注。空分复用技术可以从空间维度进一步提升单纤传输容量，基于光纤对的空分复用技术已经在海缆通信系统中获得应用，多芯复用光纤系统、模式复用光纤系统也在持续研究当中，仍有一些问题亟待解决，包括关键器件如低插损高稳定性的复用器/解复用器、空分复用放大器以及熔接、成缆等

29、技术的成熟性和稳定性都有待进一步规模验证。空芯光纤经过多年的发展，目前实验室内已经实现 0.174dB/km 衰耗系数，在低延迟、低非线性以及更大的传输带宽等方面的巨大优势为其在高速光通信领域的应用开辟了可能性，运营商也正在开展新型光纤传输系统的测试验证。总的来看，新型光纤相关技术和特性仍需进一步研究，与之配套的光纤制备技术、光电器件还未达到成熟和产业化阶段，需要产业界持续开展技术研究和应用探索。(二)超低时延(二)超低时延1.时延规划优化时延规划优化技术通过时延测量及基于时延的路由，满足业务端到端低时延需求。时延规划优化首先通过基于 ODUk 开销的电层时延测量技术和基于 OTS 的光层时延

30、测量技术，获取所有光层链路和路径的时延，见图 7。时延规划优化不仅只考虑支持光层和电层时延测量，还需光电协同，将光层时延信息同步到电层，基于业务时延约束要求综合考虑链路成本、波长利用率等计算端到端的光层和电层路径，最终由管控系统驱动创建满足要求的光层和电层链路，满足复杂场景下的时延要求。全光运力研究报告（2022 年）15来源：中国信息通信研究院图 7 全光运力时延优化规划2.高维全光交叉光交叉连接技术向更高交换容量和调度方向持续提升。基于全光背板互联的 ROADM（可重构光分插复用）/OXC（光交叉连接）系统包括“全光背板”、“高维度波长选择开关（WSS）”和“数字化光层”三大核心技术，见图

31、 8。全光背板采用高精度自动布纤机，集成 3D 点阵算法，将光纤印刷到背板上，实现业务单板间全光互联。高维度 WSS 具备至少 32 维度无阻塞交换。数字化光层利用光模块调顶、高精度波长监控等技术，实现光纤质量、波长资源和性能可视化。目前网络干线和城域核心已经规模部署高维度 ROADM/OXC 设备，应持续加大高维度 OXC 部署规模，提升业务流量全光调度的比例，优化光层路由，减少链路绕行，降低光/电信号转接时延。随着宽谱高分辨率交叉技术的更新和网络应用需求的驱动，OXC 的交换容量全光运力研究报告（2022 年）16和调度方向维度将持续提升，向“C+L”全波段调度、48 维和 64+维光调度

32、方向演进。来源：中国信息通信研究院图 8 全光交叉 OXC 系统全光交换向城域进一步延伸需要低维度、低成本全光交换技术。随着城域汇聚层速率的逐步提升，全光交换能力向城域汇聚层进一步延伸，可为业务提供端到端的超低时延体验。城域传送距离近，主城区覆盖约百公里，通过适度降低 WSS 插损、带宽和隔离度等性能指标，可以做到既满足城域应用要求，同时实现成本降低。为实现低成本规模部署的目标，需设备架构和底层技术持续创新与突破，例如采用“Splitter+Single WSS”方式使光信号仅经过一半滤波次数，滤波代价相对更小，维度以 24 维为主，适合大部分城市末端接入层光交换业务场景，成本优势较为明显。(

33、三)安全可靠(三)安全可靠1.全光切片隔离全光运力研究报告（2022 年）17波长级和电层时隙级硬管道切片满足不同业务的承载需求。全光切片分为基于光层 L0 的波长级硬管道和基于电层 L1 的 ODUk/OSU硬管道，具备链路端到端无拥塞、零丢包、低时延抖动、业务物理隔离互不影响等特性，保障算网业务 SLA 承诺品质。对于带宽需求为百 G 级大颗粒业务，优选大容量的波长级 L0 切片技术，对于带宽需求小于 100G 的业务，可灵活选择 ODUk/OSU L1 层时隙切片技术。来源：中国信息通信研究院图 9 光电切片隔离2.光电保护协同协同电层保护机制和光层动态恢复机制，同等网络资源可提供更高的

34、网络可靠性。光电保护协同技术在电层配置 1+1 保护技术，在光层配置 ASON 动态恢复技术，光层 ASON 重路由后需要将新路由的链路代价、SRLG、时延等信息同步到电层。通过电层保护实现小于 50ms 业务倒换，结合光层 ASON 动态恢复机制，可以抗多次光纤故障，满足算网业务 99.999%的可靠性要求。相比在光层或者电层配置单层保护方案，在消耗同等网络资源的情况下，提高了业务可靠性等级。全光运力研究报告（2022 年）18来源：中国信息通信研究院图 10 单节点光电保护协同(四)泛在覆盖(四)泛在覆盖1.OTN 全光接入OTN 点到多点（P2MP）全光接入技术融合 OTN 和家庭接入网

35、络广覆盖优势，实现企业客户的快速接入。OTN P2MP 技术基于星型组网的 OTN 泛在接入热点技术，其核心是利旧 ODN 接入光缆作为接入层物理介质，以点到多点方式快速接入用户业务。P2MP 技术当前存在三种实现模式，一是保持现有 PON 设备部署方式，终端 CPE 采用 ETH 封装，局端采用固定时隙分配技术，通过城域 OTN 回传接入算力资源；二是在方案一基础上，将 OSU 技术延伸到终端 CPE；三是末端 CPE 采用子载波接入，实现从末端用户至算力资源的大颗粒业务承载。方案一在 PON 网络基础上采用固定时隙分配方式保障用户独立承载，保障了带宽并提高时延性能，已在运营商现网小规模试商

36、用；方案二在末端 CPE 引入 OSU 机制，满足几十 M 到数百 M 小颗粒业务全光运力研究报告（2022 年）19承载需求，需要进一步的技术与标准化研究；方案三基于波分子载波实现的 P2MP 技术，适用于几十 G 到数百 G 大颗粒业务承载，依赖相干模块标准成熟，目前处于技术研究阶段，已在 ITU-T Q6 中开展相干子载波的技术及应用场景研究。来源：中国信息通信研究院图 11 OTN P2MP 组网技术架构2.低成本波分接入低成本波分接入技术解决城域内波长泛在部署需求。随着接入用户数和带宽的不断增加，WDM 技术成为提供高带宽低时延连接的重要使能技术，并正在从城域核心向边缘接入层持续下沉

37、。城市内全光运力研究报告（2022 年）20传送距离相对较短，对传输性能要求不高，可以通过高阶调制方式提升频谱效率，实现相同频谱下获取更多波长接入能力，支撑全光运力的泛在部署。如图 12 所示，以 100Gbps 速率为例，若将信道谱宽 50GHz 压缩到 20GHz30GHz，C 波段最多可支持 200 个波长资源，满足末端用户波长租用需求。此外，也可通过频谱扩展技术（如使用 O 波段、L 波段等）获取更多波长资源。低成本波分接入技术能够与现有城域波分技术共存或替换，兼容现有城域波分网络，可灵活部署在城域接入层。但关键技术如多波长光源、密集波分复用器解复用器、高效光电集成器件等的产业化还存在

38、挑战，需要产业界协同推进。来源：中国信息通信研究院图 12 波长数扩展技术(五)灵活敏捷(五)灵活敏捷1.灵活多维感知用户业务流感知和算力资源感知满足用户差异化灵活入算需求。全光运力管控系统从算网编排系统获取算力资源信息和业务识别信息，具备感知用户业务流量特征和算力资源的能力。光锚点可感知全光运力研究报告（2022 年）21用户业务流，根据从算网编排系统获取的业务识别与分流策略，全光运力管控系统可配置光锚点感知用户业务流特征策略，如基于报文特殊字段对业务进行区分和识别，将不同类型的业务流，如 VR 渲染、AI 训练等，映射到不同品质光网链路。算网编排系统感知算力资源，及时获取算力资源信息，如总

39、算力规模、算力类型、算力使用量、空闲算力等。当算力资源不足时，算网编排系统触发算力节点迁移，同步通知到全光运力管控系统，由其提供新的运力链路。来源：中国信息通信研究院图 13 全光运力多维灵活感知2.光电灵活调度通过光层和电层线路资源的池化，实现光电资源随需随取。光电协同调度核心技术是光层和电层线路资源的池化技术。通过在关键区域预部署线路端口资源、波长转换资源和中继资源，全光运力具备光电资源池化能力，资源池内波长级大颗粒和子波长级（含OSU）小颗粒光/电线路资源随需随取、协同调度。全光运力研究报告（2022 年）22来源：中国信息通信研究院图 14 光电协同调度通过光层波长链路动态拆建满足算网

40、业务动态部署需求。通过基于波长链路最优规划算法综合评估所有备选路由的质量与线路速率、码型、谱宽等参数匹配度，规划出业务源/宿节点间的最优波长链路。同时对光系统进行全网数字化建模，通过全网光纤路径连通可达性探测和光电协同自动调测能力实现波长链路的自动化开通。在业务创建前，光层线路资源处于未连接状态，对外体现为算网资源池里的空闲光线路资源，当动态部署的电层业务需要光层连接时，管控系统可在业务的源/宿节点间快速打通波长链路，满足业务的快速部署和动态调整需求。(六)智能管控(六)智能管控1.多因子算路综合考虑多种算路因子，实现全光运力资源最优利用。算力业务的多样性要求全光运力规划时不仅要考虑带宽、时延

41、、可靠性等基本算路因子，还应考虑诸如能耗、链路利用率、算力资源等算网场景下特有的算路因子。不同业务因 SLA 不同，对算路因子类型需全光运力研究报告（2022 年）23求不同，需要用到多种算路因子。需要持续探索基于多种算路因子的网络规划算法技术，在满足算力业务差异化承载需求的同时，实现全光运力资源的最优利用。面向未来，全光运力基于多因子算路技术，引入 AI 智能，使能对网络资源状态和使用状况进行历史分析和预测，从而更加精准高效地使用网络资源。来源：中国信息通信研究院图 15 多因子算路技术2.光缆网数字化光缆网数字化技术识别光缆资源状态，助力全光运力安全运转。光纤质量劣化引起的衰减增大、路由同

42、沟同缆等情况，会造成业务路由计算和规划风险。光缆网数字化技术通过引入 AI 建模和大数据分析技术，实现光纤光缆质量实时可视、可预测、可追溯，支持识别同沟同缆路由风险，掌握光纤哑资源可用现状，确保上层 OTN 网络的智能调度特性充分发挥其性能，并在网络需要新增物理链路时，快速识别和锁定可用光纤资源。全光运力研究报告（2022 年）24来源：中国信息通信研究院图 16 光纤链路质量检测系统(七)绿色节能(七)绿色节能基于设备、机房和网络多层次立体化节能降耗技术，使能全光运力绿色运转，实现全网能耗可视可管可优。设备级节能基于对设备和网络业务监控，实现“空闲端口/光模块关闭节能”、“空闲链路通道关闭节

43、能”，基于链路流量负载率驱动动态节能，实现设备高集成度、高速率、光电融合一体化架构节能，降低单个设备的能耗。机房级节能充分利用好数据中心机房的低 PUE 优势，研究新一代光网络设备在数据中心机房的最佳部署方式，例如前进后出风、冷热区隔离、高压直流供电等，实现机房级的节能。网络级节能通过全网能耗预测技术，基于管控系统构建全网能耗地图，将能耗作为约束因子引入网络调优、链路计算的过程，优先选择全光波长链路，降低电层转发板卡能耗，实现网络级的节能。全光运力研究报告（2022 年）25来源：中国信息通信研究院图 17 全光运力多层次节能技术五、全光运力评估指数全光运力面向未来演进和转型，需要光缆层、设备

44、层、网络层、管控层一系列技术支撑，为了更好的引导网络的发展建设，有必要建立一套评估体系，从全光运力规模、全光运力覆盖、全光运力质量、全光运力效能等多个维度对全光运力进行评估，促进全光运力向超大带宽、超低时延、安全可靠、泛在覆盖、灵活敏捷、智能管控、绿色节能方向发展。全光运力规模：超大宽宽是全光运力的核心特征，对全光运力的整体带宽能力进行评估，并通过不同时期的纵向比较，可以判断运力规模的发展状况和发展速度，此为依据可以科学指导网络适度超前建设，使之与数字经济的发展需求保持匹配。全光运力研究报告（2022 年）26全光运力覆盖：全光运力不断向城域边缘延伸部署，通过全光交叉节点部署率、重要场所覆盖率

45、等维度可以对一个区域内全光运力泛在覆盖的情况进行评估。全光运力质量：全光运力依据时延测量技术构建分级时延圈，满足运力业务超低时延的需求。通过定义全光运力质量指标，对全光运力的传输时延、业务带宽等服务质量进行考察，助力全光运力高品质承载。全光运力效能：全光运力通过品质专线用户数指标体现了全光运力的服务能力。绿色节能是未来网络发展的重要方向，系统评估网络的整体能效水平，对于牵引网络实现能耗优化也是非常重要的维度。从规模、覆盖、质量、效能不同维度对全光运力发展情况进行评估的全光运力指数如图 18 所示。来源：中国信息通信研究院图 18 全光运力指数 1.0全光运力评价指数定义如表 3 所示。全光运力

46、研究报告（2022 年）27表 3 全光运力指数编号指标分类指标涵义单位编号指标分类指标涵义单位一级指标二级指标三级指标1光网络规模光缆里程光缆总里程区域内的光缆总里程皮长公里2连接带宽传送网络连接带宽区域内传送网（WDM/OTN）线路侧链路带宽总和Tbps3传送网省际出口带宽省内干线传送网系统出省带宽之和Tbps4光网络覆盖连接覆盖率全光波长调度站点部署率区域内核心层部署波长调度OXC 或 ROADM 的传送站点数/传送站点总数%5重点场所的OTN 覆盖率区域内重点场所部署 OTN 设备的站点数目/区域内重点场所站点总数%6光网络质量时延核心节点间连接时延区域内面向算力中心、数据中心核心光网

47、络节点间的连接传输时延ms7连接速率核心节点间传送连接带宽区域内面向算力中心、数据中心核心光网络节点之间的连接传输带宽Tbps8光网络效益专线数量政企 OTN 专线用户数量区域内政企专线总数量万个9连接能耗核心站点传输设备单位带宽能耗区域内光网络核心站点单位带宽的综合耗电量kW/Gbps来源：中国信息通信研究院六、全光运力未来展望在以万物感知、万物互联、万物智能为特征的数字经济时代背景下，算力作为新生产力，是产业数字化稳增长的关键引擎，是推动数字经济发展的核心力量。算力的供给和使用，数据的采集、处理和使用，用户服务的申请、获取和使用均以可靠的网络连接为基础，作为连接用户、应用、数据和算力的桥梁

48、，运力是算力服务乃至数字经济的关键承载底座。以 OTN 技术为核心的全光运力具备超大带宽、超低时延、安全可靠等技术原生优势，未来将通过泛在接入、波长扩展等实现泛在全光运力研究报告（2022 年）28覆盖，支持 OTN 网络能力向客户的延伸，同时进一步增强灵活感知、光电协同、绿色低碳、智能管控等能力。全光运力作为千行百业数字化转型的关键支撑，宜以数字经济和产业数字化转型未来需求目标为指引和方向，有步骤、有节奏、适度超前开展建设。一是夯实全光运力底座，引导基础设施布局。围绕强化数字转型，坚持适度超前原则，加快以全光网为代表的通信网络基础设施建设，以建带用，以用促建，推动运力基础设施水平的持续提升。

49、着力构建以 OTN 全光组网为基础，融合超大带宽、超低时延、安全可靠、泛在覆盖、灵活敏捷、智能管控及绿色节能特性的全光运力底座。引导全国范围内的全光运力建设布局，完善国家枢纽算力节点和大数据中心集群间的直连光纤路由，推动传统光网络基础设施绿色化升级，加快打造满足算间品质互联、用户灵活入算、运力协同管控的新型运力基础设施体系。二是坚持创新驱动，促进核心技术研发。充分发挥我国超大规模市场和新型举国体制优势，紧扣科技自立自强的要求，打造全光运力软硬件协同创新生态体系，以多元化、系统化创新带动全光运力产品链条升级。加强全光运力核心技术创新，推动超大带宽、泛在接入、灵活感知、网络节能等关键技术攻关、产品

50、研发及标准化布局，着重弥补关键光芯片器件模块的短板薄弱环节。加强产学研用协同机制，引导运营商、设备商、芯片器件厂商及科研院所广泛协作，共同推动光电协同、智能管控、绿色节能等领域的研发和实践，推动全光运力关键技术加速发展。全光运力研究报告（2022 年）29三是丰富全光运力应用，强化行业赋能。深入挖掘全光运力在智能制造、智慧城市、智慧矿山、智慧医疗等场景的融合新型应用，完善运力供需对接。培育孵化全光运力典型应用，通过创新应用大赛、示范工程等形式推动全光运力在垂直行业的应用创新和试点推广，打造行业应用标杆，充分发挥对制造、金融、教育、医疗、能源等千行百业的赋能作用，加快传统行业数字化转型。充分利用

51、产业发展联盟等组织形式协同产业链各关键主体，实现资源优势互补，引导中小企业向“专精特新”发展，构建大中小企业融通发展、产业链上下游协同创新的行业发展新格局。四是持续完善评价体系，促进全光运力高质量发展。持续完善健全全光运力评估评价体系，从全光运力的规模、覆盖、网络质量、效能及赋能行业应用能力等多个维度进行优化评估，及时掌握全光运力的现状和差距，更好的指引全光运力的建设和发展。推动构建全光运力技术创新应用公共服务平台，联合产业各方积极开展全光运力新型技术及质量标准等验证评估，加速构建全国性和区域性的全光运力服务质量监测体系，以“测”促“建”，以“测”促“用”，有效推动全光运力的高质量发展。算力时代全光运力承担了重要的数据“运力”功能，面临着多方面的挑战，也迎来了历史性的发展机遇，我们呼吁产业链各环节凝心聚力、共同行动，推动全光运力技术产业良性演进，助力数字经济高质量发展。中国信息通信研究院 技术与标准研究所中国信息通信研究院 技术与标准研究所地址：北京市海淀区花园北路地址：北京市海淀区花园北路 52 号邮编：号邮编：100191电话：电话：传真：传真：网址：网址：