下一代互聯(lián)網與云接入(光電子進展)

1、報告人：劉德明華中科技大學下一代互聯(lián)網接入系統(tǒng)國家工程實驗室下一代互聯(lián)網與云接入技術華中科技大學教授，下一代互聯(lián)網接入系統(tǒng)國家工程實驗室主任。中國下一代互聯(lián)網專家委員會專家、中國宇航學會光電子專業(yè)委員會常務委員、中國電子商會物聯(lián)網技術專業(yè)委員會副秘書長、中國國際光電博覽會主席團副秘書長、武漢中國光谷物聯(lián)網產業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長。主持和承擔完成50余項國家和省部級項目，獲國家技術發(fā)明獎二等獎1項、國家發(fā)明三等獎1項、湖北省技術發(fā)明一等獎1項、教育部自然科學一等獎1項，其它省部級二等獎4項；有30多項科技成果通過省部級鑒定，國家發(fā)明專利50余項，發(fā)表100余篇學術論文，出版教材和專著4部。報告人簡

2、介報告內容 下一代互聯(lián)網（NGI）一 三網融合及光接入技術二 云計算與云接入技術四 物聯(lián)網感知接入技術三 NGIA國家工程實驗室五一、下一代互聯(lián)網（NGI）互聯(lián)網發(fā)展面臨重大挑戰(zhàn)互聯(lián)網是現(xiàn)代社會最重要的信息基礎設施之一，對世界政治、經濟、文化、科技、軍事、社會生活和國家安全等方面產生著重大影響?；ヂ?lián)網發(fā)展水平已成為衡量一個國家綜合實力的重要標志。2011年2月3日， 國際互聯(lián)網名稱和編號分配機構(ICANN)公布了一條可以載入互聯(lián)網史冊的新聞：“最后一批IPv4地址今天分配完畢，IPv4地址總庫已經枯竭?！贝讼⒁馕吨鴱?011年開始，全球都將面臨由于IPv4地址短缺而造成的發(fā)展受限問題IPv

3、4地址即將耗盡，促進了各國對基于IPv6的下一代互聯(lián)網的研究、發(fā)展和應用下一代互聯(lián)網（NGI）“下一代互聯(lián)網”是指在目前互聯(lián)網技術優(yōu)勢的基礎上創(chuàng)新解決互聯(lián)網所面臨重大技術挑戰(zhàn)的新一代互聯(lián)網網絡地址資源足夠豐富： IPv4地址空間有232 （43億）個地址；下一代互聯(lián)網將有2128個地址空間，是現(xiàn)有互聯(lián)網的1029倍。如果地球表面鋪上一層沙子，那么每一顆沙子都可以擁有一個IP地址?；A設施更加先進：支持100Mbps以上的端到端接入網絡更加安全、可信、可控、可管、節(jié)能更加智能地實現(xiàn)人與人、物與人、物與物互聯(lián)主要國家戰(zhàn)略布局和規(guī)劃措施美國IPv6部署計劃 擁有IPv6地址數(shù)量在全球名列前茅 200

4、8年7月美國行政管理和預算局（OMB)宣布各政府機構網絡已經支持IPv62009年5月美國聯(lián)邦政府CIO委員會發(fā)布“美國政府內部向IPv6過渡路線圖”，宣布2011年將完成向IPv6的過渡歐洲IPv6部署計劃歐盟IPv6工作組2008年5月發(fā)布IPv6路線圖最新版本計劃到2010年，25%的用戶、政府部門、TOP100網站采用IPv6協(xié)議主要國家戰(zhàn)略布局和規(guī)劃措施日本的IPv6部署計劃2007年8月，日本總務省成立“互聯(lián)網向IPv6過渡調查研究委員會”，提出IPv6過渡計劃日本總務省、JPNIC、電信和互聯(lián)網運營商協(xié)會等共同組成“IPv4地址枯竭工作組”，于2009年10月發(fā)布IPv6行動計劃

5、，幾乎所有ISP都加入該計劃，并將于2011年4月啟動IPv6服務韓國的IPv6部署計劃韓國建設了6個下一代互聯(lián)網交換中心中國的下一代互聯(lián)網（CNGI）我國于上世紀90年代啟動了下一代互聯(lián)網的研究2003年啟動下一代互聯(lián)網示范工程（CNGI）的建設，覆蓋了20個以上的城市，60個節(jié)點300多個駐點網，已經建成世界上最大的IPv6骨干網絡。我國2008年底啟動下一代互聯(lián)網業(yè)務試商用和產業(yè)化專項，推動我國下一代互聯(lián)網從技術試驗向試商用轉型，實施了一系列的IPv6應用，已在2008年北京奧運會和2010年上海世博會上獲得成功應用。在標準方面，到目前為止，我國通信標準化協(xié)會已經發(fā)布了38項IPv6行業(yè)

6、規(guī)劃，為我國IPv6健康穩(wěn)定地發(fā)展奠定了基礎。截止到2011年5月17日，我國擁有的IPv6地址數(shù)為美國的2.5%，德國的3.87%，排名全球第16位。差距明顯，形勢嚴峻主 任：鄔賀銓（工程院）副主任：吳建平（清華大學）錢華林（中科院計算機網絡信息中心）云曉春（國家計算機網絡應急技術中心）成 員：胡啟恒（中國互聯(lián)網協(xié)會）方濱興（北京郵電大學）于 全（總參61所）楊 杰（中國電信集團公司）沙躍家（中國移動通信集團公司）馮 飛（國務院發(fā)展研究中心）毛 偉（中國互聯(lián)網絡信息中心）蔣林濤（工業(yè)和信息化部電信研究院）郭云飛（中國人民解放軍信息工程大學）尤肖虎（東南大學）張宏科（北京交通大學）李紅濱（北京

7、大學）錢德沛（北京航空航天大學）劉德明（華中科技大學）張 凌（華南理工大學）汪文勇（電子科技大學）李忠誠（中科院計算所）唐 暉（中科院聲學所）徐 紅（中國國際工程咨詢公司）劉 東（北京天地互連信息技術有限公司）查 鈞（華為技術有限公司）范洪福（中興通訊股份有限公司）中國下一代互聯(lián)網（CNGI）專家委路線圖和時間表二、三網融合與光接入技術影響之一：廣電媒體的傳統(tǒng)傳輸壟斷被打破，新興媒體及渠道迅速崛起；影響之二：加速寬帶的普及和推廣，加速終端的融合和互聯(lián)網化；影響之三：通過網絡運營商平臺提供服務；影響之四：開放平臺，內容服務商繞過電信運營商，直接通過互聯(lián)網向用戶提供內容?；ヂ?lián)網發(fā)展對廣電、電信的的

8、巨大影響 三網融合從破冰到發(fā)展1997年4月，國務院在深圳召開全國信息化工作會議，首次提出三網的概念廣電網、電信網和計算機網的合一國辦發(fā)【1999】82號文，規(guī)定“電信部門不得從事廣播電視業(yè)務，廣播電視部門不得從事通信業(yè)務，對此必須堅決貫徹執(zhí)行”2000年10月，中共中央關于制定國民經濟和社會發(fā)展第十個五年計劃的建議提出“促進電信、電視、計算機三網融合”，三網融合首次寫入中共中央的文件2005年10月，中共中央關于制定國民經濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃的建議提出“加強寬帶通信網、數(shù)字電視網和下一代互聯(lián)網等信息基礎設施建設，推進三網融合，健全信息安全保障體系”國辦發(fā)【2008】1號文提出,加強寬

9、帶通信網、數(shù)字電視網和下一代互聯(lián)網等信息基礎設施建設，推進“三網融合” 國辦發(fā)【2009】26號文提出，落實國家相關規(guī)定，實現(xiàn)廣電和電信企業(yè)的雙向進入，推動“三網融合”取得實質性進展2010年1月13日，國務院常務會議通過總體方案（5號文）提出1禁止2推進3“促進”到“加強”網絡能力廣電部門電信部門骨干網貧弱；大部分地區(qū)有線部門沒有形成完整的城域網；網絡彼此分割三張覆蓋全國的網絡，互聯(lián)互通較為通暢服務能力掌握豐富的內容資源，擁有成熟的內容運作經驗，缺乏雙向業(yè)務服務能力缺乏對內容掌控力，擁有多元的業(yè)務/服務支撐能力，成熟的客戶管理能力市場能力未完全實現(xiàn)企業(yè)改制，政企不分，企事不分，管辦不分，缺乏

10、市場經營能力完全市場化的運營主體，現(xiàn)代化的企業(yè)管理機制、激勵機制和決策機制管理體制實施屬地化管理，可以獲得地方政策支持實行垂直管理，難以獲得地方政策優(yōu)勢，但便于調動全國資源廣電和電信雙方在三網融合中互有優(yōu)勢三網融合使傳統(tǒng)廣電傳輸渠道壟斷被打破，電信專網、寬帶互聯(lián)網等新媒體載體地位迅速崛起。電信網絡、互聯(lián)網以及移動互聯(lián)網的媒體載體屬性逐漸增強，媒體地位迅速崛起。電信網絡IPTV業(yè)務（電信專網）互聯(lián)網、移動互聯(lián)網視頻網站、網絡電視、手機電視、微博廣電有線網絡高清互動數(shù)字電視媒體的傳統(tǒng)傳輸壟斷被打破加速寬帶的普及和推廣 2006年2010年，基礎電信企業(yè)的互聯(lián)網寬帶接入用戶分別新增1454.9萬戶、

11、1561.1萬戶、1701萬戶、2034.7萬戶、2236萬戶。目前，我國的寬帶接入普及率超過10%，發(fā)展處于成長期，用戶規(guī)模仍將迅速增長。 三網融合促進終端融合。手 機通信功能互聯(lián)網功能視頻功能計算機互聯(lián)網功能通話功能視頻功能電視機看電視互聯(lián)網功能通信功能智能手機智能電視機Pad終端無處不在的電視服務、無處不在的通信服務、無處不在的網絡服務加速媒體終端的融合和互聯(lián)網化加速媒體終端的融合和互聯(lián)網化智能手機、互聯(lián)網電視機的發(fā)展迅猛20%2010年電視總出貨中，有將近20%的電視具備聯(lián)網功能 1.23億根據DisplaySearch預測，2014年全球聯(lián)網電視出貨將達到1億2千3百萬臺，年增長30

12、% 圖一：2009-2014年全球聯(lián)網電視按區(qū)域出貨量預測（單位：千臺）資料來源: DisplaySearch Quarterly TV Design and Features Report1. 互聯(lián)網電視機尼爾森最新報告顯示，今年5月，美國市場智能手機銷量首超功能型手機，兩者所占比例分別為55%和45%。2. 智能手機通過網絡運營商平臺提供服務 內容服務商通過在網絡運營商平臺上植入客戶端或租用頻道，進行內容分發(fā)運營服務。直接互聯(lián)開放平臺 內容服務商繞過電信、有線電視運營商的業(yè)務集成平臺，直接通過互聯(lián)網向用戶提供業(yè)務和內容服務。如iphone、ipad的ios系統(tǒng)以及Androi系統(tǒng)和互聯(lián)網電

13、視等。寬帶接入：國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)的基礎互聯(lián)網電信網廣電網 物聯(lián)網寬帶接入 我們要在發(fā)展新能源汽車以及電信網、廣播電視網和互聯(lián)網三網融合等方面取得實質性進步，并要進一步促進物聯(lián)網的研發(fā)和應用。 國務院總理溫家寶政府工作報告 “光纖之父”高琨博士榮獲2009年諾貝爾獎光纖通信引起通信技術的一場革命科學美國人評價：如果沒有光纖通信，就不會有今天的互聯(lián)網和通信網絡接入瓶頸接入網的機遇和挑戰(zhàn)驅動力與機遇： 系統(tǒng)擴容 Bandwidth abundance網絡扁平化 Fiber to the X網絡融合 Triple-play業(yè)務融合 IPTV, video communication, SAN運營競爭

14、 MSO vs Telco / ILEC / CLEC / Muni新政策法規(guī)推行 Service unbundling 接入技術挑戰(zhàn)：大容量與降低用戶成本（ 100+ Mbps per subscriber）高帶寬覆蓋與降低運維成本全業(yè)務服務與低服務成本: voice, data, and video全IP業(yè)務平滑升級 (VoIP, IPTV）寬帶接入定義：過去： 256 kbps現(xiàn)在：20 Mbps網絡的作用：人際互聯(lián)：P2P, P2MP ,MP2MP物際互聯(lián)：物聯(lián)網 移動性需求：語音移動 (手機)數(shù)據移動 (無線 PC)視頻移動 (3G, 4G)業(yè)務融合：三網融合 (voice, dat

15、a, video)家庭網絡 (視頻安防, 智能家電, 視頻電話, 遠程醫(yī)療, ,）寬帶接入業(yè)務帶寬需求：Voice (3-lines)400 KBPSData5-10 MBPSSDTV (3-Channels)9-12 MBPSHDTV9-19 MBPSTotal23-42 MBPS未來帶寬需求預測：大于100Mbps 高清電視, 虛擬現(xiàn)實、高清互動游戲, 互動視頻, 數(shù)字相冊等高帶寬業(yè)務將要求家庭網絡接入帶寬：雙向對稱100 Mbps . 回顧歷史，通信業(yè)的發(fā)展總是得到技術的強有力驅動并不斷增強其功能：1840s: 電報1870s: 電話1890s: 無線電通信1920s: 無線電廣播195

16、0s: 電視廣播 1960s: 衛(wèi)星通信1970s: 計算機通信1980s: 光纖通信1990s: 互聯(lián)網與移動通信2000s: FTTx與三網融合回顧歷史多種接入技術并存Fiber Optics FTTPCOAX Cable (CATV)Broadband Power LineFixed WirelessWi-FiWiMAXSatellite3 or more3G Cellular NetworksTwisted Copper Pair依據終端用戶帶寬需求選擇接入技術接入網技術演變：網絡融合且扁平化、IP化、寬帶化交換網絡扁平化IP化ADSL2支持帶寬提升線路結構保持不變交換網絡結構復雜AD

17、SL支持帶寬有限配線解決用戶接入寬窄帶綜合化全IP帶寬提供能力有飛躍線路結構發(fā)生根本變化，光纜越來越靠近用戶傳統(tǒng)接入網ADSL軟交換AGADSL2+PON接入技術接入網的技術演進寬帶光接入網的定義寬帶光接入網是指由用戶網絡接口與相關的業(yè)務節(jié)點接口之間，全程以光纖作為傳輸媒質，或者以光纖作為主干傳輸媒質，以金屬線或者無線作為用戶末端傳輸媒質，采用各種寬帶承載技術的一系列信息傳送實體所組成全部設施 光接入技術FTTx 接入技術 有源接入 最后一段用銅線或無線接入 無源接入 主光纖利用分支器分配給多個用戶 (3264) 無源接入 每個用戶接入一根光纖 有源接入 多級光纖交換機將光纖接入每個用戶. F

18、TTP：光纖以太網交換機接入FTTP： 無源光纖接入網FTTNFTTC：光纖到節(jié)點/路邊交換機Passive Optical Network 無源光網絡OLTONUO ptical Line Terminal 光線路終端Optical Network Unit 光網絡單元 Passive Optical Splitter 無源分光器ONUONU PON是一種點到多點（P2MP）結構的無源光網絡； PON是無源光網絡的簡稱（Passive Optical Network ）； PON由光線路終端OLT（Optical Line Terminal）、光網絡單元 ONU（ Optical Netwo

19、rk Unit）和無源分光器POS（Passive Optical Splitter）組成。Passive Optical Splitter 無源分光器無源光網絡（PON）接入技術PSTNNGNInternetCATV家庭用戶10BASE-T TE POWER 政府用戶交互式游戲虛擬現(xiàn)實遠程辦公互聯(lián)網網絡電話網絡視頻有線電視立體電視高清電視2 層19 層ONU企業(yè)用戶ONUONU無源光網絡：光纖接入的主流技術光纖分配網ODN局端設備OLT用戶終端ONU光纖光纖光纖電信局與用戶之間由光纖和無源器件構成的光纖接入網無源光網絡發(fā)展前景每年有超過1000億元的市場帶動數(shù)千億的服務業(yè)產值規(guī)模國家戰(zhàn)略性新

20、興產業(yè)重要發(fā)展方向xPON技術TDM-PONB-PONEPON/GEPON/10GEPONGPON/10GPONWDM-PONHPON（Hybrid WDM/TDM PON)RPON（Radio over PON）下行連續(xù)信號傳輸TDM-PON信號傳輸技術上行突發(fā)信號傳輸下行數(shù)據廣播發(fā)送下行波長為1490nmOLT發(fā)送的混合數(shù)據通過Splitter到達每個用戶的ONU；每個ONU只接收發(fā)給自己的數(shù)據，丟棄其它數(shù)據；上行數(shù)據采用時分多址接入方式(TDMA )上行波長為1310nm每個ONU在OLT允許的時間段內向OLT發(fā)送數(shù)據；無需沖突檢測報文不需要分片WDM-PONWDM-PON采用波長作為用

21、戶端ONU的標識，利用波分復用技術實現(xiàn)上行接入，能夠提供較寬的工作帶寬，可以實現(xiàn)真正意義上的對稱寬帶接入.混合波分時分無源光網絡(HPON) WDMTDM樓內布線室內布線1層2層3層射頻無源光網絡（RPON）樓內光分配網室內光接入點WiFi over FiberRadio over FiberAll-optic Mobile access 單纖接入1024終端，30Mbps/終端高帶寬大容量接入 接入距離60100km大范圍長距離接入下一代光接入技術：接入擴容與距離延伸1:32單纖接入終端少1020km接入距離：延伸35倍 60100km新器件和新技術接入擴容：多用戶分攤成本距離延伸：降低運維

22、成本1:1024接入容量：增大32倍單纖接入1024終端 機房多管線多用戶終端1:32城域網 節(jié)點低成本的高帶寬、大容量、長距離光接入 各國投巨資研究和爭奪主導權！基于SOA的無源光網絡接入擴容與距離延伸技術2010年度國家技術發(fā)明獎二等獎建立國內外首個基于半導體光放大（SOA）的大容量高帶寬長距離無源光網絡系統(tǒng)，單纖接入用戶終端數(shù)可增大32倍，接入距離可延長35倍，低成本實現(xiàn)了無源光網絡接入擴容與距離延伸，無源光網絡綜合接入成本降低35%發(fā)明了增益鉗制波長變換器和基于全光波長變換的混合波分時分復用無源光網絡，研制了基于SOA的無源光網絡接入擴容與距離延伸器件和系統(tǒng)。獲發(fā)明專利授權13 項，核

23、心專利技術被國際標準采納，項目應用已產生重要的經濟和社會效益。對于促進我國光纖接入網領域的技術進步、實現(xiàn)“三網融合光纖到戶”有積極推動作用。成果總體達國際領先水平。xPON技術發(fā)展趨勢現(xiàn)有技術發(fā)展 EPON：設備互通性完成、產業(yè)鏈已經成熟，下一步將更關注網絡的運維管理與業(yè)務承載能力； GPON：標準制訂完畢，技術成熟，但目前缺少大規(guī)模市場應用的檢驗；技術的演進 EPON：演進方向為10G EPON，可實現(xiàn)與1G EPON在同一個ODN下共存，平滑升級； GPON：演進分成XGPON1和XGPON2兩個階段；WDM PON：隨光器件成本的下降將成為趨勢，但目前需要標準的制訂與推動。PON接入技術

24、的演進路線PON的演進路線明確清晰！下一代無源光網絡（NG-PON）10Gbps及以上的傳輸速率。上下行對稱10Gbps或者下行10Gbps上行1Gbps的非對稱系統(tǒng)。更高的分路比。下一代PON應支持至少1:64的分光比，光功率預算也包括20dB、24dB甚至28dB等。更強的組網能力。下一代PON主要是面向FTTB/C/N等場景的業(yè)務需求，因此在設備形態(tài)、功能與性能、業(yè)務管控等方面得到顯著提升以滿足組網的需求。對EPON/GPON的兼容性?？紤]到目前已經大量部署的EPON和GPON系統(tǒng)，下一代PON系統(tǒng)應該兼容EPON和GPON，以確保網絡的平滑演進，保護既有投資.NG-PON重點解決的三大

25、問題低成本的高速率、大容量、長距離光接入NG-PON的演進方向下一代接入（NGA）小組將NG-PON演變劃分兩個階段：NGPON1和NGPON2。 NGPON1是個過渡的演進方案，在兼容現(xiàn)有無源光分配網絡的基礎上，通過擴展GPON標準過渡到10G GPON。 NGPON2則是基于全新光網絡的長期的演進方案，其目標是提供一個獨立的下一代光網絡接入方案，該方案不再受制于現(xiàn)有的GPON標準和光分配網絡。NG-PON發(fā)展計劃（1）ITU-T在2008年12月為啟動NG-PON1標準，它有兩個主要的備選架構：XGPON1和XGPON2 。 XGPON1是下行10Gbps上行2.5Gbps的非對稱系統(tǒng)；X

26、GPON2是上下行10Gbps的對稱系統(tǒng) 。 NG-PON發(fā)展計劃（2）ITU-T在2008年12月為啟動NG-PON1標準，它有兩個主要的備選架構：XGPON1和XGPON2。XGPON1是下行10Gbps上行2.5Gbps的非對稱系統(tǒng),它追隨ITU定義的GTC層發(fā)展 ；XGPON2是上下行10Gbps的對稱系統(tǒng)，它會向IEEE 802.3av工作組制定的10G EPON標準靠攏。NG-PON2被賦予了足夠的發(fā)揮空間 ，目前正在研究諸如DWDM-PON和40Gbps的可選方案 ，它可能會采用備受關注的WDM-PON技術。三網融合背景下FTTx技術發(fā)展趨勢FTTH將成為新建場景的主流模式10G

27、 EPON將是NG PON的主要技術WDM PON將是中長期發(fā)展趨勢三網融合為FTTx應用提供了更廣闊的發(fā)展空間更高速的PON技術將逐步應用針對目前FTTH建設模式，按照1：64分路比計算，EPON每用戶保證帶寬可達到15Mbps， GPON帶寬高于EPON帶寬1倍，考慮用戶帶寬需求每年增長50%80%，只能比EPON多用1年半。為滿足高清視頻，3D視頻等未來高帶寬業(yè)務的需求，戶均接入帶寬將跨入100M的水平，而目前的EPON和GPON均不能滿足需求。FTTH模式下，由于接入網”大容量，少局所”的要求，對大分光比的追求將十分迫切，1：64，1：128甚至1：256等高分光比應用對PON技術的線

28、路速率要求更高。10GEPON帶寬是EPON的10倍，在對稱模式下分光比目前可以做到1：256，能夠真正滿足幾年后的帶寬需求。綜上，2011年開始，以10G EPON為主的更高速的PON技術將逐步應用。-Cost-effective spectral efficiency and chromatic dispersion resilience-Fine-grained, dynamic bandwidth allocation and single-platform support for heterogeneous services, including radio backhaulRef:

29、 N. Cvijetic, D. Qian, T. Wang & S. Weinstein, “OFDM for next-generation optical access networks”, IEEE WCNC Optical-Wireless Workshop, April 18, 2010.OFDM-PON高階調制格式More Modulation StatesHigher-order modulation formats:Several bits are encoded in one symbolIncrease ofspectral efficiencyHigher data r

30、ates(200G, 400G, 1000G)Fulfillment of future capacity requirementsReduced transmission reachHigher system complexity40 Gb/s0.8 bit/s/Hz10 Gb/s0.2 bit/s/Hz100 Gb/s2.0 bit/s/Hz200 Gb/s4.0 bit/s/Hz10 GHz, 256 subcarriers10.0 bit/s/HzOFDM高階調制信號的產生Signal generation: Trade-off between electrical and optic

31、al complexityIQ-Modulator based TX with electrical multi-level driving signalsExample Square 16QAM:4-level driving signalsSquare 16QAM高階調制信號的產生Tx complexity can be shifted from the electrical to the optical domain:Transmitters with binary driving signals possible for any formatExample: Square 16QAM

32、Tx with binary driving signalsHigher number of optical modulators!Binary driving signals!高階調制信號的相干接收Receiver sensitivity Digital signal processingLaser linewidth requirementsEfficient electrical equalization All-Optical NetworksWDM, Optical amplifiers - high rates, long reach multicastingOptical rou

33、ting and switching - power localization, narrow casting, long reach, high utilizationIncrease in capacities (major difference between fiber bandwidth and link rates) decrease in cost Trade bandwidth utilization for lower cost Only with new architectures!x1001970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 20

34、02 2006 2010 2014 2018 2020 2024Fiber trunksIncreasing line speedsDispersion managede-switched architectureCore optical switching1st disruptive technology - WDM fiber links2nd disruptive technology - optical switching3rd disruptive technology - direct optical access4th disruptive technology - new tr

35、ansport mechanismsElectronic access, PONFlow switching direct optical accessLimit of WDM/optical switching technology ?Optical network revolution and disruptive technologiesComputing1 10 102 103 104 105 106Subscriber costWe can trade bandwidth utilization for lower cost !Massive data ingestion rate,

36、 meta-data processingDistributed large volume data storage for efficiency and redundancyDistributed high speed computing servicesSOA, cloud computing, financial/medical/defense applications.Bursty user demand Flow switching of unscheduled high volume dataLow blocking and latency Need cost effective

37、transportDistributed data processing, storage, Computing and service application Networkas a Service-busData ingestData ingestStorageStorageProcessingStorageProcessingProcessingUserUserBursty, unscheduled, high speed and large volume Optical Flow Switching - OFSWANMANMANDistributionnetworkSchedulers

38、1s2d1d2All-optical, end-to-end flow of large transactions that bypass routersOFS used for 1 s end-to-end transparent transactions - drains heavy tailScheduling prevents collisionsOff-band signaling for reservation, scheduling, setup ( 100ms)Users from MAN multiplex transactions across WAN via dynami

39、c distribution networksWAN channels接入器件：光電集成降成本PIC ChipDataCATVTx LD & PD1310 nmRx PD1490 nmRx PD1550 nmWDMOptical PortMIC ChipLDTIAATCSPDMTxRxVideoTx LD & PD1310 nmRx PD1490 nmWDMOptical PortPIC ChipMIC ChipLDTIAATCSPGNDTxDC powerRxDuplexerTriplexer光電集成技術演進路線圖Box LevelPre-packaged devices connected

40、 by fibersPresentSize & CostFunctionality & PerformanceBoard LevelChips and sub-components assembled on silicon bench, and/or metal carriersNextChip LevelChips connected with each other by hybrid or monolithic integrationFuture接入網光纖光纜：抗彎曲FTTH需要彎曲不敏感光纖，光纖的彎曲半徑減小到5mm左右光纖彎曲時需要關注的性能一、低的彎曲附加損耗（Bending In

41、duced Loss: BIL）；二、光纖長期處于彎曲狀態(tài)下的斷裂風險，即與使用壽命相關的光纖機械性能可靠性。智能ODN：光纖光纜可控可管光系統(tǒng)的布設必須能夠滿足25-50年的帶寬的增長與升級ODN 光纖網絡結構價值體現(xiàn)ODN 建設與運維費用約占到 FTTH 工程的 50%基于光分支器的無源ODN網絡性能難監(jiān)測、故障難定位當前海量光纖的標識、測試和管理方法原始 運維成本非常高、制約FTTH大規(guī)模建設進程2. ODN海量光纖標識、監(jiān)測和診斷的自動化和標準化是減低成本的必由之路自動化是保障光鏈路可靠性、降低維護成本和提升服務質量的關鍵標準化是與設備標準化對等的線路標準化，是規(guī)模化和成熟化的前提現(xiàn)有

42、技術的問題技術需求保持ODN無源特性 高損耗條件下的大動態(tài)范圍、高靈敏度、高分辨率 清晰分辨和診斷對等的光分支鏈路 帶外運行，不影響正常業(yè)務 支持多級結構（饋線-配線-入戶）現(xiàn)有方案PON時域反射計（ONU增加反射光纖光柵）(PON-OTDR) 光分支器處用光開關旁路監(jiān)測光信號 (OS-OTDR) 寬譜光源 + 光分支器串聯(lián)光譜取樣光柵 (SS-FBG) 現(xiàn)有技術的問題PON-OTDR成本較低但是:用戶光纖長度須不等定位能力差（信號減弱、噪聲、斷點位置光纖長度相同時無法辨認）難以標識各個光纖支路現(xiàn)有技術的問題OSW-OTDR對OTDR要求較低但是:破壞了ODN無源特性，維護成本高不具備標識支路

43、的功能 光開關成本較高 現(xiàn)有技術的問題SS-FBG能夠標識和分辨各個支路端口但是:定位能力很差(寬譜光源功率密度非常低)對FBG濾波器要求高，單支路成本增加明顯 寬譜光源創(chuàng)新研究思路ODN光域時空二維標識與測量分析理論和技術 單支路（時間標識）和多支路（空間標識）的二維標識理論、方法和器件模型 時空二維特性并行測量與高性能檢測方法時間信息和空間信息無沖突定位和診斷方法基于低成本相干檢測的超高靈敏度和大動態(tài)范圍光探測技術低成本多波長光源和光源復用技術ODN自動監(jiān)測和診斷系統(tǒng) 基于時間標識的傳輸性能檢測和故障定位技術基于空間標識的端口定位和故障診斷技術三、物聯(lián)網感知接入技術從互聯(lián)網到物聯(lián)網隨著寬帶

44、業(yè)務技術的發(fā)展，互聯(lián)網信息容量呈現(xiàn)爆炸式增長，更多、更快、更好、更安全的下一代互聯(lián)網應運而生。下一代互聯(lián)網IP地址近乎無窮，可接入世界任何物體，構成“物聯(lián)網”。美國互聯(lián)網-II（Internet2）美國100100 計劃(CleanState Project)美國GENI歐洲EuroNGI美國FIND中國CNGI中國物聯(lián)網什么是“物聯(lián)網”？定義：物際互聯(lián)的智能信息網絡，通過裝置在各類物體上的智能傳感器（如RFID、光纖傳感器、微機械傳感器、二維碼等），經過接入系統(tǒng)與互聯(lián)網相連，從而給物體賦予智能，實現(xiàn)人與物、物與物、物與人的溝通和對話。使命：賦予物體智慧生命帶給人類美好生活內涵：感知與接入：傳

45、感器與智能接入傳送與互聯(lián)：下一代互聯(lián)網管理與運營：現(xiàn)代信息服務 物聯(lián)網的架構 物聯(lián)網：傳感接入+傳送互聯(lián)+應用服務物聯(lián)網帶給人們美好生活，使我們的社會更和諧!智能處理可靠傳送全面感知物聯(lián)網的產業(yè)鏈傳感器器件 芯片 模塊 上游產業(yè)-“智能感知”材料 標簽智能城市智能家居智能醫(yī)療智能環(huán)保智能政務智能物流智能商務多業(yè)務融合物聯(lián)網基礎建設無線傳感網接入設備軟件開發(fā)泛在網絡中游產業(yè)-“接入互聯(lián)”智能城市智能家居智能醫(yī)療智能環(huán)保智能政務智能物流智能商務下游產業(yè)-“應用服務”物聯(lián)網面臨的問題（1）傳感器問題 缺乏適合于低成本、大容量、高可靠、長期穩(wěn)定工作的物聯(lián)網傳感器，特別是面向民生應用的傳感器。（2）多傳

46、感器的網絡接入問題 各種傳感器接口及采集信息五花八門，在物聯(lián)網接入層面，缺乏融合各種異議構傳感網絡的接入協(xié)議。（3）基于信息融合的應用集成問題 由于各種識別和感知技術采集的物體信息各式各樣，必需通過信息融合技術對進行綜合分析和處理，在此基礎上實現(xiàn)對物體的自動化跟蹤、監(jiān)控和管理 (4) 技術標準問題 中國信息技術標準化技術委員會于2006年成立了無線傳感器網絡標準項目組。但是在世界標準組織缺少中國的聲音。物聯(lián)網接入技術智慧城市創(chuàng)新社會管理物聯(lián)網 武漢1+8城市圈環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網充分利用物聯(lián)網、傳感網和云計算等新一代信息技術，在感知、接入、計算和管理四個層面全面提升武漢“1+8”城市圈內環(huán)境信息化水

47、平，實現(xiàn)全面感知、智能決策、科學管理和環(huán)境治理，構建一個以環(huán)境質量持續(xù)改善為最終目標的環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網。 監(jiān)測“更快捷”、“更智能”！ 監(jiān)管“更有效”、“更全面”！ 決策“更科學”、“更智慧”！環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網實施方案水質監(jiān)測傳感器網絡開展對水體富營養(yǎng)化程度等的分布式動態(tài)實時監(jiān)測。建立特殊區(qū)域重點監(jiān)測傳感網，有助于環(huán)境監(jiān)測部門對太湖等富營養(yǎng)化水體的多項指標做及時的監(jiān)管和控制，針對應急情況做出快速反應；對避免水危機事件發(fā)生、保障飲用水安全具有重要意義。 水質環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網地質災害監(jiān)測預警傳感器網絡 地質災害，尤其是山洪泥石流，對基礎設施（居民點、電力、通訊、公路等）和人民生命財產安全形成長期持續(xù)的威

48、脅，對這類災害的實時監(jiān)控、預警和應急處置需求極為迫切。開發(fā)基于新一代傳感網的山洪泥石流災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，有助于災害防控部門對山洪泥石流災害的發(fā)生進行早期監(jiān)測、預警和有效應急處理，具有重要意義。 地質勘探隧道監(jiān)測大壩監(jiān)測滑坡監(jiān)測地震監(jiān)測交通監(jiān)測重大地質災害監(jiān)測物聯(lián)網混合波分時分復用傳感無源光網絡系統(tǒng)2010年度日內瓦國際發(fā)明展覽會金獎在國內外首創(chuàng)基于混合時分波分復用技術和分布式光纖振動傳感技術設計無源光纖周界防入侵監(jiān)視網絡系統(tǒng)，傳感單元接入數(shù)量可提高至256個，周界監(jiān)控距離可延長至160km，配以計算機軟件智能識別等技術形成長距離、大范圍、無盲區(qū)、可靠穩(wěn)定的新一代光纖傳感網絡智能管理系統(tǒng)。申請及

49、獲授權發(fā)明專利4項，通過科技成果鑒定，主要技術指標達到國際先進水平光纖傳感物聯(lián)網分布式光纖圍欄周界防入侵技術 應用領域包括民用機場、邊境線、社區(qū)安防、重點部門和部位安全防范等，擁有數(shù)千億的市場規(guī)模。在國際上首次提出并實現(xiàn)“混合波分時分復用傳感無源光網絡”，構建了國內最大規(guī)模的周界防入侵系統(tǒng)，防區(qū)容量可達256個, 監(jiān)測總距離可達100km，響應時間小于1秒。研究成果通過趙梓森院士為主任的專家組鑒定，達到國際先進水平分布式光纖觸覺振動傳感物聯(lián)網智能電網的安全監(jiān)控傳感器網絡 隨著我國統(tǒng)一的堅強智能電網建設的開展，建立基于傳感器網絡的電力設備/線路/塔桿等智能監(jiān)控防護、實時動態(tài)智能計量、電網與用戶智

50、能交互系統(tǒng)等，在提高電網的輸、配、變、用等環(huán)節(jié)的智能化程度、保障電網的穩(wěn)定性、經濟性和安全性、降低損耗等各方面均具有極其重要的意義，是智能電網不可或缺的重要組成部分，具有極其重要的意義。智能電網傳感監(jiān)測物聯(lián)網四、云計算與云接入技術什么是云計算？“云”通常用來暗喻互聯(lián)網（Internet）當“云”與“計算”聯(lián)合起來后，其含義就變得龐雜而模糊了：一些分析師和廠商狹隘的將云計算定義成由虛擬服務器組成的公用/效用計算(Utility computing)的升級版。另一些人則定義的過于寬泛，他們堅持認為任何在防火墻外的操作均可以被視為“在云里計算”?？紤]IT的實際需求時，云計算的概念也會逐漸清晰起來：在

51、不增加硬件基礎設施投資，無須訓練新員工或不購買新軟件的前提下，來增加資源容量或提升計算性能的一種方法。云計算包含了所有通過網絡實時訂購或者按照使用量付費(pay-per-use)的服務模式，擴展了IT行業(yè)的現(xiàn)有能力。云計算是信息基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源（硬件、平臺、軟件）。這種信息、軟件、硬件或網絡的資源被稱為“云”?！霸啤敝械馁Y源在使用者看來是可以無限擴展的，并且可以隨時獲取，按需使用，隨時擴展，按使用付費。 通過使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器農場中，企業(yè)數(shù)據中心的運行將更與互聯(lián)網相像。這使得企業(yè)能夠將資源切換到需要

52、的應用上，根據需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)。 云計算的基本概念云計算的七種應用類型SaaS軟件即服務：通過WEB瀏覽器來向成千上萬個用戶提供某種單一的軟件應用。公用/效用計算：為整個業(yè)界提供所需要的存儲資源和虛擬化服務器等應用。云計算領域的WEB服務：從分散的商業(yè)服務(諸如Strike Iron和Xignite )，到GoogleMaps、ADP薪資處理、美國郵政服務、Bloomberg和常規(guī)信用卡處理服務等平臺即服務：將開發(fā)環(huán)境作為服務來提供給用戶，用戶可以在供應商的基礎架構上創(chuàng)建自己的應用軟件。管理服務供應商(MSP)：面向的IT管理人員而不是最終用戶，例如用于電子郵件的病毒掃描服務，還有應用

53、軟件監(jiān)控服務等。服務商業(yè)平臺：為用戶提供了一種交互性服務平臺云計算集成：把多家SaaS供應商聯(lián)合在一起來為客戶提供完整的服務。IBM提出云計算的三種不同商業(yè)模式幫助大型企業(yè)在其內部建立自己的云計算中心。政府（或其他組織）建立的公共云，為個人和中小企業(yè)提供服務。這是一種創(chuàng)新的商業(yè)模式，IBM在我國無錫建立的云計算中心就是這種模式。是以云計算中心的模式來提供IT資源，用戶為其所調用和使用的IT資源付費，也就是荷蘭的iTricity模式。提高業(yè)務敏捷性高效滿足業(yè)務發(fā)展需要應用1虛擬存儲池虛擬化服務器池應用2應用3虛擬化網絡和網絡服務虛擬化增強資源利用率，提高伸縮性彈性管理應用和數(shù)據需求基于云計算的綠色數(shù)據中心大集中和標準化提高資源利用率降低能耗和成本應用1共享存儲標準化的服務器群應用3可擴展的數(shù)據中心網絡 (LAN+SAN)降低基礎設施復雜性降低運營費用應用2自動配置隨需應變公用化規(guī)?；档统杀?/p>